专利名称：小直径铁素体不锈钢无缝管制造方法
技术领域：
本发明属于金属加工领域，尤其涉及铁素体不锈钢管的制造，特别适用于小直径铁素体不锈钢无缝管的制造。
背景技术：
铁素体不锈钢系指铬含量在11％-30％，具有体心立方晶体结构，在使用状态下以铁素体组织为主的不锈钢。铁素体不锈钢除具有不锈性和耐一般腐蚀性能外，重要的是其耐氯化物应力腐蚀、耐点蚀、耐缝隙腐蚀等局部腐蚀性更为优良，它铁素体不锈钢的强度高，热膨胀系数低，又有节镍不锈钢的美称，虽其优点多多却用途不广，原因在于，铁素体不锈钢塑性差、冷加工困难，特别是高铬不锈钢成型困难，加工过程中易产生裂纹，合格率相当低，加大了成本，制约了产业应用。
业界在不锈钢无缝钢管制造上有很多成绩，如中国专利95195732.5公开了一种制造无缝钢管的方法以及用于实施该制造方法的制造设备，该方法可以通过简化的制造工序和制造设备以低的制造成本制造具有良好的生产性和优于现有产品的性能的无缝钢管。该方法由包括依次连续的下述①～⑧的工序构成，从钢坯制造到产品的工序和制造设备由连续的一条线路连接。①由连续铸造法制造横断面形状为圆形的钢坯的工序；将钢坯冷却到Ar#-[1]相变点以下温度的工序；将钢坯加热到可穿孔的温度的工序；④以200/秒以下的应变速度进行穿孔轧制、制造空心管坯的工序；⑤通过连续延伸轧机和精轧机直接连接地配置的轧机、以预定的平均应变速度、加工度以及终轧温度对空心管坯进行延伸轧制和精轧从而制造钢管的工序；⑥在Ar#-[3]相变点以上的温度对钢管进行再结晶处理的工序；从Ar#-[3]相变点以上的温度对钢管进行淬火的工序；对钢管进行回火处理的工序。
习知技术对于铁素体不锈钢无缝钢管制造尚无良策，尤其对高铬铁素体不锈钢小直径无缝钢管的生产制造，无法解决钢管内外表面裂纹，深加工成材率相当低的问题。
发明内容
本发明所要解决的问题在于克服前述技术存在的上述缺陷，而提供一种小直径铁素体不锈钢无缝管的制造方法。
本发明的首要目的在于提供一种适于加工高铬铁素体小直径不锈钢无缝钢管的工艺方法。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案来实现的，依据本发明提供的一种小直径铁素体不锈钢无缝管制造方法，其中，包括如下工序1.冶炼出晶粒度均匀、无裂纹、无结疤的钢锭，且符合钢锭的化学成份碳C≤0.12％；硅Si＜1.0％；锰Mn≤0.8％；硫S≤0.03％；磷P＜0.0035％；铬Cr24-27％；钛Ti5c-0.8％，其余是Fe，5c为5倍的碳含量；钢锭的化学成份满足铬Cr含量控制在24-25％范围，钢锭的气体含量为氮气N2、氢气H2、氧气O2均在30ppm；钢锭的非金属夹杂物允许值不允许硅酸盐或氧化物成带状或网状；钢锭的低倍组织，缩孔和中心疏松的深度不超过钢锭高度的4-5％；II.锻造的工序，压缩比为8-12；锻造加工的始锻温度为1050℃-1120℃，终锻温度800℃-850℃；III.穿孔热轧的工序，(1).将锻棒加工为管坯；(2).管坯加热的工序，a.随炉均匀加热管坯，加热2小时，至600℃；b.当炉温升至900℃时进行保温，保温时间20-30分钟；c.继续加热，使炉温升至1050℃-1100℃；(3)穿孔热轧的工序，a.对III.(2).序加热后的管坯穿孔，b.对(3).a序穿孔的管坯连续热轧，终轧温度850℃，变形量控制在45％；IV.冷加工的工序对序III.(3)序热轧成型的管材依次进行冷轧、空拔、冷拔减壁、再空拔、成品退火，制成铁素体不锈钢无缝管；本发明解决其技术问题还可以采取以下技术方案进一步实现前述的小直径铁素体不锈钢无缝管制造方法，其中，所述的冶炼工序是用真空感应炉冶炼，其真空度为10-3乇。
前述小直径铁素体不锈钢无缝管制造方法，其中，铬含量控制在24-25％。
前述小直径铁素体不锈钢无缝管制造方法，其中，冷加工具体工序是第一序轧制，经矫直、修磨、截切、酸洗后上轧机轧制，变形量控制在40.5％；第二序轧制，对第一序轧制品进行退火，矫直、酸洗后上轧机轧制变形量控制在45％；第三序轧制，对第二序轧制品进行退火，矫直酸洗后轧机轧制，变形量控制在45％；第四序空拔，对第三序轧制品进行退火，再空拔，变形量控制在14.5％；第五序冷拔减壁，对第四序空拔管进行退火，再矫直、截切、减壁，变形量控制在29.5％；第六序冷拔减壁，对第五序空拔管进行退火，再矫直、截切、减壁，变形量控制在21.5％；第七序空拔，对第六序的冷拔减壁管进行退火，再空拔，变形量控制在13.5％；第八序空拔，对第七序的空拔管进行退火，再空拔，变形量控制在18.5％；第九序空拔，对第八序的空拔管进行退火，再空拔，变形量控制在24.5％，第十序轧制，对第九序的空拔管进行退火，再矫直、酸洗，轧制出成品，变形量控制在47.5％；第十一序成品退火，对第十序的成品管进行真空退火。
前述小直径铁素体不锈钢无缝管制造方法，其中，所述的冷加工工序第二序轧制，所述的退火的入炉温度500℃，炉温升至850℃时，保温时间在50分钟，出炉水冷；第三序轧制，所述的退火的入炉温度500℃，炉温升至850℃时，保温时间在40分钟，出炉水冷；第四序轧制，所述的退火的入炉温度500℃，炉温升至850℃时，保温时间在30分钟，出炉水冷；第五序冷拔减壁，所述的退火的入炉温度500℃，炉温升至850℃时，保温时间在25分钟，出炉水冷；第六序冷拔减壁，所述的退火的入炉温度500℃，炉温升至850℃时，保温时间在23分钟，出炉水冷；第七序冷拔减壁，所述的退火的入炉温度500℃，炉温升至850℃时，保温时间在20分钟，出炉水冷；第八序空拔，所述的退火的入炉温度500℃，炉温升至850℃时，保温时间在15分钟，出炉水冷；第九序空拔，所述的退火的入炉温度500℃，炉温升至850℃时，保温时间在13分钟，出炉水冷；第十序轧制，所述的退火的入炉温度500℃，炉温升至850℃时，保温时间在10分钟，出炉水冷；第十一序成品退火，所述真空退火的入炉温度500℃，炉温升至880℃时，保温30分钟，出炉空冷。
本发明与现有技术相比具有显著的优点和有益效果由以上技术方案可知，本发明在优异的结构配置下，至少有如下的优点本发明的工艺配置有效的解决了铁素体不锈钢的脆性问题，减少甚至避免了碳、氮化合物的沉淀析出，大大改善高温脆性问题，有效防止敏化，避免晶间腐蚀问题的出现；采用冷拔和冷轧工艺结合的方式进一步解决了生产铁素体不锈钢无缝管易出裂纹的问题。本发明可大大提高了生产铁素体不锈钢无缝管成品率，降低生产成本，与现有技术的相比具有显著的技术进步，和重要的经济意义，易于产业推广和应用。
图1本发明中热处理的保温时间曲线示图；图2本发明的工艺流程图；图3铁素体型钢和奥氏体型钢随温度变化晶粒度粗化的比较图；图4本发明产成品金相图。
本发明的具体实施方式
由以下最佳实施例详细给出具体实施方式
以下结合较佳实施例，对依据本发明提供的具体实施方式
、特征及其功效，详细说明如后；为了简单和清楚的目的，下文恰当的省略了公知技术的描述，以免那些不必要的细节影响对本技术方案的描述。
制造一种AISI446铁素体不锈钢无缝管，规格为Φ6.3×0.3mm，外径为±0.1mm、壁厚为0.3-0.35mm、长度58.5±0.1mm；性能要求HV＜200深加工时不允许有裂纹，且加工后延伸一致。
一种小直径铁素体不锈钢无缝管制造方法，其中，包括如下工序I.冶炼的工序，采用真空感应炉冶，真空度为10-3乇，炼出钢锭，也可采用VOD法冶炼；
钢锭的化学成份满足碳C≤0.12％；硅Si＜1.0％；锰Mn≤0.8％；硫S≤0.03％；磷P＜0.0035％；铬Cr24-27％；钛Ti5c-0.8％，其余是Fe，5c为5倍的碳含量，铬Cr含量控制在24-25％范围，更易进行后面的冷加工；钢锭的气体含量为氮气N2、氢气H2、氧气O2均在30ppm；钢锭的非金属夹杂物允许值不允许硅酸盐或氧化物成带状或网状；钢锭的低倍组织，缩孔和中心疏松的深度不超过钢锭高度的4-5％；钢锭的晶粒度均匀，且表面不允许有裂纹、结疤；II.锻造的工序，压缩比K确定为8-12之间，以保证管坯的良好的机械性能；锻造加工的始锻温度1050℃-1120℃，终锻温度800℃-850℃，以得到细的晶粒组织的锭棒，防止脆性；III.穿孔热轧的工序，(1)将锻棒加工为管坯，选用最小的穿孔机组，Φ35二辊斜轧穿孔机组及Φ30三辊热轧机组，以减少加工道次；(2)管坯加热的工序，对管坯进行加热，依照低温慢速均匀加热，高温快速加热的原则，以有效克服钢质的脆性生成，避免加热产生裂纹，具体是a.管坯随炉加热，600℃以前慢慢均匀加热，加热2小时；b.炉温升至900℃进行保温，保温时间20-30分钟；c.继续加热，炉温升至1050℃-1100℃时；依前序可有效的使管坯断面上和长度上加热均匀，避免网状碳化物的出现；避免因温升过高，钢管出现粗大的晶粒组织，降低钢的高温塑性。
(3).穿孔热轧的工序，a.对III.(2)序的管坯穿孔而后，b.连续热轧，终轧温度850℃，变形量控制在45％，使管坯具有良好的塑性加工组织和改善金属组织性能；在穿孔热轧的工序中控制好加热温度的上下限、终轧温度、变形量等参数，可有效控制金属内部的构造变化，提高钢管的机械性能；IV.冷加工的工序对III.(3)序热轧成型的管材进行冷加工，步骤是第一序轧制，经矫直、修磨、截切、酸洗后上轧机轧制，变形量控制在40.5％；第二序轧制，对第一序轧制品进行退火，所述的退火的入炉温度500℃，炉温升至850℃时，保温时间在50分钟，出炉水冷，矫直、酸洗后上轧机轧制变形量控制在45％；第三序轧制，对第二序轧制品进行退火，所述的退火的入炉温度500℃，炉温升至850℃时，保温时间在40分钟，出炉水冷，矫直酸洗后轧机轧制，变形量控制在45％；第四序空拔，对第三序轧制品进行退火，所述的退火的入炉温度500℃，炉温升至850℃时，保温时间在30分钟，出炉水冷，再空拔，变形量控制在14.5％；第五序冷拔减壁，对第四序空拔管进行退火，退火的入炉温度500℃，炉温升至850℃时，保温时间在25分钟，出炉水冷，再矫直、截切、减壁，变形量控制在29.5％；第六序冷拔减壁，对第五序空拔管进行退火，退火的入炉温度500℃，炉温升至850℃时，保温时间在23分钟，出炉水冷，再矫直、截切、减壁，变形量控制在21.5％；第七序空拔，对第六序的冷拔减壁管进行退火，所述的退火的入炉温度500℃，炉温升至850℃时，保温时间在20分钟，出炉水冷，再空拔，变形量控制在13.5％；第八序空拔，对第七序的空拔管进行退火，退火的入炉温度500℃，炉温升至850℃时，保温时间在15分钟，出炉水冷，再空拔，变形量控制在18.5％；第九序空拔，对第八序的空拔管进行退火，退火的入炉温度500℃，炉温升至850℃时，保温时间在13分钟，出炉水冷，再空拔，变形量控制在24.5％；第十序轧制，对第九序的空拔管进行退火，退火的入炉温度500℃，炉温升至850℃时，保温时间在10分钟，出炉水冷，再矫直、酸洗，轧制出成品，变形量控制在47.5％；第十一序成品退火，对第十序的成品管进行真空退火，所述真空退火的入炉温度500℃，炉温升至880℃时，保温30分钟，出炉空冷。
5.冷加工的工序的具体实施例是将Φ35的车光棒穿孔为Φ35.5×4.5-5的管材，进行热轧成Φ30×3的管材；经过矫直、修磨、截切、酸洗处理后，上LD-30轧机，轧成Φ26×2，变形量为40.5％的管材；再进行退火、矫直、酸洗后，上LD-30轧机，轧成Φ23×1.2，变形量为45％的管材；再进行退火、矫直、酸洗后，上LD-30轧机，轧成Φ21×0.7，变形量为45％的管材；再进行退火、空拔至Φ17×0.75，变形量为14.5％的管材；再进行退火、矫直、截切后，用长芯棒减壁为Φ16.1×0.55，变形量为29.5％的管材；再进行退火、矫直、截切后，再用长芯棒减壁为Φ15.4×0.45，变形量为21.5％的管材；再进行退火、空拔至Φ12.7×0.48，变形量为13.5％的管材；继续退火、空拔至Φ9.7×0.5，变形量为18.5％的管材；继续退火、空拔至Φ7.1×0.55变形量为24.5％的管材；继续退火，矫直、酸洗，上LDD6-12轧机轧成Φ6.3×0.3-0.35变形量为47.5％的管材；对成品管进行真空退火，入炉温度500℃，炉温升至880℃时，保温30分钟，出炉空冷。
以下结合铁素体不锈钢无缝管制造困难的主要因素，阐述本方法的相应措施铁素体不锈钢的脆性问题1.α脆性已知，α相硬而脆，含铬在15-70％范围内的合金，通过540-815℃加热就会产生α脆性，并且在700-800℃左右加热产生α脆性的速度最快；含铬越高合金，α脆性越大；钼Mo、硅Si、铌Ni、锰Mn等能促进α相生成，碳C、氮N抑制其生成；而含铬高达25-30％的钢(如446钢)，在热处理时若冷却速度慢，就能引起这种脆性；α相脆性的产生，使钢的硬度提高，却显著降低了钢的塑性，缺口韧性及耐蚀性能，给加工和使用带来问题。
本发明在冷加工的退火处理中以水冷的方法着重解决了此问题，当α相现象出现时，可以通过加热至800℃以上温度，保温一定时间使其溶解后快速水冷，冷却至室温，以此消除α相现象。
2.475℃脆性已知，含铬12％以上的铁素体型钢，加热在340℃-540℃温度时，经一定时间后，钢的硬度增加，冲击韧性显著降低，尤以475℃时最为严重，硬度最高，27铬钢经475℃×100小时加热后，其常温的抗拉强度增加50％，屈服强度增加150％，而延伸率则变为零；钢材中铝Al、硅Si、钼Mo、铌Nb、钛Ti、锰Mn、钒V等元素的存在，将促进这种脆性产生。
本发明在冷加工工艺的退火工艺中，以保温时间的科学确定着重解决了此问题，当出现475℃脆性问题时，可以通过将钢加热到600℃以上，并保温一定的时间，快速冷至室温的办法来消除，温度越高脆性消除越容易，通常是在700-800℃之间处理为宜。
3.高温脆性高温脆性是伴随着晶粒粗化而带来的脆性，当钢材加热到950℃-1000℃以上，急冷至室温就会产生这种高温脆性，钢材含铬量越高，这种脆性越严重，如446钢，经1000℃×100小时加热时，常温下的弯曲角度为零，因此高铬钢在热处理时，最忌过热，产生高温脆性的基本原因是碳、氮等间隙元素的结合物在晶界析出，因此，降低钢中的碳、氮含量，减少甚至避免碳、氮化合物的沉淀析出，可以大大改善高温脆性。本发明在冷加工工艺的退火工序中将退火温度确定为850-880℃就着重解决了此问题。
4.晶间腐蚀铁素体型不锈钢的晶间腐蚀，加热温度在860℃以上时快速冷却，材料被敏化后，会产生晶间腐蚀，反之，若缓慢冷却就不会产生敏化。加热温度在700-800℃时，材料经短时间加热即可恢复，若慢冷却，即使温度有所提高，管材也不产生晶间腐蚀。加入钛Ti或铌Nb，且当Ti≥6×(C+N)或Nb≥8×(C+N)时就可防止敏化。本发明在冷加工工序中当加工物加热温度到860℃以上时，快速冷却，就着重解决了此问题。
晶粒度的控制问题本发明的热处理工艺制度为后续的冷加工奠定了良好的基础。晶粒的长大与材料处理前的冷加工变形量有关。当冷加工变形量约为5％时，加热后就产生非常大的晶粒，含铬越高，晶粒长的越大。因此，对于冷加工变形量，退火温度及保温时间都要严格的要求。晶粒粗大化，材料就会变脆，经深冲，弯曲等冷加工后，容易产生粗糙表面和裂纹，晶间腐蚀也严重。中间退火应尽可能在低温下进行，且又必须保证其变形量30％左右，本发明的热处理退火制度很好的解决了此问题。
塑性差，难加工问题由于铁素体不锈钢的塑性很差，如446钢，根据冷拔原理，金属变形处于一向拉和二向压的应力状态，由于应力状态中存在拉应力，拔制时金属塑性差，然而对低塑性金属拔制比较困难；根据冷轧原理，金属变形过程反映了材料压应力状态，适合制造塑性差，拉拔困难的管材，冷轧的效率低，成本高，冷拔的效率高，故针对制造塑性很差的铁素体不锈钢管，本发明在冷加工工艺中应用冷拔、冷轧结合的工艺着重解决了此问题。
本发明在冶炼的工序中着重解决了符合本方法条件的钢锭材料问题，为解决生产铁素体不锈钢无缝管的其他各个问题奠定了基础。
在详细说明的较佳实施例之后，熟悉该项技术人士可清楚的了解，在不脱离下述申请专利范围与精神下可进行各种变化与修改，且本发明亦不受限于说明书中所举实施例的实施方式。
权利要求
1.一种小直径铁素体不锈钢无缝管制造方法，其中，包括如下工序I.冶炼出晶粒度均匀、无裂纹、无结疤的钢锭，且符合钢锭的化学成份碳C≤0.12％1；硅Si＜1.0％；锰Mn≤0.8％；硫S≤0.03％；磷P＜0.0035％；铬Cr24-27％；钛Ti5c-0.8％，其余是Fe，5c为5倍的碳含量；钢锭的气体含量为氮气N2、氢气H2、氧气O2均在30ppm；钢锭的非金属夹杂物允许值不允许硅酸盐或氧化物成有带状或网状；钢锭的低倍组织，缩孔和中心疏松的深度不超过钢锭高度的4-5％；II.锻造的工序，压缩比为8-12；锻造加工的始锻温度为1050℃-1120℃，终锻温度800℃-850℃；III.穿孔热轧的工序，(1).将锻棒加工为管坯；(2).管坯加热的工序，a.随炉均匀加热管坯，加热2小时，至600℃；b.当炉温升至900℃时进行保温，保温时间20-30分钟；c.继续加热，使炉温升至1050℃-1100℃；(3)穿孔热轧的工序，a.对III.(2).序加热后的管坯穿孔，b.对(3).a序穿孔的管坯连续热轧，终轧温度850℃，变形量控制在45％；IV.冷加工的工序对序III.热轧成型的管材依次进行冷轧、空拔、冷拔减壁、再空拔、成品退火，制成铁素体不锈钢无缝管。
2.如权利要求1所述小直径铁素体不锈钢无缝管制造方法，其特征在于所述的冶炼工序是用真空感应炉冶炼，其真空度为10-3乇。
3.如权利要求2所述的小直径铁素体不锈钢无缝管制造方法，其特征在于铬含量控制在24-25％。
4.如权利要求1-3之一所述的小直径铁素体不锈钢无缝管制造方法，其特征在于所述的冷加工具体工序是第一序轧制，经矫直、修磨、截切、酸洗后上轧机轧制，变形量控制在40.5％；第二序轧制，对第一序轧制品进行退火，矫直、酸洗后上轧机轧制变形量控制在45％；第三序轧制，对第二序轧制品进行退火，矫直酸洗后轧机轧制，变形量控制在45％；第四序空拔，对第三序轧制品进行退火，再空拔，变形量控制在14.5％，第五序冷拔减壁，对第四序空拔管进行退火，再矫直、截切、减壁，变形量控制在29.5％，第六序冷拔减壁，对第五序空拔管进行退火，再矫直、截切、减壁，变形量控制在21.5％，第七序空拔，对第六序的冷拔减壁管进行退火，再空拔，变形量控制在13.5％，第八序空拔，对第七序的空拔管进行退火，再空拔，变形量控制在18.5％，第九序空拔，对第八序的空拔管进行退火，再空拔，变形量控制在24.5％，第十序轧制，对第九序的空拔管进行退火，再矫直、酸洗，轧制出成品，变形量控制在47.5％，第十一序成品退火，对第十序的成品管进行真空退火。
5.如权利要求4所述的小直径铁素体不锈钢无缝管制造方法，其特征在于所述的冷加工工序第二序轧制，所述的退火的入炉温度500℃，炉温升至850℃时，保温时间在50分钟，出炉水冷；第三序轧制，所述的退火的入炉温度500℃，炉温升至850℃时，保温时间在40分钟，出炉水冷；第四序轧制，所述的退火的入炉温度500℃，炉温升至850℃时，保温时间在30分钟，出炉水冷；第五序冷拔减壁，所述的退火的入炉温度500℃，炉温升至850℃时，保温时间在25分钟，出炉水冷；第六序冷拔减壁，所述的退火的入炉温度500℃，炉温升至850℃时，保温时间在23分钟，出炉水冷；第七序冷拔减壁，所述的退火的入炉温度500℃，炉温升至850℃时，保温时间在20分钟，出炉水冷；第八序空拔，所述的退火的入炉温度500℃，炉温升至850℃时，保温时间在15分钟，出炉水冷；第九序空拔，所述的退火的入炉温度500℃，炉温升至850℃时，保温时间在13分钟，出炉水冷；第十序空拔，所述的退火的入炉温度500℃，炉温升至850℃时，保温时间在10分钟，出炉水冷；第十一序成品退火，所述真空退火的入炉温度500℃，炉温升至880℃时，保温30分钟，出炉空冷。
全文摘要
一种小直径铁素体不锈钢无缝管制造方法，包括提供符合予设的工艺条件钢锭；锻造；将管坯加热；穿孔热轧；对前序热轧成型的管材依次进行冷轧、空拔、冷拔减壁、再空拔、成品退火，制出成品管的步骤。本发明很好的解决了铁素体不锈钢的脆性问题；通过有效的工艺方法消除α相现象、475℃脆性和高温脆性问题；在冷加工工序中当加工物加热温度到予设温度，快速冷却，解决晶间腐蚀；应用冷拔、冷轧结合解决管料塑性差、难加工问题；本发明在冶炼的工序中提供了符合本方法条件的钢锭材料问题，为解决生产铁素体不锈钢无缝管的其他各个问题奠定了基础。本发明与现有技术的相比具有显著的技术进步，和重要的经济意义，易于产业推广和应用。
文档编号B21B23/00GK1721753SQ20041001997
公开日2006年1月18日 申请日期2004年7月14日 优先权日2004年7月14日
发明者于庆莲 申请人:天津市天材科技发展有限公司