一种高强韧性无缝钢管及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种管件及其制造方法，尤其设及一种钢管及其制造方法。
【背景技术】
[0002] 由于无缝钢管的产品形态和制造方法的限制，长期W来仅能通过添加合金元素和 控制社后的离线热处理工艺来提升无缝钢管的产品性能。W油井管为例，555MPa(80ksi)W 上级别需要通过添加较多的合金元素或离线调质处理才能获得相应的无缝钢管，然而，运 样明显会增加无缝钢管的生产制造成本。
[0003]目前，热社钢管的常规工艺步骤为社制后先入管料库，随后再根据需要进行热处 理，运种方式不仅造成了钢管社后余热的浪费（通常社后钢管溫度在900°cW上），同时也 无法利用钢管形变后的诱导相变效应来实现钢管强化。
[0004]
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种高强初性无缝钢管，该无缝钢管兼具较高的强度和较 好的初性。此外，本发明所述的无缝钢管不添加昂贵的合金元素，其合金添加成本经济。
[0006] 为了实现上述目的，本发明提出了一种高强初性无缝钢管，其化学元素质量百分 比为：
[0007]C：0. 1-0. 25%,
[0008]Si：0. 1-0. 5%,
[0009]Al:0. 01-0. 1%，
[0010]Mn:0.6-2%,
[0011] 余量为化和其他不可避免的杂质；此外还需满足：C+Mn/6 > 0. 35。
[0012] 本发明所述的高强初性无缝钢管中的各化学元素的设计原理为：
[001 引 碳：0.1-0.25%
[0014]C是保证钢管的强度及泽透性的重要元素。当C含量小于0.I%时，一方面钢的强 度难W保证，另一方面难W避免先共析铁素体的析出，由此影响钢的抗硫性能。由于在线泽 火时材料会受到变形应力及组织应力的双重影响，因此，较之于离线泽火，材料更容易出现 裂纹。基于本发明的技术方案，将C含量控制在0. 1-0. 25%的范围之间可W明显地减少无 缝钢管的泽火裂纹的形成。
[001 引 娃：0.1-0.5%
[0016]Si是由脱氧剂而带入钢中的元素。一旦其含量超过0. 5%时，会显著地增加钢的 冷脆倾向，为此，需要将限制Si含量在0. 5%W下。同时，为了保证钢的脱氧效果，需要令钢 中的Si含量保持在0.1 %W上。
[0017] 侣：0.01-0. 1 %
[0018] 同样地，Al也是由脱氧剂而带入钢中的元素。少量的Al具有细化钢晶粒的有益 作用。可是，如果Al含量过高则会对管巧诱注、热加工等工艺步骤产生不利影响。鉴于此， 需要将本发明所述的高强初性无缝钢管中的Al含量设定为0. 01-0. 1%。
[001 引 儘：0.6-2.0%
[0020] Mn也是由脱氧剂而带入钢中的元素。Mn具有扩大奥氏体相区，增加钢的泽透性并 细化晶粒等有益作用。但是Mn在凝固时容易发生偏析，造成无缝钢管中会出现明显的带状 组织。由于带状组织与无缝钢管的基体的硬度和析出相之间存在着明显的差异，继而会影 响钢的初性。因此，应当控制本发明所述的高强初性无缝钢管中Mn含量在2.0%W下。与 此同时，为了确保钢的泽透性，还应当使得钢中的Mn含量在0.6%W上。
[0021] C+Mn/6 ^ 0. 35
[0022] 本发明所述的无缝钢管的强化效果需要通过固溶强化、析出强化等多种强化的综 合效果来实现。在不额外添加其他合金元素的情况下，必须保证C、Mn元素具有一定的含 量，W获得足够的强化效果，因此，C和Mn满足上述关系式时能够有效地保证钢的强化效 果，从而确保钢具有较高的强初性。
[0023] 进一步地，本发明所述的高强初性无缝钢管的微观组织W马氏体为主，马氏体的 相比例不低于75%。
[0024] 更进一步地，本发明所述的高强初性无缝钢管的微观组织还包括少量铁素体和贝 氏体。
[00巧]进一步地，在本发明所述的高强初性无缝钢管中，其他不可避免的杂质中的S《0. 005%，P《0. 02%，0《0. 01%。
[0026] 本发明所述的高强初性无缝钢管中主要不可避免的杂质为S，P和0。其中，P和S 均为钢中的有害元素，S对于钢的热加工性、初性等都会产生不利影响，而P则会对钢的热 加工性和初性产生不利影响，为此需要将S控制得《0. 005%，将P控制得《0. 02%。0是 降低初性的元素，需要其含量控制在0.Ol%W下。优选地，将0元素的含量控制在0. 005% W下。
[0027] 进一步地，本发明所述的高强初性无缝钢管的屈服强度> 555MPa，且其0°C全尺 寸冲击功> 50J。
[0028] 本发明的另一目的在于提供一种高强初性无缝钢管的制造方法。通过该制造方法 能够获得强度高且初性好的无缝钢管。该高强初性无缝钢管的制造方法能够充分利用社后 余热，从而有效地减少了能耗的浪费，进而降低了工艺制造的投入成本。
[0029] 为了达到上述发明目的，本发明所提供的一种高强初性无缝钢管的制造方法，其 依次包括步骤：
[0030] (1)冶炼并制得管巧；
[0031] (2)加热管巧，经穿孔、连社、张力减径或张力定径制得荒管，其中管巧与荒管的横 截面面积比大于4. 5(需要说明的是，虽然此处仅限定了管巧与荒管的横截面面积比的下 限为4. 5,而没有限定其上限，然而根据实际设备情况，管巧与荒管的横截面面积比一般是 达不到10W上的，也就是说该上限值会受到设备生产能力的限制）；
[0032] (3)在线泽火：泽火开冷溫度为850-1100°C，冷却速度20-60°C/s,泽火完成后的 钢管洛氏硬度大于40HRC;
[003引（4)回火：回火溫度为500-700°C。
[0034] 本发明所述的高强初性无缝钢管的制造方法的核屯、在于在线泽火步骤充分利用 了社后余热。现有的钢管在社制后会先入管料库后再根据之后的生产需要进行热处理，一 方面不仅造成了社后余热的浪费（通常社后钢管溫度在90(TCW上），另一方面热处理工艺 又需要消耗大量的热能，运样会大幅度地提高无缝钢管的制造方法的热能消耗。此外，发明 人发现变形后直接进行快冷泽火后的钢材的综合力学性能要明显高于冷却后再重新进行 加热泽火工艺的钢材的综合力学性能。较之于现有技术，本发明的制造方法充分利用了社 后余热，并通过钢管形变诱导相变效益来实现钢管的强化效果，为此，在不额外添加昂贵合 金元素的前提下，既提高了钢管的强度，又提升了钢管的初性。
[0035] 在在线泽火步骤中，如果泽火开冷溫度低于850°C，钢管中将会有部分先共析铁素 体生成，无法保证泽火后得到需要的微观组织（例如，马氏体组织），因此需要保证钢管溫 度在850°CW上。同时，将冷却速度控制在20-60°C/s范围之间，其原因在于：冷却速度较 慢时，也难W得到需要的微观组织（例如，马氏体组织），反么冷却速度较快时，由于钢管 变形后内应力较大，则容易引起钢管的泽火开裂。
[0036] 此外，在回火步骤中，当回火溫度< 500°C时，不能够有效地降低钢管的内应力，保 证钢管具备足够的初性，而当回火稳定> 700°C时，由于钢管中的微观组织（例如，马氏体 组织）的分解和位错密度的速度迅速降低，为此将无法保证钢管所需达到的高强度，故而， 将回火溫度控制为500-700°C。
[0037] 进一步地，在本发明所述的高强初性无缝钢管的制造方法中，在上述步骤（2)中， 将管巧加热到1100-1250°C，并保持1-地。
[0038] 进一步地，在本发明所述的高强初性无缝钢管的制造方法中，在上述步骤（2)中， 进行张力减径或张力定径步骤之前的管巧和完成张力减径或张力定径步骤之后的管巧的 横截面面积比大于1.05(需要说明的是，虽然此处仅限定了该比值的下限为1.05,而没有 限定其上限，然而根据实际设备情况，该比值的上限一般在1. 3左右，也就是说该上限值会 受到设备生产能力的限制）。
[0039] 进一步地，在本发明所述的高强初性无缝钢管的制造方法中，在上述步骤（3)中， 向荒管周围均匀喷水或将钢管浸入水中W进行泽火。
[0040] 本发明的技术方案充分利用了社后余热，W通过形变诱导相变效益来实现钢管的 强化效果，在无需添加昂贵合金元素的情况下，既节省了生产制造过程的热能消耗，又提升 了钢管的综合力学性能。
[0041] 对于本技术方案来说，由于通过形变诱导相变效益来实现钢管的强化效果，因此， 本发明所述的无缝钢管的强度高，其屈服强度> 555MPa。
[0042]另外，本发明所述的无缝钢管还具备较