专利名称：：耐低温石油井架输电塔架用无缝异型钢管的制备方法
技术领域：
：本发明涉及一种无缝异型钢管，尤其是涉及一种耐低温石油井架输电塔架用无缝异型钢管的制备方法。应用于石油井架、输电塔架等。属于金属材料加工及热处理工艺
技术领域：
。
背景技术：
：石油井架、输电塔架属于能源电力行业，在高寒地带各种恶劣自然条件下工作应具有优良的低温性能和综合力学性能。表一、表二为以往石油井架、输电塔架用金属材料的化学成分及综合力学性能。表一、以往石油井架、输电塔架用材料化学成分表<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>表二、以往石油井架、输电塔架用材料力学性能表<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>分析石油井架、输电塔架的使用环境和工作条件，上述石油井架、输电塔架用材料存在以下不足1、低温冲击韧性较弱。Akv-4(TC-20J。在严寒的冬天露天工作环境下，材料具有良好的低温性能是很关键的。2、综合力学性能较差。3、碳当量较高，焊接工艺性能较差。石油井架、输电塔架是重要的焊接结构，要求材料具有良好的焊接工艺性能焊接碳当量计算公式C叫-C+Mn/6+(CrHV[o+V)/520CrMo=0.20+0.5/6+l.15/5=0.51%一般要求碳含量低于0.44%为优。4、制造成本高，铬钼钢价格成本较高。
发明内容本发明的目的在于克服上述不足，提供一种具有优良的低温性能、高强度和综合力学性能、成本较低的耐低温石油井架输电塔架用无缝异型钢管的制备方法。本发明的目的是这样实现的一种耐低温石油井架输电塔架用无缝异型钢管的制造方法，其特征在于它是采用整体无缝钢管圆管坯经退火热处理、定型冷拔工艺、成品热处理工艺制造而成，所述整体无缝钢管圆管坯材料中各化学元素重量百分比为C0.15-0.18%、Mn1.4-1.6%、Si0.2-0.5%以及微量元素V0.02-0.06%、Nb0.015-0.06、Ti0.02-0.06%和Al0.02-0.05%，余量为Fe及不可避免的杂质S《0.0200/0、P《0.020%、N《0.020%，其具体工艺步骤如下步骤一、退火热处理退火热处理等壁热轧异型钢管坯管，退火温度850~880°C，保温时间30分钟，空气冷却，步骤二、酸洗、磷化、皂化退火热处理以后进行钢管的磨修去除表面的裂缝折叠、结疤、翘皮缺陷，然后进行钢管表面的酸洗、磷化、皂化工艺，步骤三、定型冷拔定型冷拔采用带芯棒液压冷拔，管坯外面采用外模控制外径公差尺寸，里面采用芯棒控制壁厚以及内径尺寸，外模材料采用冷作模具钢Crl2，硬度HRC58-62,并在外模外加45#钢外套，芯棒采用Crl2MoV模具钢，步骤四、成品热处理成品热处理采用淬火、喷水冷却加回火调质热处理工艺，淬火温度900-930°C，保温时间20-30分钟，快速喷水冷却至300°C以下后转入空气冷却，回火温度55(TC，保温时间100分钟。本发明材料含有微量元素Al、Nb、V、Ti是得到细晶组织成分的保证。铝是优质钢常用的脱氧剂，在钢中形成A1N的细小质点在钢中弥散存在，能起到有效的脱氧和细化晶粒的作用，但含量过高脱氧饱和，当大于0.05%会使晶粒粗化的温度有所下降。控制Al含量0.02-0.05%为宜。Nb形成Nb的碳氮化物，高温未溶Nb的碳氮化物可有效阻止加热时奥氏体的粗化，显著细化铁素体晶粒。TiN、TiC可以阻止加热时奥氏晶粒粗化，并细化铁素体的晶粒。V的碳氮化物阻止奥氏体晶粒的粗化，并在铁素体中沉淀析出产生沉淀强化的作用。所以Nb、Ti、V在钢中的作用比较相近。碳在钢中的作用是钢中最主要最有效的强化元素，随着碳元素含量的增加，珠光体量也增加，是决定材料强度的主要元素，但碳含量高会使钢的可焊性下降，综合考虑碳含量为0.15-18%，既能保证足够的强度又具有优良的焊接工艺性。锰，锰的资源丰富，在钢中起固溶强化的作用，能改善钢的韧性，细化铁素体的晶粒，提高材料的淬透性，回火渗碳体分布均匀性，是本材料的主要合金强化元素。硅，在钢中以固溶态存在，具有显著固溶强化作用，但过高会使塑性和焊接工艺性下降。应控制在0.2-0.5°/。为佳。综合上述各元素的作用，本材料各化学成分的作用为得到良好的低温性能、高强度、综合力学性能、以及细晶组织是保证优良的低温性能的基础。本材料的碳当公式计算C叫OMn/6+(Cr+Mo+V)/5C叫《165+0.25=0.415%本材料具有(:叫=0.415°/。的低的碳当量所以具有良好的可焊性。本发明淬火回火调质热处理工艺后的力学性能，低温冲击韧性综合力学性能对照表(见表三)。表三、石油井架、输电塔架用无缝异型钢管技术规范与实物质量、力学性能对照表<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>Akv冲击韧性Akv-4(TCAkv+20'C34JAlcv-40Ol(K)JAkvWC230'236'242文236J)Ak"0'C212.216'244(S22)Akv.60'G207.208'204(x206J>Rm》517MPa470-630MPa》600MPa619MPa640MPaReH》483MPa》345MPa》500MPa513MPa524MPaA(延伸率)A50》17%A5》21%A5》21%A523.1%(A5034%)A522%(A5036%)》50%》50%70%72%从上表可看到，本发明经过控制冶炼质量、化学成分、经液压冷拔成型，最终经调质热处理工艺的石油井架、输电塔架用无缝异型钢管获得极佳的低温韧性，其Akv-40°CS230JAkv-60°CX206J为以往石油井架用20CrMo无缝异型钢管技术规范要求Akv-40°C20J的10倍，而比输电塔架型钢国标为Akv+20'C34J提高更多，极佳的低温冲击韧性保证了材料能在恶劣高寒严冬的环境条件下的长期工作。本发明实物质量的优良的综合力学性能对比以往石油弁架用异型钢管20CrM钢。见表四。表四、本发明JD500E力学性能实物质量与20CiMo规范要求对照表。<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>ReH》483MPa513Mpa524MPa提高35MpaA50》17%34%36%提高17%》50%70%'提高20%Akv-40。C》20J230J236J242J212J216J244J提高10倍综上，本发明具有如下特点:1、本发明石油塔架用无缝异型钢管的材料选用和制造工艺。材料硫磷含量超E级《0.020%N《0.020%，为细化晶粒Al控制0.020-0.050%，并严格控制微量元素Nb、Ti、V以及钢中C、Mn、Si的含量。确定了合理的调质热处理工艺参数，获得均匀的细晶金相组织，晶粒度10级以上，极佳的低温性能Akv-60'C平均206J和良好的综合力学性能。2、本发明具有极佳的低温性能。Akv-4(TC平均224J为20CrMo技术规范Akv-40°C20J的10倍。同时Akv-60'C平均206J，碳当量Ceq-0.415%对比20CrMo碳当量C叫-0.51。/。焊接工艺性好。用来替20CrMo无缝异型钢管制造石油井架是合理的，能有效提升整体质量水平。3、本发明替代传统的Q34B(16Mn)型钢做输电塔架。(1)相同截面的无缝异型钢管比型钢具有更高的惯性矩和材料刚度，可以减轻输电塔架的重量。(2)本发明无缝异型钢管具有良好的综合力学性能其强度比型钢国标提高150Mpa，尤其是低温性能，原Q345B型钢国标GB1591为Akv+20。C34J新材料异型钢管Akv-6(TC平均206J，大幅度提高适用于高寒地带低温、重负荷的输电塔架使用。图1为本发明退火热处理后金相组织照片。图2为本发明采用的模具结构示意图。图3为本发明成品热处理工艺曲线图。图4为本发明成品热处理的淬火金相组织照片。图5为本发明回火温度与力学性能的关系图。图6为本发明淬回火后的金相组织照片。具体实施方式本发明涉及一种耐低温石油井架输电塔架用无缝异型钢管的制造方法，它是采用整体无缝钢管圆管坯经退火热处理、液压定型冷拔工艺、成品热处理工艺制造而成。所述整体无缝钢管圆管坯材料中各化学元素重量百分比为C0.15-0.18%、Mn1.4-1.6%、Si0.2-0.5%以及微量元素V0.02-0.06%、Nb0.015-0.06、Ti0.02-0.06%和Al0.02-0.05%，余量为Fe及不可避免的杂质S《0.0200/0、P《0.020%、N《0.020%，其具体工艺步骤如下步骤一、退火热处理退火热处理热轧钢管坯管，退火温度850~88(TC，保温时间30分钟，空气冷却，热轧钢管坯管由于热轧冷却的不均匀性存在一般热轧不良组织，硬度也较高，经退火热处理后，金相组织得到细化，如图l。使强度、塑性提高确保成型冷拔的顺利进行，防止角部开裂。步骤二、酸洗、磷化、皂化退火热处理以后进行钢管的磨修去除表面的裂缝折叠、结疤、翘皮缺陷，然后进行钢管表面的酸洗、磷化、皂化工艺，退火以后应进行钢管的磨修去除表面的裂缝折叠、结疤、翘皮等缺陷、为冷拔准备良好的表面质量，然后进行钢管表面的酸洗、磷化、皂化工艺，在钢管形成薄层的磷化膜，膜内充满皂化液，形成摩擦系数小的表面以利于液压成型冷拔的进行。步骤三、定型冷拔定型冷拔采用带芯棒液压冷拔，管坯外面采用外模控制外径公差尺寸，里面采用芯棒控制壁厚以及内径尺寸，外模材料采用冷作模具钢Cr12，硬度HRC58-62，并在外模外加45#钢外套，芯棒采用Crl2MoV模具钢，定型冷拔的外模选用高耐磨微变形的冷作模具钢Crl2,保证了模具的尺寸精度和耐磨性能。由于Crl2淬透性好，硬度高耐磨性好，所以脆性也大。在冷拔成型时容易产生开裂失效。为提高外模整体强度和韧性。采用在Crl2外模外加45#外套，如图2。这样外模既具有高硬度高耐磨性又具有45#钢外模的强度和韧性，适合于无缝异型钢管的成型冷拔外模。芯棒(内模)采用Crl2MoV模具钢，淬透性好，硬度均匀，耐磨性好，表面粗糙度与外模一样要求抛光^，尺寸偏差士0.02mm，确保异型钢管的内径尺寸和壁厚。步骤四、成品热处理成品热处理采用淬火、喷水冷却加回火调质热处理工艺，淬火温度900-930°C，保温时间30分钟，快速喷水冷却至300°C以下后转入空气冷却，回火温度55(TC,保温时间100分钟。淬火温度控制在900-930°C，有利于得到细小的奥氏体晶粒经淬火回火后得到细晶组织获得优良的低温冲击韧性\高强度高塑性高韧性的良好的综合力学性能。本材料的Ms点41(TC，Mt点在200-300。C区间，淬火必须迅速冷却到Ms点以下方能得到低碳马氏体组织，当淬火激烈冷却到Ms点以下时转入空气冷却，这样有利于减少淬火的热应力和组织应力，从而减小变形，成品热处理工艺曲线见图3，淬火金相组织见图4，淬火后金相组织为板条状低碳马氏体加少量先共析铁素体加少量贝氏体组织，淬火后力学性能Rm800MpaReH628MpaA511%。淬火后金相组织的不稳定性，而且延伸率A511%很低要通过回火得到回火索氏体组织时使延伸率A5升高，同时具有较高的强度水平，经过回火热处理试验其数据集总见图5。其金相组织为均匀的回索氏体加少量铁素体组织见图6，得到很细的10-11级晶粒度。材料淬火加回火热处理后获得极佳的低温冲击韧性和良好的综合力学性能。权利要求1.一种耐低温石油井架输电塔架用无缝异型钢管的制造方法，其特征在于它是采用整体无缝钢管圆管坯经退火热处理、定型冷拔工艺、成品热处理工艺制造而成，所述整体无缝钢管圆管坯材料中各化学元素重量百分比为C0.15-0.18％、Mn1.4-1.6％、Si0.2-0.5％以及微量元素V0.02-0.06％、Nb0.015-0.06、Ti0.02-0.06％和Al0.02-0.05％，余量为Fe及不可避免的杂质S≤0.020％、P≤0.020％、N≤0.020％，其具体工艺步骤如下步骤一、退火热处理退火热处理热轧钢管坯管，退火温度850～880℃，保温时间30分钟，空气冷却，步骤二、酸洗、磷化、皂化退火热处理以后进行钢管的磨修去除表面的裂缝折叠、结疤、翘皮缺陷，然后进行钢管表面的酸洗、磷化、皂化工艺，步骤三、定型冷拔定型冷拔采用带芯棒液压冷拔，管坯外面采用外模控制外径公差尺寸，里面采用芯棒控制壁厚以及内径尺寸，外模材料采用冷作模具钢Cr12，硬度HRC58-62，并在外模外加45#钢外套，芯棒采用Cr12MoV模具钢，步骤四、成品热处理成品热处理采用淬火、喷水冷却加回火调质热处理工艺，淬火温度900-930℃，保温时间30分钟，快速喷水冷却至300℃以下后转入空气冷却，回火温度550℃，保温时间100分钟。全文摘要本发明涉及一种耐低温石油井架输电塔架用无缝异型钢管的制造方法，它是采用整体无缝钢管圆管坯经退火热处理、定型冷拔工艺、成品热处理工艺制造而成，材料各化学元素重量百分比为C0.15-0.18％、Mn1.4-1.6％、Si0.2-0.5％以及微量元素V0.02-0.06％、Nb0.015-0.06、Ti0.02-0.06％和Al0.02-0.05％，余量为Fe及不可避免的杂质，具体工艺步骤退火热处理，温度850～880℃，保温时间30分钟，空冷；定型冷拔；成品热处理采用淬火、喷水冷却加回火调质热处理工艺，淬火温度900-930℃，保温时间20～30分钟，快速喷水冷却至300℃以下后转入空气冷却，回火温度550℃，保温时间100分钟。本发明方法制备的无缝异型钢管具有优良的低温性能、高强度和综合力学性能、成本较低等特点。文档编号C21D1/26GK101259582SQ20081002537公开日2008年9月10日申请日期2008年4月28日优先权日2008年4月28日发明者薛建良,邓尔康申请人:江阴市界达特异制管有限公司