一種無縫鋼管熱處理方法
【專利摘要】本發明公開了一種無縫鋼管熱處理方法。本發明通過加熱爐的控溫系統對大口徑無縫鋼管進行階梯式降溫，以保證無縫鋼管全長度范圍內的溫度差縮小，達到一般熱處理要求的±10℃；從而控制熱處理過程中的溫降，避免無縫鋼管因溫差產生的應力引起無縫鋼管彎曲的情況，同時保證了整個無縫鋼管性能的穩定性和均勻性。
【專利說明】一種無縫鋼管熱處理方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種無縫鋼管加工工藝，具體涉及一種無縫鋼管熱處理方法。

【背景技術】
[0002]退火熱處理是將鋼管加熱到一定溫度保溫一段時間，然后使它慢慢冷卻。鋼管的退火熱處理是將鋼管加熱到發生相變或部分相變的溫度，經由保溫后緩慢冷卻的熱處理方法。熱處理的目的是為了降低硬度、提高塑性、改善加工性能；消除內應力、穩定鋼管尺寸、放置變形和開裂；細化晶粒、改善組織、提高無縫鋼管的力學性能。
[0003]目前無縫鋼管在進行退火熱處理時，在經過正常的保溫后，只要通過關閉熱處理爐的加熱燒嘴，不再供熱，鋼管熱隨熱處理爐自由溫降進行完全或等溫退火。在此過程中，溫降過程為不可控過程。
[0004]由于無縫鋼管普遍長度較長，約4?120 ；因此，整個無縫鋼管必將存在嚴重溫度差異，由此帶來的后果如下:
[0005]1，無縫鋼管因溫差產生的應力而變彎；
[0006]2，整管的力學性能差異較大。
[0007]由于一般采用的退火工藝的鋼管退火時間足夠長，所以雖然整個無縫鋼管力學性質差異較大，但均可滿足用戶要求，故未受足夠重視。隨著用戶對產品要求的提高，此種存在兩端差異的鋼管已難以滿足用戶的要求。并且溫差產生的應力致使的彎曲可采用矯直的方式進行，但是，鋼管管端無法矯直和部分無縫鋼管沒有合適的矯直機，導致產品成材率下降甚至因無法完成矯直而不能成為成品。


【發明內容】

[0008]〔要解決的技術問題〕
[0009]本發明的目的是解決上述現有技術存在的問題，提出一種無縫鋼管熱處理方法，使得無縫鋼管熱處理后不因溫差產生的應力而變彎，增強無縫鋼管的力學均勻性，進一步優化無縫鋼管的制備。
[0010][技術方案]
[0011]為了達到上述的技術效果，本發明采取以下技術方案:
[0012]本發明通過對大口徑無縫鋼管進行階梯式降溫，以保證無縫鋼管全長度范圍內的溫度差縮小，達到一般熱處理要求的±101:；從而控制熱處理過程中的溫降，避免無縫鋼管因溫差產生的應力引起無縫鋼管彎曲的情況，同時保證了整個無縫鋼管性能的穩定性和均勻性。
[0013]一種無縫鋼管熱處理方法，它包括以下步驟:
[0014]首先，將大口徑無縫鋼管垂直放入加熱爐中；
[0015]然后，調整加熱爐的溫度，使溫度升高至8001:以上后，保溫20?30-=；接著，利用加熱爐的控溫系統使大口徑無縫鋼管按20?401:階梯式降溫，每降低一個溫度需保溫20?951111=；當溫度降至5501時，關閉控溫系統，使大口徑無縫鋼管在加熱爐內空冷25?35111111 ；
[0016]最后，將大口徑無縫鋼管取出，放置于鋼管臺架上冷卻。
[0017]根據本發明的一種優選實施方式，所述的大口徑無縫鋼管選自￠780或0 356 X 25臟規格的無縫鋼管。
[0018]根據本發明的另一個優選實施方式，所述的大口徑無縫鋼管的制備步驟如下:
[0019]八，周期軋管機組軋管
[0020]首先取電渣鋼錠進行鋼錠鏜孔，然后再穿孔軋制，接著退火處理后矯直，得到初品無縫鋼管；
[0021]8，推制擴管
[0022]將步驟八得到的初品無縫鋼管的管端進行平頭處理、內表面噴砂除氧化皮和表面缺陷處理，然后將處理后的初品無縫鋼管進行第一次推制擴管；
[0023]接著，對第一次推制擴管后的初品無縫鋼管進行退火處理以降低鋼管強度，再進行第二次推制擴管，得到所述的大口徑無縫鋼管。
[0024]根據本發明的另一個優選實施方式，在于在步驟八中，所述的退火方式為完全退火。
[0025]根據本發明的另一個優選實施方式，在步驟八中，所述矯直是指修磨電渣鋼錠缺陷，其包括利用切除和修磨方式清除管端缺陷。
[0026]根據本發明的另一個優選實施方式，在步驟8中，所述第一次推制擴管的推制溫度為740?7601、推制速度為40臟?111、推制力度為121？^ ；所述第二次推制擴管的推制溫度為7501、推制速度為20111111/111111、推制力度為151？3。
[0027]根據本發明的另一個優選實施方式，所述的溫度升高至8501:以上。
[0028]根據本發明的另一個優選實施方式，所述的加熱爐選自室式加熱爐或井式加熱爐。
[0029]根據本發明的另一個優選實施方式，所述階梯式降溫是首先將溫度按301:的梯度一步步降溫至6801:；每降溫301，保溫20?300111 ；然后在溫度降至6501:時，保溫85?950111 ；接著，繼續按每降溫30?401:，保溫20?300111 ；直到溫度降至5501:，關閉控溫系統，停止階梯式降溫。
[0030]下面將詳細地說明本發明。
[0031]一種無縫鋼管熱處理方法，它包括以下步驟:
[0032]首先，將大口徑垂直放入加熱爐中；
[0033]然后，調整加熱爐無縫鋼管的溫度，使溫度升高至8001:以上后，保溫20?30-=；接著，利用加熱爐的控溫系統使大口徑無縫鋼管按20?401:階梯式降溫，每降低一個溫度需保溫20?95-=；當溫度降至5501:時，關閉控溫系統，使大口徑無縫鋼管在加熱爐內空7令 25 ?35111111 ；
[0034]最后，將大口徑無縫鋼管取出，放置于鋼管臺架上冷卻。
[0035]一般使用的大口徑無縫鋼管在加熱爐中的退火方式，在降溫階段降溫速率不可控，由于無縫鋼管較長，鋼管兩端在降溫過程中存在較大溫差，因此導致鋼管因溫差應力作用產生彎曲的情況；同時，無縫鋼管兩端因溫差差異較大而力學性能差異較大。因此，為了排出這種差異的存在，突破常規退火工藝的設置，本發明設計了梯度退火工藝。該梯度退火工藝是通過在熱處理降溫過程中階段保溫的方式，減少了溫差的影響。
[0036]根據本發明的一種優選實施方式，所述的大口徑無縫鋼管選自0780X35111111或0 356 X 25臟規格的無縫鋼管。
[0037]根據本發明的另一個優選實施方式，所述的大口徑無縫鋼管的制備步驟如下:
[0038]八，周期軋管機組軋管
[0039]首先取電渣鋼錠進行鋼錠鏜孔，然后再穿孔軋制，接著退火處理后矯直，得到初品無縫鋼管；
[0040]電渣鋼錠是指利用電流通過液態渣池渣阻熱，將金屬電極熔化，熔化的金屬匯集成溶滴，滴落時穿過渣層進入金屬熔池，然后與水冷結晶器中結晶凝固成的超高強度鋼鋼錠。該電渣鋼錠純度高、含硫低、非金屬夾雜物少、鋼錠表面光滑、潔凈均勻致密、金相組織和化學成分均勻。電渣鋼錠的鑄態機械性能可達到或超過同鋼種鍛件的指標。
[0041]超高強度合金鋼的變形抗力較大，鋼錠鏜孔時易出現內折、圈裂等缺陷。為了保證鋼管內表面質量，同時也減小軋機負荷，本發明采用了鋼錠鏜孔后再穿孔軋制的工藝，解決了圈裂、內折冋題。
[0042]由于超高強度合金鋼的鋼種特性，穿孔軋制后其強度高、硬度大，因此不能直接矯直，否則鋼管頭尾易矯裂；同時鋼管在管端常有內外折缺陷，此類缺陷在矯直時易成為裂紋起源。因此需要在矯直進行鋼管完全退火，在退火后，還需要通過切除、修磨等方式清除管端缺陷。
[0043]本發明還可以重新設計連接法蘭盤并用高強螺栓的頂頭頂桿連接處焊死等技術措施，成功完成鋼官變形。
[0044]8，推制擴管
[0045]將步驟八得到的初品無縫鋼管的管端進行平頭處理、內表面噴砂除氧化皮和表面缺陷處理，然后將處理后的初品無縫鋼管進行第一次推制擴管；
[0046]由于推制工藝特點，鋼管需前后接觸、推擠來提供變形的動力。如果管端不平易造成擠壓后不規則變形，這將嚴重影響變形工具的使用壽命。因此，推制擴管前需要對管端進行平頭處理。
[0047]推制是擴管工藝，經此變形后鋼管表面缺陷會在原來的基礎上進行放大，如淺表裂紋經推制變形后易迸裂，造成裂紋深度加深；因此需要在推制前進行表面缺陷處理。同時，推制工藝的變形主要靠推制頂頭來實現，如果鋼管內表面有較重氧化皮，經推制后，內壁劃道情況嚴重，因此推制前還需將表面的氧化皮處理干凈。
[0048]接著，對第一次推制擴管后的初品無縫鋼管進行退火處理以降低鋼管強度，再進行第二次推制擴管，得到所述的大口徑無縫鋼管。
[0049]本發明根據設備情況，設計采用兩次推制成型。第一次推制過程相對穩定，推制力較高，推制溫度視具體的鋼管壁厚選擇合適溫度。溫度過高鋼管易產生較厚氧化鐵皮，將增加后續處理工序，同時能耗較大；溫度過低，則鋼管的變形抗力將急劇提升，超過設備能力時將導致無法進行生產。為保證第二次推制的質量，在兩次推制之間加入退火處理以降低鋼管強度。第二次推制過程開始時相對穩定，速度較第一次推制慢，推制力比第一次推制力高；其主要目的是為了降低推制速度。本發明的多次推制采用中間退火以及控制合適的變形量和較低速度等工藝措施，成功解決了超高強度合金鋼變形抗力大、推制困難的問題。
[0050]根據本發明的另一個優選實施方式，所述的溫度升高至8501:以上。
[0051]本發明需要升高的溫度是無縫鋼管的相變溫度區間以上或以內的某一溫度。即將溫度升高至無縫鋼管亞共析鋼、共析鋼或過共析鋼以上30?501:；保持一段時間。加熱過程是無縫鋼管轉變為奧氏體，保溫一段時間是為了使無縫鋼管完全轉變為奧氏體。
[0052]根據本發明的另一個優選實施方式，所述的加熱爐選自室式加熱爐或井式加熱爐。
[0053]根據本發明的另一個優選實施方式，所述階梯式降溫是首先將溫度按301:的梯度一步步降溫至6801:；每降溫301，保溫20?300111 ；然后在溫度降至6501:時，保溫85?950111 ；接著，繼續按每降溫30?401:，保溫20?300111 ；直到溫度降至5501:，關閉控溫系統，停止階梯式降溫。
[0054]本發明參考原熱處理工藝，保留了最高的保溫溫度、中間保溫溫度和最后的保溫溫度，并適應性增加了適量的保溫溫度構成相對致密的保溫梯度，以減少溫差，避免溫差產生的影響。
[0055]本發明每個階段的保溫時間是根據大口徑無縫鋼管的重量計算得來。其中間保溫時間是根據實際溫降過程中出現溫差的情況及均勻時間，經多次測量得出。
[0056]〔有益效果〕
[0057]本發明與現有技術相比，具有以下的有益效果:
[0058]本發明成功解決了無縫鋼管熱處理過程中變彎的溫度，實現了鋼管不矯直即滿足技術協議要求。并且本發明熱處理的無縫鋼管性能指標完全滿足技術協議要求，消除了因普通退火工藝致使無縫鋼管兩端性能存在的差異，保證了整個無縫鋼管性能的穩定性。同時本發明避免了部分無縫鋼管因熱處理產生的彎曲、力學性能不均勻而無法矯直糾正的現象。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0059]圖1為本發明實施例1大口徑無縫鋼管垂直懸掛的示意圖；
[0060]圖2為本發明常規退火工藝曲線圖，其中高溫段即8601:保溫時間不少于保溫時間七1按0.2511/噸計算；650±101:的保溫時間七2按0.3511/噸計算；降溫的速率為50。。/11 ；
[0061]圖3為本發明實施例1階梯式退火工藝曲線圖，其中，1:1 = 611 ；1:2?1:7 = 20111111 ；七8 = 90111111 ；七9 ?七 10 = 20111111 ；七11 = 30111111 ；
[0062]附圖標記說明如下:
[0063]1為夾持件；3為掛鉤；
[0064]2為掛板；4為大口徑無縫鋼管。

【具體實施方式】
[0065]下面結合本發明的實施例對本發明作進一步的闡述和說明。
[0066]實施例1:
[0067]一種①780 X 35臟規格06仙鋼管的“乳制+推制”生產方法，根據設備情況，設計采用兩次推制成型，即 0 508 X 44111111 ^ 0 610X40111111— 0 780X351111110
[0068]八，周期軋管機組軋管
[0069]首先取￠5001^的06仙電渣鋼錠進行鋼錠鏜孔(①120^)，然后再穿孔軋制，接著完全退火處理后矯直，得到0 508X44！^規格的初品無縫鋼管；
[0070]8，推制擴管
[0071]將步驟八得到的初品無縫鋼管的管端進行平頭處理、內表面噴砂除氧化皮和表面缺陷處理，然后將處理后的初品無縫鋼管進行第一次推制擴管；第一次推制過程相對穩定，推制的速度較慢，為40111111/111111 ；推制力達121？3 ；由于鋼管壁較厚，推制溫度為740?760。。。第一次推制擴管的時間約2.5小時。
[0072]接著，對第一次推制擴管后的初品無縫鋼管進行退火處理以降低鋼管強度，進行第二次推制擴管，得到￠780規格的大口徑無縫鋼管4 ；第二次推制過程開始時相對穩定，速度較慢，為20臟?111，推制力高達151？3 ；推制溫度為750X:左右。因為推制速度慢，第二次推制時間約8個小時。
[0073]0，熱處理
[0074]將步驟8得到的大口徑無縫鋼管4懸掛在井式熱處理爐內進行熱處理，熱處理方式是階梯式退火工藝。
[0075]0 780X35111111規格的大口徑無縫鋼管4的懸掛方式如下:
[0076]首先，如圖1所示，將大口徑無縫鋼管4 一端焊接夾持件1，所述夾持件1有四個，其間隔均勻的分布在無縫鋼管的一端；所述夾持件1上焊接一圓形掛板2，所述掛板2上設置四個掛鉤3，所述四個掛鉤3分別位于四個夾持件1正上方；
[0077]然后，利用掛板2上的掛鉤3連接牽引設備，將大口徑無縫鋼管4垂直懸空放入井式加熱爐內；
[0078]由于本實施例1制備的大口徑超高強度鋼無縫鋼管其0/3為22.3，其長時間高溫退火，鋼管易發生變形，目前矯直機難以校正，因此，需要在井上熱處理爐內將鋼管懸掛進行熱處理工藝，并且采用焊接夾持件和掛板將鋼管懸空在爐內處理不會發生變橢或局部出現凹面。
[0079]利用該方法進行大口徑無縫鋼管熱處理，其大口徑無縫鋼管熱處理先后的外徑與內徑相差不大于1111111。
[0080]接著，調整井式加熱爐的溫度，使溫度升高至8601:后，保溫200111 ；接著，利用井式加熱爐的控溫系統使大口徑無縫鋼管4按301:階梯式隨爐降溫，每降低一個溫度需保溫20111111 ；當降低至650，保溫90111111 ；接著繼續按30。0階梯式至590，每降低一個溫度需要20111111 ；接著降低至5501，保溫30111111，關閉控溫系統，使大口徑無縫鋼管4在井式加熱爐內空冷30-=；具體的階梯式退火工藝曲線圖如圖3所示，具體如下:
[0081]6 小時加熱至 860 00 — 860 00 保溫 20^11 — 830 00 保溫 20^11 — 800 00 保溫 200111 — 770 00 保溫 20^11 — 740 00 保溫 20^11 — 710 X:保溫 20^11 — 680 00 保溫20111111 — 6501:保溫 — 6201:保溫 20^11 — 5901:保溫 20^11 — 5501:保溫 30^11，然后吊著空冷30111111后放臺架冷卻。
[0082]相比于常規退火工藝，如圖2所示，具體是8601^^0.25^^/^,以每小時(501:的溫降，降至6501:保溫0.35小時/噸，之后再以每小時? 501:的溫降，降至550 X:后出熱處理爐，空冷。本實施例階梯式退火工藝與常規退火工藝比較，在8601:和6501分別進行的保溫未做調整。但是新設計階梯狀降溫分布，在熱處理過程中通過階段保溫的方式，減少了溫差的影響。
[0083]本發明與原熱處理工藝比較，在8601:和6501:分別進行的保溫未做調整。而新設計的熱處理工藝曲線如階梯狀分布，在熱處理過程中通過階段保溫的方式，減少了溫差的影響。
[0084]經測量，采用常規退火工藝處理的無縫鋼管每米彎曲度彡；而采用本實施例的階梯式退火工藝處理的無縫鋼管，每米彎曲度最大為2.5皿。因此本實施例實現了無縫鋼管彎曲度小，不矯直即滿足技術協議要求，且性能指標完全滿足技術協議要求。
[0085]然后取樣、檢驗，得到所述的大口徑超高強度鋼無縫鋼管。
[0086]通過對無縫鋼管進行硬度測定。可以得出，采用常規退火工藝處理的無縫鋼管頭端布氏硬度直徑耶0為4.尾端為4.3^ ；而采用本實施例的階梯式退火工藝處理的無縫鋼管頭尾兩端耶0均為4.由此可見，進過階梯式退火工藝處理的無縫鋼管的性能均勻穩定。
[0087]本發明的梯度退火工藝，可有效控制溫降速率，確保了鋼管在退火時整管無明顯溫差。從而避免了鋼管因溫差產生的應力出現彎曲的情況，同時保證了整管性能的穩定性。
[0088]本實施例得到的0780X35111111規格06仙超高強度鋼無縫鋼管減少了彎曲程度，不矯直即滿足技術協議要求，且性能指標完全滿足技術協議要求。
[0089]盡管這里參照本發明的解釋性實施例對本發明進行了描述，上述實施例僅為本發明較佳的實施方式，本發明的實施方式并不受上述實施例的限制，應該理解，本領域技術人員可以設計出很多其他的修改和實施方式，這些修改和實施方式將落在本申請公開的原則范圍和精神之內。
【權利要求】
1.一種無縫鋼管熱處理方法，其特征在于它包括以下步驟: 首先，將大口徑無縫鋼管(4)垂直放入加熱爐中； 然后，調整加熱爐的溫度，使溫度升高至800°C以上后，保溫20?30min ;接著，利用加熱爐的控溫系統使大口徑無縫鋼管(4)按20?40°C階梯式降溫，每降低一個溫度需保溫20?95min ;當溫度降至550°C時，關閉控溫系統，使大口徑無縫鋼管在加熱爐內空冷25?35min ； 最后，將大口徑無縫鋼管取出，放置于鋼管臺架上冷卻。
2.根據權利要求1所述的無縫鋼管熱處理方法，其特征在于所述的大口徑無縫鋼管(4)選自Φ 780 X 35mm或Φ 356 X 25mm規格的無縫鋼管。
3.根據權利要求2所述的無縫鋼管熱處理方法，其特征在于所述的大口徑無縫鋼管(4)的制備步驟如下: A，周期軋管機組軋管 首先取電渣鋼錠進行鋼錠鏜孔，然后再穿孔軋制，接著退火處理后矯直，得到初品無縫鋼管； B，推制擴管 將步驟A得到的初品無縫鋼管的管端進行平頭處理、內表面噴砂除氧化皮和表面缺陷處理，然后將處理后的初品無縫鋼管進行第一次推制擴管； 接著，對第一次推制擴管后的初品無縫鋼管進行退火處理以降低鋼管強度，再進行第二次推制擴管，得到所述的大口徑無縫鋼管(4)。
4.根據權利要求3所述的無縫鋼管熱處理方法，其特征在于在步驟A中，所述的退火方式為完全退火。
5.根據權利要求3所述的無縫鋼管熱處理方法，其特征在于在步驟A中，所述矯直是指修磨電渣鋼錠缺陷，其包括利用切除和修磨方式清除管端缺陷。
6.根據權利要求3所述的無縫鋼管熱處理方法，其特征在于在步驟B中，所述第一次推制擴管的推制溫度為740?760°C、推制速度為40mm/min、推制力度為12MPa ;所述第二次推制擴管的推制溫度為750°C、推制速度為20mm/min、推制力度為15MPa。
7.根據權利要求1所述的無縫鋼管熱處理方法，其特征在于所述的溫度升高至850°C以上。
8.根據權利要求1所述的無縫鋼管熱處理方法，其特征在于所述的加熱爐選自室式加熱爐或井式加熱爐。
9.根據權利要求1或3所述的無縫鋼管熱處理方法，其特征在于所述階梯式降溫是首先將溫度按30°C的梯度一步步降溫至680°C;每降溫30°C，保溫20?30min ;然后在溫度降至650°C時，保溫85?95min ;接著，繼續按每降溫30?40°C，保溫20?30min ;直到溫度降至550°C，關閉控溫系統，停止階梯式降溫。
【文檔編號】C21D9/08GK104451100SQ201410715014
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月29日 優先權日:2014年11月29日
【發明者】郭元蓉, 鄢勇, 鄒友富, 羅能, 劉波 申請人:攀鋼集團成都鋼釩有限公司