CN104117824A

CN104117824A - 超高压无缝合金钢管的制造方法

Info

Publication number: CN104117824A
Application number: CN201410349112.8A
Authority: CN
Inventors: 陈菊生; 牟能文; 莫政宇; 刘晓红; 于忠斌; 王小军; 俞科云; 林坤; 陈坚
Original assignee: SHANGHAI JIANING NEW TECHNOLOGY RESEARCH INSTITUTE
Current assignee: SHANGHAI JIANING NEW TECHNOLOGY RESEARCH INSTITUTE
Priority date: 2014-07-22
Filing date: 2014-07-22
Publication date: 2014-10-29

Abstract

本发明公开了一种超高压无缝合金钢管的制造方法，主要包括钢棒钢锭的冶炼制造、钢棒的锻造、钢棒的深孔加工、钢棒的热处理及机加工、钢棒的冷拔和旋压轧制，其特征在于所述钢棒钢锭的冶炼制造过程为：选用合金元素和原生态废钢为原料，依次进行EF熔炼、LF精炼、VD精炼以及真空脱气，冶炼得AISI4333M4钢，其组分为：0.30%≤C≤0.38%，0.70%≤Mn≤1.00%，0.15%≤Si≤0.35%，1.62%≤Ni≤2.00%，0.70%≤Cr≤0.90%，0.35%≤Mo≤0.45%，P≤0.015%，S≤0.005%，Cu≤0.15%，Pb≤0.005%，Sn≤0.02%，As≤0.009%，Sb≤0.005%，Bi≤0.005%，0.02%≤Al≤0.04%，H≤2ppm，O≤20ppm，其余为Fe。本发明的优点是所制造的超高压无缝合金钢管精度高、力学性能优异。

Description

超高压无缝合金钢管的制造方法

技术领域

本发明涉及冶金类，具体涉及一种超高压无缝合金钢管的制造方法。

背景技术

超高压无缝合金钢管属于无缝钢管类别，其材质采用AISI4333M4钢，此钢管用于引进的高压聚乙烯装置中。由于超高压无缝合金钢管对于承压性能要求较高，目前国内所生产的AISI4333M4钢种无法达到，且钢管长度至少为17米及以上，现有的机床设备长度较短，因此生产难度较大，长期以来一直依赖进口解决。

发明内容

本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种超高压无缝合金钢管的制造方法，该制造方法通过在冶炼过程中控制有害元素Pb+Sn+Sb+As+Bi以提高钢水纯净度，在锻造成型过程中提高锻造速度以防止钢棒过早冷却，热处理后最终获取力学性能出众的超高压无缝合金钢管。

本发明目的实现由以下技术方案完成：

一种超高压无缝合金钢管的制造方法，主要包括钢棒钢锭的冶炼制造、钢棒的锻造、钢棒的深孔加工、钢棒的热处理、钢棒的冷拔和旋压轧制，其特征在于所述钢棒钢锭的冶炼制造过程为：选用合金元素和原生态废钢为原料，进行EF熔炼、LF精炼、VD精炼以及真空脱气，冶炼得AISI4333M4钢，其组分为：0.30%≤C≤0.38%,0.70%≤Mn≤1.00%,0.15%≤Si≤0.35%,1.62%≤Ni≤2.00%, 0.70%≤Cr≤0.90%, 0.35%≤Mo≤0.45%,P≤0.015%，S≤0.005%，Cu≤0.15%，Pb≤0.005%，Sn≤0.02%，As≤0.009%，Sb≤0.005%，Bi≤0.005%，0.02%≤Al≤0.04%，H≤2ppm，O≤20ppm，其余为Fe。

在所述EF熔炼过程中加入复合脱氧剂，其组分为：铝料4.5～5.5%、硅铁粉14.5～15%、硅钙粉9～11%、氧化锰9～12%、氧化铁14～16%、碳粉9～11%，其余为铝矾土。

在所述钢棒的锻造过程中，采用快锻机以大于20次/分钟的速度对尺寸为400*4270mm的钢坯进行捶打，三火锻造成型，锻造比≥5，锻后进行扩氢退火，得长度≥17000mm的钢棒。

本发明的优点是，（1）在冶炼过程中严格控制有害元素Pb+Sn+Sb+As+Bi的含量以提高钢水纯净度；（2）通过4000吨快锻机将钢棒快速锻造成型；（3）超长L>1700mm深孔加工，将2台20米深孔机床对并接加长镗杆，超常规加工深孔；（4）所制造的超高压无缝合金钢管精度高、力学性能优异。

具体实施方式

实施例：本实施例具体涉及一种超高压无缝合金钢管的制造方法，其制造过程主要包括钢棒钢锭的冶炼制造、钢棒的锻造、钢棒的深孔加工、钢棒的热处理、钢棒的冷拔和旋压轧制，具体方法如下：

1）钢棒钢锭的冶炼制造

选用优质合金元素和原生态废钢作为原料，对其进行清洗并烘干，此处所述的原生态废钢是指无污染、无杂质、无油腻、无铁锈的块料废钢；对钢炉炉膛和钢包进行净化处理，在熔炼本钢种前，先炼2炉相近或相似钢种，即将附着在炉膛和钢包壁上残余的Cu、Cr、Mo、W清除掉；之后对原料进行冶炼，冶炼的方式为EF电弧炉熔炼、LF钢包精炼炉精炼、VD真空脱气炉精炼以及真空脱气处理，其中：

在EF电弧炉熔炼过程中加入复合脱氧剂，其组分为：铝料4.5-5.5%、硅铁粉14.5-15%、硅钙粉9-11%、氧化锰9-12%、氧化铁14-16%、碳粉9-11%，其余为铝矾土；在氧化期、还原期和出钢前三次扒渣，以清除非金属夹杂物（见下表1），提高钢水纯净度，尽量降低S、P的含量，并严格控制有害元素Pb+Sn+Sb+As+Bi≤0.05%，这些有害元素容易使材质产生脆性；之后进入LF钢包精炼炉精炼，再经VD真空脱气，使〔H〕≤2ppm、〔O〕≤20ppm，冶炼得AISI4333M4钢，其具体组分见下表2。

（表1）非金属夹杂物表

（表2）AISI4333M4钢化学成分表

2）钢棒的锻造

AISI4333M4钢锻造温度：始锻温度1150℃,终锻温度850℃。要求锻透，锻造比＞5、细长钢棒L＞10米的必须采用强压（大吨位压力机）快速成型。现采用4000吨快锻机每分钟锻打＞20次，(常规压机每分钟锻打5--6次)强压快速锻造成型。如Ф160*17500mm的钢棒，锻造过程为：第一火二镦二拔出坯，□400*4270mm第二火 ,□280*8700mm 第三火，锻造成型Ф175*17500mm,锻后及时进行扩氢退火。在本实施例中通过采用大于20次/分钟的锻打速度，可防止大尺寸钢棒过早冷却成型。

3）钢棒的深孔加工

本实施例所要制造的是规格为φ88/φ40×10300mm和φ138/φ60×16500mm的超高压无缝合金钢管，由于厚壁的内孔只能采用深孔机床加工，而目前现有的深孔机床最长为20米，镗杆长度L₁，工件长度L₂，深孔机床加工最长不得超过9米的钢棒，也就是说本实施例所要进行深孔加工的两种规格的钢管，现有机床无法加工；因此，将既有的20米深孔机床床身的导轨加长，并利用激光仪校准水平，同时加长深孔机床镗杆，以完成超长深孔的加工。为了保证深孔平直度，用超长导套＞800mm进行深孔加工，并不断用测厚仪测量钢管平直度，不断进行校准。获得规格分别为φ88/φ40×10300mm和φ138/φ60×16500mm的两种超高压无缝合金钢管，并及时利用振动时效装置振动时效消除切削应力。

4）钢管的热处理

细长钢管采用井式炉，≥20米井式炉淬火+回火，如有弯曲进行热校，校直后及时回火消除应力。

（表3）热处理后的力学性能

5）钢管的冷拔和旋压轧制

对钢管进行冷拔和旋压轧制，以进一步提高钢管的强度和韧性10%左右（如表4所示），在钢管机加工、冷拔和旋压轧制的过程中都会产生切削应力，因此需采用振动时效装置振动时效消除切削应力，确保超高压无缝合金钢管的精度。

最终制得规格为φ88/φ40×10300mm和φ138/φ60×16500mm的两种超高压无缝合金钢管。

（表4）冷拔旋压轧制后力学性能

以下为超高压无缝合金钢管采用不同钢种组分的力学性能对比：

①选用本实施例中的AISI4333M4钢种，同时按照本实施例中的制造方法所制得的超高压无缝合金钢管的力学性能如下表5所示：

（表5）本实施例无缝合金钢管力学性能

	σ_b（N/mm²）	σ_0.2（N/mm²）	δ₄（%）	ψ（%）
					20℃	1120-1280	≥1080	≥16	≥50

②选用进口的标准AISI4333M4钢种，其组分为：C（0.36%）、Mn（0.85%）、Si（0.31%）、P（≤0.015%）、S（≤0.005%）、Cr（0.78%）、Ni（1.86%）、Mo（0.4%）、V（0.02%），同时按照本实施例中的其余制造方法所制得的超高压无缝合金钢管的力学性能如下表6所示：

（表6）进口无缝合金钢管力学性能

	σ_b（N/mm²）	σ_0.2（N/mm²）	δ₄（%）	ψ（%）
					20℃	1103	930-1035	15	50

③选用国产的标准AISI4333M4钢种，其组分为：C（0.30%-0.38%）、Mn（0.70%-1.0%）、Si（0.15%-0.35%）、P（≤0.015%）、S（≤0.005%）、Cr（0.70%-0.90%）、Ni（1.65%-2.0%）、Mo（0.35%-0.45%）、V（0.01%），同时按照本实施例中的其余制造方法所制得的超高压无缝合金钢管的力学性能如下表7所示：

（表7）国产无缝合金钢管力学性能≤10米

	σ_b（N/mm²）	σ_0.2（N/mm²）	δ₄（%）	ψ（%）
					20℃	1000-1100	900-1000	≥15	≥50

通过上述①-③的对比，可以发现利用本实施例中的AISI4333M4钢种所制得的超高压无缝合金钢管力学性能优于进口的标准AISI4333M4钢和国产的标准AISI4333M4钢的力学性能。

Claims

1.一种超高压无缝合金钢管的制造方法，主要包括钢棒钢锭的冶炼制造、钢棒的锻造、钢棒的深孔加工、钢棒的热处理、钢棒的冷拔和旋压轧制，其特征在于所述钢棒钢锭的冶炼制造过程为：选用合金元素和原生态废钢为原料，进行EF熔炼、LF精炼、VD精炼以及真空脱气，冶炼得AISI4333M4钢，其组分为：0.30%≤C≤0.38%,0.70%≤Mn≤1.00%,0.15%≤Si≤0.35%,1.62%≤Ni≤2.00%, 0.70%≤Cr≤0.90%, 0.35%≤Mo≤0.45%,P≤0.015%，S≤0.005%，Cu≤0.15%，Pb≤0.005%，Sn≤0.02%，As≤0.009%，Sb≤0.005%，Bi≤0.005%，0.02%≤Al≤0.04%，H≤2ppm，O≤20ppm，其余为Fe。

2.根据权利要求1所述的一种超高压无缝合金钢管的制造方法，其特征在于在所述EF熔炼过程中加入复合脱氧剂，其组分为：铝料4.5～5.5%、硅铁粉14.5～15%、硅钙粉9～11%、氧化锰9～12%、氧化铁14～16%、碳粉9～11%，其余为铝矾土。

3.根据权利要求1所述的一种超高压无缝合金钢管的制造方法，其特征在于在所述钢棒的锻造过程中，采用快锻机以大于20次/分钟的速度对尺寸为400*4270mm的钢坯进行捶打，三火锻造成型，锻造比≥5，锻后进行扩氢退火，得长度≥17000mm的钢棒。