一种N80－1外加厚油管及其制造方法

摘要

一种N80－1外加厚油管，其化学成份质量百分比为：C 0.32～0.42、Si 0.20～0.70、Mn 1.20～1.65、V 0.05－0.20、N 0.010～0.025、其余为Fe和不可避免的杂质。其制造方法包括如下步骤：a)管坯加热、穿孔、连轧钢管；b)再加热、张力减径；再加热温度：960～990℃，张力减径后管子温度应≥850℃；c)冷却：风冷，冷却速度30～100℃/min；d)管子两端加厚，加热温度：950～1170℃；加热时间≤20秒，加热采用中频感应线圈装置加热；空冷；e)管子两端车螺纹。本发明采用微合金非调质钢生产，热轧态性能达到N80－1钢级规定，通过严格控制加厚工艺，降低加厚温度，缩短加热时间，以此改善加厚端性能，从而省去加厚后的全长正火处理，节约能源，降低了生产成本。

说明书

技术领域

本发明涉及外加厚油管产品制造。

背景技术

N80-1外加厚油管是美国石油学会API SPEC 5CT标准中规定的钢级和产品，其化学成份只对硫、磷含量有规定，其它成份由生产厂家确定，机械性能要求见表1。

                   表1：N80-1油管机械性能要求

  钢级  屈服强度  MPa  抗拉强度  MPa  伸长率  ％  min  max  min  min  N80-1  552  758  689  e＝625000A^0.2/U^0.9

油管有不加厚油管和外加厚油管二种，其区别在于管子两端是否加厚。

传统的N80-1外加厚油管生产工艺为：

管坯加热→穿孔→连轧钢管→再加热→张力减径→风冷→管子两端加厚→调质热处理或正火处理→管子两端车螺纹→一端拧上接箍→内外螺纹上保护环。其生产工艺参数为常规的通用的工艺参数。

N80-1不加厚油管和外加厚油管在同一厂家采用相同材质，N80-1油管的材质一般采用二种类型，一种是碳锰结构钢，不加厚油管和外加厚油管均采用水淬调质热处理，外加厚油管在加厚后进行水淬调质处理；另一种是锰钼合金结构钢，不加厚油管和外加厚油管均采用正火处理，外加厚油管在加厚后进行全长正火处理。国内外N80-1油管生产厂家的化学成份见下表2。

                       表2：N80-1外加厚油管生产厂家的化学成份

  生产厂家                            化学成份WT％  C  Si  Mn  Mo  P  S  日本住友  0.25  0.24  1.40  0.025  0.006  日本NKK  0.25  0.23  1.41  0.023  0.003  阿根庭世特佳  0.24  0.25  1.42  0.019  0.007  宝钢  0.39  0.45  0.21  0.33  1.60  1.85  0.15  0.20  ≤0.020  ≤0.015  德国曼内斯曼  0.37  0.42  0.31  0.37  1.58  1.67  0.15  0.20  ≤0.020  ≤0.015

由于N80-1不加厚油管必须采用水淬调质热处理或正火处理，才能满足N80-1钢级的要求，因此，对N80-1外加厚油管来说，采用水淬调质热处理或正火处理也属正常。如果N80-1不加厚油管采用微合金非调质钢生产，管体热轧态性能达到N80-1钢级规定，那么，只要控制好加厚端的性能，N80-1外加厚油管就有可能不经任何热处理达到N80-1钢级的规定。这正是现有工艺不足和需要改进的地方。

专利检索表明：尚未有N80-1油管管端加厚后不进行正火处理的专利报导。

发明内容

本发明的目的在于提供一种N80-1外加厚油管及其制造方法，其管体采用微合金非调质钢生产，热轧态性能达到N80-1钢级规定，通过严格控制加厚工艺，降低加厚温度，缩短加热时间，以此改善加厚端性能，从而省去加厚后的全长正火处理，达到节约能源、降低生产成本、增加经济效益、提高产品竞争力的目的。

为达到上述目的，本发明的技术方案是，

一种N80-1外加厚油管，其化学成份质量百分比为：

C     0.32～0.42

Si    0.20～0.70

Mn    1.20～1.65

V     0.05～0.20

N     0.010～0.025

其余为Fe和不可避免的杂质。

C：0.32～0.42％，C决定铁素体与珠光体的比例，因此，决定产品强韧性的总体水平，随着含C量的增加，钢的强度提高，韧性下降。

Mn：1.20～1.65％，Mn增加珠光体含量，降低珠光体形成温度，细化珠光体片间距，因此Mn能同时提高钢的强度和韧性，当Mn超过1.60％时，容易产生贝氏体组织，反而会降低韧性，因此，对Mn的上限有一定限制。由于N80-1铁素体+珠光体型非调质钢的不足之处是韧性较低，因此，C和Mn的合理搭配非常重要，原则应是Mn在不产生贝氏体的前提下尽量高，C在强度足够的前提下尽量压低。

Si：0.20～0.70％，固溶于铁素体，能强化铁素体，当含量在0.15～0.70％时，并不降低钢的韧性，为提高强度，适当提高Si的含量是必要的。

V：0.05～0.20％，V在钢中形成碳氮钒化合物，加热时阻碍奥氏体晶粒长大，冷却时，形成弥散状细小的碳氮钒化合物颗粒析出，起到析出强化的作用。V在奥氏体中固溶温度较低，在1100℃时V可以完全固溶于奥氏体，因此，V只在1100℃以下加热时起细化晶粒的作用。但是，只有那些已固溶的V在热加工和随后的冷却过程中，脱溶析出的碳氮钒化合物才能对已变形的奥氏体晶界、亚晶界、形变带起钉扎作用，从而推迟奥氏体晶粒再结晶和随后长大。由于V可以完全固溶于奥氏体，并在随后的冷却过程中析出，因此V的沉淀强化作用非常明显。

N：0.010～0.025％，N在钢中形成氮化物和碳氮化物，并以细小质点存在，阻止奥氏体晶粒长大，细化晶粒，同时产生弥散强化效果，含V钢中添加N，其沉淀强化作用明显提高。但含量太低时效果不明显，太高时会形成较大氮化物夹杂。

本发明的N80-1外加厚油管制造方法，包括如下步骤：

a)管坯加热、穿孔、连轧钢管；

b)再加热、张力减径，再加热温度：960～990℃，张力减径后管子温度应≥850℃；

c)冷却，冷却方式：风冷，冷却速度30～100℃/min；

d)管子两端加厚，加热温度：950～1170℃；加热时间≤20秒，加热采用中频感应线圈装置加热；空冷；

还包括步骤e，管子两端车螺纹、一端拧上接箍、内外螺纹上保护环等后续工序。

其它各工序的工艺技术要求与常规通用的技术要求相同。

本发明与现有技术的不同点

1.化学成分设计不同

现有技术化学成分设计为碳锰结构钢或锰钼合金结构钢；

本发明采用的是微合金非调质钢，在中碳锰钢的基础上添加了微合金元素V：0.05～0.20％，N：0.010～0.025％。

2.生产工艺不同

现有技术热轧态的机械性能达不到N80-1钢级规定，管端加厚后必须进行全长正火处理或水淬调质处理；

本发明热轧态的机械性能已经达到N80-1钢级规定，管端加厚后不进行正火处理。

3.管端加厚加热温度不同

现有技术管端最高加热温度可达到1200-1280℃；

本发明管端最高加热温度≤1170℃，以防止奥氏体晶粒在高温下粗化。

4.管端加厚加热时间不同

现有技术管端加热时间视加热设备确定，变化范围大；

本发明管端加热时间≤20秒，以防止奥氏体晶粒在高温下长大。

5.管端加热设备不同

现有技术管端加热设备可以是用煤气加热的缝式加热炉，或者电加热的中频感应线圈加热炉；

本发明必需采用中频感应线圈加热炉，这样才能缩短加热时间，实现快速加热。

本发明的有益效果

本发明工艺可省去加厚后的全长正火处理，达到节约能源、降低生产成本、增加经济效益、提高产品竞争力效果。另外，对没有正火热处理设备或正火热处理设备生产能力不够的油管生产厂家提供了生产外加厚油管的可能性。

具体实施方式

现以73.02×5.51 N80-1外加厚油管举例说明，参见表3。机械性能参见表4。

                                               表3

  实施例                               化学成份 质量百分比％  C  Si  Mn  P  S  V  N  1  0.32  0.60  1.55  0.010  0.0025  0.15  0.017  2  0.34  0.70  1.43  0.013  0.0016  0.20  0.022  3  0.37  0.20  1.65  0.015  0.0022  0.08  0.010  4  0.40  0.45  1.20  0.011  0.0021  0.12  0.025  5  0.42  0.30  1.30  0.011  0.0018  0.08  0.010  6  0.36  0.42  1.45  0.013  0.0016  0.084  0.015  7  0.34  0.30  1.35  0.010  0.0025  0.071  0.012  8  0.36  0.45  1.48  0.011  0.0021  0.092  0.014  9  0.40  0.55  1.61  0.011  0.0018  0.05  0.018

                       表4：机械性能、晶粒度、冲击功

  实施例  管端加热  温度℃  屈服强度  Mpa  抗拉强度  Mpa  伸长率  ％  晶粒度级  纵向夏比冲击  功  J  1  1050  584  812  25  7.5  39  2  1135  605  857  24  7.5  32  3  982  665  895  22  7.0  28  4  1170  590  835  25  7.5  35  5  1020  627  874  23  7.5  30  6  950  584  824  24  7.5  32  7  1100  561  805  26  7.5  39  8  1095  603  835  23  7.0  30  9  1150  705  946  19  7.5  22