专利名称：φ48-89mm超级13Cr油管的热轧生产方法
技术领域：
本发明属于冶金工业领域中钢管轧制技术，特别涉及一种在CO2腐蚀环境下使用的、轧制难度较高的Φ48-89πιπι超级13Cr油管的热轧生产方法。
背景技术：
随着能源需求增大，油气生产厂家开始转向开发腐蚀环境较为恶劣的油田和天然气井。油气开采面临着高温高压、高酸性、高危险性的“三高”苛刻环境。过去普遍使用的碳钢和低合金钢钢管，难以保证足够的抗腐蚀性能。实验证明，在材料中添加Cr元素，能有效提高金属材料耐CO2腐蚀性能，13Cr马氏体不锈钢管材在150°C下具有较好的抗CO2腐蚀能力。在13Cr马氏体不锈钢中通过添加镍元素和钼元素，使其在CO2 环境中拥有优良的抗点蚀和抗均勻腐蚀性能。国外将含镍5%，含钼2%左右的13Cr马氏体不锈钢称为SUP13Cr， 国内钢铁行业将其称为超级13Cr，不同企业结合自身产品体系，又为其赋予更加详细的企业编号名称，其中天津钢管集团股份有限公司开发的超级13Cr钢种称为TP110-SUP13Cr。超级13Cr属于马氏体不锈钢，超级13Cr材质的管坯抗变形能力大，穿孔、连轧、张力减径等工序轧制力均高于普通材质，热轧生产难度较大。传统的热轧钢管生产工艺很难保证超级13Cr管材的轧制质量与轧制效率。国外日本最先成功研制开发超级13Cr钢材，使用该材质设计制造的结构件、管材等应用越来越广泛。国内天津钢管集团股份有限公司、宝山钢铁集团股份有限公司、攀钢集团成都钢铁有限公司等均具备轧制超级13Cr管材的技术能力，国产超级13Cr管材已通过多项抗腐蚀评价实验，并在某些工程项目中得到应用。但国内热轧生产的超级13Cr材质管材普遍都是外径规格较大的无缝钢管，在轧制质量、轧制成材率方面存在不足与缺陷。对于 Φ48-89πιπι外径规格的超级13Cr材质油管，尚没有国产超级13Cr油管较为成功的轧制经验。如何寻求合理、可行、高效的Φ48-89πιπι超级13Cr油管热轧生产工艺，是所有无缝钢管制造企业研究探索的重点。当前热轧无缝钢管行业最先进的轧管设备为三辊限动芯棒连轧管机，简称PQF连轧管机(Premium Quality Finishing)。天津钢管集团股份有限公司于2003年建设投产世界上第一套PQF连轧管机组，用于轧制直径< 168. 3mm无缝钢管，在轧制精度、轧制效率方面较之前的双辊连轧管机与三辊斜轧管机，均有改善提高。
发明内容
为解决上述技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种Φ 48-89mm超级13Cr油管的热轧方法，以利于攻克热轧超级13Cr材质Φ48-89πιπι油管变形、粘钢的问题。提高成材率，以满足市场的需要，降低生产成本。为实现上述目的，本发明的技术解决方案是提供一种Φ48-89πιπι超级13Cr油管的热轧生产方法，该方法包括有以下步骤(1).管坯选型与定尺
选用超级13Cr材质，选定截面规格Φ 145_155mm、圆面柱状锻造管坯；管坯定尺确定方式根据轧制目标油管单根的理论重量，乘以轧制倍尺数2-8，加上热轧生产过程中管坯的热损耗重量与切头尾重量，得到每支管坯理论重量，用此重量计算所选定截面规格管坯的投料定尺长度；同时准备等数量、同规格的普通碳钢材质管坯；(2).环形炉装料及加热φ48-89πιπι超级13Cr油管生产时采用混合装料方式，超级13Cr材质管坯与普通碳钢材质管坯混合装炉布料，在入炉轨道上，通过夹钳将步骤(1)备好的管坯逐支装入环形炉加热，先装6支超级13Cr材质管坯，空一步环形炉料位，再装6支普通碳钢材质管坯，再空一步环形炉料位，再装6支超级13Cr材质管坯，再空一步环形炉料位，再装6支普通碳钢材质管坯，依此类推，直到将步骤(1)备好的管坯全部装入环形炉；环形炉加热采用六区温度加热控制，加热燃料使用天然气，通过环形炉控制台，设定环形炉温度一区设定不点燃、二区温度1040-1080°C、三区温度1120-1150°C、四区温度 1180-1200°C、五区温度1220-1260°C、六区温度1220_1280°C，管坯 在环形炉六个区的加热总时间为2. 5-3. 5小时，管坯出炉温度控制在1220-1280°C ；(3).穿孔使用锥形穿孔机将步骤(2)中环形炉加热后的管坯斜轧穿孔，轧制成毛管，穿孔时锥形穿孔机使用直径< 140mm的含钴顶头，通过穿孔控制台，调用控制台已设定的不同轧制规格下的穿孔机辊距、导距、顶头前伸量、电机转速、辗轧角参数，保证顶头处的顶前压下率为6. 0-8. 0%，调整穿孔机导盘冷却水的喷射位置，使冷却水对准导盘的管坯旋入导盘一侧，设定冷却水压力5-8bar ；(4).连轧使用高精度PQF三辊限动芯棒连轧管机轧管设备，将步骤(3)得到的毛管轧制成外径Φ 143. 8mm规格荒管，根据目标油管的壁厚值，选用不同规格芯棒6支，按照钢级为7 以上的弹变系数计算设定参数，连轧出口速度0. 6-0. 8m/s，完成热连轧过程；(5).再加热炉加热与张力减径由步骤(4)得到的荒管采用再加热炉二次加热，再加热炉设定出炉温度 930-980°C，采用30-40秒稳定连续出料方式进行后续张力减径；使用多机架张力减径机将出再加热炉后的荒管轧制成目标油管，根据荒管规格以及目标油管规格，选用不同规格的张力减径机架，张力减径之后的油管规格即为目标油管规格，无需后续加工，轧制完成的超级13Cr目标油管与普通碳钢结构管或流体管，在冷床上双排布料，并做好区分标记；(6).最终产品所达到的性能指标使用该案热轧工艺轧制生产的Φ48-89πιπι超级13Cr油管达到的性能指标屈服强度758-965MPa、抗拉强度彡862MPa、延伸率彡14%、硬度< 32HRC，晶粒度符合ASTM标准中的6级标准，同时压扁试验测试时油管无破裂，纯CO2腐蚀介质下试验7天后性能依然满足上述性能指标。本发明的效果是采用本方法的Φ48_89πιπι超级13Cr油管直接热轧工艺方法，所生产的油管中间废品量少，一次合格率达96%以上，热轧油管产品质量高，同时热轧生产节奏提高到30秒，大大提高了 Φ 48-89mm超级13Cr油管的生产效率。
具体实施例方式结合实施例对本发明的一种Φ 73. 02*5. 51mm规格超级13Cr油管的直接热轧方法加以说明。本发明的Φ48-89πιπι超级13Cr油管的热轧生产方法，该方法包括有以下步骤(1).管坯选型与定尺选用超级13Cr材质，选定截面规格Φ 145_155mm、圆面柱状锻造管坯；管坯定尺确定方式根据轧制目标油管单根的理论重量，乘以轧制倍尺数2-8，加上热轧生产过程中管坯的热损耗重量与切头尾重量，得到每支管坯理论重量，用此重量计算所选定截面规格管坯的投料定尺长度；同时准备等数量、同规格的普通碳钢材质管坯；(2).环形炉装料及加热φ48-89πιπι超级13Cr油管生产时采用混合装料方式，超级13Cr材质管坯与普通碳钢材质管坯混合装炉布料，在入炉轨道上，通过夹钳将步骤(1)备好的管坯逐支装入环形炉加热，先装6支超级13Cr材质管坯，空一步环形炉料位，再装6支普通碳钢材质管坯，再空一步环形炉料位，再装6支超级13Cr材质管坯，再空一步环形炉料位，再装6支普通碳钢材质管坯，依此类推，直到将步骤(1)备好的管坯全部装入环形炉；环形炉加热采用六区温度加热控制，加热燃料使用天然气，通过环形炉控制台，设定环形炉温度一区设定不点燃、二区温度1040-1080°C、三区温度1120-1150°C、四区温度 1180-1200°C、五区温度1220-1260°C、六区温度1220_1280°C，管坯在环形炉六个区的加热总时间为2. 5-3. 5小时，管坯出炉温度控制在1220-1280°C ；(3).穿孔使用锥形穿孔机将步骤(2)中环形炉加热后的管坯斜轧穿孔，轧制成毛管，穿孔时锥形穿孔机使用直径< 140mm的含钴顶头，通过穿孔控制台，调用控制台已设定的不同轧制规格下的穿孔机辊距、导距、顶头前伸量、电机转速、辗轧角参数，保证顶头处的顶前压下率为6. 0-8. 0%，调整穿孔机导盘冷却水的喷射位置，使冷却水对准导盘的管坯旋入导盘一侧，设定冷却水压力5-8bar ；(4).连轧使用高精度PQF三辊限动芯棒连轧管机轧管设备，将步骤(3)得到的毛管轧制成外径Φ 143. 8mm规格荒管，根据目标油管的壁厚值，选用不同规格芯棒6支，按照钢级为7 以上的弹变系数计算设定参数，连轧出口速度0. 6-0. 8m/s，完成热连轧过程；(5).再加热炉加热与张力减径由步骤(4)得到的荒管采用再加热炉二次加热，再加热炉设定出炉温度 930-980°C，采用30-40秒稳定连续出料方式进行后续张力减径；使用多机架张力减径机将出再加热炉后的荒管轧制成目标油管，根据荒管规格以及目标油管规格，选用不同规格的张力减径机架，张力减径之后的油管规格即为目标油管规格，无需后续加工，轧制完成的超级13Cr目标 油管与普通碳钢结构管或流体管，在冷床上双排布料，并做好区分标记；(6).最终产品所达到的性能指标使用该案热轧工艺轧制生产的Φ48-89πιπι超级13Cr油管达到的性能指标屈服强度758-965MPa、抗拉强度彡862MPa、延伸率彡14%、硬度彡32HRC，晶粒度符合ASTM标准中的6级标准，同时压扁试验测试时油管无破裂，纯C02腐蚀介质下试验7天后性能依然满足上述性能指标。 本发明的Φ48-89πιπι超级13Cr油管的热轧生产方法实现过程，以热轧 Φ 73. 02*5. 51mm 油管为例采用TP110-SUP13Cr钢种冶炼管坯，该钢种是天津钢管集团内部对超级13Cr钢种的编号名称，具体生产工艺为1.管坯选型与定尺工艺选用TP110-SUP13Cr材质锻造管坯。将4. 3吨铸锭快锻为Φ 165mm，用机械修磨为截面规格Φ 150mm的圆面柱状管坯，管坯定尺2500mm，管坯端部不做中心定位孔。投料管坯计划轧制生产为10. 5-11. 3米的三倍尺目标油管。同时准备等数量、同规格的45号钢材质管坯。2.环形炉装料及加热为平衡生产，减轻设备轧制压力，该批次TP110-SUP13Cr材质钢管生产时采用混合装料、穿插轧制的工艺方式。将步骤1中准备好的用于轧制生产的TP110-SUP13Cr 材质定尺管坯与普通碳钢材质管坯每六支一组交替投放在入炉轨道上，通过夹钳逐支装入环形炉。TP110-SUP13Cr材质管坯与普通碳钢材质管坯混合装炉布料，即先装6支 TP110-SUP13Cr材质管坯，空一步环形炉料位，再装6支普通碳钢材质管坯，再空一步环形炉料位，再装6支TP110-SUP13Cr材质管坯，再空一步环形炉料位，再装6支普通碳钢材质管坯，依此类推，直到将准备好的两种管坯全部装入环形炉。混合布料的另一个目的在于防止在第二次变形时，芯棒表面出现粘钢。环形炉加热采用六区温度加热控制，加热燃料使用天然气，管坯在环形炉六个区的加热总时间为2. 5-3小时，通过环形炉控制台，设定一区天然气不点、二区温度1050°C、 三区温度1140°C、四区温度1180°C、五区温度1220°C、六区温度1220°C，控制出炉温度为 1220°C。3.穿孔工艺热轧无缝钢管生产过程中，第一次热变形在穿孔工序。使用锥形穿孔机将步骤2 中出环形炉后的管坯斜轧穿孔，轧制成毛管。穿孔时使用Φ 130mm含钴顶头，Φ 125mm顶杆， Φ 145mm挡叉，同时调用设定辊距129. 5mm，导距150mm，顶头前伸量42mm，碾轧角11. 5°，以保证顶头处的顶前压下率为6. 5-7%。穿孔后毛管外径Φ 178mm，壁厚13. 5mm。调整穿孔机导盘冷却水的喷射位置，使冷却水对准导盘的管坯旋入导盘一侧，设定冷却水压力6bar。4.连轧工艺热轧钢管生产过程中，第二次热变形在连轧工序。使用5机架高精度PQF三辊限动芯棒连轧管机轧管设备，将步骤3中得到的毛管轧制成荒管，再经3架脱管机，使芯棒与荒管分离。轧制时使用Φ 137. 7mm规格芯棒，共使用6支芯棒循环轧制，轧制时设定连轧出口速度0. 8m/s,完成连轧过程。连轧后荒管规格为Φ 143. 8*5. 95mm。5.再加热炉工艺与张力减径工艺 热轧钢管生产过程中，第三次热变形在工序。 为保证张力减径工序中荒管的初始温度均勻，进而保证张减后油管质量和性能稳定，由步骤4得到的荒管采用再加热炉二次加热生产工艺。再加热炉设定出炉温度980°C， 采用30秒稳定连续出料方式进行后续张力减径。使用24机架张力减径机将出再加热炉后的荒管轧制成目标油管。使用 Φ 143. 8mm- > Φ 73. 02mm规格的张力减径机架，张力减径控制台控制终轧长度36. 63米左右。热轧张减之后油管的规格即为Φ 73. 02*5. 51mm，无需后续加工。普通碳钢材质管坯投料后轧制成Φ 73. 00*5. 50mm结构管。张力减径工序后，TP110_SUP13Cr材质油管 与普通碳钢材质结构管在冷床双排布料，使用蓝色油漆标识。6.最终产品所达到的性能指标通过使用该案介绍的热轧工艺方法轧制生产的TPl 10_SUP13Cr材质 Φ 73. 00*5. 50mm油管，其屈服强度彡820MPa，抗拉强度彡910MPa，伸长率19_22%，硬度 29-31HRC，晶粒度8. 0-8. 5，符合ASTM标准中的6级标准，同时在天津钢管集团股份有限公司技术中心进行的取样压扁试验测试和抗CO2腐蚀试验测试中，压扁量72. 37%时油管无破裂，纯CO2腐蚀介质下试验7天后性能依然满足上述各项性能指标。实践证明，采用该案介绍的生产工艺轧制的Φ48-89πιπι超级13Cr油管，其力学性能、抗腐蚀性能均通过各项评价实验，并在中国神华煤制油化工有限公司鄂尔多斯煤制油分公司的"CO2收集与封存10万吨示范井”项目中成功应用。
权利要求
1. 一种Φ48-89πιπι超级13Cr油管的热轧生产方法，该方法包括有以下步骤(1).管坯选型与定尺选用超级13Cr材质，选定截面规格Φ 145-155πιπι、圆面柱状锻造管坯；管坯定尺确定方式根据轧制目标油管单根的理论重量，乘以轧制倍尺数2-8，加上热轧生产过程中管坯的热损耗重量与切头尾重量，得到每支管坯理论重量，用此重量计算所选定截面规格管坯的投料定尺长度；同时准备等数量、同规格的普通碳钢材质管坯；(2).环形炉装料及加热Φ48-89πιπι超级13Cr油管生产时采用混合装料方式，超级13Cr材质管坯与普通碳钢材质管坯混合装炉布料，在入炉轨道上，通过夹钳将步骤(1)备好的管坯逐支装入环形炉加热，先装6支超级13Cr材质管坯，空一步环形炉料位，再装6支普通碳钢材质管坯，再空一步环形炉料位，再装6支超级13Cr材质管坯，再空一步环形炉料位，再装6支普通碳钢材质管坯，依此类推，直到将步骤(1)备好的管坯全部装入环形炉；环形炉加热采用六区温度加热控制，加热燃料使用天然气，通过环形炉控制台，设定环形炉温度一区设定不点燃、二区温度1040-1080°C、三区温度1120-1150°C、四区温度 1180-1200°C、五区温度1220-1260°C、六区温度1220-1280°C，管坯在环形炉六个区的加热总时间为2. 5-3. 5小时，管坯出炉温度控制在1220-1280°C ；(3).穿孔使用锥形穿孔机将步骤(2)中环形炉加热后的管坯斜轧穿孔，轧制成毛管，穿孔时锥形穿孔机使用直径< 140mm的含钴顶头，通过穿孔控制台，调用控制台已设定的不同轧制规格下的穿孔机辊距、导距、顶头前伸量、电机转速、辗轧角参数，保证顶头处的顶前压下率为6. 0-8.0%，调整穿孔机导盘冷却水的喷射位置，使冷却水对准导盘的管坯旋入导盘一侧，设定冷却水压力5-8bar ；(4).连轧使用高精度PQF三辊限动芯棒连轧管机轧管设备，将步骤(3)得到的毛管轧制成外径 Φ 143. 8mm规格荒管，根据目标油管的壁厚值，选用不同规格芯棒6支，按照钢级为7以上的弹变系数计算设定参数，连轧出口速度0. 6-0. 8m/s，完成热连轧过程；(5).再加热炉加热与张力减径由步骤(4)得到的荒管采用再加热炉二次加热，再加热炉设定出炉温度930-980°C，采用30-40秒稳定连续出料方式进行后续张力减径；使用多机架张力减径机将出再加热炉后的荒管轧制成目标油管，根据荒管规格以及目标油管规格，选用不同规格的张力减径机架，张力减径之后的油管规格即为目标油管规格， 无需后续加工，轧制完成的超级13Cr目标油管与普通碳钢结构管或流体管，在冷床上双排布料，并做好区分标记；(6).最终产品所达到的性能指标使用该案热轧工艺轧制生产的Φ48-89πιπι超级13Cr油管达到的性能指标屈服强度 758-965MPa、抗拉强度彡862MPa、延伸率彡14%、硬度彡32HRC，晶粒度符合ASTM标准中的 6级标准，同时压扁试验测试时油管无破裂，纯CO2腐蚀介质下试验7天后性能依然满足上述性能指标。
全文摘要
本发明提供一种φ48-89mm超级13Cr油管的热轧生产方法，包括有以下步骤管坯选型与定尺；环形炉装料及加热；连轧；再加热炉加热与张力减径；最终产品所达到的性能指标，使用该案热轧工艺轧制生产的φ48-89mm超级13Cr油管达到的性能指标屈服强度758-965MPa、抗拉强度≥862MPa、延伸率≥14％、硬度≤32HRC，晶粒度符合ASTM标准中的6级标准，同时压扁试验测试时油管无破裂，纯CO2腐蚀介质下试验7天后性能依然满足上述性能指标。本发明的效果是采用本方法的φ48-89mm超级13Cr油管，废品量少，一次合格率达96％以上，热轧油管产品质量高，同时热轧生产节奏提高到30秒，大大提高了φ48-89mm超级13Cr油管的生产效率。
文档编号B21B19/10GK102172626SQ20101061197
公开日2011年9月7日 申请日期2010年12月29日 优先权日2010年12月29日
发明者严泽生, 孙强, 梁海泉, 管学聪, 高展展 申请人:天津钢管集团股份有限公司