高强度高韧性气瓶用无缝钢管及生产方法转让专利
申请号 : CN201611218735.7
文献号 : CN106756500B
文献日 : 2018-10-02
发明人 : 何彪 , 肖功业 , 秦利波 , 王国亮 , 赵庆权 , 张俊萍
申请人 : 天津钢管集团股份有限公司
摘要 :
本发明提供一种高强度高韧性气瓶用无缝钢管。同时还提供一种生产高强度高韧性气瓶用无缝钢管的生产方法。本发明效果是该钢管具有高强度的室温拉伸性能以及优良的低温冲击韧性。因此，该产品能够在降低气瓶单重的同时，还能够装载更多的气/液体，从而降低运输成本。同时高强度高韧性气瓶钢管在消防气瓶上也有广阔用途。
权利要求 :
1.一种高强度高韧性气瓶用无缝钢管生产方法，该方法包括有以下步骤：①管坯制造：管坯冶炼按无缝钢管的化学成分范围进行严格控制；管坯采用模铸+锻造进行生产，锻造比大于4；
②轧管：钢管经PQF热轧管机组热轧成型气瓶管，由管坯到成品钢管尺寸的总变形量要求在400％以上；
③热处理：所述气瓶管在温度为800～900℃保温10～45分钟后进行油淬，随后进行回火；
所述无缝钢管的化学成份按重量百分比为：C 0.30％、0.34％、0.4％，Si 0.19％、
0.26％、0.30％，Mn 0.60％～0.80％，Cr 0.85％～1.20％，Mo 0.27％～0.3％％，Al
0.005％～0.013％、0.025％，Ni 0.1％～0.13％、0.25、0.31、0.37，W 0％～0.01％、P 0％～0.020％，S 0％～0.010％，Cu 0.07％、0.09％、0.11％，Nb 0％～0.015％、Ti 0～
0.05％，V 0％～0.2％，余量为Fe；
该产品达到的性能特征是：屈服强度≥970MPa，抗拉强度1100～1260MPa，在如此高的强度下，其-50℃下的横向冲击功akv≥60J/mm2。
说明书 :
高强度高韧性气瓶用无缝钢管及生产方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种高强度高韧性气瓶用无缝钢管及生产方法。
背景技术
[0002] 气瓶作为一种可重复充、放气/液的容器，广泛应用于工业、消防、军事、医药等行业。随着市场对气瓶性能要求的提高，市场对气瓶管生产工艺水平也提出了更为苛刻的要求。
[0003] 目前常见的气瓶，其屈服强度一般在830MPa左右(合金管)。由于其强度不高，导致气瓶充装压力不能过高，一般在10～20MPa左右。提高气瓶的充装压力，可以使相同体积的气瓶能够充装更多的气/液体，从而提高其经济性。目前市场高端需求的气瓶充装压力已达到30MPa，这就需要气瓶管的屈服强度≥970MPa，抗拉强度≥1110MPa，同时为了防止脆性断裂，还需要有良好的低温脆性。
[0004] 基于目前市场的需求，有必要研究开发一种经济型的高强度高韧性气瓶用无缝钢管。
发明内容
[0005] 针对目前国内国际市场的需求，本发明提供了一种高强度高韧性气瓶用无缝钢管及生产方法，使得气瓶的承压能力得到大幅度提高，从而提高单支气瓶的装载能力，使气瓶能够获得更高使用率。
[0006] 为实现上述目的，本发明提供一种高强度高韧性气瓶用无缝钢管，同时提供一种高强度高韧性气瓶用无缝钢管的制造方法。一种高强度高韧性气瓶用无缝钢管，该无缝钢管的成份按重量百分比为：C 0.30％～0.40％、Si 0.17％～0.37％、Mn 0.60％～0.80％、Cr 0.85％～1.20％、Mo 0.20％～0.30％、Al 0.005％～0.05％、Ni 0.1％～0.4％、W 0％～0.01％、P 0％～0.020％，S 0％～0.010％、Cu 0～0.25％、Nb 0％～0.015％、Ti 0～0.05％，V 0％～0.2％，余量为Fe；该产品达到的性能特征是：屈服强度≥970MPa，抗拉强度
1100～1260MPa，在如此高的强度下，其-50℃下的横向冲击功akv≥60J/mm2。
1100～1260MPa，在如此高的强度下，其-50℃下的横向冲击功akv≥60J/mm2。
[0007] 一种生产权利要求1所述高强度高韧性气瓶用无缝钢管的生产方法，该方法包括有以下步骤：
[0008] ①管坯制造：管坯冶炼按权利要求1的化学成分范围进行严格控制；管坯采用模铸+锻造进行生产，锻造比大于4；
[0009] ②轧管：钢管经PQF热轧管机组热轧成型气瓶管，由管坯到成品钢管尺寸的总变形量要求在400％以上；
[0010] ③热处理：所述气瓶管在温度为800～900℃保温10～45分钟后
[0011] 进行油淬，随后进行回火。
[0012] 本发明的效果是在普通34CrMo4的基础上，通过合金成分的创造性设计、管坯锻造比的设定、钢管轧制比的要求以及热处理工艺的设定，使得新钢种获得了高强度高韧性的特性。其抗拉强度提高12.2％以上，-50℃下的低温冲击韧性提高78％以上。
具体实施方式
[0013] 结合实施例对本发明的高强度高韧性气瓶用无缝钢管及生产方法加以说明。
[0014] 本发明的高强度高韧性气瓶用无缝钢管，该无缝钢管的成份按重量百分比为：C 0.30％～0.40％、Si 0.17％～0.37％、Mn 0.60％～0.80％、Cr 0.85％～1.20％、Mo
0.20％～0.30％、Al 0.005％～0.05％、Ni 0.1％～0.4％、W 0％～0.01％、P 0％～
0.020％，S 0％～0.010％、Cu 0～0.25％、Nb 0％～0.015％、Ti 0～0.05％，V 0％～
0.2％，余量为Fe。
0.20％～0.30％、Al 0.005％～0.05％、Ni 0.1％～0.4％、W 0％～0.01％、P 0％～
0.020％，S 0％～0.010％、Cu 0～0.25％、Nb 0％～0.015％、Ti 0～0.05％，V 0％～
0.2％，余量为Fe。
[0015] 该产品达到的性能特征是：屈服强度≥970MPa，抗拉强度1100～1260MPa，在如此高的强度下，其-50℃下的横向冲击功akv≥60J/mm2。
[0016] 本发明的生产所述高强度高韧性气瓶用无缝钢管的生产方法包括有以下步骤：
[0017] ①管坯制造：管坯冶炼按权利要求1的化学成分范围进行严格控制；管坯采用模铸+锻造进行生产，锻造比大于4；
[0018] ②轧管：钢管经PQF热轧管机组热轧成型气瓶管，由管坯到成品钢管尺寸的总变形量要求在400％以上；
[0019] ③热处理：所述气瓶管在温度为800～900℃保温10～45分钟后进行油淬，随后进行回火。
[0020] 本发明的高强度高韧性气瓶用无缝钢管及生产方法是这样实现的：
[0021] 1、成分设计
[0022] 本发明的高强度高韧性气瓶用无缝钢管的成份按重量百分比为：C 0.30％～0.40％、Si 0.17％～0.37％、Mn 0.60％～0.80％、Cr 0.85％～1.20％、Mo 0.20％～
0.30％、Al 0.005％～0.05％、Ni 0.1％～0.4％、W 0％～0.01％、P 0％～0.020％，S 0％～0.010％、Cu 0～0.25％、Nb 0％～0.015％、Ti 0～0.05％，V 0％～0.2％，余量为Fe。
0.30％、Al 0.005％～0.05％、Ni 0.1％～0.4％、W 0％～0.01％、P 0％～0.020％，S 0％～0.010％、Cu 0～0.25％、Nb 0％～0.015％、Ti 0～0.05％，V 0％～0.2％，余量为Fe。
[0023] 通过大量的分析及试验研究，发现加入0.1％～0.4％的Ni能够在保证气瓶管高强度的情况下，提高其低温冲击韧性。Ni加入量过少，起不到提高低温冲击韧性的目的，加入量太多，则造成浪费，从而提高生产制造成本。
[0024] Ti能够在钢中形成TiN和TiC析出相，从而提高钢管强度，但由于其析出相尺寸难以控制，如析出相尺寸大，则形成夹杂，从而降低冲击韧性。因此要严格控制钢中的Ti含量。
[0025] Nb虽然能够形成细小碳化物，从而提高钢的强度，但由于其价格昂贵，因此本专利中不有意添加Nb元素。
[0026] 通过以上成分设计，该产品在普通34CrMo4的基础上，产性能有了质的飞跃。该产品达到的性能特征是：屈服强度≥970MPa，抗拉强度1100～1260MPa(相对于普通34CrMo4，抗拉强度提高12.2％以上)，在如此高的强度下，其-50℃下的横向冲击功akv≥60J/mm2(相对于普通34CrMo4，-50℃低温冲击韧性提高78％以上)。
[0027] 2、生产工艺参数
[0028] 除进行以上的成分设计外，还对管坯以及钢管的变形量进行了严格控制。通过高温下的塑性变形获得细小的晶粒以及良好的组织，从而保证钢管的高强度以及低温冲击性能：
[0029] ①管坯采用模铸+锻造工艺进行生产，其锻造比应大于4。
[0030] ②轧管：钢管热轧成型，总变形量保证在400％以上，即保证钢管轧制比≥4.0。
[0031] 3、热处理
[0032] 气瓶管/气瓶在800～900℃保温10～45分钟后进行油淬，随后进行回火。由于C含量较高，且气瓶管壁薄，因此为防止发生淬火裂纹，该钢管产品不采用水淬，而是进行油淬，并在淬火后及时进行回火。
[0033] 实施例1：
[0034] 本发明的高强度高韧性气瓶用无缝钢管的化学成分如下表：
[0035] 表1管坯化学成分(wt％)
[0036]炉号 C Si Mn P S Ni Cr
01 0.30 0.19 0.78 0.011 0.005 0.13 0.88
02 0.34 0.35 0.80 0.010 0.002 0.25 0.97
03 0.37 0.30 0.70 0.009 0.003 0.31 1.13
04 0.40 0.26 0.61 0.015 0.006 0.37 1.02
01 0.30 0.19 0.78 0.011 0.005 0.13 0.88
02 0.34 0.35 0.80 0.010 0.002 0.25 0.97
03 0.37 0.30 0.70 0.009 0.003 0.31 1.13
04 0.40 0.26 0.61 0.015 0.006 0.37 1.02
[0037]
[0038] 实施例2：
[0039] 管坯采用模铸+锻造工艺进行生产，锻造比如下：
[0040] 表2管坯锻造比
[0041]炉号 01 02 03 04
锻造比 4.1 5.2 4.4 4.7
锻造比 4.1 5.2 4.4 4.7
[0042] 实施例3：
[0043] 采用大截面的管坯对钢管进行轧制，用三辊连轧机组进行轧制，轧制规格及变形量(轧制比)如下：
[0044] 表3轧制规格及变形量(轧制比)
[0045]
[0046]
[0047] 实施例4：油淬热处理工艺
[0048]
[0049] 钢管油淬后应及时进行回火处理。
[0050] 实施例5：
[0051] 对以上4炉钢管采用热处理工艺后，其性能如下表：
[0052]
[0053] 通过实施例1～5的实施，并对钢管进行热处理，得到了符合用户和标准要求的一种经济型高强度高韧性气瓶管。