本發(fā)明涉及一種扣壓套管接頭的制備方法，屬于合金材料加工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
眾所周知，管道連接方法之一是法蘭連接，法蘭連接其優(yōu)點(diǎn)是在常溫下施工、節(jié)能?，F(xiàn)有技術(shù)中，高壓管道連接采用扣壓法蘭連接，在其管接頭的管芯中設(shè)置有內(nèi)芯套，這種具有內(nèi)芯套的扣壓管接頭存在如下缺點(diǎn)：1.因設(shè)有內(nèi)芯套，導(dǎo)致所連接管道實(shí)際管道通徑變小，輸送效率降低；2.扣壓套管接頭采用常規(guī)的合金鋼制成，耐磨性、耐介質(zhì)、耐氧化、耐腐蝕較為一般；3.扣壓套管接頭大都采用無縫鋼管車床機(jī)加工而成，材料利用率僅40％，不僅浪費(fèi)材料，而且加工難度大，周期長。因此扣壓套管接頭無論是在性能尤其是耐磨性、密封性，還是使用壽命都有待提高。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種可以制得表面硬度高、強(qiáng)度高、耐磨性好、耐腐蝕性好的扣壓套管接頭的制備方法。
本發(fā)明的目的可通過下列技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：一種扣壓套管接頭的制備方法，所述的制備方法包括如下步驟：
原料煉鋼：按扣壓套管接頭成分的質(zhì)量百分比配料，熔煉成鋼水，鋼水經(jīng)冶煉、澆注、軋制成鋼板；
冷擠壓成型：將鋼材依次進(jìn)行表面酸洗除銹、石灰石涂層、磷化處理，然后冷擠壓成型得扣壓套管接頭坯件；
熱處理：將扣壓套管接頭坯件先加熱到520-540℃，然后加熱至720-750℃，再加熱至820-860℃用淬火油進(jìn)行淬火處理，保溫1-3小時(shí)后在冰鹽水中冷卻至室溫，然后在350-420℃回火處理，保溫1-2小時(shí)，得扣壓套管接頭半成品；
電鍍：將扣壓套管接頭半成品經(jīng)過脈沖電鍍制得表面有鍍鉻層的扣壓套管接頭，其中脈沖頻率為3.2-3.5Hz，電流密度60-68A/dm2，鍍液溫度為50-55℃。
本發(fā)明扣壓套管接頭的制備方法經(jīng)冷擠壓成型后先經(jīng)過淬火加高溫回火的雙重?zé)崽幚?，然后?jīng)過脈沖電鍍，在扣壓套管接頭表面形成耐腐蝕、耐磨的鍍鉻層。扣壓套管接頭的淬火加高溫回火的雙重?zé)崽幚砜墒箍蹓禾坠芙宇^具有良好的綜合機(jī)械性能。
采用脈沖電鍍，當(dāng)電流導(dǎo)通時(shí)，陰極表面附近液體中的金屬離子被快速沉積；電流關(guān)斷時(shí)，本體電解液中的被鍍金屬離子向近陰極區(qū)擴(kuò)散，使陰極表面附近液體中的金屬離子的濃度得到恢復(fù)。因此脈沖電鍍具有較好的平整鍍層的能力，易得到光滑明亮的鍍層。脈沖電鍍與直流電鍍不同，后者只有一個(gè)獨(dú)立的變量，即電流密度；而脈沖電鍍的獨(dú)立變量有3個(gè)，即脈沖頻率、占空比和電流密度。而脈沖頻率極大地影響鍍鉻層的微觀表面形貌，一般的脈沖頻率為3.0Hz，且當(dāng)頻率高于或低于3.0Hz時(shí)，都將影響鉻鍍層的微觀相貌質(zhì)量，降低鍍層致密度，產(chǎn)生裂紋的傾向性增大，表面粗糙度升高。其原因在于當(dāng)頻率過高時(shí)，在下一個(gè)導(dǎo)通時(shí)間到來時(shí)，陰極附近的金屬離子濃度未能在關(guān)斷時(shí)間內(nèi)恢復(fù)，隨電鍍還原反應(yīng)的持續(xù)進(jìn)行，陰極附近的金屬離子逐漸消耗，該處的金屬離子濃度與鍍液中的金屬離子濃度出現(xiàn)濃差極化，并不斷加大，導(dǎo)致金屬離子向陰極表面移動(dòng)不充分，促使陰極表面的晶體生長速度大于其形成速度，成核率減小，致使鍍層晶粒粗大，沉積層表面粗糙，嚴(yán)重影響沉積層的質(zhì)量。但是本發(fā)明扣壓套管接頭在脈沖電鍍時(shí)已經(jīng)先通過冷擠壓成型再經(jīng)過淬火加高溫回火的雙重?zé)崽幚?，已?jīng)一定程度影響了扣壓套管接頭表面的組織，此時(shí)需要更高的脈沖頻率影響鍍鉻層的微觀表面形貌。在本發(fā)明扣壓套管接頭的制備中，將脈沖頻率提高至3.2-3.5Hz，可細(xì)化鍍鉻層晶粒，減小鍍層表面粗糙度，增加沉積層的致密度，減少微裂紋的形成。經(jīng)不斷試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在50-55℃下，將脈沖頻率控制在3.2-3.5Hz，電流密度60-68A/dm2，可得到晶粒細(xì)小，組織致密，表面粗糙度低和無裂紋的鍍鉻層，進(jìn)而提高扣壓套管接頭的耐磨性、耐溫性、耐蝕性。
另外，在高溫回火時(shí)會(huì)出現(xiàn)二次硬化效應(yīng)。隨著回火溫度的升高，鋼的強(qiáng)度、硬度降低，塑性、韌性升高。因?yàn)楸景l(fā)明扣壓套管接頭原料中含有Mo、Ti、Nb、Ce和La等元素，提高了鋼的回火抗力；在380℃以上溫度回火時(shí)析出合金碳化物而產(chǎn)生二次硬化，強(qiáng)度和硬度隨回火溫度的升高變化不大；但當(dāng)回火溫度高于約420℃，強(qiáng)度和硬度急劇下降；在C原子的同溶強(qiáng)化作用逐漸消失和合金元素的彌散強(qiáng)化作用逐漸加強(qiáng)的共同作用下，隨著回火溫度的升高，塑性變化不大，而韌性不受彌散強(qiáng)化效應(yīng)的影響，所以大幅度提高。而淬火溫度的提高，本發(fā)明的扣壓套管接頭受晶粒粗化和二次硬化效應(yīng)的綜合影響，其強(qiáng)度和硬度表現(xiàn)出先升后降的趨勢(shì)，強(qiáng)度由升到降的臨界奧氏體化溫度約為880℃，塑性和韌性逐漸下降，且韌性下降的速度較快。
所述扣壓套管接頭的成分及質(zhì)量百分比為：C：0.18-0.28％、Cr：6.5-7.2％，Mo：0.32-0.45％，B：0.005-0.02％、Ti：0.02-0.08％、Nb：0.01-0.015％、Ce：0.02-0.08％、La：0.02-0.08％，P≤0.02％、S≤0.02％，余量為Fe。
本發(fā)明扣壓套管接頭的合金鋼為冷鐓鋼，該冷鐓鋼大幅度提高了Cr、Mo的含量，省去了省去了錳、硅等元素，并添加了鈦、硼以及稀土元素Ce和La，不僅凈化鋼液控制夾雜物形態(tài)，改善一次組織，而且有固溶強(qiáng)化和沉淀強(qiáng)化的作用，又有良好的塑性，發(fā)揮微量稀土元素強(qiáng)抑制局域弱化作用，起到綜合改善鋼的性能，進(jìn)而提高本發(fā)明扣壓套管接頭的力學(xué)性能及機(jī)械性能，使其具有較高的耐磨性和范圍較寬的耐溫性，并提高其使用壽命長。
在該冷鐓鋼中，若碳含量過低，在制備過程中的熱處理后會(huì)嚴(yán)重影響冷鐓鋼的強(qiáng)度和硬度，若碳含量偏高，則塑性低，在冷擠壓過程中極其造成開裂。本發(fā)明扣壓套管接頭的合金鋼中加入了0.005-0.02％B，用以改善鋼的致密性和熱軋性能，提高扣壓套管接頭的強(qiáng)度。雖然含硼冷鐓鋼有淬透性好、成本低的特點(diǎn)，但由于硼元素是一個(gè)敏感元素，其成分范圍需要較好的確定。若硼含量過低，達(dá)不到提高鋼材淬透性的作用；若硼含量過高，又會(huì)使鋼發(fā)脆，鋼材在生產(chǎn)過程中容易產(chǎn)生裂紋。另外，如果加入鋼中的硼元素被氧化或氮化，都會(huì)使硼失去淬透性，因此本發(fā)明冷鐓鋼中同時(shí)加入0.02-0.08％Ti防止硼元素被氮化。
在本發(fā)明扣壓套管接頭的合金鋼中同時(shí)加入了可細(xì)化晶粒的Mo、Nb，彌散強(qiáng)化，兩種元素的同時(shí)添加，以及與其他組分的之間的配比，可將使各元素及其元素之間的有益作用同時(shí)最大化地發(fā)揮出來，大幅度提高合金鋼的強(qiáng)度、硬度、耐腐蝕性、耐磨性。其中，加入0.32-0.45％Mo，使鋼晶粒細(xì)化，提高淬透性和熱強(qiáng)性能，抑制合金鋼由于淬火引起的脆性，還可在高溫時(shí)保持足夠的強(qiáng)度和抗蠕變能力。Nb在細(xì)化晶粒的同時(shí)降低鋼的過熱敏感性及回火脆性，提高強(qiáng)度及耐腐蝕性。
另外，本發(fā)明扣壓套管接頭合金鋼中加入有0.02-0.08％Ce和0.02-0.08％La，Ce和La在碳結(jié)鋼中的存在形式有稀土硫化物、稀土硫氧化物、固溶與稀土金屬間化合物，其中稀土硫化物、固溶與稀土金屬間化合物的化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，極易溶解于腐蝕介質(zhì)中，釋放出稀土Ce3+、La3+并在陰極區(qū)域沉淀從而減緩腐蝕的進(jìn)行。碳結(jié)鋼中加入稀土使鋼腐蝕電位負(fù)移，自腐蝕電流密度減小，陰極反應(yīng)受到阻礙，耐蝕性能得到提高，加入鋼中的稀土元素起到了陰極緩蝕劑的作用。隨著稀土含量的增加其銹層厚度減小所造成的。電荷遷移電阻與鋼基體的腐蝕速度直接相關(guān)，電荷遷移電阻的增加表明隨著稀土含量的增加，鋼基體的腐蝕程度減輕，耐蝕性能得到提高。
鋼中硫、磷等雜質(zhì)元素直接影響扣壓套管接頭冷鐓鋼冷鐓性能。在冷鐓鋼的冶煉過程中針對(duì)不同鋼種應(yīng)去除相應(yīng)雜質(zhì)。某些非金屬夾雜破壞了鋼的基體連續(xù)性，在靜載荷和動(dòng)載荷的作用下，往往成為冷鐓鋼裂紋的起點(diǎn)。因此，應(yīng)盡量降低鋼中非金屬夾雜物，減少其在鋼中的危害。
作為優(yōu)選，所述扣壓套管接頭的成分及質(zhì)量百分比為：C：0.20-0.25％、Cr：6.6-7.0％，Mo：0.35-0.42％，B：0.008-0.015％、Ti：0.03-0.06％、Nb：0.005-0.012％、Ce：0.03-0.06％、La：0.03-0.06％，P≤0.02％、S≤0.02％，余量為Fe。
作為優(yōu)選，所述熔煉的溫度為1300-1350℃。
作為優(yōu)選，軋制中開軋溫度為980-1020℃，精軋溫度為880-910℃，吐絲溫度為850-880℃，集卷溫度為740-760℃。
作為優(yōu)選，熱處理中先以7-10℃/min的速率升溫至520-540℃，再以5-8℃/min的速率升溫至720-750℃，然后以8-15℃/min的速率升至820-860℃。
作為優(yōu)選，所述的冰鹽水中含有40-60％NaCl。
作為優(yōu)選，脈沖電鍍時(shí)電鍍液的成分及比例為Cr2O3:180-220g/L，H2SO4：1.5-2.0g/L，余量為去離子水。
作為優(yōu)選，所述鍍鉻層的厚度為5-20μm。
作為優(yōu)選，所述扣壓套管接頭包括頭部、中間部以及通過中間部與頭部連接的尾部，頭部、中間部與尾部均為中空管狀且互相貫通連接，頭部、中間部與尾部的中空管同軸設(shè)置。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明扣壓套管接頭的制備方法簡(jiǎn)單可行，通過各成分的合理配伍以及工藝參數(shù)的合理設(shè)定，先經(jīng)過淬火加高溫回火的雙重?zé)崽幚恚缓蠼?jīng)過脈沖電鍍的方法，在扣壓套管接頭表面形成耐腐蝕、耐磨的鍍鉻層，并大幅度提高了扣壓套管接頭的硬度、強(qiáng)度、抗腐蝕性、耐溫性等性能。
附圖說明
圖1為本發(fā)明扣壓套管接頭的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中，1、頭部；2、中間部；3、尾部。
具體實(shí)施方式
以下是本發(fā)明的具體實(shí)施例結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的描述，但本發(fā)明并不限于這些實(shí)施例。
實(shí)施例1
原料煉鋼：按扣壓套管接頭組成元素及其質(zhì)量百分比配料：C：0.22％、Cr：6.8％，Mo：0.38％，B：0.012％、Ti：0.045％、Nb：0.008％、Ce：0.042％、La：0.04％，P≤0.02％、S≤0.02％，余量為Fe，并在1320℃下熔煉成鋼水，鋼水經(jīng)冶煉、采用氬封全保護(hù)澆注，并軋制成鋼板；軋制中開軋溫度為1000℃，精軋溫度為900℃，吐絲溫度為860℃，集卷溫度為750℃；
冷擠壓成型：將鋼材依次進(jìn)行表面酸洗除銹、石灰石涂層、磷化處理，然后冷擠壓成型得扣壓套管接頭坯件；
熱處理：將扣壓套管接頭坯件先以8℃/min的速率加熱到530℃，然后以6℃/min的速率加熱至730℃，再以12℃/min的速率加熱至840℃用淬火油進(jìn)行淬火處理，保溫2小時(shí)后在含有40-60％NaCl的冰鹽水中冷卻至室溫，然后在380℃回火處理，保溫1.5小時(shí)，得扣壓套管接頭半成品；
電鍍：將扣壓套管接頭半成品經(jīng)過脈沖電鍍制得表面有12μm鍍鉻層的扣壓套管接頭，其中脈沖頻率為3.4Hz，電流密度65A/dm2，鍍液溫度為53℃；電鍍液的成分及比例為Cr2O3:180-220g/L，H2SO4：1.5-2.0g/L，余量為去離子水。
實(shí)施例2
原料煉鋼：按扣壓套管接頭組成元素及其質(zhì)量百分比配料：C：0.20％、Cr：7.0％，Mo：0.35％，B：0.015％、Ti：0.03％、Nb：0.012％、Ce：0.03％、La：0.06％，P≤0.02％、S≤0.02％，余量為Fe，并在1340℃下熔煉成鋼水，鋼水經(jīng)冶煉、采用氬封全保護(hù)澆注，并軋制成鋼板；軋制中開軋溫度為990℃，精軋溫度為890℃，吐絲溫度為870℃，集卷溫度為755℃；
冷擠壓成型：將鋼材依次進(jìn)行表面酸洗除銹、石灰石涂層、磷化處理，然后冷擠壓成型得扣壓套管接頭坯件；
熱處理：將扣壓套管接頭坯件先以9℃/min的速率加熱到525℃，然后以6℃/min的速率加熱至740℃，再以10℃/min的速率加熱至830℃用淬火油進(jìn)行淬火處理，保溫2.5小時(shí)后在含有40-60％NaCl的冰鹽水中冷卻至室溫，然后在360℃回火處理，保溫2小時(shí)，得扣壓套管接頭半成品；
電鍍：將扣壓套管接頭半成品經(jīng)過脈沖電鍍制得表面有8μm鍍鉻層的扣壓套管接頭，其中脈沖頻率為3.4Hz，電流密度66A/dm2，鍍液溫度為54℃；電鍍液的成分及比例為Cr2O3:180-220g/L，H2SO4：1.5-2.0g/L，余量為去離子水。
實(shí)施例3
原料煉鋼：按扣壓套管接頭組成元素及其質(zhì)量百分比配料：C：0.25％、Cr：6.6％，Mo：0.42％，B：0.008％、Ti：0.06％、Nb：0.005％、Ce：0.06％、La：0.03％，P≤0.02％、S≤0.02％，余量為Fe，并在1310℃下熔煉成鋼水，鋼水經(jīng)冶煉、采用氬封全保護(hù)澆注，并軋制成鋼板；軋制中開軋溫度為1010℃，精軋溫度為905℃，吐絲溫度為855℃，集卷溫度為745℃；
冷擠壓成型：將鋼材依次進(jìn)行表面酸洗除銹、石灰石涂層、磷化處理，然后冷擠壓成型得扣壓套管接頭坯件；
熱處理：將扣壓套管接頭坯件先以8℃/min的速率加熱到535℃，然后以7℃/min的速率加熱至735℃，再以14℃/min的速率加熱至850℃用淬火油進(jìn)行淬火處理，保溫1.5小時(shí)后在含有40-60％NaCl的冰鹽水中冷卻至室溫，然后在400℃回火處理，保溫1小時(shí)，得扣壓套管接頭半成品；
電鍍：將扣壓套管接頭半成品經(jīng)過脈沖電鍍制得表面有15μm鍍鉻層的扣壓套管接頭，其中脈沖頻率為3.3Hz，電流密度62A/dm2，鍍液溫度為52℃；電鍍液的成分及比例為Cr2O3:180-220g/L，H2SO4：1.5-2.0g/L，余量為去離子水。
實(shí)施例4
原料煉鋼：按扣壓套管接頭組成元素及其質(zhì)量百分比配料:C：0.18％、Cr：7.2％，Mo：0.32％，B：0.02％、Ti：0.02％、Nb：0.015％、Ce：0.02％、La：0.08％，P≤0.02％、S≤0.02％，余量為Fe，并在1350℃下熔煉成鋼水，鋼水經(jīng)冶煉、采用氬封全保護(hù)澆注，并軋制成鋼板；軋制中開軋溫度為1020℃，精軋溫度為910℃，吐絲溫度為880℃，集卷溫度為760℃；
冷擠壓成型：將鋼材依次進(jìn)行表面酸洗除銹、石灰石涂層、磷化處理，然后冷擠壓成型得扣壓套管接頭坯件；
熱處理：將扣壓套管接頭坯件先以7℃/min的速率加熱到520℃，然后以5℃/min的速率加熱至720℃，再以8℃/min的速率加熱至820℃用淬火油進(jìn)行淬火處理，保溫3小時(shí)后在含有40-60％NaCl的冰鹽水中冷卻至室溫，然后在350℃回火處理，保溫2小時(shí)，得扣壓套管接頭半成品；
電鍍：將扣壓套管接頭半成品經(jīng)過脈沖電鍍制得表面有5μm鍍鉻層的扣壓套管接頭，其中脈沖頻率為3.5Hz，電流密度68A/dm2，鍍液溫度為55℃；電鍍液的成分及比例為Cr2O3:180-220g/L，H2SO4：1.5-2.0g/L，余量為去離子水。
實(shí)施例5
原料煉鋼：按扣壓套管接頭組成元素及其質(zhì)量百分比配料:C：0.28％、Cr：6.5％，Mo：0.45％，B：0.005％、Ti：0.08％、Nb：0.01％、Ce：0.08％、La：0.02％，P≤0.02％、S≤0.02％，余量為Fe，并在1300℃下熔煉成鋼水，鋼水經(jīng)冶煉、采用氬封全保護(hù)澆注，并軋制成鋼板；軋制中開軋溫度為980℃，精軋溫度為880℃，吐絲溫度為850℃，集卷溫度為740℃；
冷擠壓成型：將鋼材依次進(jìn)行表面酸洗除銹、石灰石涂層、磷化處理，然后冷擠壓成型得扣壓套管接頭坯件；
熱處理：將扣壓套管接頭坯件先以10℃/min的速率加熱到540℃，然后以8℃/min的速率加熱至750℃，再以15℃/min的速率加熱至860℃用淬火油進(jìn)行淬火處理，保溫1小時(shí)后在含有40-60％NaCl的冰鹽水中冷卻至室溫，然后在420℃回火處理，保溫1小時(shí)，得扣壓套管接頭半成品；
電鍍：將扣壓套管接頭半成品經(jīng)過脈沖電鍍制得表面有20μm鍍鉻層的扣壓套管接頭，其中脈沖頻率為3.2Hz，電流密度60A/dm2，鍍液溫度為50℃；電鍍液的成分及比例為Cr2O3:180-220g/L，H2SO4：1.5-2.0g/L，余量為去離子水。
對(duì)比例1
現(xiàn)有技術(shù)中普通市售的扣壓套管接頭。
對(duì)比例2
采用普通合金鋼通過如實(shí)施例1中的制備方法制得的扣壓套管接頭。
對(duì)比例3
采用如實(shí)施例1中所述扣壓套管接頭的組成成分及其質(zhì)量百分比通過普通合金鋼加工工藝制成的扣壓套管接頭。
如圖1所示的扣壓套管接頭，包括頭部1、中間部2以及通過中間部2與頭部1連接的尾部3，頭部1、中間部2與尾部3均為中空管狀且互相貫通連接，頭部1、中間部2與尾部3的中空管同軸設(shè)置。
在上述實(shí)施例中未明確說明的工藝均為現(xiàn)有技術(shù)中普通常規(guī)的工藝，如冶煉、澆注、表面酸洗除銹、石灰石涂層、磷化處理等。
將實(shí)施例1-5及對(duì)比例1-3中制得的扣壓套管接頭進(jìn)行性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表1所示。
表1：實(shí)施例1-5及對(duì)比例1-3中扣壓套管接頭的性能測(cè)試
綜上所述，本發(fā)明扣壓套管接頭的制備方法簡(jiǎn)單可行，通過各成分的合理配伍以及工藝參數(shù)的合理設(shè)定，先經(jīng)過淬火加高溫回火的雙重?zé)崽幚恚缓蠼?jīng)過脈沖電鍍的方法，在扣壓套管接頭表面形成耐腐蝕、耐磨的鍍鉻層，并大幅度提高了扣壓套管接頭的硬度、強(qiáng)度、抗腐蝕性、耐溫性等性能。
本文中所描述的具體實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，但并不會(huì)偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。