强度和低温韧性优异的无缝钢管的控制轧制方法
【专利摘要】本发明提供一种应用于无缝钢管制造工艺的强度和低温韧性优异的无缝钢管的控制轧制方法，该控制轧制方法包括在γ相的再结晶区域内(约950℃以上)进行穿孔轧制；在延伸轧制步骤和减径轧制步骤中在γ相的非再结晶区域内(950℃至Ar3转变点)进行延伸轧制和减径轧制；和减径轧制后即刻进行控制冷却或淬火。如果定径机用于减径轧制步骤，则在减径轧制步骤中进行在(α+γ)双相温度区域内(Ar3转变点至Ar1转变点)的轧制。本控制轧制方法可解决由于低温轧制引起的热变形阻力的显著增加和热变形能力(热加工性能)的显著劣化的问题，并且连同使用控制冷却方法一起，可生产强度和低温韧性优异的无缝钢管。
【专利说明】强度和低温韧性优异的无缝钢管的控制轧制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种强度和低温韧性优异的无缝钢管的控制轧制方法，所述方法应用于无缝钢管的制造工艺。
【背景技术】
[0002]无缝钢管制造工艺的实例包括曼内斯曼自动轧管机法(Mannesmann-plug millprocess)、曼内斯曼芯棒式无缝管轧机法(Mannesmann-mandrel mill process),曼内斯曼阿塞尔乳管机(Mannesmann-assel mill)和曼内斯曼顶管机法(Mannesmann-push-benchmill process)等。
[0003]这些无缝钢管的制造工艺中，将在加热炉内在预定温度下加热的实心钢坯(圆钢棒)通过斜轧工艺的穿孔轧制机穿孔并且形成为中空棒状的中空件，将该中空件借助于使用延伸轧制机如斜轧延伸机(rotary elongator)和自动轧管机(plug mill)、芯棒式无缝管轧机(mandrel mill)、阿塞尔轧管机或顶管机(push_bench mill)主要通过减薄其壁厚，形成空心管坯。随后，将所得空心管坯主要借助于使用减径轧制机(reducing rollingmill)如定径机或张力减径机通过减小其外径，形成为预定尺寸的无缝钢管。
[0004]下文中，作为上述生产工艺的实例，将提供关于曼内斯曼-芯棒式无缝管轧机法的说明，但是其它生产工艺在生产无缝钢管时发挥着相同的作用。
[0005]图1为说明用于曼内斯曼芯棒式无缝管轧机法的设备构造的图，分别(a)说明转底式加热炉，(b)说明斜轧穿孔机(倾斜轧制穿孔机)，(C)说明芯棒式无缝管轧机(拉伸辊轧机)，(d)说明再加热炉，以及(e)说明张力减径机(减径轧制机)。
[0006]作为图1(b)中所述的斜轧穿孔机，起初通常使用驱动倾斜的桶形辊的曼内斯曼穿孔机，但是近年来，已广泛使用驱动以倾斜和交叉的方式配置的锥形轧辊的所谓的斜轧穿孔机(锥形穿孔机)。
[0007]曾使用的图1 (C)中的芯棒式无缝管轧机包含8个机架，但是近年来，越来越多地使用包括四或五个机架的具有更少机架的芯棒式无缝管轧机。作为芯棒式无缝管轧机中值得注意的方面，起初通常使用全浮动芯棒式无缝管轧机，其中芯棒插入空心管坯的内部中以及该空心管还与插入的芯棒一起通过孔槽型轧棍(grooved caliber rolls)连续轧制，这是芯棒操作过程的创新；但是近年来，作为确保高效率和高质量的芯棒式无缝管轧机，更广泛使用限动芯棒式无缝管轧机(限制芯棒式无缝管轧机)。
[0008]该限动芯棒式无缝管轧机中，存在全回退过程和半浮动(sem1-float)过程，全回退过程中，芯棒通过芯棒限动机(未示出)从芯棒背面(轧机的入口侧)限动和限制直至完成轧制，且完成轧制的同时芯棒回退，半浮动过程中，完成轧制的同时释放芯棒。
[0009] 生产中等直径无缝钢管时，通常采用全回退过程，生产小直径无缝钢管时，通常采用半浮动过程。前者全回退过程中，在芯棒式无缝管轧机的输送侧上配置脱模机(extractor),轧制操作期间通过芯棒式无缝管轧机使空心管还脱出。如果芯棒式无缝管轧机输送侧上的管还金属的温度足够高，可通过定径机(sizing mill)(定径机(sizer))代替脱模机脱出空心管坯，从而该空心管坯可进行减径轧制成最终的目标尺寸，这可省去再加热炉。
[0010]图1(e)所述的减径轧制机中，生产中等直径无缝钢管时使用定径机，生产小直径无缝钢管时使用张力减径机。作为定径机，起初使用各机架中的轧辊的转数速度不变的减径定径机或减径机，但是近年来，已广泛使用其各机架独立驱动的三轧辊型定径机或张力减径机。
[0011]上述三轧辊型张力减径机包括至多24至28个机架，这些独立驱动的机架可具有至多85%的变形阻力的张力作用在这些机架之间，这不仅能够使外径减少而且在相当宽的范围内调整壁厚。
[0012]相反，三轧辊型定径机包括至多8至12个机架，具有比张力减径机的机架更少的机架，从而不能期望这些机架之间大的张力。另外，三轧辊型定径机基于每个机架获得外径减小，其比张力减径机的外径更加小。
[0013]此类无缝钢管的制造工艺中，有时采用其中在热轧制后有效利用热加工时产生的潜热从而进行淬火，然后回火的所谓的内热机械处理工艺，(参见专利文献I至3)，但是没有公开将控制轧制方法应用于无缝钢管的制造工艺。
[0014]控制轧制方法的基本原理将描述如下。已开发控制轧制技术作为UOE大直径焊接钢管的源材料的生产技术。UOE大直径焊接钢管的源材料通过借助于使用厚板轧机的可逆轧制工艺而生产。为了满足高强度、低温韧性改进和输送管线管的合金元素更少的需求，此类厚板轧制技术得到显著地发展。
[0015]通常，钢的强化机理包括固溶强化、析出强化、析出硬化、细晶强化和相变强化等。这些中，固溶强化涉及合金元素增加，这与合金元素更少的需求冲突。析出强化和析出硬化伴随着脆化，这妨碍高的韧性。因此，晶粒细化为应对强度和韧性两者的唯一方法，可以说轧制技术上的材料进步可归因于获得晶粒细化的技术开发的努力。
[0016]控制轧制方法为仅通过轧制工艺借助于适当控制加工热历史如化学组成、加热温度、轧制温度和轧制压下率(rolling reduction rate)而获得晶粒细化的轧制技术,并且已广泛应用于生产高强度和高韧性输送管线管的源材料。
[0017]可认为控制轧制方法为三阶段冶金机理。具体地，控制轧制方法可分为如下三阶段。
[0018][I阶段]在Y相的再结晶温度区域内在相对高的温度(950°C以上)下轧制。
[0019][2阶段]在Y相的非再结晶温度区域内在较低温度(950°C以下，Ar3转变点以上)下轧制。
[0020][3阶段]在(y + α)双相区域内在进一步更低的温度(Ar3转变点以下，Arl转变点以上)下轧制。
[0021]图2为铁-碳平衡图。
[0022]图3为说明控制轧制步骤中的三相冶金机理的图，表示上述三相的各轧制温度区域内的微观结构变化。图3源引于"’钢管和管道制造技术的现状与未来，第112期、第113期，西山纪念研讨会’，日本钢铁协会"，应当注意，该图为控制轧制方法开发前的冶金概念图，因此该图没有反映控制轧制方法开发后的目前的冶金概念图。
[0023]使由于加热引起粗大化的Y晶粒通过在再结晶温度区域内重复轧制-再结晶而变得细化。如果Y晶粒在晶粒不可能再结晶的低温度区域内轧制，则Y晶粒在没有再结晶的情况下拉伸，从而在晶粒内部形成变形带和退火孪晶。Y相至α相的相变时，变形带和退火孪晶与Y晶界一起有助于作为α相变核的形成位点，这导致α晶粒细化。[0024]如果Υ晶粒除上述在非再结晶区域内轧制以外，还在Ar3点以下的U + α )双相区内轧制，则未相变的Y晶粒变得更进一步拉伸，从而在晶粒内部形成变形带。同时，相变的α晶粒也进行轧制从而在晶粒内形成亚晶粒，这导致α晶粒的进一步细化。
[0025]对于输送管线管的厚的壁厚、高强度和高的低温韧性的需求，促进了控制轧制技术如低温加热、增加非再结晶区域内的总轧制压下率和提高锭内的(Υ + α)双相区域轧制的发展与进步。低温加热有利的冶金效果提高了加热时的Y晶粒的细化，结果轧制后的α晶粒也变得细化，由此提高韧性。
[0026]由于晶粒细化效果，强化的双相区域轧制实现了强度增加，但是同时，促进强固的轧制织构(rolling texture),并且产生夏比(Charpy)冲击和DWTT断裂面方面的分离,这导致断裂转变温度的降低。因此，高级输送管线管中，就根据韧性需求的韧性不受损害而言，利用了双相区域轧制，但是由于开发了控制冷却技术，其逐步被淘汰。
[0027]出于通过控制轧制而晶粒细化和通过相变强化而增加强度的目的，已开发出控制轧制的贝氏体钢(针状铁素体钢)。增加贝氏体的量显著提高强度，这有利于X为70以上的高强度钢。贝氏体的量随着Mn的量增加而增加，但同时Ar3点变得更低，由此细化α晶粒并且提高强度和韧性。稍微添加B至Nb和TiC有助于产生贝氏体，由此在不劣化韧性的情况下获得高强度。
[0028]如上所述，开发控制轧制技术和微合金化技术能够生产高级的源材料，对于高强度、高韧性、厚的壁厚和更少合金元素的进一步严格的要求需要技术的新发展，该要求带来轧制工艺后的加速冷却技术，即，控制冷却技术。引文列表
[0029]专利文献
[0030]专利文献1:日本专利申请公布06-240357
[0031]专利文献2:日本专利申请公布11-302785
[0032]专利文献3:日本专利申请公布2001-240913
【发明内容】
[0033]发明要解决的问题
[0034]如上所述，控制轧制方法为在作为UOE大直径焊接钢管源材料的厚板的轧制步骤中开发的热机械处理方法，其实现显著取决于厚板轧机适用可逆轧制的事实。因此，上述技术不能直接应用于适用一方向轧制(one way rolling)的热钢带轧机。
[0035]如果上述技术应用于无缝钢管制造工艺，则目前商业运作中将需要巨大改进。涉及该课题的问题将描述如下。
[0036](1)为了通过控制轧制生产强度和低温韧性优异的无缝钢管，应该至少在延伸轧制步骤中进行Y相的非再结晶区域内的低温轧制。当在减径轧制步骤中进行Y相的非再结晶区域内的低温轧制时，非再结晶的Y晶粒不能拉伸和延伸，这是因为尽管进行外径轧制压下，但在该减径轧制步骤中不进行壁厚减薄。甚至在减径轧制步骤中在Y相的非再结晶温度区域内进行低温轧制的情况下，延伸轧制工艺也需要(entail)在Y相的非再结晶温度区域内的低温轧制。
[0037]现在，如图2中所述，Ar3转变点根据管坯材料的C含量而变化:对于0.10%C的低碳钢约为850°C ;对于0.30%C的中碳钢为800°C ;对于0.50%C的中碳钢为770°C。Y相的非再结晶区域落入从100°C到至多180°C的温度范围内，这是极其窄的温度范围。因此，不容易将延伸轧制步骤中的轧制温度维持在该窄的温度范围内。
[0038]无缝钢管的轧制为一方向轧制，其轧制速度高，此外由于对于管还金属的内表面和外表面两者均冷却，因此其冷却速度比轧制速度更高，因此与厚板轧制的情况相比，其更进一步难以控制无缝钢管的轧制温度。
[0039](2)应该注意，Y相的非再结晶温度区域内的低温轧制涉及热变形阻力的显著增加。
[0040]图4为示出轧制温度与变形阻力之间的各关系的图:(a)低碳镇静钢(kiIIedsteel)中；(b)0.5%Mo钢中；以及(c)1.0%Cr钢中。这源引于文献〃’轧制理论及其应用’，日本钢铁协会"。
[0041]如图4中所示，变形阻力基于源材料的化学组成和变形速度而变化，在1200°C与900 V之间的轧制温度比较中，温度降低300 V弓丨起变形阻力的三倍增加。
[0042]轧制时需要的轧制负荷、轧制力矩和动力的显著增加，不仅对轧机产生安全问题而且对商业运作产生严重问题。厚板轧制工艺适用可逆轧制，从而可简单地通过增加通过次数而容易地应对该问题，但是无缝钢管的制造工艺不能容易地应对这些问题。特别地，非常难以应对穿孔轧制机和随后的延伸轧制机中的过度负荷。
[0043](3)在Y相的非再结晶温度区域内低温轧制的最棘手的问题在于，钢材的热变形能力变得显著劣化。
[0044]图5为说明轧制温度对于中碳钢热变形的影响的图。该图中，热变形能力由扭转试验时的断裂时的扭转数表示，这源引于"’轧制理论及其应用’，日本钢铁协会"。
[0045]如图5中所述，在1200°C与900°C之间的轧制温度比较中，温度降低300°C引起热变形能力降低至三分之一。如果热变形能力劣化至该程度，则穿孔轧制步骤中内表面缺陷的显著产生变得不可避免，还发生分层(壁厚度内部的嵌入断层(embedded flaw))，作为最终广品不再有品质。
[0046]即使穿轧机的温度降低可能是150°C，在不产生内表面缺陷的情况下也极其难以生产无缝钢管。一旦在穿孔轧制步骤中产生内表面缺陷，这些缺陷在随后的延伸轧制步骤和减径轧制工艺中更多地发展，从而这些缺陷会永不消失。
[0047]根据上述⑴至(3)的问题进行本发明，其目的在于随着使用控制冷却法，在无缝钢管制造工艺中提供特定的控制轧制方法，从而生产强度和低温韧性优异的无缝钢管。
[0048]如起初提及的，本发明涉及无缝钢管的控制轧制技术，控制冷却技术为完成控制轧制步骤之后的相关技术。然而，本发明不具有提供控制冷却法的新发现的目的，但是意欲实现生产无缝钢管时的控制轧制技术。
[0049]用于解决问题的方案
[0050]为了解决上述问题，本发明人着眼于，当在无缝钢管制造工艺中进行控制轧制时，优选通过使用斜轧穿孔机借助于扩径穿孔法以高加工度(reduction rate)进行薄壁穿孔，在穿孔轧制步骤中在Y相的再结晶区域内在较高温度下有效进行穿孔，从而应对在低温轧制的情况下穿孔轧制机和延伸轧制机的轧制负荷显著增加和热变形能力显著劣化。
[0051]基于上述关注进行本发明，本发明的概要包括以下的无缝钢管的控制轧制方法。[0052](I) 一种强度和低温韧性优异的无缝钢管的控制轧制方法，所述方法应用于无缝钢管的制造工艺，其中使用在加热炉内在预定温度下加热的圆钢棒(钢坯)，进行穿孔轧制步骤、延伸轧制步骤和减径轧制步骤，如果需要，再加热处理后，进行减径轧制步骤，控制轧制方法包括:在穿孔轧制步骤中，在Y相的再结晶区域内(950°C以上)进行穿孔轧制；在延伸轧制步骤和减径轧制步骤中，在Y相的非再结晶区域内(950°C至Ar3转变点)分别进行延伸轧制和减径轧制；和减径轧制后即刻进行控制冷却或淬火。
[0053](2)如与上述(I)的无缝钢管的控制轧制方法类似的，所述控制轧制方法包括:在穿孔轧制步骤中，在Y相的再结晶区域内(950°C以上)进行穿孔轧制；在延伸轧制步骤中，在Y相的非再结晶区域内(950°C至Ar3转变点)进行延伸轧制；在减径轧制步骤中，在(a + Y )双相温度区域内(Ar3转变点至Arl转变点)进行减径轧制；和减径轧制后即刻进行控制冷却或淬火。
[0054](3)如(I)和⑵中所述的无缝钢管的控制轧制方法中，其中在穿孔轧制步骤中，优选采用具有锥型主棍的斜轧穿孔机(交叉角:3°至30° ,喂入角(feed angle):5°至18° )，通过设定高的交叉角和高的喂入角施行扩径穿孔(扩径比:1.05至2.50)，从而应对由于低温轧制引起的热变形阻力的显著增加和热变形能力(热加工性能)的显著劣化。
[0055](4)如(I)至(3)中所述的无缝钢管的控制轧制方法中，其中当在延伸轧制步骤中在Y相的非再结晶区域内(950°C至Ar3转变点)进行延伸轧制时，优选以至少40%以上的壁厚压下率进行延伸轧制。
[0056]发明的效果
[0057]根据本发明无缝钢管的控制轧制方法可解决由于低温轧制引起热变形阻力的显著增加和热变形能力(热加工性能)的显著劣化的问题，并且连同使用控制冷却法一起可生产强度和低温韧性优异的无缝钢管。
【专利附图】
【附图说明】
[0058]图1为说明用于曼内斯曼-芯棒式无缝管轧机法的设备构造的图，分别(a)说明转底式加热炉，(b)说明斜轧穿孔机(倾斜轧制穿孔机)，(C)说明芯棒式无缝管轧机(拉伸辊轧机)，(d)说明再加热炉，和(e)说明张力减径机(减径轧制机)。
[0059]图2为铁-碳平衡图。
[0060]图3为说明控制轧制步骤中的三阶段冶金机理的图。
[0061]图4为示出轧制温度与变形阻力之间的各关系的图:(a)低碳镇静钢中；(b) 0.5%Mo 钢中；和(c) 1.0%Cr 钢中。
[0062]图5为说明轧制温度对于中碳钢热变形的影响的图。
[0063]图6为说明通过使用斜轧穿孔机的扩径穿孔法的穿孔原理的图。
[0064]图7为示出扩径比、辊交叉角和喂入角对于穿孔轧制时的轧制力矩的影响的图。
[0065]图8为示出扩径比、辊交叉角和喂入角对于轧制功率的影响的图。
[0066]图9为示出扩径比、辊交叉角和喂入角对于旋转锻造次数的影响的图。
[0067]图10为示出扩径比、辊交叉角和喂入角对于圆周方向剪切应变Yre的影响的图。【具体实施方式】
[0068][穿孔轧制步骤和延伸轧制步骤中轧制温度的控制]
[0069]根据本发明的无缝钢管的控制轧制方法为适用于无缝钢管制造工艺的控制轧制方法，即，无缝钢管的制造步骤包括:加热炉一穿孔轧制机一延伸轧制机(再加热炉)一减径轧制机。
[0070] 穿孔轧制步骤中，在Y相的再结晶温度区域内(约950°C以上)进行穿孔轧制，在延伸轧制步骤和减径轧制步骤中，在Y相的非再结晶温度区域内(约950°C至Ar3转变点)进行延伸轧制和减径轧制，然后在减径轧制后即刻进行控制冷却或淬火。
[0071]类似地，根据本发明的无缝钢管的控制轧制方法为适用于无缝钢管制造工艺的控制轧制方法，其中在穿孔轧制步骤中，在Y相的再结晶温度区域内(950°C以上)进行穿孔轧制，然后，在延伸轧制步骤中，在Y相的非再结晶温度区域内(950°C至Ar3转变点)进行延伸轧制，此后，在减径轧制步骤中，在U + Y)双相温度区域内(Ar3转变点至Arl转变点)进行减径轧制，该减径轧制后即刻进行控制冷却或淬火。注意，该方法有限地应用于使用定径机作为减径轧制机的情况。
[0072]根据本发明的无缝钢管的控制轧制方法中，对于在延伸轧制步骤中在Y相的非再结晶温度区域内实现该低温轧制的温度控制进行各种研究。如果在延伸轧制步骤中在Y相的非再结晶温度区域内进行低温轧制，则通常也在前述穿孔轧制步骤中进行低温轧制至一定程度。在一些情况下，通常认为在进一步上游的加热步骤中低温加热。
[0073]如稍后所述，根据本发明无缝钢管的控制轧制方法中，优选在穿孔轧制步骤中通过扩径穿孔法以高加工度进行薄壁穿孔。钢坯的穿孔轧制期间，随着温度降低产生更多的加工热。因此，尝试在产生加工热的同时进行低温轧制是不合理的。
[0074]因此，需要正视，在穿孔轧制步骤中应该进行适度的低温轧制，在Y相的再结晶温度区域内在较高温度下、优选在1050°C以上的温度下进行穿孔。便利地，如果通过扩径穿孔法以高加工度进行薄壁穿孔，则即使在穿孔轧制步骤中产生加工热，穿孔后空心件的冷却速度也变得较高，从而在延伸轧制步骤中可相对容易地维持Y相的非再结晶温度区域。
[0075]通过扩径穿孔法以高加工度薄壁穿孔时，随着其绝对壁厚度变得越薄及其外径变得越小，穿孔空心管坯的温度下降变得越显著。因此，特别地在小直径无缝钢管的穿孔轧制步骤中，可认为在Y相的再结晶温度区域内在较高温度下进行穿孔，比通常在前述加热步骤高的温度下进行加热。
[0076][通过扩径穿孔法以高加工度薄壁穿孔]
[0077]根据本发明的无缝钢管的控制轧制方法中，优选应用采用斜轧穿孔机从而通过扩径穿孔法以高加工度进行薄壁穿孔的技术思想。这是因为可以应对穿孔轧制机和延伸轧制机中由于低温轧制引起的轧制负荷的显著增加和热变形能力的显著劣化。
[0078]具体地，在穿孔轧制步骤中采用具有锥形主辊的斜轧穿孔机，从而不仅通过借助于扩径穿孔法以高加工度进行薄壁穿孔而急剧减小穿孔轧制的负荷，而且在穿孔轧制步骤中承担延伸轧制步骤中应该发生的壁厚度压下量的基本上一半，由此急剧减小延伸轧制的负荷。
[0079]图6为说明通过使用斜轧穿孔机的扩径穿孔法的穿孔原理图。扩径穿孔抑制顶头(plug)前面的旋转锻造效果。在相同图中分别定义喂入角β和辊交叉角Y。
[0080]图7为示出穿孔轧制时扩径比、辊交叉角和喂入角对于轧制力矩的影响的图。图8为示出扩径比、辊交叉角和喂入角对于轧制动力的影响的图。这些图中，分别Y表示辊交叉角和β表示喂入角。两图中，显然随着扩径比变得较大，轧制负荷显著减少。图6至图8源引于〃’钢管的生产方法’，日本钢铁协会〃。
[0081]从图7和图8的结果，在根据本发明无缝钢管的控制轧制方法中，显然优选利用扩径穿孔法作为应对穿孔轧制机的过度负荷的方案。注意，随着辊交叉角变得较大和辊喂入角变得较大，轧制负荷稍微增加。
[0082]在扩径穿孔法中，如果圆钢棒(钢坯)进给入锥型主辊中后达到顶头的前端前的旋转锻造次数显著减少，并且如果通过高喂入角和高交叉角穿孔而释放斜轧制穿孔固有的附加剪切变形的应力场，则也可以应对热变形能力的显著劣化。
[0083]由于穿孔轧制时的旋转锻造效果(曼内斯曼效果)产生内表面缺陷，并且附加剪切变形的应力场引起内表面缺陷的传播，因此也可以通过采用扩径穿孔法应对由于低温轧制引起的热变形能力的显著劣化。
[0084]图9为示出扩径比、辊交叉角和喂入角对于旋转锻造次数的影响的图。图10为示出扩径比、辊交叉角和喂入角对于圆周方向剪切应变Yre的影响的图。如与图7和图8类似，分别在图9和图10中，Y表示辊交叉角和β表示喂入角。图9和图10源引于"’钢管的生产方法’，日本钢 铁协会”。
[0085]如图9中显然的，随着扩径比变得较大以及随着辊交叉角和喂入角变得较大，旋转锻造次数显著减少。因此，显然使产生内表面缺陷的原因最小化。
[0086]如图10中显然的，随着辊交叉角和喂入角变得较大，圆周方向剪切应变显著减少。因此，显然传播内表面缺陷的原因消失。注意扩径比对于圆周方向剪切应变的影响与辊交叉角和喂入角的影响是反向的(reverse)，因此，随着扩径比变得较大，圆周方向剪切应变Y"稍微增加。即，在不引起任何问题的情况下，一定程度上发生轻微劣化。
[0087][实施例]
[0088]下文中，将基于随后的实施例，提供对于通过根据本发明的"无缝钢管的控制轧制方法"实现的有利的效果、对于强度和低温韧性的影响的描述。实施例中各步骤的轧制温度由各轧机输送侧上的温度表不。
[0089][实施例1]
[0090]使用具有化学组成为0.30%C-1.ιο%Μη-ο.30%Mo的147.0mm φΙ的中碳圆钢棒作为试样，并且将该样品通过包括加热炉一斜轧穿孔机一芯棒式无缝管轧机一再加热炉一张力减径机的小直径曼内斯曼芯棒式无缝管轧机法轧制为76.2mm cpx4.0mm t|的尺寸。各步骤中的轧制条件如下。
[0091](I)加热步骤
[0092]钢条尺寸:147.0mm φ，加热温度:1200 0C
[0093](2)穿孔轧制步骤
[0094]穿孔尺寸:196,0mmφχ! I ,Kmm t
[0095]轧制温度:1110°C (Y相的再结晶温度区域)[0096]轧制条件:辊交叉角:10。，辊喂入角:12。，扩径比:1.333，穿孔比:3.39
[0097](3)延伸轧制步骤
[0098]拉伸尺寸:151.0mmφ x 4.25mml
[0099]轧制温度:900°C ( Y相的非再结晶温度区域)
[0100]轧制条件:机架数:8，壁厚减薄:64.0%,
[0101]拉伸比:3.47
[0102](4)再加热步骤
[0103]加热温度:920°C
[0104](5)减径轧制步骤
[0105]减径尺寸:76,2mmφ x 4,0mm t
[0106]轧制温度:840°C ( Y相的非再结晶温度区域)
[0107]轧制条件:机架数:16，外径减薄:49.5%,
[0108]拉伸比:2.16
[0109](6)控制冷却:冷水淬火
[0110](7)特性试验结果:强度:YS=770Mpa低温韧性:VTrs=_88°C
[0111][实施例2]
[0112]使用具有化学组成为0.40%c-l.20%Mn-0.35%Mo的225.0mm φ的中碳圆钢棒作为试样，并且将该样品通过包括加热炉一斜轧穿孔机一芯棒式无缝管轧机一定径机的中径曼内斯曼芯棒式无缝管轧机法轧制为273.0mm tpx6.5mmt的尺寸。各步骤中的轧制条件如下。
[0113](I)加热步骤
[0114]钢条尺寸:225.0mm φ,加热温度:1180°C
[0115](2)穿孔轧制步骤
[0116]穿孔尺寸:335.0mmfxl5.5mm t
[0117]轧制温度:1090°C (Y相的再结晶温度区域)
[0118]轧制条件:辊交叉角:20。，辊喂入角:10。，扩径比:1.488，穿孔比:2.55
[0119](3)延伸轧制步骤
[0120]拉伸尺寸:295.0mmfx6.5mm t
[0121]轧制温度:920°C (y相的非再结晶温度区域)
[0122]轧制条件:机架数:5，壁厚减薄:58.0%，拉伸比:2.64
[0123](4)减径轧制步骤
[0124]减径尺寸:273.0mmfx6.5mm t
[0125]轧制温度:870°C ( Y相的非再结晶温度区域)
[0126]轧制条件:机架数:8，外径减薄:7.5%，拉伸比:1.08
[0127](5)控制冷却:冷水淬火
[0128](6)特性试验结果:强度:YS=765Mpa低温韧性:VTrs=_86°C[0129][实施例3]
[0130]使用具有化学组成为0.10%C-0.65%Mn-0.05%Mo的225.0mm φ低碳圆钢棒作为
试样，并且将该样品通过包括加热炉一斜轧穿孔机一芯棒式无缝管轧机一定径机的中径曼内斯曼芯棒式无缝管轧机法轧制为273.0mm Φx6.5mm t的尺寸。各步骤中的轧制条件
如下。各步骤中的轧制尺寸相同与实施例2中的轧制尺寸相同。
[0131](1)加热步骤
[0132]钢条尺寸:225.0mm φ,加热温度:11600C
[0133](2)穿孔轧制步骤
[0134]穿孔尺寸:335.0mm φχ 15.5mm t
[0135]车L制温度:1070°c(Y相的再结晶温度区域)
[0136]轧制条件:辊交叉角:20。，辊喂入角:10。，扩径比:1.488，穿孔比:2.55
[0137](3)延伸轧制步骤
[0138]拉伸尺寸:295.0mm Φx6,5mm t
[0139]轧制温度:900°C ( Y相的非再结晶温度区域)
[0140]轧制条件:机架数:5，壁厚减薄:58.0%，拉伸比:2.64
[0141](4)减径轧制步骤
[0142]减径尺寸:273.0mmφχ6.5mm t
[0143]轧制温度:830°C ((α +Y)双相温度区域)
[0144]轧制条件:机架数:8，外径减薄:7.5%，拉伸比:1.08
[0145](5)控制冷却:冷水淬火
[0146](6)特性试验结果:强度:YS=760Mpa，低温韧性:VTrs=_84°C
[0147]在这种情况下，减径轧制步骤进行(α + Y)双相区域轧制，尽管轻微压下的同时进行外径压下轧制但不进行壁厚压下的轧制，从而没有拉伸晶粒，并且观察不到副作用如分离。
[0148]如果使用张力减径机作为减径轧制机，则优选尽可能避免在(α + Y)双相区域内进行减径轧制。通过连结多机架的外径压下轧制累积应变，这可能引起夏比试验等中的分离。在减径轧制步骤中使用张力减径机的情况下，配置再加热炉，因此，不妨碍在Y相的非再结晶温度区域内的减径轧制。
[0149]油井管和输送管线管需要的强度根据YS通常为740Mpa以上，需要的低温韧性根据vTrs通常为-80°C。基于三个实施例提供对于控制轧制法的效果的具体说明，通过本发明实现的有利的效果显而易见。
[0150][今后要解决的课题]
[0151]如上所述，根据本发明，提出在控制轧制后进行控制冷却，控制轧制方法为本发明的具体主题，但是控制冷却法不是本发明的主题。上述三个实施例中，〃控制冷却"项目中的"冷水淬火"的描述仅仅表明通过使用现有的淬火系统模拟的最终控制冷却。
[0152]本专利申请的 申请人:所属的公司不具有任何生产无缝钢管专用的控制冷却系统。迄今，在全世界相同行业中未听说一些其它公司可以构建此类控制冷却系统。其为今后开发特定的控制冷却方法的课题，所述方法期待进一步提高强度和低温韧性。
[0153]产业h的可利用件
[0154]本发明由于将控制轧制方法适用于无缝钢管制造工艺，因此可解决由于低温轧制引起的热变形阻力的显著增加和热变形能力(热加工性能)的显著劣化的问题，并且连同使用控制冷却法一起，可生产强度和低温韧性优异的无缝钢管。
[0155]本发明中，提供关于热轧制步骤后在不进行不连续的淬火-回火的情况下仅仅通过进行轧制提高强度和韧性的控制轧制方法的讨论，但是应该认识到，该技术思想也可应用于设计为实现在热轧制步骤后在不连续的淬火-回火步骤中使晶粒进一步细化而构建的无缝钢管的控制轧制方 法。
【权利要求】
1.一种强度和低温韧性优异的无缝钢管的控制轧制方法，所述方法应用于无缝钢管的制造工艺，其中使用在加热炉内在预定温度下加热的圆钢棒(钢坯)，进行穿孔轧制步骤、延伸轧制步骤和减径轧制步骤，如果需要，再加热处理后，进行所述减径轧制步骤，其特征在于，所述控制轧制方法包括: 在所述穿孔轧制步骤中，在Y相的再结晶区域内(950°C以上)进行穿孔轧制； 在所述延伸轧制步骤和所述减径轧制步骤中，在Y相的非再结晶区域内(950°C至Ar3转变点)分别进行延伸轧制和减径轧制；和 所述减径轧制后即刻进行控制冷却或淬火。
2.一种强度和低温韧性优异的无缝钢管的控制轧制方法，所述方法应用于无缝钢管的制造工艺，其中使用在加热炉内在预定温度下加热的圆钢棒(钢坯)，进行穿孔轧制步骤、延伸轧制步骤和借助于定径机的减径轧制步骤，如果需要，再加热处理后，进行所述减径步骤，其特征在于，所述控制轧制方法包括: 在所述穿孔轧制步骤中，在Y相的再结晶区域内(950°C以上)进行穿孔轧制； 在所述延伸轧制步骤中，在Y相的非再结晶区域内(950°C至Ar3转变点)进行延伸轧制； 在所述减径轧制步骤中，在U + Y)双相温度区域内(Ar3转变点至Arl转变点)进行减径轧制；和 在所述减径轧制后即刻进行控制冷却或淬火。
3.根据权利要求1或2所述的强度和低温韧性优异的无缝钢管的控制轧制方法，其特征在于， 在所述穿孔轧制步骤中，采用具有锥型主辊的斜轧穿孔机(交叉角:3°至30°，喂入角:5°至18° )，通过设定高的交叉角和高的喂入角施行扩径穿孔(扩径比:1.05至2.50)，从而应对由于低温轧制引起的热变形阻力的显著增加和热变形能力(热加工性能)的显著劣化。
4.根据权利要求1至3任一项所述的强度和低温韧性优异的无缝钢管的控制轧制方法，其特征在于，当在所述延伸轧制步骤中在所述Y相的非再结晶区域内(950°C至Ar3转变点)进行所述延伸轧制时，至少以40%以上的壁厚压下率进行所述延伸轧制。
【文档编号】B21B17/10GK103649344SQ201280034212
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2012年7月17日 优先权日:2011年8月1日
【发明者】林千博 申请人:新日铁住金株式会社