CN108588552A - 钢管、其原料、其制作方法以及旋挖钻机用钻杆 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种钢管、其原料、其制作方法以及旋挖钻机用钻杆。按照重量百分比计，该钢管的原料包括0.25～0.33％的C、0.15～0.50％的Si、1.30～1.70％的Mn、小于或等于0.020％的P、小于或等于0.015％的S、0.012～0.04％的Ti以及0.0005～0.0030％的B，其余的为Fe及不可避免的杂质。该钢管的原料中，C的含量在0.25～0.33％之间，保证形成的钢管具有一定的屈服强度和较好的焊接性能；Mn的含量在1.30～1.70％之间，能更好地起固溶强化作用，从而提高钢管的屈服强度，适量Ti和B增加钢的淬透性。该原料形成的钢管的屈服强度能够达到550MPa及以上。
Description
技术领域
本申请涉及钢管领域，具体而言，涉及一种钢管、其原料、其制作方法以及旋挖钻机用钻杆。
背景技术
旋挖钻机是一种适合建筑基础工程中成孔作业的施工机械，主要适于砂土、粘性土与粉质土等土层施工，在房屋建筑、灌注桩、连续墙以及基础加固等多种地基基础施工中得到广泛应用。
旋挖钻机以其高效率以及低污染等特性，目前己成为国内外大型建筑、铁路及高速公路桥梁桩基础施工的主要施工设备。而随着国家基础建设投资的加大，旋挖钻机的需求量激增。
旋挖钻机用钻杆是旋挖钻机的关键部件，旋挖钻机用钻杆由数节不同外径和壁厚的钢管嵌套组合而成，每节钻杆由无缝钢管及焊接在其上的内外驱动键组成。
但是，目前常用旋挖钻机用钻杆用的无缝钢管的屈服强度较低，导致其不能满足高强度钻孔的需求。
发明内容
本申请的主要目的在于提供一种钢管、其原料、其制作方法以及旋挖钻机用钻杆，以解决现有技术中的钢管屈服强度较低的问题。
为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种钢管的原料，按照重量百分比计，该钢管的原料包括0.25～0.33％的C、0.15～0.50％的Si、1.30～1.70％的Mn、小于或等于0.020％的P、小于或等于0.015％的S、0.012～0.04％的Ti以及0.0005～0.0030％的B，其余的为Fe及不可避免的杂质。
进一步地，上述钢管的原料中，C当量≤0.60％。
进一步地，为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种钢管的制作方法，该制作方法包括：步骤S1，对上述的钢管的原料进行冶炼得到坯料；步骤S2，对上述坯料进行加热并穿孔，得到毛管；步骤S3，对上述毛管进行轧管，得到热轧管；步骤S4，对上述热轧管进行热扩加工以及调质热处理，得到成品钢管。
进一步地，上述步骤S2包括：步骤S21，对上述坯料加热，得到热坯；步骤S22，对上述热坯进行穿孔，得到上述毛管。
进一步地，上述步骤S4包括：对上述热轧管进行热扩，得到预管坯；对上述预管坯进行调质热处理，得到上述成品钢管。
进一步地，对上述预管坯进行调质热处理的过程包括：步骤A1，在910～930℃下，对上述预管坯进行加热，保温10～20min后冷却；步骤A2，对加热后的上述预管坯进行水冷淬火；步骤A3，在630～670℃下，对水冷淬火后的上述预管坯进行回火，保温40～90min，得到上述成品钢管。
进一步地，在上述步骤S4之后，上述制作方法还包括：对上述成品钢管进行在线热定径，优选上述在线热定径的温度在500～650℃之间。
根据本申请的再一方面，提供了一种钢管，按照重量百分比计，该钢管包括0.25～0.33％的C、0.15～0.50％的Si、1.30～1.70％的Mn、小于或等于0.020％的P、小于或等于0.015％的S、0.012～0.04％的Ti以及0.0005～0.0030％的B，其余的为Fe及不可避免的杂质。
进一步地，上述钢管中，C当量≤0.60％。
根据本申请的又一方面，提供了一种旋挖钻机用钻杆，该旋挖钻机用钻杆包括钢管，上述钢管为任一种上述的钢管或任一种上述的制作方法得到的钢管。
应用本申请的技术方案，该钢管的原料中，控制C的含量在0.25～0.33％之间，保证形成的钢管具有一定的屈服强度，同时又能保证其具有较好的焊接性能；控制Mn的含量在1.30～1.70％之间，使得Mn更好地起固溶强化作用，从而进一步提高钢管的屈服强度，适量添加Ti和B增加钢的淬透性。该原料形成的钢管的屈服强度能够达到550MPa及以上。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1示出了本申请的钢管的制作方法的流程示意图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
应该理解的是，当元件(诸如层、膜、区域、或衬底)描述为在另一元件“上”时，该元件可直接在该另一元件上，或者也可存在中间元件。而且，在说明书以及上面的权利要求书中，当描述有元件“连接”至另一元件时，该元件可“直接连接”至该另一元件，或者通过第三元件“电连接”至该另一元件。
正如背景技术所介绍的，现有技术中的钢管的屈服强度较低，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种钢管、其原料、其制作方法以及旋挖钻机用钻杆。
本申请的一种典型的实施方式中，提供了一种钢管的原料，按照重量百分比计，该钢管的原料包括0.25～0.33％的C、0.15～0.50％的Si、1.30～1.70％的Mn、小于或等于0.020％的P、小于或等于0.015％的S、0.012～0.04％的Ti以及0.0005～0.0030％的B，其余的为Fe及不可避免的杂质。
该钢管的原料中，控制C的含量在0.25～0.33％之间，保证形成的钢管具有一定的屈服强度，同时又能保证其具有较好的焊接性能；控制Mn的含量在1.30～1.70％之间，使得Mn更好地起固溶强化作用，从而进一步提高钢管的屈服强度，适量添加Ti和B增加钢的淬透性。该原料形成的钢管的屈服强度能够达到550MPa及以上。
本申请的一种实施例中，控制钢管的原料中的C当量≤0.60％。这样可以保证钢有较好的强度，同时又能保证具有较好的焊接性能，C当量的计算公式为CEV＝C+(Mn/6)+[(Cr+Mo+V)/5]+[(Ni+Cu)/15]。每个字母表示钢管的原料中对应元素的百分含量，当钢管原料中不包括的对应的元素时，其百分含量为残余。
本申请的另一种典型的实施方式中，提供了一种钢管的制作方法，如图1所示，该钢管的制作方法包括：步骤S1，对上述的钢管的原料进行冶炼得到坯料；步骤S2，对上述坯料进行加热并穿孔，得到毛管；步骤S3，对上述毛管进行轧管得到热轧管；步骤S4，对上述热轧管进行热扩加工以及调质热处理，得到成品钢管，即钢管。
该钢管由于采用上述的原料制作，使得形成的钢管具有较高的屈服强度，从而满足高强度的应用需求。并且，该制作方法过程简单，成本较低，成材率较高。
为了进一步提升得到的热轧钢管的管径的均匀性以及力学性能，本申请的一种实施例中，上述骤S2包括：步骤S21，对上述坯料加热，得到热坯；步骤S22，对上述热坯进行穿孔，得到上述毛管。
本申请的再一种实施例中，上述步骤S21的加热过程包括三个阶段，具体为预热阶段、加热阶段以及均热阶段。加热阶段包括加热I段和加热II段，均热阶段包括均热I段与均热II段。具体地，预热段加热后上述坯料的温度达到970～990℃，经过上述加热I段加热后上述坯料的温度达到1090～1010℃，经过上述加热II段加热后上述坯料的温度达到1170～1190℃，经过上述加热III段加热后上述坯料的温度达到1240～1260℃，然后在温度1270～1290℃的均热I段和均热II段均热后，得到上述热坯。通过上述的分段加热，使管坯逐步升高到均热温度，避免了升温速度过快造成热坯中产生裂纹的缺陷。
并且，为了进一步保证得到热坯的坯料充分均匀地加热，保证坯料加热透同时避免长时间加热产生的晶粒长大，本申请中的一种实施例中，上述步骤S21的加热时间在80～120min之间。
为了使得坯料的加热更加均匀，从而进一步避免出现加热缺陷，本申请的一种实施例中，上述预热阶段的时间为10min～14min，加热I段的时间为15min～19min，加热II段的时间为25min～29min，加热III段的时间为20min～30min，均热I段的时间为20min～24min，均热II段的时间为10min～14min。
本申请的再一种实施例中，上述步骤S3包括：步骤S31，将上述毛管进行轧制，得到荒管；步骤S32，在对上述荒管进行预热并定径或减径，得到热轧管，优选上述预热的温度为920～965℃，对荒管的预热能够为后续的定径或者减径打好基础，提高处理效果。
本申请的一种实施例中，上述步骤S4包括：对上述热轧管进行热扩(即热扩加工)，得到预管坯；对上述预管坯进行调质热处理，得到上述成品管，该调质热处理能够进一步保证成品钢管的性能。
本申请的另一种优选的实施例中，对上述预管坯进行调质热处理的过程包括：步骤A1，在910～930℃下，对上述预管坯进行加热，保温10～20min，这样进一步保证了钢管奥氏体化的均匀性，同时使合金匀速充分溶解在奥氏体内；步骤A2，对加热后(由于，步骤A1的主要处理方法为加热，所以这里的“加热后”代表步骤A1的处理后，也是出炉后)的预管坯进行水冷淬火，从而得到马氏体组织；步骤A3，在630～670℃下，对水冷淬火后的上述预管坯进行回火，保温40～90min，这样进一步使合金元素从过饱和的固溶体中充分析出，得到弥散的碳化物并使回火后的组织趋向稳定。在该处理过程中，合金元素的作用得到充分的发挥，进而提高钢管内部金相组织的稳定性，提高了无缝钢管的塑性和韧性。
在上述调质热处理步骤之后，上述制作方法还可以包括在线热定径步骤，优选上述在线热定径的温度为500～650℃。回火后的定径，有利于降低热处理过程中的变形，降低钢管的椭圆度。上述制作方法还可以包括矫直步骤，优选矫直步骤的温度为450～630℃。回火后的矫直温度在上述范围内，有利于降低矫直过程中产生的残余应力。
本申请的再一种典型的实施方式中，提供了一种钢管，按照重量百分比计，该钢管包括0.25～0.33％的C、0.15～0.50％的Si、1.30～1.70％的Mn、小于或等于0.020％的P、小于或等于0.015％的S、0.012～0.04％的Ti以及0.0005～0.0030％的B，其余的为Fe及不可避免的杂质。
该钢管中，控制C的含量在0.25～0.33％之间，保证形成的钢管具有一定的屈服强度，同时又能保证其具有较好的焊接性能；控制Mn的含量在1.30～1.70％之间，使得Mn更好地起固溶强化作用，从而进一步提高钢管的屈服强度，适量添加Ti和B增加钢的淬透性。该原料形成的钢管的屈服强度能够达到550MPa及以上。
本申请的又一种实施例中，控制钢管的原料中的C当量≤0.60％。这样可以保证钢有较好的强度，同时又能保证具有较好的焊接性能，C当量的计算公式为CEV＝C+(Mn/6)+[(Cr+Mo+V)/5]+[(Ni+Cu)/15]。每个字母表示钢管的原料中对应元素的百分含量，当钢管原料中不包括的对应的元素时，其百分含量为残余。
本申请的又一种典型的实施方式中，提供了一种旋挖钻机用钻杆，该钻杆包括钢管，该钢管为上述的钢管或者上述的制作方法制作得到的钢管。
该旋挖钻机用钻杆由于包括上述的钢管，使得其的屈服强度较高，能够更好地满足高强度钻孔的需求。
一种实施例中，旋挖钻机用钻杆的外径在100～630mm之间，壁厚在8～25mm之间。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具体的实施例来说明本申请的技术方案。
实施例1
按照重量百分比计，钢管的原料包括0.33％的C、0.50％的Si、1.30％的Mn、0.020％的P、0.015％的S、0.012％的Ti以及0.0030％的B，其余的为Fe及不可避免的杂质。C当量为0.546％。
具体的钢管的制作过程包括：
步骤S1，将钢管的原料进行冶炼，得到坯料。
具体地，原料经过电炉冶炼、炉外精炼、真空脱气以及弧形连铸得到坯料。
步骤S2，对上述坯料进行加热，然后采用锥形辊进行穿孔，得到毛管。
具体地，首先，对坯料进行加热，加热过程包括预热阶段、加热I段、加热II段、加热III段、均热I段与均热II段。各个阶段的时间分别为10min、15min、25min、20min、20min以及10min。具体地，预热段加热后上述坯料的温度达到970℃，经过上述加热Ⅰ段加热后上述坯料的温度达到1090℃，经过上述加热Ⅱ段加热后上述坯料的温度达到1170℃，经过上述加热Ⅲ段加热后上述坯料的温度达到1240℃，然后在温度1270℃的均热Ⅰ段和均热Ⅱ段均热后，得到上述热坯。
将上述热坯在1130℃下进行穿孔，得到毛管。
步骤S3，对上述毛管进行轧管，得到热轧管。
具体地，首先利用PQF轧管机将上述毛管进行轧管，得到荒管；介质对荒管进行预热并定径，得到热轧管。
步骤S4，对上述热轧管进行热扩加工以及调质热处理，得到成品钢管。
具体地，将上述热轧管加热并热扩，得到预管坯；对上述预管坯进行调质热处理，得到上述成品钢管。
对上述预管坯进行调质热处理的过程具体为，在910℃下，对上述预管坯进行加热，保温20min后冷却；对加热后的上述预管坯进行水冷淬火，得到马氏体组织；在630℃下，对水冷淬火后的上述预管坯进行回火，保温90min后空冷，得到成品钢管。
步骤S5，对上述成品钢管进行在线热定径，优选上述在线热定径的温度为500℃。
实施例2
与实施例1的不同之处，钢管的原料包括钢管的原料包括0.25％的C、0.15％的Si、1.70％的Mn、0.01％的P、0.011％的S、0.04％的Ti以及0.0005％的B。C当量为0.59％。并且，在对上述预管坯进行调质热处理得到上述成品钢管的过程中，加热的温度为930℃，保温时间为10min，在670℃下，对水冷淬火后的上述预管坯进行回火，保温40min后空冷，得到上述成品钢管。
实施例3
与实施例1的不同之处，钢管的原料包括0.29％的C、0.30％的Si、1.53％的Mn、0.014％的P、0.005％的S、0.024％的Ti以及0.0016％的B。C当量为0.596％。并且，在对上述预管坯进行调质热处理得到上述成品钢管的过程中，加热的温度为920℃，保温时间为15min，在640℃下，对水冷淬火后的上述预管坯进行回火，保温60min后空冷，得到上述成品钢管。
实施例4
与实施例3的区别在于：钢管的原料还包括0.1％的V，C当量为0.616％。
实施例5
与实施例3的区别在于：在对上述预管坯进行调质热处理得到上述成品钢管的过程中，加热的温度为900℃。
实施例6
与实施例3的区别在于：在对上述预管坯进行调质热处理得到上述成品钢管的过程中，加热的保温时间为8min。
实施例7
与实施例3的区别在于：在对上述预管坯进行调质热处理得到上述成品钢管的过程中，对水冷淬火后的上述预管坯进行回火的温度为580℃。
实施例8
与实施例3的区别在于：在对上述预管坯进行调质热处理得到上述成品钢管的过程中，对水冷淬火后的上述预管坯进行回火的保温时间为30min。
实施例9
与实施例3的区别在于：在线热定径的温度为480℃。
对比例1
与实施例3的区别在于：钢管的原料包括0.1％的C，Fe的含量随之改变。
对比例2
与实施例3的区别在于：钢管的原料包括0.60％的Si，Fe的含量随之改变。
对比例3
与实施例3的区别在于：钢管的原料包括2.0％的Mn，Fe的含量随之改变。
对比例4
与实施例3的区别在于：钢管的原料包括0.04％的P，Fe的含量随之改变。
对比例5
与实施例3的区别在于：钢管的原料包括0.03％的S，Fe的含量随之改变。
对比例6
与实施例3的区别在于：钢管的原料包括0.06％的Ti，Fe的含量随之改变。
对比例7
与实施例3的区别在于：钢管的原料包括0.01％的B，Fe的含量随之改变。
按照《钢产品力学性能试验的标准方法和定义》中规定的方法对实施例以及对比例的无缝钢管进行拉伸试验和冲击试验，试验结果见表1。
表1
由上述表1中的数据可知，当钢管的原料包括0.25～0.33％的C、0.15～0.50％的Si、1.30～1.70％的Mn、小于或等于0.020％的P、小于或等于0.015％的S、0.012～0.04％的Ti以及0.0005～0.0030％的B时；且制作过程的调质热处理过程中，在910～930℃下，对上述预管坯进行加热，保温10～20min后冷却；对加热后的上述预管坯进行水冷淬火；在630～670℃下，对水冷淬火后的上述预管坯进行回火，保温40～90min；并且，在线热定径的温度在500～650℃之间时，制作得到的钢管的抗拉强度、屈服强度、断面收缩率、延伸率、硬度以及常温纵向冲击等性能较好。
从以上的描述中，可以看出，本申请上述的实施例实现了如下技术效果：
1)、本申请的钢管的原料中，控制C的含量在0.25～0.33％之间，保证形成的钢管具有一定的屈服强度，同时又能保证其具有较好的焊接性能；控制Mn的含量在1.30～1.70％之间，使得Mn更好地起固溶强化作用，从而进一步提高钢管的屈服强度，适量添加Ti和B增加钢的淬透性。该原料形成的钢管的屈服强度能够达到550MPa及以上。
2)、本申请的钢管的制作方法，使得形成的钢管具有较高的屈服强度，从而满足高强度的应用需求。
3)、本申请的钢管中，控制C的含量在0.25～0.33％之间，保证形成的钢管具有一定的屈服强度，同时又能保证其具有较好的焊接性能；控制Mn的含量在1.30～1.70％之间，使得Mn更好地起固溶强化作用，从而进一步提高钢管的屈服强度，适量添加Ti和B增加钢的淬透性，使得钢具有较高的冲击韧性，常温纵向冲击可达到34J以上。该原料形成的钢管的屈服强度能够达到550MPa及以上。
4)、本申请的旋挖钻机用钻杆由于包括上述的钢管，使得其的屈服强度较高，能够更好地满足高强度钻孔的需求，同时冲击韧性高使得钻杆不易形成疲劳断裂。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种钢管的原料，其特征在于，按照重量百分比计，所述钢管的原料包括0.25～0.33％的C、0.15～0.50％的Si、1.30～1.70％的Mn、小于或等于0.020％的P、小于或等于0.015％的S、0.012～0.04％的Ti以及0.0005～0.0030％的B，其余的为Fe及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的钢管的原料，其特征在于，所述钢管的原料中，C当量≤0.60％。
3.一种钢管的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：
步骤S1，对权利要求1或2所述的钢管的原料进行冶炼得到坯料；
步骤S2，对所述坯料进行加热并穿孔，得到毛管；
步骤S3，对所述毛管进行轧管，得到热轧管；以及
步骤S4，对所述热轧管进行热扩加工以及调质热处理，得到成品钢管。
4.根据权利要求3所述的制作方法，其特征在于，所述步骤S2包括：
步骤S21，对所述坯料加热，得到热坯；以及
步骤S22，对所述热坯进行穿孔，得到所述毛管。
5.根据权利要求3所述的制作方法，其特征在于，所述步骤S4包括：
对所述热轧管进行热扩，得到预管坯；以及
对所述预管坯进行调质热处理，得到所述成品钢管。
6.根据权利要求5所述的制作方法，其特征在于，对所述预管坯进行调质热处理的过程包括：
步骤A1，在910～930℃下，对所述预管坯进行加热，保温10～20min后冷却；
步骤A2，对加热后的所述预管坯进行水冷淬火；以及
步骤A3，在630～670℃下，对水冷淬火后的所述预管坯进行回火，保温40～90min，得到所述成品钢管。
7.根据权利要求5所述的制作方法，其特征在于，在所述步骤S4之后，所述制作方法还包括：
对所述成品钢管进行在线热定径，优选所述在线热定径的温度在500～650℃之间。
8.一种钢管，其特征在于，按照重量百分比计，所述钢管包括0.25～0.33％的C、0.15～0.50％的Si、1.30～1.70％的Mn、小于或等于0.020％的P、小于或等于0.015％的S、0.012～0.04％的Ti以及0.0005～0.0030％的B，其余的为Fe及不可避免的杂质。
9.根据权利要求8所述的钢管，其特征在于，所述钢管中，C当量≤0.60％。
10.一种旋挖钻机用钻杆，包括钢管，其特征在于，所述钢管为权利要求8或9所述的钢管或权利要求3至7中任一项所述的制作方法得到的钢管。
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