高合金无缝钢管的制造方法及其制造设备的制作方法

专利名称：高合金无缝钢管的制造方法及其制造设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种高合金无缝钢管制造方法以及实施该方法的制造设备。更具体地说，涉及一种可以通过简化的而且连续化的制造工序和制造设备以良好的生产性低成本地制造具有优良的强度、韧性、耐腐蚀和高温等性能的高合金无缝钢管的方法以及用于实施该方法的制造设备。
背景技术：
一般，在锅炉管、石油裂化管、油井管、换热器用管等用途方面多采用无缝钢管。作为其材质，主要是以碳素钢、含Cr、Mo等合金成分的低合金钢、高Cr不锈钢等为对象。在这些无缝钢管的制造中，经常使用曼内斯曼芯棒式无缝钢管轧机方式。对于采用曼内斯曼芯棒式无缝钢管轧机方式的高合金无缝钢管制造来说，由于在穿孔轧制工序需进行严酷的加工，对产品要求有高性能，所以一般制造工序极为复杂。
图1示出曼内斯曼芯棒式无缝钢管轧机方式的制造工序的一例。从钢锭到产品之间有多道工序，对于被加工材料反复进多种加工与加热、冷却。图1中虚线所示为伴随工序间运送、一时堆放等处理的线路变更，在曼内斯曼芯棒式无缝钢管轧机方式的制造工序中，多次进行线路变更。因此，制造高合金无缝钢管需要具有高功能的多个设备和大量的能量。因此，制造成本高是其固有的问题。
为了降低制造成本，需要提高生产性，降低设备费用、减少运行费用。特别是，在简化制造工序和制造设备的同时制造具有优于现有产品质量的性能的产品，是高合金无缝钢管制造所要解决的问题。为了解决这些课题，对高合金无缝钢管的制造开发了多种多样的技术。特别是在图1所示工序内的延伸轧制和精轧阶段以及使作为精轧后产品的钢管具有预定性能的热处理阶段，提出了多种方案。
对于从钢锭制造横断面为圆形的管坯的工序，提出由连续铸造法制造圆形管坯，省略开坯轧制或锻造工序，即由连续铸造法制造横断面形状为圆形的管坯，对该管坯穿孔后进行延伸轧。但是，这种方法在用于穿孔轧制的管坯加热条件和以斜轧穿孔机进行穿孔轧制的条件中容易在穿孔材中产生裂纹。
从工序连续化的观点出发，日本钢铁杂志中公开了一种将作为连续延伸轧机的芯棒式无缝管轧机与作为精轧机的脱管定径机直接连接的制造设备。但是，这种设备不过是为了确保淬火温度而将连续延伸轧机与精轧机直接连接。因此，由于在精轧后的高温状态淬火，所以晶粒产生粗大化，存在作为产品的钢管的韧性下降的问题。
对于用于使精轧后的钢管具有产品所要求的预定性能的热处理工序，也有多种提案。高合金无缝钢管要求具有高可靠性和高性能。因此，如图1所示，通常，由决定产品质量的淬火和回火处理组成的热处理以能够进行严格管理的离线方式进行。因此，设置与制管线路分开的淬火装置和回火炉。包括这样的离线处理的制造方法对制造设备的简化以及能量节省是一个大的障碍。
为此，近年来在高合金无缝钢管的制造中，尝试着采用利用精轧后的被加工材所保有的热量进行在线淬火的即所谓直接淬火的方法。采用直接淬火法，就不需要离线的淬火装置，并且由于可简化制造工序，所以还可以大幅度地降低成本。例如，有专家提出了一种在高合金无缝钢管制造工序中于精轧后立即对钢管进行强制冷却的直接淬火法。然而，实际上，由这一种直接淬火法制造的产品得不到与由现有离线淬火获得的产品等同的质量。也就是说，与由现有方法制造的产品相比，存在由于晶粒粗大从而韧性和耐腐蚀性不好的问题。
为了细化钢的晶粒度，提出了在线对被加工材进行加工热处理的技术。例如，日本住友公司公开的在粗轧(延伸轧制)与精轧中间增加冷却和再加热的工序、在精轧后增加冷却和再加热的处理工序、在轧制过程中(延伸轧制与精轧之间)以及轧制后(精轧)两次进行冷却和再加热的工序等。上述这些处理方法都是在在线状态进行冷却和再加热，其特点是从奥氏体到铁素体的相变和铁素体到奥氏体的逆向相变共反复进行2次以上。
上述方法对于作为被处理材的钢管来说都需要强制冷却到相变开始或结束的温度区域，并且需要再加热到继续进行的逆向相变结束的温度区域。因此，在上述方法中，存在着由于消费能量多而使能量费用高以及由于制造设备复杂而使制造设备的建设费用高的问题。另外，对于由直接正火法制造的高合金无缝钢管的机械性能来说，金属组织和机械强度等的偏差大。这是由于在钢管的长度方向或制造批量间正火温度不均所造成的。因此，存在难以以良好的生产性大量制造质量均匀的钢管的问题。这样，上述方法与由现有的离线淬火的方法相比，不仅在设备费用以及运行费用方面看不出优越性，而且产品性能还差。
另一方面，在高合金无缝钢管的制造方法中，当将各工序离线地独立配置时，由于工序间的处理速度不同，所以需要存放钢坯等被加工材料的空间。例如，由于需要用于保管作为穿孔轧制用钢坯的堆放场所和暂时保管热处理前的钢管的场所，所以必须确保大的空间。另外，还需要在各工序间运送管坯的装置，需要吊车、卡车等辅助运送设备等许多运送装置。
图2示出狄塞尔限动芯棒连轧管式无缝钢管轧机方式的制造工序的一例。在狄塞尔斜轧穿孔机穿孔被加热的管坯时，由两个相对于轧制线倾斜布置的轧辊、两个主动导盘和一个位于中间的随动顶头构成一个环形封闭孔型。在轧辊、导盘和随动顶头的作用下，管坯会产生扭转变形、纵向剪切变形和管壁塑性弯曲，使高合金管坯的穿孔轧制工序变得严酷，导致高合金空心管坯内外表面上和内部产生缺陷等。
狄塞尔限动芯棒连轧管式无缝钢管轧机方式与曼内斯曼芯棒式无缝钢管轧机相比，前者有效地降低了制造成本，提高了生产性。但其轧辊孔型的顶部与侧隙之间的圆周速度差异使金属变形不均匀，容易造成轧辊的孔型过充满或欠充满的缺陷，变形抗力明显增加，轧制高合金钢薄荒管极易出现不均匀变形，产生裂纹、折迭、离层等缺陷。
如上所述，对于现有的方法来说，不能满足通过简化的制造工序和制造设备以高生产性以及低廉的制造成本制造性能优良的高合金无缝钢管的要求。
本发明的另一目的在于提供一种制造高合金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高合金无缝钢管。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种高合金无缝钢管制造方法，该方法包含依次连续的下述工序；①通过连续铸造法制造横断面形状为圆形的管坯的工序；②将上述管坯冷却到Ar1相变点下的200～300℃的温度范围内工序；③将冷却的上述管坯加热到可进行穿孔温度的加热工序；④将加热到可进行穿孔的温度的管坯以1/190～1/300(1/秒)的应变速度进行穿孔轧制、制造空心管坯的工序；⑤通过与穿孔机直接连接地配置的连续延伸轧机，进行预定的平均应变速度加工以及终轧温度时对空心管坯进行延伸轧制制造荒管；⑥对上述荒管进行张力定减径制造钢管的工序；⑦在Ar1相变点和Ar3相变点之间的温度范围内，对钢管进行再结晶处理的工序；⑧在Ar3相变点至其上200℃之间的温度内，对钢管进行正火处理的工序；⑨对上述钢管进行回火处理的工序；⑩对上述钢管进行矫直的工序。
还提供一种用于实施权利要求1所述方法的高合金无缝钢管制造设备。
本发明的效果是按照本发明的高合金无缝钢管制造方法和制造设备，可以以低的制造成本制造生产性良好而且具有优于现有产品的性能的高合金无缝钢管，所以本发明对于工业用高合金无缝钢管的制造非常有价值。


图1为现有无缝钢管制造工序的一实施例工序流程图；图2为现有高合金无缝钢管制造工序的流程图；图3为本发明的高合金无缝钢管制造工序的图；图4为本发明高合金无缝钢管制造设备配置的框图。
图中a、连铸机b、环形加热炉 c、锥形穿孔机d、连轧管机组e、张力定减径机 f、正火处理装置g、回火炉h、矫直机 j、加热炉具体实施方式
结合附图及实施例对本发明进行详细说明。
如图3示出本发明的制造工序。本发明的基本技术思想体现在如下的工艺中①钢坯通过连续铸造法制造成横断面形状为圆形的管坯。通过这一方法，可以省略在管锭或方形连续铸造钢坯作为坯料的场合中所需要的开坯、轧制或锻造工序。
②在为了穿孔轧制而进行的加热之前，将铸造的管坯一度冷却到Ar1相变点下的200～300℃的温度。通过这一冷却，在下一次加热中有效地使晶粒细化。通过细化晶粒，即使在严酷的穿孔轧制中也可以防止被穿孔材产生裂纹。
③在将管坯冷却到Ar1相变点温度后，将其加热到可进行穿孔轧制的温度。通过在Ar1相变点以下尽可能高的温度开始加热管坯，可充分利用铸造时所含有的热量。由这一处理可以大幅度地节约加热炉中加热时所需要的能量。另外，与将钢锭或方形连续铸造材作为坯料的方法相比，可以大幅度地缩小保管场所。
④穿孔轧制中，采用斜轧锥形穿孔轧制法。在这一穿孔轧制时，通过选择适当的应变速度，其速度为1/190～1/300(1/秒)，可以防止被穿孔材产生裂纹。
⑤在穿孔轧制后的连续延伸轧制中，将两者的轧机在同一条线上靠近地配置。通过这一配置，可以抑制被轧制材的温度下降，并能有效地累积加工变形。由这一方法，在下一道工序的再结晶处理中，可以使晶粒显著细化。
⑥在连续延伸轧制后，在Ar3相变点以上直接对荒管进行张力定减径轧制。使荒管的温度在Ar3相变点以上，减小变形抗力，确保钢管的精确外径，以及节省再加热的能源。
⑦直到正火处理这一期间，对作为被处理材的钢管进行再结晶处理。通过在此运送期间的缓慢空冷，其温度在Ar1相变点与Ar3相变点之间进行再结晶处理。通过上一工序中被加工材的加工变形累积，可以有效地使晶粒细化。
⑧对于已经适当地调整晶粒直径的钢管，不是一直冷却到室温，而是在Ar1相变点以下200℃立即进行加温，而后，从Ar3相变点以上的温度进行正火处理。
⑨接着由设在同一条线上的回火炉进行回火。
⑩对钢管进行矫直。
通过⑥～⑩的一连串处理，与现有产品相比，可以提高强度以及韧性等性能。
本发明就是要实现上述基本技术思想。
图4是用于实施本发明方法的制造设备的配置模式图。下面将参照前所示的图3和图4针对各道工序详细说明本发明的内容。
工序① 管坯的制造横断面为圆形的管坯通过连铸机进行制造，该连铸机具有钢水注入部横断面形状为圆形的铸型。铸型的内径根据管坯的外径进行选择，而该管坯的外径根据要制造的钢管的外径加以确定。在该条件下连续地铸造具有预定外径和长度的管坯。
图4中的符号l为连铸机，该连铸机a的铸型在钢水注入部的横断面形状为圆形，并且该连铸机具有可以根据铸造的管坯的外径更换铸型的结构。由该连铸机a连续地铸造具有相应于制管方法的直径的图形坯。而且，在管坯铸造部之后还设有切割装置，以在管坯中心部的凝固基本结束或完全结束后将管坯切割成预定的长度。另外，为了改善管坯的铸造组织等，连铸机也可具有对管坯施加轻度压下加工的辊架。在这一场合，辊架设在管坯的切割装置之前或之后。
工序② 管坯的晶粒细化处理(冷却)
将铸造成的管坯一度冷却到Ar1相变点以下室温以上的温度。其理由是为了获得能承受穿孔工序中的严酷加工的热加工性，该穿孔工序通过斜轧锥形穿孔机c进行。为了提高管坯的热加工性，需要对管坯的金相组织进行晶粒细化。在本发明中，通过一度将管坯冷却到从奥氏体相到铁素体相的相变终了温度的Ar1相变点以下的温度，随后进行用于进行管坯穿孔的加热，使金相组织晶粒细化。为了使下一道工序中管坯加热所需能量尽可能少，此时的冷却温度最好为在Ar1相变点以下的、接近Ar1相变点的温度。但是，冷却温度的下限即使在室温以上也没有问题。为了冷却管坯，可以在连铸机与后面工序的管坯加热炉之间设置管坯温度降到Ar1相变点以下所需距离或设置对管坯进行强制冷却的装置。
在图4所示的本工序的装置，示出由横向运送形式的运送通道2和由管坯晶粒细化处理构成的例子。如上所述，管坯在晶粒细化处理时内停留的时间由使铸造管坯温度降低到Ar1相变点以下温度的时间确定。在本例中，用空冷方式实现晶粒细化，因此，晶粒细化处理实质由运送通道2构成。运送通道2的长度是使铸造管坯温度降低到Ar1相变点以下所需的距离。当工厂布置等产生制约使得不能设置上述那样的距离时，可以通过在运送通道2的途中设置强制的冷却装置对管坯进行冷却的方法加以解决。
工序③ 管坯的加热在该工序，在环形加热炉b中对管坯进行充分加热和均热，使其达到可在下一道工序用穿孔轧机即锥形穿孔机c进行穿孔轧制的温度。最佳的加热温度根据材质的不同而不同，它通过考虑要进行穿孔轧制的材料的高温延展性、高温强度等特性进行确定。加热温度通常在1220～1270℃的范围内。管坯加热炉采用环形加热炉b。管坯由装料机送入环形加热炉b并放置在炉底上，随炉底一起转动，在转动过程中，被安装在炉子侧墙和炉顶的烧嘴加热，转动一圈后，由出料机将被加热好的管坯取出。由于通过提高环形加热炉b中钢坯的装入充填率可以提高钢坯的加热效率，所以最好使管坯长度尽可能地长。因此，使其适应为穿孔轧制时管坯的长度。
工序④ 穿孔轧制在本发明中，用锥形穿孔机c对没有进行热轧的处于铸造状态的管坯进行穿孔轧制，制造空心管坯。由于穿孔轧制是极为严酷的加工，所以在穿孔过程中被穿孔材极易产生缺陷。作为对策，在本发明的场合是通过细化管坯金相组织并在将应变速度限制在1/190(1/秒)以下的条件下穿孔来抑制缺陷发生的。因此，在本发明中，将穿孔轧制时的应变速度设在1/190(1/秒)以下是必要条件。
在这里，应变速度为由下式定义的速度。
式中S0为被加工材在加工前的断面面积；S1为被加工材在加工后的断面面积；t为加工所需时间，时间单位秒。
对于热加工性差的材质，最好在尽可能高的温度下穿孔。为此，环行加热炉紧靠在穿孔机5的前面设置，减少管坯的温度下降。
应变速度只要在1/190(1/秒)以下即可，对其下限没有特别限制。但是，当应变速度不到1/300(1/秒)时，锥形穿孔机c的芯棒、导块等工具的寿命显著变短，所以最好设在1/300(1/秒)以上。
作为穿孔轧机的锥形穿孔机c只要是倾轧锥形辊穿孔轧机，采用什么样的类型都可以。其中，对于本发明来说，可以进行薄壁穿孔以及高扩管率穿孔的交叉型斜轧锥形辊穿孔轧机尤为适合。其原因是这样的，由于可从一种外径的圆形坯穿孔成直径大的多种尺寸的空心管坯，所以易于统一集中所需钢坯的尺寸。
结束穿孔轧制工序时空心管坯的温度随材质、穿孔条件等而不同，通常大约为1230～1260℃。
工序⑤ 延伸轧制通过直线运送形式的运送通道7将空心管坯运送到设于其后部的连轧管机组d(限动芯棒式无缝管轧杌)的入口侧辊道上。在这里，首先将芯棒插入该管内，芯棒的后端由芯棒杆保持器加以约束和保护。随后由连轧管机组d在平均应变速度1/380(1/秒)以上、加工度2％以上、终轧温度900～1100℃的条件下进行延伸轧制，轧成预定尺寸的荒管。
连轧管机组d适于采用由多个机架组成的连续延伸轧机。由于空心管坯的温度降低，所以连续延伸加工与前面的穿孔轧制工序相比在较低的温度下加工。本发明的一个特征在于利用该较低温度下的加工进行加工热处理，可以在由穿孔轧机产生的加工应变回复之前立即由连轧管机组d进一步进行加工。通过满足该条件的加工可以使后面发生的钢管再结晶晶粒有效地细化，本工序对本发明来说是重要的工序。
亦即，即使是在以同样道次程序制管的场合，当锥形穿孔机c加热炉与连轧管机组d隔开距离独立配置时，再结晶后的晶粒直径长大。为了获得作为本发明目标的具有比现有产品优良的质量的钢管，如上述那样使锥形穿孔机c与连轧管机组d靠近、串联地配置是不可缺少的。
在该工序中，由上述(a)式定义的平均应变速度必须在1/600(1/秒)以上。在平均应变速度不到1/600(1/秒)的场合，在各道次之间发生再经晶，从而不能累积应变。在那样的条件下，在后面的工序中就不能获得充分细化再结晶晶粒的效果。另外，该工序中的加工度必须在2％以上。这是因为，在应变量换算成加工度(断面减少率)后达不到2％的场合，再结晶不易进行，从而得不到作为目标的晶粒细化效果。
另外，连续延伸轧制后的荒管的终轧温度在900～1100℃的范围内。这是因为，在该温度范围内时，其后再结晶产生的晶粒细化效果非常大。因此，本工序中确定平均应变速度为1/400(1/秒)以上，加工度为3％以上，在连续延伸轧机的终轧温度为1030～1080℃。
平均应变速度以及加工度的上限没有特别确定的必要。但是，当平均应变速度超过1/370(1/秒)时，作为连轧管机组d的芯捧等工具的寿命明显降低，所以最好定在1/370(1/秒)以下。另外，当加工度超过25％时缺陷的发生变得显著，所以最好定在25％以下。
作为本发明所用连轧管机组d的限动芯棒式无缝管轧机只要是下面这样一种类型则可使用任何形式，该类型的限动芯棒式无缝管轧机具有芯棒约束装置(芯棒支持器)，而这种芯棒约束装置可约束作为内面设定工具的芯棒的后端，并可在延伸轧制终了后使芯棒通过孔型辊列中返回到轧机入口一侧循环使用。其中，最好采用上述芯棒约束装置具有这样一种功能的限动芯棒式无缝管轧机，即可以在空心管坯的延伸轧制中以独立于管的轧制移动速度的速度控制芯棒的移动速度。
工序⑥ 定减径轧机的精轧在精轧中采用由多个机架组成的张力定减径机e。由于坯料的温度降低，所以定减径加工与前面的连续延伸轧制加工相比在较低的温度下加工。本发明的一个特征在于利用该温度下的加工进行加工热处理，本工序对本发明来说是重要的工序。在本发明的场合，作为连轧管机组d的限动芯棒式无缝管轧机与作为精轧机的张力定减径机e不隔开距离配置，而是以直接连接的形式配置，具体地说，该2个轧机以略大于由连续延伸轧机轧制的荒管的长度的间隔并且在同一条直线上串联地配置。通过该配置，可以在由连轧管机组d产生的应变回复之前立即由张力定减径机e进一步进行加工。通过满足该条件的加工可以使后面发生的荒管再结晶晶粒有效地细化。
即使是在以同样道次程序制管的场合，当连轧管机组d与张力定减径机e隔开距离独立配置时，荒管的温度降低，再结晶后的晶粒直径长大，加工硬化严重出现。为了获得作为本发明目标的具有比现有产品优良的质量的钢管，如上述那样使连轧管机组d与张力定减径机e靠近、串联地配置是不可缺少的，其连接二者之间的运送通道9的长度要大于所述荒管的长度。连轧管机组d与张力定减径机e另外，作为精轧的张力定减径机e轧制后的钢管的终轧温度在870～900℃的范围内。这是因为，在该温度范围内时，其后再结晶产生的晶粒细化效果非常大。而且，材料的弹性模量降低，泊松比升高，而屈服极限降低，变形更容易，使加工硬化和残余应力降低。
工序⑦ 再结晶处理在本发明中，继张力定减径机e轧制之后，在正火之前于Ar3相变点以上的温度对钢管进行再结晶处理。在本工序中，通过在前面工序中的连续延伸轧制和张力定减径机e轧制所产生的加工应变与本工序的缓冷方法的相互组合，有效地产生再结晶、实现晶粒细化。这一工序是本发明特有的处理，对于提高产品质量是极为有效的加工处理法。再结晶处理是通过设在作为精轧机的张力定减径机e出口侧的，可以使钢管缓冷的运送装置设在运送通道11上，使钢管缓冷的温度在500～600℃之间。
张力定减径机e轧制终了后将钢管缓冷至Ar1相变点以下的温度预定正火温度的方法。在本工序中，由于需要在正火开始之前使再结晶结束而使晶粒细化，所以冷却速度慢些好。冷却速度在空冷以上时形成粗大晶粒或混粒组织，使钢的韧性下降。因此，冷却速度为包括空冷的冷却速度。冷却速度最好在1.5℃/秒以下。
在本工序中，为了缓冷钢管，例如为了避免急冷，可以采用对从作为精轧机的张力定减径机e出口到正火装置入口之间的运送通道13进行覆盖的方法等，用于覆盖的罩子可采用玻璃棉等绝热材料作内衬或以具有反射辐射热的镜面的板作为内衬。用缓冷方法易于保证正火时的坯料温度，能够节约正火工序的能源。
工序⑧ 正火再结晶处理后，由运送通道13将钢管送往加热炉j，采用炉加热的方法易于使钢管在长度方向以及制造批量间的温度均化，具有大幅度减少产品偏差的优点。加热处理后，由运送通道15将在炉中加热到Ar3相变点以上的钢管送往正火光亮处理炉装置f。在光亮处理炉装置f中，对处于Ar3相变点以上温度的钢管进行保护正火处理，防止钢管的表面产生氧化层。
为了使钢管具有足够的强度和韧性，正火需要从Ar3相变点以上的温度急冷。另外，即使是厚壁管，也需要以足够快的速度进行冷却。因此，光亮处理炉装置f采用具有可同时冷却钢管内外面的装置，以及防止钢管表面氧化的防护装置。
工序⑨ 回火经正火处理过的钢管通过通道17移送到邻近地配置在光亮处理炉装置f后的线上的回火炉g。即，光亮处理炉装置f和回火炉g通过通道17串联地连接。在回火炉g中通过将钢管加热到预定的温度、均热、进行空冷回火处理。
由于回火是决定最终产品性能的重要工艺过程，所以需要相应于目标性能确定最佳的回火温度，并在该温度充分地均热。回火温度的偏差最大为±10℃，最好为±5℃。通过这样的处理，可以将屈服强度和拉仲强度的偏差抑制在目标强度的±50N/mm2的范围内。
工序⑩ 矫直回火处理后，通过直线运送形式的运送通道19将钢管运送到设于回火处理装置后部的矫直机h的入口侧辊道上，随后由矫直机h在常温的条件下对钢管进行矫直加工，形成作为产品的高合金无缝钢管。
实施例本发明的制造方法通过下述2个试验进行了确认。
试验1调查了对管坯进行穿孔轧制时的应变速度与穿孔后空心管坯中产生的裂纹之间的关系。试验用管坯通过将钢水注入内径为200mm的铸型中进行制造，该钢水具有下表1所示相当于T5的化学成分A以及相当于T91的化学成分B。钢水凝固结束后，立即将钢坯从铸型中取出。将各钢坯都冷却下表1所示Ar1相变点以下的温度(对于钢A为500℃，对于钢B为600℃)。此后，由加热炉在Ar3相变点温度以上保持1小时。随后，由实验用的锥形穿孔轧机进行穿孔试验，制作空心管坯。针对得到的空心管坯调查裂纹的发生、测定最大裂纹深度。
表1试验用钢坯的化学成分(重量％)


表2 空心管坯的最大裂纹发生深度的测定结果

表2示出的是空心管坯的最大裂纹发生深度的测定结果。
由表2可知，对于钢A和钢B，当穿孔轧制的应变速度在1/190(1/秒)及以下时，两者的空心管坯中都没产生裂纹。与此相反，当应变速度超过1/210(1/秒)时，产生了裂纹。
因此，可以确认，在将铸造后的钢坯一度冷却到Ar1相变点以下的温度然后加热到可进行穿孔轧制的温度进行穿孔轧制的场合，穿孔轧制时的应变速度必须设在1/190(1/秒)以下。
试验2试验所用钢坯的外径和化学成分与试验1所用钢坯相同。凝固结束后立即从铸型中取出钢坯、冷却到Ar1相变点以下的温度。然后在加热炉中于Ar3相变点以上保持1小时。之后，在图7和图8所示条件下进行模拟穿孔轧制、延伸轧制、张力减径轧制、正火、回火以及矫直加工。
见表3和表4所示，试验No.1～18为本发明例，试验No.19～24为比较例，该比较例的制造条件的一部分在本发明的范围外。试验No.25和试验No.26为按照图1所示现有工序制造钢管的场合的现有例。对于现有例来说，钢坯的穿孔机加工时的应变速度比本发明的范围微大一些，而且连续延伸轧制与张力定减径的加工模拟没有连续实施。另外，从张力定减径轧制到正火间的试验材冷却到常温。本发明例、比较例都以钢A和钢B两种试验材作为对象进行了试验。表4所示冷却速度为在表3条件下进行穿孔轧制和张力定减径轧后将试验材从终轧温度缓冷到Ar31相变点以上温度的场合下的冷却速度。在对钢A和钢B进行同一轧制加工和热处理的场合，钢A和钢B的试验材的强度不同，不能比较屈服强度、冲击功等，而且设定了不同正火以及回火温度，以便可以在不同的条件下比较试验材的强度。
针对加工后的试验材调查了材料的机械强度和冲击功。
试验结果见表5所示。
首先，以现有例的试验No.25、No.26为基准，与本发明例进行比较。对于回火温度为690～820℃的钢A来说，本发明例的试验No.1～9与现有例的试验No.25相比，晶粒直径小，在机械强度和冲击功方面得到了比现有例优良的性能。另外，对于回火温度为690～810℃的钢B采说，比较本发明例的试验No.10～18与现有例的试验No.26，可以得到与钢A的场合同样的结果。
在本发明范围外的条件下制造的试验No.19～24的比较例与本发明例相比，晶粒直径大，机械强度和冲击功的性能差。其原因是，与本发明例相比，其通过加工与再结晶未细化晶粒的效果小，以及热处理制度不合理。
由以上试验结果可以确认，通过本发明方法制造的高合金无缝钢管，其机械性能、耐冲击等性能都等优于用现有方法制造的高合金无缝钢管。
在本发明范围外的条件下制造的试验No.19～24的比较例与本发明例相比，晶粒直径大，机械强度和冲击功的性能差。其原因是，与本发明例相比，其通过加工与再结晶未细化晶粒的效果小，以及热处理制度不合理。
由以上试验结果可以确认，通过本发明方法制造的高合金无缝钢管，其机械性能、耐冲击等性能都等优于用现有方法制造的高合金无缝钢管。
按照本发明，可以通过简化的制造工序和制造设备，以从管坯到产品的连续的一连串生产线并在稳定的制造条件下制造高合金无缝钢管。因此，由本发明的制造方法和本发明的制造设备制造的高合金无缝钢管可以具有优于现有产品的性能。另外，由于可以降低制造设备的建设费用以及运行费用，所以可以减少高合金无缝钢管的制造成本。另外，还可以以优越的生产性大量地制造高合金无缝钢管。这样，本发明的高合金无缝钢管制造方法和制造设备对于工业性的高合金无缝钢管制造是非常适合的。
表3 为试验2中穿孔轧制、延伸轧制以及精轧数据


表4 为试验2的正火条件及回火条件

表5 为试验2得到的试验材调查材料的强度以及冲击功数据


权利要求
1.一种高合金无缝钢管制造方法，其特征是该方法包含依次连续的下述①～⑩的工序；①通过连续铸造法制造横断面形状为圆形的管坯的工序；②将上述管坯冷却到Ar1相变点以下200～300℃的温度范围内工序；③将冷却的上述管坯加热到可进行穿孔温度的加热工序；④将加热到可进行穿孔的温度的管坯以1/190～1/300(1/秒)的应变速度进行穿孔轧制、制造空心管坯的工序；⑤通过与穿孔机直接连接地配置的连续延伸轧机，进行预定的平均应变速度加工以及终轧温度时对空心管坯进行延伸轧制制造荒管；⑥对上述荒管进行张力定减径制造钢管的工序；⑦在Ar1相变点和Ar3相变点之间的温度范围内，对钢管进行再结晶处理的工序；⑧在Ar3相变点至相变点以上200℃的温度范围内，对钢管进行正火处理的工序；⑨对上述钢管进行回火处理的工序；⑩对上述钢管进行矫直的工序。
2.根据权利要求1所述的高合金无缝钢管制造方法，其特征是实施所述张力定减径处理的工序⑥时，是将在所述工序⑤处理的钢管直接进行定减径制造加工，不需要再加热炉加热处理。
3.根据权利要求1所述的高金无缝钢管的制造方法，其特征是实施所述再结晶处理的工序⑦时，是将在所述工序⑥制造的钢管以空冷的冷却速度冷却到Ar1相变点和Ar3相变点之间的温度处理。
4.根据权利要求1所述的高合金无缝钢管制造方法，其特征是实施所述正火处理的工序⑧是将在所述工序⑦时，所处理的钢管再加热至Ar3相变点至相变点上200℃之间的温度内，用光亮正火炉进行正火处理。
5.根据权利要求1所述的高合金无缝钢管制造方法，其特征是实施所述回火处理的工序⑨时，是将在所述工序⑧处理的钢管再加热至Ar1相变点后的温度进行空冷处理。
6.一种用于实施权利要求1所述方法的高合金无缝钢管制造设备，其特征是下述(a)～(h)的装置依次连续地配置，即，该装置包括用于制造横断面形状为圆形的管坯的连铸机(a)通过运送通道(2)连接用于加热铸造的钢坯的管坯环形加热炉(b)，通过通道(5)连接用于将加热后的管坯穿孔轧制成空心管坯的斜轧锥形穿孔轧机(c)，通过运送通道(7)连接有用于对空心管坯进行延伸轧制的限动芯棒式连轧管机组(d)，通过通道(9)连接有用于对再加热后的荒管进行张力定减径处理的张力定减径机(e)，通过运送通道(11)连接有加热炉(j)，再通过运送通道依次连续地连接有用于对精轧后的钢管进行在线正火处理的光亮正火处理装置(f)、用于对正火后的钢管进行在线回火处理的回火炉(g)、用于将热处理后的精轧钢管加工成预定几何形状的精整矫直机(h)。
7.根据权利要求6所述的高合金无缝钢管制造设备，其特征是在管坯的连铸机(a)与钢坯的管坯环形加热炉(b)之间的运送通道(2)的长度，具有使钢坯温度在Ar1相变点及室温的范围内将管坯装入到管坯环形加热炉的距离。
8.根据权利要求6所述的高合金无缝钢管制造设备，其特征是在管坯的连铸机(a)与钢坯的管坯环形加热炉(b)之间的运送通道(2)是具有可将管坯温度强制冷却到Ar1相变点至室温以上的温度区域的冷却装置。
9.根据权利要求6所述的高合金无缝钢管制造设备，其特征是在连轧管机组d与张力定减径机e之间运送通道9的长度要大于所述荒管的长度，将荒管的温度保持在Ar3相变点并运送到张力定减径机的入口。
10.根据权利要求6或7所述的高合金无缝钢管制造设备，其特征是在张力定减径机(e)与光亮正火处理装置(f)之间，设有钢管质量检测装置。
全文摘要
本发明提供一种高合金无缝钢管制造方法，该方法包含依次连续的通过连续铸造法制造管坯的工序；将管坯冷却工序；将冷却的管坯加热到穿孔温度的加热工序；将加热的管坯以1/190～1/300(1/秒)的应变速度进行穿孔轧制、制造空心管坯的工序；通过连续延伸轧机，进行预定的平均应变速度加工以及进行延伸轧制钢管；进行张力定减径制造钢管的工序；对钢管的再结晶处理工序；对钢管进行正火处理的工序；对钢管进行回火处理的工序及矫直的工序。还提供一种用于高合金无缝钢管制造设备。有益效果是该制造方法和制造设备，以低的制造成本制造生产性良好而且具有优于现有产品的性能的高合金无缝钢管，所以本发明对于工业用高合金无缝钢管的制造非常有价值。
文档编号C21D11/00GK1775465SQ200510016388
公开日2006年5月24日 申请日期2005年11月24日 优先权日2005年11月24日
发明者付继成, 李连进, 肖功业, 张传友, 杨传民, 王惠斌, 宗卫兵 申请人:天津钢管集团有限公司