强度和低温韧性优异的无缝钢管的控制轧制方法技术

本发明专利技术提供一种应用于无缝钢管制造工艺的强度和低温韧性优异的无缝钢管的控制轧制方法，该控制轧制方法包括在γ相的再结晶区域内(约950℃以上)进行穿孔轧制；在延伸轧制步骤和减径轧制步骤中在γ相的非再结晶区域内(950℃至Ar3转变点)进行延伸轧制和减径轧制；和减径轧制后即刻进行控制冷却或淬火。如果定径机用于减径轧制步骤，则在减径轧制步骤中进行在(α+γ)双相温度区域内(Ar3转变点至Ar1转变点)的轧制。本控制轧制方法可解决由于低温轧制引起的热变形阻力的显著增加和热变形能力(热加工性能)的显著劣化的问题，并且连同使用控制冷却方法一起，可生产强度和低温韧性优异的无缝钢管。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种，所述方法应用于无缝钢管的制造工艺。
技术介绍
无缝钢管制造工艺的实例包括曼内斯曼自动轧管机法(Mannesmann-plug millprocess)、曼内斯曼芯棒式无缝管轧机法(Mannesmann-mandrel mill process),曼内斯曼阿塞尔乳管机(Mannesmann-assel mill)和曼内斯曼顶管机法(Mannesmann-push-benchmill process)等。这些无缝钢管的制造工艺中，将在加热炉内在预定温度下加热的实心钢坯(圆钢棒)通过斜轧工艺的穿孔轧制机穿孔并且形成为中空棒状的中空件，将该中空件借助于使用延伸轧制机如斜轧延伸机(rotary elongator)和自动轧管机(plug mill)、芯棒式无缝管轧机(mandrel mill)、阿塞尔轧管机或顶管机(push_bench mill)主要通过减薄其壁厚，形成空心管坯。随后，将所得空心管坯主要借助于使用减径轧制机(reducing rollingmill)如定径机或张力减径机通过减小其外径，形成为预定尺寸的无缝钢管。下文中，作为上述生产工艺的实例，将提供关于曼内斯曼-芯棒式无缝管轧机法的说明，但是其它生产工艺在生产无缝钢管时发挥着相同的作用。图1为说明用于曼内斯曼芯棒式无缝管轧机法的设备构造的图，分别(a)说明转底式加热炉，(b)说明斜轧穿孔机(倾斜轧制穿孔机)，(C)说明芯棒式无缝管轧机(拉伸辊轧机)，(d)说明再加热炉，以及(e)说明张力减径机(减径轧制机)。作为图1(b)中所述的斜轧穿孔机，起初通常使用驱动倾斜的桶形辊的曼内斯曼穿孔机，但是近年来，已广泛使用驱动以倾斜和交叉的方式配置的锥形轧辊的所谓的斜轧穿孔机(锥形穿孔机)。曾使用的图1 (C)中的芯棒式无缝管轧机包含8个机架，但是近年来，越来越多地使用包括四或五个机架的具有更少机架的芯棒式无缝管轧机。作为芯棒式无缝管轧机中值得注意的方面，起初通常使用全浮动芯棒式无缝管轧机，其中芯棒插入空心管坯的内部中以及该空心管还与插入的芯棒一起通过孔槽型轧棍(grooved caliber rolls)连续轧制，这是芯棒操作过程的创新；但是近年来，作为确保高效率和高质量的芯棒式无缝管轧机，更广泛使用限动芯棒式无缝管轧机(限制芯棒式无缝管轧机)。该限动芯棒式无缝管轧机中，存在全回退过程和半浮动(sem1-float)过程，全回退过程中，芯棒通过芯棒限动机(未示出)从芯棒背面(轧机的入口侧)限动和限制直至完成轧制，且完成轧制的同时芯棒回退，半浮动过程中，完成轧制的同时释放芯棒。 生产中等直径无缝钢管时，通常采用全回退过程，生产小直径无缝钢管时，通常采用半浮动过程。前者全回退过程中，在芯棒式无缝管轧机的输送侧上配置脱模机(extractor),轧制操作期间通过芯棒式无缝管轧机使空心管还脱出。如果芯棒式无缝管轧机输送侧上的管还金属的温度足够高，可通过定径机(sizing mill)(定径机(sizer))代替脱模机脱出空心管坯，从而该空心管坯可进行减径轧制成最终的目标尺寸，这可省去再加热炉。图1(e)所述的减径轧制机中，生产中等直径无缝钢管时使用定径机，生产小直径无缝钢管时使用张力减径机。作为定径机，起初使用各机架中的轧辊的转数速度不变的减径定径机或减径机，但是近年来，已广泛使用其各机架独立驱动的三轧辊型定径机或张力减径机。上述三轧辊型张力减径机包括至多24至28个机架，这些独立驱动的机架可具有至多85%的变形阻力的张力作用在这些机架之间，这不仅能够使外径减少而且在相当宽的范围内调整壁厚。相反，三轧辊型定径机包括至多8至12个机架，具有比张力减径机的机架更少的机架，从而不能期望这些机架之间大的张力。另外，三轧辊型定径机基于每个机架获得外径减小，其比张力减径机的外径更加小。此类无缝钢管的制造工艺中，有时采用其中在热轧制后有效利用热加工时产生的潜热从而进行淬火，然后回火的所谓的内热机械处理工艺，(参见专利文献I至3)，但是没有公开将控制轧制方法应用于无缝钢管的制造工艺。控制轧制方法的基本原理将描述如下。已开发控制轧制技术作为UOE大直径焊接钢管的源材料的生产技术。UOE大直径焊接钢管的源材料通过借助于使用厚板轧机的可逆轧制工艺而生产。为了满足高强度、低温韧性改进和输送管线管的合金元素更少的需求，此类厚板轧制技术得到显著地发展。通常，钢的强化机理包括固溶强化、析出强化、析出硬化、细晶强化和相变强化等。这些中，固溶强化涉及合金元素增加，这与合金元素更少的需求冲突。析出强化和析出硬化伴随着脆化，这妨碍高的韧性。因此，晶粒细化为应对强度和韧性两者的唯一方法，可以说轧制技术上的材料进步可归因于获得晶粒细化的技术开发的努力。控制轧制方法为仅通过轧制工艺借助于适当控制加工热历史如化学组成、加热温度、轧制温度和轧制压下率(rolling reduction rate)而获得晶粒细化的轧制技术,并且已广泛应用于生产高强度和高韧性输送管线管的源材料。可认为控制轧制方法为三阶段冶金机理。具体地，控制轧制方法可分为如下三阶段。[I阶段]在Y相的再结晶温度区域内在相对高的温度(950°C以上)下轧制。[2阶段]在Y相的非再结晶温度区域内在较低温度(950°C以下，Ar3转变点以上)下轧制。[3阶段]在(y + α)双相区域内在进一步更低的温度(Ar3转变点以下，Arl转变点以上)下轧制。图2为铁-碳平衡图。图3为说明控制轧制步骤中的三相冶金机理的图，表示上述三相的各轧制温度区域内的微观结构变化。图3源引于’钢管和管道制造技术的现状与未来，第112期、第113期，西山纪念研讨会’，日本钢铁协会，应当注意，该图为控制轧制方法开发前的冶金概念图，因此该图没有反映控制轧制方法开发后的目前的冶金概念图。使由于加热引起粗大化的Y晶粒通过在再结晶温度区域内重复轧制-再结晶而变得细化。如果Y晶粒在晶粒不可能再结晶的低温度区域内轧制，则Y晶粒在没有再结晶的情况下拉伸，从而在晶粒内部形成变形带和退火孪晶。Y相至α相的相变时，变形带和退火孪晶与Y晶界一起有助于作为α相变核的形成位点，这导致α晶粒细化。如果Υ晶粒除上述在非再结晶区域内轧制以外，还在Ar3点以下的U + α )双相区内轧制，则未相变的Y晶粒变得更进一步拉伸，从而在晶粒内部形成变形带。同时，相变的α晶粒也进行轧制从而在晶粒内形成亚晶粒，这导致α晶粒的进一步细化。对于输送管线管的厚的壁厚、高强度和高的低温韧性的需求，促进了控制轧制技术如低温加热、增加非再结晶区域内的总轧制压下率和提高锭内的(Υ + α)双相区域轧制的发展与进步。低温加热有利的冶金效果提高了加热时的Y晶粒的细化，结果轧制后的α晶粒也变得细化，由此提高韧性。由于晶粒细化效果，强化的双相区域轧制实现了强度增加，但是同时，促进强固的轧制织构(rolling texture),并且产生夏比(Charpy)冲击和DWTT断裂面方面的分离,这导致断裂转变温度的降低。因此，高级输送管线管中，就根据韧性需求的韧性不受损害而言，利用了双相区域轧制，但是由于开发了控制冷却技术，其逐步被淘汰。出于通过控制轧制而晶粒细化和通过相变强化而增加强度的目的，已开发出控制轧制的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种强度和低温韧性优异的无缝钢管的控制轧制方法，所述方法应用于无缝钢管的制造工艺，其中使用在加热炉内在预定温度下加热的圆钢棒(钢坯)，进行穿孔轧制步骤、延伸轧制步骤和减径轧制步骤，如果需要，再加热处理后，进行所述减径轧制步骤，其特征在于，所述控制轧制方法包括：在所述穿孔轧制步骤中，在γ相的再结晶区域内(950℃以上)进行穿孔轧制；在所述延伸轧制步骤和所述减径轧制步骤中，在γ相的非再结晶区域内(950℃至Ar3转变点)分别进行延伸轧制和减径轧制；和所述减径轧制后即刻进行控制冷却或淬火。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.08.01 JP 2011-1684731.一种强度和低温韧性优异的无缝钢管的控制轧制方法，所述方法应用于无缝钢管的制造工艺，其中使用在加热炉内在预定温度下加热的圆钢棒(钢坯)，进行穿孔轧制步骤、延伸轧制步骤和减径轧制步骤，如果需要，再加热处理后，进行所述减径轧制步骤，其特征在于，所述控制轧制方法包括: 在所述穿孔轧制步骤中，在Y相的再结晶区域内(950°C以上)进行穿孔轧制； 在所述延伸轧制步骤和所述减径轧制步骤中，在Y相的非再结晶区域内(950°C至Ar3转变点)分别进行延伸轧制和减径轧制；和 所述减径轧制后即刻进行控制冷却或淬火。2.一种强度和低温韧性优异的无缝钢管的控制轧制方法，所述方法应用于无缝钢管的制造工艺，其中使用在加热炉内在预定温度下加热的圆钢棒(钢坯)，进行穿孔轧制步骤、延伸轧制步骤和借助于定径机的减径轧制步骤，如果需要，再加热处理后，进行所述减径步骤，其特征在于，所述控制轧制方法包括: ...

【专利技术属性】
技术研发人员：林千博，
申请(专利权)人：新日铁住金株式会社，
类型：
国别省市：