本發(fā)明涉及一種熱軋無縫鋼管及其壁厚可控式加工工藝。

背景技術(shù)：

1、傳統(tǒng)熱軋無縫鋼管的制備工藝主要依賴于對原料的成分配比、軋制溫度及冷卻方式進(jìn)行控制。然而，隨著無縫鋼管在石油化工、能源、機(jī)械制造等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，其對于壁厚精度、材料均勻性以及耐腐蝕性等性能的要求越來越高。

2、現(xiàn)有工藝中，雖然能夠通過調(diào)整鋼材的化學(xué)成分及軋制條件實現(xiàn)一定程度的壁厚控制，但無法有效地在全流程中精確控制壁厚的變化，尤其在熱軋和冷卻過程中，管壁厚度可能會出現(xiàn)較大的偏差，影響鋼管的最終性能。此外，傳統(tǒng)工藝中的冷卻速率調(diào)節(jié)不夠精細(xì)，導(dǎo)致鋼管表面硬度及內(nèi)在組織不夠均勻，容易引發(fā)微裂紋等缺陷。

3、因此，亟需一種能夠?qū)︿摴鼙诤襁M(jìn)行精確控制的熱軋無縫鋼管及其加工工藝，以精確控制無縫鋼管的壁厚變化。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為了解決以上現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種熱軋無縫鋼管及其壁厚可控式加工工藝，通過采用激光干涉壁厚測量模塊、冷卻調(diào)控系統(tǒng)、模筒轉(zhuǎn)速控制方式以及優(yōu)化的原料配比，該工藝能夠在制造過程中實時監(jiān)測和控制鋼管的壁厚變化，從而提高鋼管的壁厚精度，以下為具體的方案：

2、在一方面，本發(fā)明提供一種熱軋無縫鋼管，所述無縫鋼管的原料組分按重量百分比配比如下：c：0.05％-0.25％，si：0.10％-0.50％，mn：0.30％-1.20％，p：≤0.030％，s：≤0.030％，cr：0.40％-1.10％，mo：0.10％-0.30％，ni：0.10％-0.40％，其余為fe及不可避免的雜質(zhì)，所述無縫鋼管的壁厚為5-20mm。

3、在另一方面，本發(fā)明還提供一種熱軋無縫鋼管的壁厚可控式加工工藝,所述無縫鋼管的原料組分按重量百分比配比如下：c：0.05％-0.25％，si：0.10％-0.50％，mn：0.30％-1.20％，p：≤0.030％，s：≤0.030％，cr：0.40％-1.10％，mo：0.10％-0.30％，ni：0.10％-0.40％，其余為fe及不可避免的雜質(zhì)，其制備方法包括以下步驟：(1)依據(jù)所述原料組分進(jìn)行配比，將原料放入真空電弧爐中，熔煉過程中，溫度逐漸升高至1640-1660℃，保持至少25分鐘，待除渣處理獲得初步合金液；(2)對模筒進(jìn)行預(yù)熱處理，預(yù)熱溫度控制在290-310℃，模筒噴涂一層鋯英粉涂料，模筒轉(zhuǎn)速控制在75-90倍重力加速度，將初步合金液注入模筒，澆鑄溫度為1500-1600℃；(3)通過激光干涉壁厚測量模塊實時采集鋼坯壁厚數(shù)據(jù)，測量頻率達(dá)到每秒300-600次；(4)根據(jù)激光干涉壁厚測量模塊的測量結(jié)果控制模筒的轉(zhuǎn)速，澆注成型后脫模拔管得到鋼管；(5)對鋼管進(jìn)行退火處理，退火溫度控制在900℃至1000℃之間，保溫時間為20-30分鐘；(6)采用冷卻速率為30℃/s的強(qiáng)制風(fēng)冷方式進(jìn)行冷卻，冷卻至室溫后進(jìn)行酸洗和磷化處理。

4、更進(jìn)一步地，所述步驟(1)中，真空電弧爐內(nèi)的壓力控制在0.001pa以下，熔煉過程中，通過除渣處理獲得初步合金液的渣含量小于0.01％，在真空電弧爐中進(jìn)行熔煉時，控制爐內(nèi)壓力至0.001pa以下的原因是為了減少合金熔煉過程中因氧氣、氮氣或其他氣體的殘留而導(dǎo)致的雜質(zhì)夾雜現(xiàn)象，低壓條件下，有效抑制了這些有害氣體對熔融合金的影響，避免了鋼中產(chǎn)生氧化物、硫化物等夾雜物，尤其是在cr、mo等對純凈度要求較高的合金元素存在時，這種低壓熔煉環(huán)境顯得尤為重要，同時，渣含量控制在小于0.01％，提高了材料的純凈度，減少成分波動，確保鋼管的機(jī)械性能和耐腐蝕性均勻，滿足無縫鋼管在苛刻環(huán)境下使用的高品質(zhì)要求。

5、更進(jìn)一步地，所述步驟(2)中，所述鋯英粉涂料的厚度為2-3mm，涂料噴涂時的壓力維持在0.9mpa，初步合金液注入模筒的速度為30-40kg/s，鋯英粉涂料的厚度及涂料噴涂壓力直接影響模筒表面與合金液的界面質(zhì)量，鋯英粉涂層的厚度控制在2-3mm是為了在保持足夠的熱隔離效果的同時，確保模筒不會因熱沖擊產(chǎn)生變形或裂紋，鋯英粉的高熔點和優(yōu)良的熱導(dǎo)率有助于避免合金液在模筒壁上凝固不均勻，同時，噴涂壓力維持在0.9mpa是為了保證涂料的附著力和均勻分布，避免因涂層不均而導(dǎo)致合金液澆注時產(chǎn)生局部冷凝或微觀缺陷，此外，合金液注入模筒的速度為30-40kg/s是通過優(yōu)化液態(tài)合金的流動性和平衡澆注過程中產(chǎn)生的湍流和冷卻效應(yīng)，確保澆注過程中的均勻成型，減少氣泡或固化不均的缺陷。

6、更進(jìn)一步地，退火過程中，還會通過激光干涉壁厚測量模塊監(jiān)測管壁厚度變化，使壁厚偏差不超過±0.03mm，在退火過程中，壁厚控制是決定無縫鋼管最終質(zhì)量的關(guān)鍵步驟之一，通過激光干涉壁厚測量模塊實時監(jiān)測管壁厚度變化，能夠精確調(diào)整退火過程中的溫度分布和材料的晶體組織轉(zhuǎn)變，從而控制鋼管壁厚偏差在±0.03mm以內(nèi)，這種超精密控制不僅提高了鋼管的機(jī)械強(qiáng)度和抗壓性能，還確保了各段鋼管的壁厚均勻性，尤其是用于高壓輸送和復(fù)雜工況條件下時，鋼管的安全性和可靠性得以顯著提升。

7、更進(jìn)一步地，在所述步驟(6)之后還包括步驟：對每根鋼管進(jìn)行無損檢測，包括超聲波檢測和x射線檢測，以確保壁厚的均勻性及無內(nèi)部缺陷，無損檢測是對每根鋼管進(jìn)行質(zhì)量保障的必要步驟，超聲波檢測和x射線檢測的結(jié)合能夠全面檢查鋼管的內(nèi)部缺陷和壁厚均勻性，超聲波檢測主要用于探測鋼管內(nèi)部的氣孔、夾雜物和裂紋，特別是高頻超聲波能穿透厚壁管材，檢測其內(nèi)部缺陷，而x射線檢測則通過不同密度區(qū)域的對比，進(jìn)一步檢測內(nèi)部組織的均勻性和微觀結(jié)構(gòu)的變化，這些無損檢測方法的應(yīng)用確保了每根鋼管均符合高標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)量要求，避免了因內(nèi)部缺陷造成的早期失效。

8、更進(jìn)一步地，所述步驟(6)中，冷卻過程為分段冷卻，每段的冷卻速率由獨立控制系統(tǒng)實時調(diào)節(jié)，第一段冷卻速率為40℃/s，第二段冷卻速率為25℃/s，冷卻過程對材料的組織和性能有著直接的影響，分段冷卻方式使得鋼管在不同的階段可以得到最佳的冷卻速率控制，第一段冷卻速率設(shè)置為40℃/s，能夠快速降低鋼管表面溫度，抑制晶粒的過度長大，確保表層硬度及耐磨性；而第二段冷卻速率為25℃/s，減緩冷卻速率是為了平衡內(nèi)外壁的溫度梯度，避免因冷卻速率不一致導(dǎo)致的熱應(yīng)力過大而產(chǎn)生微裂紋，此外，獨立控制系統(tǒng)實時調(diào)節(jié)每段冷卻速率，進(jìn)一步保證了鋼管內(nèi)部組織的均勻性及機(jī)械性能的穩(wěn)定性。

9、更進(jìn)一步地，所述步驟(1)中，在初步熔煉后的合金液中加入重量比0.001％-0.005％的純氬氣進(jìn)行氣體攪拌，攪拌時間為10-15分鐘，在初步熔煉后的合金液中加入重量比0.001％-0.005％的純氬氣進(jìn)行氣體攪拌，目的是通過氬氣的惰性和密度，形成強(qiáng)力的攪拌效果，減少鋼水中的氣體和夾雜物，降低氧含量，氬氣攪拌還能夠均勻分散合金液中的元素，防止其局部過飽和或成分不均，特別是對于難以熔化的元素的均勻分布至關(guān)重要，如mo、cr；攪拌時間控制在10-15分鐘是為了充分發(fā)揮氬氣的凈化作用，同時避免過長時間攪拌導(dǎo)致合金液過度氧化或冷卻，影響后續(xù)澆注過程的成型質(zhì)量。

10、有益效果：通過激光干涉壁厚測量模塊的引入，進(jìn)行高頻測量，確保了在制造過程中能夠精確掌握鋼管壁厚的變化，從而大幅提高了生產(chǎn)過程中的控制精度；結(jié)合模筒轉(zhuǎn)速的精確調(diào)控，系統(tǒng)能夠根據(jù)測量結(jié)果及時調(diào)整轉(zhuǎn)速，使得鋼管在澆注成型的過程中始終保持壁厚均勻；優(yōu)化的冷卻調(diào)控系統(tǒng)采用強(qiáng)制風(fēng)冷，有效防止了熱處理過程中可能引起的壁厚不均；此外，合理的原料配比不僅保證了鋼管的強(qiáng)度和韌性，還提高了成品鋼管的壁厚精度，最終生產(chǎn)出高質(zhì)量、符合精密要求的熱軋無縫鋼管；總體來說，本方案顯著減少了無縫鋼管的壁厚誤差，更加安全耐用，增加了無縫鋼管厚度的可塑性，更適合多樣化的市場環(huán)境。