[发明专利]一种高强韧性无缝钢管及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种管件及其制造方法，尤其涉及一种钢管及其制造方法。

背景技术

由于无缝钢管的产品形态和制造方法的限制，长期以来仅能通过添加合金元素和控制轧后的离线热处理工艺来提升无缝钢管的产品性能。以油井管为例，555MPa(80ksi)以上级别需要通过添加较多的合金元素或离线调质处理才能获得相应的无缝钢管，然而，这样明显会增加无缝钢管的生产制造成本。

目前，热轧钢管的常规工艺步骤为轧制后先入管料库，随后再根据需要进行热处理，这种方式不仅造成了钢管轧后余热的浪费(通常轧后钢管温度在900℃以上)，同时也无法利用钢管形变后的诱导相变效应来实现钢管强化。

公开号为CN103740896A，公开日为2014年4月23日，名称为“钢管在线淬火方法”的中国专利文献公开了一种钢管在线淬火方法。该方法提供了一种利用余热对钢管进行淬火的工艺方法，其包括如下步骤：1)将经过轧制、定径的970-980℃高温钢管直接转至淬火槽；2)旋转高温钢管，沿高温钢管延伸方向向高温钢管内壁喷水，内壁喷水速度为6500-7000立方米/小时，沿高温钢管外壁切线且与钢管旋转相反的方向向高温钢管外壁喷水，外壁喷水速度为4500-5000立方米/小时，喷水总时间为10-12分钟，使高温钢管在10-12秒内被淹没；3)高温钢管降温至250-260℃时，将淬火槽内的水排出，完成淬火，得到淬火钢管。发明人认为，该淬火方法侧重于淬火过程的工艺控制，实际上在线淬火过程与离线淬火是有较大区别的，核心在奥氏体变形还未完全回复，在此基础上进行快速冷却可利用形变诱导相变效应，得到更为细化的组织结构和更高比例的马氏体组织。如需达到较高的性能水平，其变形量控制、淬火开冷温度、冷却速度等均是核心要素，而该专利中均未提及。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高强韧性无缝钢管，该无缝钢管兼具较高的强度和较好的韧性。此外，本发明所述的无缝钢管不添加昂贵的合金元素，其合金添加成本经济。

为了实现上述目的，本发明提出了一种高强韧性无缝钢管，其化学元素质量百分比为：

C：0.1-0.25％，

Si：0.1-0.5％，

Al：0.01-0.1％，

Mn：0.6-2％，

余量为Fe和其他不可避免的杂质；此外还需满足：C+Mn/6≥0.35。

本发明所述的高强韧性无缝钢管中的各化学元素的设计原理为：

碳：0.1-0.25％

C是保证钢管的强度及淬透性的重要元素。当C含量小于0.1％时，一方面钢的强度难以保证，另一方面难以避免先共析铁素体的析出，由此影响钢的抗硫性能。由于在线淬火时材料会受到变形应力及组织应力的双重影响，因此，较之于离线淬火，材料更容易出现裂纹。基于本发明的技术方案，将C含量控制在0.1-0.25％的范围之间可以明显地减少无缝钢管的淬火裂纹的形成。

硅：0.1-0.5％

Si是由脱氧剂而带入钢中的元素。一旦其含量超过0.5％时，会显著地增加钢的冷脆倾向，为此，需要将限制Si含量在0.5％以下。同时，为了保证钢的脱氧效果，需要令钢中的Si含量保持在0.1％以上。

铝：0.01-0.1％

同样地，Al也是由脱氧剂而带入钢中的元素。少量的Al具有细化钢晶粒的有益作用。可是，如果Al含量过高则会对管坯浇注、热加工等工艺步骤产生不利影响。鉴于此，需要将本发明所述的高强韧性无缝钢管中的Al含量设定为0.01-0.1％。

锰：0.6-2.0％

Mn也是由脱氧剂而带入钢中的元素。Mn具有扩大奥氏体相区，增加钢的淬透性并细化晶粒等有益作用。但是Mn在凝固时容易发生偏析，造成无缝钢管中会出现明显的带状组织。由于带状组织与无缝钢管的基体的硬度和析出相之间存在着明显的差异，继而会影响钢的韧性。因此，应当控制本发明所述的高强韧性无缝钢管中Mn含量在2.0％以下。与此同时，为了确保钢的淬透性，还应当使得钢中的Mn含量在0.6％以上。

C+Mn/6≥0.35

本发明所述的无缝钢管的强化效果需要通过固溶强化、析出强化等多种强化的综合效果来实现。在不额外添加其他合金元素的情况下，必须保证C、Mn元素具有一定的含量，以获得足够的强化效果，因此，C和Mn满足上述关系式时能够有效地保证钢的强化效果，从而确保钢具有较高的强韧性。

进一步地，本发明所述的高强韧性无缝钢管的微观组织以马氏体为主，马氏体的相比例不低于75％。