一种无缝钢管热处理方法
【专利摘要】本发明公开了一种无缝钢管热处理方法。本发明通过加热炉的控温系统对大口径无缝钢管进行阶梯式降温，以保证无缝钢管全长度范围内的温度差缩小，达到一般热处理要求的±10℃；从而控制热处理过程中的温降，避免无缝钢管因温差产生的应力引起无缝钢管弯曲的情况，同时保证了整个无缝钢管性能的稳定性和均匀性。
【专利说明】一种无缝钢管热处理方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种无缝钢管加工工艺，具体涉及一种无缝钢管热处理方法。
【背景技术】
[0002]退火热处理是将钢管加热到一定温度保温一段时间，然后使它慢慢冷却。钢管的退火热处理是将钢管加热到发生相变或部分相变的温度，经由保温后缓慢冷却的热处理方法。热处理的目的是为了降低硬度、提高塑性、改善加工性能；消除内应力、稳定钢管尺寸、放置变形和开裂；细化晶粒、改善组织、提高无缝钢管的力学性能。
[0003]目前无缝钢管在进行退火热处理时，在经过正常的保温后，只要通过关闭热处理炉的加热烧嘴，不再供热，钢管热随热处理炉自由温降进行完全或等温退火。在此过程中，温降过程为不可控过程。
[0004]由于无缝钢管普遍长度较长，约4?120 ；因此，整个无缝钢管必将存在严重温度差异，由此带来的后果如下:
[0005]1，无缝钢管因温差产生的应力而变弯；
[0006]2，整管的力学性能差异较大。
[0007]由于一般采用的退火工艺的钢管退火时间足够长，所以虽然整个无缝钢管力学性质差异较大，但均可满足用户要求，故未受足够重视。随着用户对产品要求的提高，此种存在两端差异的钢管已难以满足用户的要求。并且温差产生的应力致使的弯曲可采用矫直的方式进行，但是，钢管管端无法矫直和部分无缝钢管没有合适的矫直机，导致产品成材率下降甚至因无法完成矫直而不能成为成品。
【发明内容】
[0008]〔要解决的技术问题〕
[0009]本发明的目的是解决上述现有技术存在的问题，提出一种无缝钢管热处理方法，使得无缝钢管热处理后不因温差产生的应力而变弯，增强无缝钢管的力学均匀性，进一步优化无缝钢管的制备。
[0010][技术方案]
[0011]为了达到上述的技术效果，本发明采取以下技术方案:
[0012]本发明通过对大口径无缝钢管进行阶梯式降温，以保证无缝钢管全长度范围内的温度差缩小，达到一般热处理要求的±101:；从而控制热处理过程中的温降，避免无缝钢管因温差产生的应力引起无缝钢管弯曲的情况，同时保证了整个无缝钢管性能的稳定性和均匀性。
[0013]一种无缝钢管热处理方法，它包括以下步骤:
[0014]首先，将大口径无缝钢管垂直放入加热炉中；
[0015]然后，调整加热炉的温度，使温度升高至8001:以上后，保温20?30-=；接着，利用加热炉的控温系统使大口径无缝钢管按20?401:阶梯式降温，每降低一个温度需保温20?951111=；当温度降至5501时，关闭控温系统，使大口径无缝钢管在加热炉内空冷25?35111111 ；
[0016]最后，将大口径无缝钢管取出，放置于钢管台架上冷却。
[0017]根据本发明的一种优选实施方式，所述的大口径无缝钢管选自￠780或0 356 X 25臟规格的无缝钢管。
[0018]根据本发明的另一个优选实施方式，所述的大口径无缝钢管的制备步骤如下:
[0019]八，周期轧管机组轧管
[0020]首先取电渣钢锭进行钢锭镗孔，然后再穿孔轧制，接着退火处理后矫直，得到初品无缝钢管；
[0021]8，推制扩管
[0022]将步骤八得到的初品无缝钢管的管端进行平头处理、内表面喷砂除氧化皮和表面缺陷处理，然后将处理后的初品无缝钢管进行第一次推制扩管；
[0023]接着，对第一次推制扩管后的初品无缝钢管进行退火处理以降低钢管强度，再进行第二次推制扩管，得到所述的大口径无缝钢管。
[0024]根据本发明的另一个优选实施方式，在于在步骤八中，所述的退火方式为完全退火。
[0025]根据本发明的另一个优选实施方式，在步骤八中，所述矫直是指修磨电渣钢锭缺陷，其包括利用切除和修磨方式清除管端缺陷。
[0026]根据本发明的另一个优选实施方式，在步骤8中，所述第一次推制扩管的推制温度为740?7601、推制速度为40臟?111、推制力度为121？^ ；所述第二次推制扩管的推制温度为7501、推制速度为20111111/111111、推制力度为151？3。
[0027]根据本发明的另一个优选实施方式，所述的温度升高至8501:以上。
[0028]根据本发明的另一个优选实施方式，所述的加热炉选自室式加热炉或井式加热炉。
[0029]根据本发明的另一个优选实施方式，所述阶梯式降温是首先将温度按301:的梯度一步步降温至6801:；每降温301，保温20?300111 ；然后在温度降至6501:时，保温85?950111 ；接着，继续按每降温30?401:，保温20?300111 ；直到温度降至5501:，关闭控温系统，停止阶梯式降温。
[0030]下面将详细地说明本发明。
[0031]一种无缝钢管热处理方法，它包括以下步骤:
[0032]首先，将大口径垂直放入加热炉中；
[0033]然后，调整加热炉无缝钢管的温度，使温度升高至8001:以上后，保温20?30-=；接着，利用加热炉的控温系统使大口径无缝钢管按20?401:阶梯式降温，每降低一个温度需保温20?95-=；当温度降至5501:时，关闭控温系统，使大口径无缝钢管在加热炉内空7令 25 ?35111111 ；
[0034]最后，将大口径无缝钢管取出，放置于钢管台架上冷却。
[0035]一般使用的大口径无缝钢管在加热炉中的退火方式，在降温阶段降温速率不可控，由于无缝钢管较长，钢管两端在降温过程中存在较大温差，因此导致钢管因温差应力作用产生弯曲的情况；同时，无缝钢管两端因温差差异较大而力学性能差异较大。因此，为了排出这种差异的存在，突破常规退火工艺的设置，本发明设计了梯度退火工艺。该梯度退火工艺是通过在热处理降温过程中阶段保温的方式，减少了温差的影响。
[0036]根据本发明的一种优选实施方式，所述的大口径无缝钢管选自0780X35111111或0 356 X 25臟规格的无缝钢管。
[0037]根据本发明的另一个优选实施方式，所述的大口径无缝钢管的制备步骤如下:
[0038]八，周期轧管机组轧管
[0039]首先取电渣钢锭进行钢锭镗孔，然后再穿孔轧制，接着退火处理后矫直，得到初品无缝钢管；
[0040]电渣钢锭是指利用电流通过液态渣池渣阻热，将金属电极熔化，熔化的金属汇集成溶滴，滴落时穿过渣层进入金属熔池，然后与水冷结晶器中结晶凝固成的超高强度钢钢锭。该电渣钢锭纯度高、含硫低、非金属夹杂物少、钢锭表面光滑、洁净均匀致密、金相组织和化学成分均匀。电渣钢锭的铸态机械性能可达到或超过同钢种锻件的指标。
[0041]超高强度合金钢的变形抗力较大，钢锭镗孔时易出现内折、圈裂等缺陷。为了保证钢管内表面质量，同时也减小轧机负荷，本发明采用了钢锭镗孔后再穿孔轧制的工艺，解决了圈裂、内折冋题。
[0042]由于超高强度合金钢的钢种特性，穿孔轧制后其强度高、硬度大，因此不能直接矫直，否则钢管头尾易矫裂；同时钢管在管端常有内外折缺陷，此类缺陷在矫直时易成为裂纹起源。因此需要在矫直进行钢管完全退火，在退火后，还需要通过切除、修磨等方式清除管端缺陷。
[0043]本发明还可以重新设计连接法兰盘并用高强螺栓的顶头顶杆连接处焊死等技术措施，成功完成钢官变形。
[0044]8，推制扩管
[0045]将步骤八得到的初品无缝钢管的管端进行平头处理、内表面喷砂除氧化皮和表面缺陷处理，然后将处理后的初品无缝钢管进行第一次推制扩管；
[0046]由于推制工艺特点，钢管需前后接触、推挤来提供变形的动力。如果管端不平易造成挤压后不规则变形，这将严重影响变形工具的使用寿命。因此，推制扩管前需要对管端进行平头处理。
[0047]推制是扩管工艺，经此变形后钢管表面缺陷会在原来的基础上进行放大，如浅表裂纹经推制变形后易迸裂，造成裂纹深度加深；因此需要在推制前进行表面缺陷处理。同时，推制工艺的变形主要靠推制顶头来实现，如果钢管内表面有较重氧化皮，经推制后，内壁划道情况严重，因此推制前还需将表面的氧化皮处理干净。
[0048]接着，对第一次推制扩管后的初品无缝钢管进行退火处理以降低钢管强度，再进行第二次推制扩管，得到所述的大口径无缝钢管。
[0049]本发明根据设备情况，设计采用两次推制成型。第一次推制过程相对稳定，推制力较高，推制温度视具体的钢管壁厚选择合适温度。温度过高钢管易产生较厚氧化铁皮，将增加后续处理工序，同时能耗较大；温度过低，则钢管的变形抗力将急剧提升，超过设备能力时将导致无法进行生产。为保证第二次推制的质量，在两次推制之间加入退火处理以降低钢管强度。第二次推制过程开始时相对稳定，速度较第一次推制慢，推制力比第一次推制力高；其主要目的是为了降低推制速度。本发明的多次推制采用中间退火以及控制合适的变形量和较低速度等工艺措施，成功解决了超高强度合金钢变形抗力大、推制困难的问题。
[0050]根据本发明的另一个优选实施方式，所述的温度升高至8501:以上。
[0051]本发明需要升高的温度是无缝钢管的相变温度区间以上或以内的某一温度。即将温度升高至无缝钢管亚共析钢、共析钢或过共析钢以上30?501:；保持一段时间。加热过程是无缝钢管转变为奥氏体，保温一段时间是为了使无缝钢管完全转变为奥氏体。
[0052]根据本发明的另一个优选实施方式，所述的加热炉选自室式加热炉或井式加热炉。
[0053]根据本发明的另一个优选实施方式，所述阶梯式降温是首先将温度按301:的梯度一步步降温至6801:；每降温301，保温20?300111 ；然后在温度降至6501:时，保温85?950111 ；接着，继续按每降温30?401:，保温20?300111 ；直到温度降至5501:，关闭控温系统，停止阶梯式降温。
[0054]本发明参考原热处理工艺，保留了最高的保温温度、中间保温温度和最后的保温温度，并适应性增加了适量的保温温度构成相对致密的保温梯度，以减少温差，避免温差产生的影响。
[0055]本发明每个阶段的保温时间是根据大口径无缝钢管的重量计算得来。其中间保温时间是根据实际温降过程中出现温差的情况及均匀时间，经多次测量得出。
[0056]〔有益效果〕
[0057]本发明与现有技术相比，具有以下的有益效果:
[0058]本发明成功解决了无缝钢管热处理过程中变弯的温度，实现了钢管不矫直即满足技术协议要求。并且本发明热处理的无缝钢管性能指标完全满足技术协议要求，消除了因普通退火工艺致使无缝钢管两端性能存在的差异，保证了整个无缝钢管性能的稳定性。同时本发明避免了部分无缝钢管因热处理产生的弯曲、力学性能不均匀而无法矫直纠正的现象。
【专利附图】
【附图说明】
[0059]图1为本发明实施例1大口径无缝钢管垂直悬挂的示意图；
[0060]图2为本发明常规退火工艺曲线图，其中高温段即8601:保温时间不少于保温时间七1按0.2511/吨计算；650±101:的保温时间七2按0.3511/吨计算；降温的速率为50。。/11 ；
[0061]图3为本发明实施例1阶梯式退火工艺曲线图，其中，1:1 = 611 ；1:2?1:7 = 20111111 ；七8 = 90111111 ；七9 ?七 10 = 20111111 ；七11 = 30111111 ；
[0062]附图标记说明如下:
[0063]1为夹持件；3为挂钩；
[0064]2为挂板；4为大口径无缝钢管。
【具体实施方式】
[0065]下面结合本发明的实施例对本发明作进一步的阐述和说明。
[0066]实施例1:
[0067]一种①780 X 35臟规格06仙钢管的“乳制+推制”生产方法，根据设备情况，设计采用两次推制成型，即 0 508 X 44111111 ^ 0 610X40111111— 0 780X351111110
[0068]八，周期轧管机组轧管
[0069]首先取￠5001^的06仙电渣钢锭进行钢锭镗孔(①120^)，然后再穿孔轧制，接着完全退火处理后矫直，得到0 508X44！^规格的初品无缝钢管；
[0070]8，推制扩管
[0071]将步骤八得到的初品无缝钢管的管端进行平头处理、内表面喷砂除氧化皮和表面缺陷处理，然后将处理后的初品无缝钢管进行第一次推制扩管；第一次推制过程相对稳定，推制的速度较慢，为40111111/111111 ；推制力达121？3 ；由于钢管壁较厚，推制温度为740?760。。。第一次推制扩管的时间约2.5小时。
[0072]接着，对第一次推制扩管后的初品无缝钢管进行退火处理以降低钢管强度，进行第二次推制扩管，得到￠780规格的大口径无缝钢管4 ；第二次推制过程开始时相对稳定，速度较慢，为20臟?111，推制力高达151？3 ；推制温度为750X:左右。因为推制速度慢，第二次推制时间约8个小时。
[0073]0，热处理
[0074]将步骤8得到的大口径无缝钢管4悬挂在井式热处理炉内进行热处理，热处理方式是阶梯式退火工艺。
[0075]0 780X35111111规格的大口径无缝钢管4的悬挂方式如下:
[0076]首先，如图1所示，将大口径无缝钢管4 一端焊接夹持件1，所述夹持件1有四个，其间隔均匀的分布在无缝钢管的一端；所述夹持件1上焊接一圆形挂板2，所述挂板2上设置四个挂钩3，所述四个挂钩3分别位于四个夹持件1正上方；
[0077]然后，利用挂板2上的挂钩3连接牵引设备，将大口径无缝钢管4垂直悬空放入井式加热炉内；
[0078]由于本实施例1制备的大口径超高强度钢无缝钢管其0/3为22.3，其长时间高温退火，钢管易发生变形，目前矫直机难以校正，因此，需要在井上热处理炉内将钢管悬挂进行热处理工艺，并且采用焊接夹持件和挂板将钢管悬空在炉内处理不会发生变椭或局部出现凹面。
[0079]利用该方法进行大口径无缝钢管热处理，其大口径无缝钢管热处理先后的外径与内径相差不大于1111111。
[0080]接着，调整井式加热炉的温度，使温度升高至8601:后，保温200111 ；接着，利用井式加热炉的控温系统使大口径无缝钢管4按301:阶梯式随炉降温，每降低一个温度需保温20111111 ；当降低至650，保温90111111 ；接着继续按30。0阶梯式至590，每降低一个温度需要20111111 ；接着降低至5501，保温30111111，关闭控温系统，使大口径无缝钢管4在井式加热炉内空冷30-=；具体的阶梯式退火工艺曲线图如图3所示，具体如下:
[0081]6 小时加热至 860 00 — 860 00 保温 20^11 — 830 00 保温 20^11 — 800 00 保温 200111 — 770 00 保温 20^11 — 740 00 保温 20^11 — 710 X:保温 20^11 — 680 00 保温20111111 — 6501:保温 11130111111 — 6201:保温 20^11 — 5901:保温 20^11 — 5501:保温 30^11，然后吊着空冷30111111后放台架冷却。
[0082]相比于常规退火工艺，如图2所示，具体是8601^^0.25^^/^,以每小时(501:的温降，降至6501:保温0.35小时/吨，之后再以每小时? 501:的温降，降至550 X:后出热处理炉，空冷。本实施例阶梯式退火工艺与常规退火工艺比较，在8601:和6501分别进行的保温未做调整。但是新设计阶梯状降温分布，在热处理过程中通过阶段保温的方式，减少了温差的影响。
[0083]本发明与原热处理工艺比较，在8601:和6501:分别进行的保温未做调整。而新设计的热处理工艺曲线如阶梯状分布，在热处理过程中通过阶段保温的方式，减少了温差的影响。
[0084]经测量，采用常规退火工艺处理的无缝钢管每米弯曲度彡；而采用本实施例的阶梯式退火工艺处理的无缝钢管，每米弯曲度最大为2.5皿。因此本实施例实现了无缝钢管弯曲度小，不矫直即满足技术协议要求，且性能指标完全满足技术协议要求。
[0085]然后取样、检验，得到所述的大口径超高强度钢无缝钢管。
[0086]通过对无缝钢管进行硬度测定。可以得出，采用常规退火工艺处理的无缝钢管头端布氏硬度直径耶0为4.尾端为4.3^ ；而采用本实施例的阶梯式退火工艺处理的无缝钢管头尾两端耶0均为4.由此可见，进过阶梯式退火工艺处理的无缝钢管的性能均匀稳定。
[0087]本发明的梯度退火工艺，可有效控制温降速率，确保了钢管在退火时整管无明显温差。从而避免了钢管因温差产生的应力出现弯曲的情况，同时保证了整管性能的稳定性。
[0088]本实施例得到的0780X35111111规格06仙超高强度钢无缝钢管减少了弯曲程度，不矫直即满足技术协议要求，且性能指标完全满足技术协议要求。
[0089]尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。
【权利要求】
1.一种无缝钢管热处理方法，其特征在于它包括以下步骤: 首先，将大口径无缝钢管(4)垂直放入加热炉中； 然后，调整加热炉的温度，使温度升高至800°C以上后，保温20?30min ;接着，利用加热炉的控温系统使大口径无缝钢管(4)按20?40°C阶梯式降温，每降低一个温度需保温20?95min ;当温度降至550°C时，关闭控温系统，使大口径无缝钢管在加热炉内空冷25?35min ； 最后，将大口径无缝钢管取出，放置于钢管台架上冷却。
2.根据权利要求1所述的无缝钢管热处理方法，其特征在于所述的大口径无缝钢管(4)选自Φ 780 X 35mm或Φ 356 X 25mm规格的无缝钢管。
3.根据权利要求2所述的无缝钢管热处理方法，其特征在于所述的大口径无缝钢管(4)的制备步骤如下: A，周期轧管机组轧管 首先取电渣钢锭进行钢锭镗孔，然后再穿孔轧制，接着退火处理后矫直，得到初品无缝钢管； B，推制扩管 将步骤A得到的初品无缝钢管的管端进行平头处理、内表面喷砂除氧化皮和表面缺陷处理，然后将处理后的初品无缝钢管进行第一次推制扩管； 接着，对第一次推制扩管后的初品无缝钢管进行退火处理以降低钢管强度，再进行第二次推制扩管，得到所述的大口径无缝钢管(4)。
4.根据权利要求3所述的无缝钢管热处理方法，其特征在于在步骤A中，所述的退火方式为完全退火。
5.根据权利要求3所述的无缝钢管热处理方法，其特征在于在步骤A中，所述矫直是指修磨电渣钢锭缺陷，其包括利用切除和修磨方式清除管端缺陷。
6.根据权利要求3所述的无缝钢管热处理方法，其特征在于在步骤B中，所述第一次推制扩管的推制温度为740?760°C、推制速度为40mm/min、推制力度为12MPa ;所述第二次推制扩管的推制温度为750°C、推制速度为20mm/min、推制力度为15MPa。
7.根据权利要求1所述的无缝钢管热处理方法，其特征在于所述的温度升高至850°C以上。
8.根据权利要求1所述的无缝钢管热处理方法，其特征在于所述的加热炉选自室式加热炉或井式加热炉。
9.根据权利要求1或3所述的无缝钢管热处理方法，其特征在于所述阶梯式降温是首先将温度按30°C的梯度一步步降温至680°C;每降温30°C，保温20?30min ;然后在温度降至650°C时，保温85?95min ;接着，继续按每降温30?40°C，保温20?30min ;直到温度降至550°C，关闭控温系统，停止阶梯式降温。
【文档编号】C21D9/08GK104451100SQ201410715014
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月29日 优先权日:2014年11月29日
【发明者】郭元蓉, 鄢勇, 邹友富, 罗能, 刘波 申请人:攀钢集团成都钢钒有限公司