一种无缝钢管及其加工工艺的制作方法

本发明涉及无缝钢管及制备相关，具体涉及一种无缝钢管及其加工工艺。

背景技术：

1、无缝钢管具有中空截面，被广泛应用于输送流体管道行业，随着轻量化的发展热潮，在保证强度和安全性能的前提下，越来越多的行业采用无缝钢管零部件来代替原来的实心零部件。

2、由于生产工艺技术的局限性，无缝钢管仍然存在较多的质量缺陷，甚至有些生产缺陷不能经过磨修工序来消除，大大限制的无缝钢管的应用范围。专利cn104264044a公开了一种新型无缝钢管，钢锭包括以下物质按质量份数组成：c：3-12份、sio：5-16份、mno：2-8份、v：1-7份、al：4-16份、ti：1-3份、mo：2-6份、zr：0.4-3份、mg、：4-9份、b：0.1-0.5份和稀土元素：0.05-0.3份、其余为fe：200-800份和杂质：1-5份。制备工艺，包括以下步骤：a.采用连铸法制作钢管管坯，并冷却至室温，再将钢管表面浸涂润滑液；b.对钢管进行多次冷拔，然后将钢管加热至1200-1600℃进行正火，保温后冷却，然后加热至600-680℃进行回火；c.再对钢管表面进行无铬达克罗涂层处理，烘烤固化温度为350-400℃。通过上述方式制备的无缝钢管，无缝钢管的物理性能得到提升，使用寿命长，耐腐蚀，制备工艺简单，但是这样制备的无缝钢管不能满足先前技术中对无缝钢管耐腐蚀性的要求。

3、不同工作环境下对无缝钢管品质要求不同，在沿海地区，由于气候湿润并含有盐分，使用一段时间后，部分管件表面被腐蚀严重，材料的强度及塑性严重降低或丧失，缩短了使用寿命。因此，在无缝钢管生产过程中，需要使用特殊的冶炼技术和加工工艺，在保证无缝钢管力学强度的条件下，降低无缝钢管的腐蚀敏感性，实现无缝钢管在腐蚀环境中的长时间使用。

技术实现思路

1、(一)解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了一种无缝钢管及其加工工艺，解决了上述背景技术中提出的问题。

3、(二)技术方案

4、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

5、一种无缝钢管，按照重量百分比计，包括以下组分：c 0.12～0.18％、si 0.20～0.25％、cr 1.8～2.2％、mo 0.2～0.3％、al 0.05～0.15％、p0.002～0.01％、s 0.01～0.02％、v 0.03～0.04％ni 0.3～0.5％、ti0.06～0.1％，余量为fe及不可避免的杂质。

6、进一步的，按照重量百分比计，包括以下组分：c 0.15％、si 0.22％、cr 2.0％、mo0.25％、al 0.1％、p 0.005％、s 0.015％、v 0.035％、ni 0.4％、ti 0.08％，余量为fe及不可避免的杂质。

7、一种无缝钢管的加工工艺，包括以下步骤：

8、s1：按重量百分比称取所述无缝钢管所有组分，然后将所有组分进行混合，1210～1250℃温度下进行冶炼，冶炼过程中，每隔10～20分钟进行翻料，升温至1280～1300℃进行锻造，然后降温至1050～1080℃终止锻造，形成圆坯；

9、s2：将所述圆坯在1170～1210℃温度下进行加热，加热时间为3～4h，然后在1110～1140℃温度下进行穿孔，1010～1030℃温度下进行轧制，张力减径温度为850～870℃，然后降温至800～820℃终止轧制得毛管；

10、s3：将毛管在35～40℃温度下用10～20％的硫酸水溶液进行酸洗，酸洗时间为15～30min，酸洗之后进行水洗，水洗时间为3～5min，水洗后进行冷拔，冷拔温度1000～1050℃，在580～610℃温度下定径，

11、然后在温度为300℃～350℃时进行矫直；

12、s4：将矫直后的钢管在820～850℃温度下进行加热，然后保温1.5～2h，然后用水进行淬火，淬火时间0.5-1h，之后在回火温度为600～630℃，保温1～2h，在温度为400℃～450℃时进行矫直；

13、s5：将s4所得钢管坯使用表面处理液进行表面处理，表面处理时间为20～30min，然后进行水洗，水洗时间为1～2min，然后用钝化液进行钝化，钝化时间为30～40min，获得成品无缝钢管。

14、进一步的，所述表面处理液为磷酸、硝酸、聚氧化乙烯烷基酚醚和偏硅酸钠的混合水溶液。

15、进一步的，按照重量百分比计，所述表面处理液包括以下组分：磷酸30～40％、硝酸5～7％、聚氧化乙烯烷基酚醚0.2～0.4％、偏硅酸钠1.5～2.5％，余量为水。

16、进一步的，所述钝化液的制备方法为：

17、a1：按重量份计，将3～5份氟锆酸钾和1～2份高锰酸钾同时加入20份水中，边加入边搅拌，使其全部溶解；

18、a2：按重量份计，在搅拌状态下向a1中所得搅拌后的溶液中加入0.3～0.5份异丙醇胺和0.5～0.7份硅酸钠，搅拌0.5～1h后，加热至60～65℃，充分搅拌均匀；

19、a3：按重量份计，向a2反应后的溶液中缓慢滴加15～20份质量分数30％的氟锆酸钾水溶液，滴加时间为10～15min，升温至80～85℃，搅拌反应1～2h，加入8～12份改性丙烯酸树脂，搅拌反应20～30min；

20、a4：按重量份计，向a3反应后的溶液中加入1～2份疏水性纳米二氧化硅和4～6份连接剂，充分搅拌均匀，得到钝化浓缩液；

21、a5：将钝化浓缩液加水稀释至质量浓度为6～8％，得到所述钝化液。

22、进一步的，所述改性丙烯酸树脂的制备方法为：

23、b1：按重量份计，将0.05～0.15份过硫酸铵溶于8～10份去离子水中，得到引发剂溶液；

24、b2：按重量份计，将80份甲基丙烯酸甲酯单体、15～25份聚乙二醇二丙烯酸酯单体、1～3份双丙酮丙烯酰胺和3～4份甲基丙烯酸混合研磨5～10min，加入b1得到的引发剂溶液的一半和20～30份乙醇，继续进行研磨5～8min，得到预聚物；

25、b3；按重量份计，向反应釜中加入80～100份去离子水和b2得到的预聚物，加热至85～95℃，缓慢滴加另一半引发剂溶液，滴加时间为5～10min，滴加完成后，保温20～30min，用氨水溶液调节ph至8～9，搅拌5～10min，得到改性丙烯酸树脂。

26、进一步的，所述疏水性纳米二氧化硅的制备方法为：按重量份计，将10份纳米二氧化硅与0.5～0.7份三氟丙基甲基二乙氧基硅烷混合均匀，然后加入到25～35份质量分数为5％十八烷基胺的乙醇溶液中制得悬浮液，将悬浮液连续搅拌0.5～1h，然后在60～70℃的烘箱中烘干，制得疏水性纳米二氧化硅。

27、进一步的，所述连接剂的制备方法为：

28、c1：按重量份计，将6～10份氢氧化钠加入50份浓度为70～80％的乙醇溶液中，搅拌至完全溶解，然后加入0.5～1份木质素磺酸钠和0.4～0.6份羟基化碳纳米管，搅拌10～20min，得混合液；

29、c2：按重量份计，向混合液中加入8～12份苯胺甲基三甲氧基硅烷和3～4份异辛醇聚氧乙烯醚，充分反应2～3h后，封闭脱泡，得到连接剂。

30、采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

31、一、mo和ti能使钢的内部组织致密，细化晶粒力，提高淬透性和力学性能，al、si、s与p的存在可以减少材料的脆性，通过适当控制ti和c的含量，可以起到稳定晶格的作用，提高无缝钢管的强度和耐腐蚀性，v可细化组织晶粒，提高强度和韧性，v与cr、si合用，可显著提高钢的耐腐蚀能力。

32、二、本发明提供了一种无缝钢管及加工工艺，原材料组分配比合理，生产工艺简单且对环境友好，适用于规模化工业生产，通过对组成成分的选择以及一系列工艺过程参数的控制，使制得的无缝钢管具有较高的力学强度和耐腐蚀性能。

33、三、本发明通过对无缝钢管进行酸洗、表面粗糙化以及钝化处理，使管材表面最终形成一层内部与钢管有效结合、外部疏水的复合钝化膜，复合钝化膜均匀致密、成膜性好，有较高的基材附着力、层间结合力和疏水能力，对无缝钢管表面形成有效包覆，显著提高无缝钢管的耐腐蚀性能。

34、四、表面处理液中磷酸、硝酸可以对管材表面进行刻蚀；聚氧化乙烯烷基酚醚可降低表面张力，降低处理液对管材的接触角，使处理液与管材表面有很好的结合，实现在管材表面的均匀刻蚀；偏硅酸钠具有一定的分散、湿润和渗透能力，通过和聚氧化乙烯烷化醚配合，使处理液更好地湿润和刻蚀，同时还能够使刻蚀后的表面具有较高的亲水性能，形成亲水性的粗糙化表面，为下一步钝化处理做准备。

35、五、氟锆酸钾和改性丙烯酸树脂为主要成膜剂，高锰酸钾为辅助成膜剂，硅酸钠起稳定和缓蚀的作用，异丙醇胺可以调节钝化液的粘度和表面张力，改善钝化液与管材的亲密性和亲和力，使钝化液能够完全渗入管材表面处理的轮廓中。

36、丙烯酸树脂具有良好的力学性能、耐化学性能和成膜能力；本发明通过对丙烯酸树脂改性，制得的改性丙烯酸树脂具有较好的亲水性能，能够与钝化液其他亲水性组分有很好的相容性，与无机成膜剂氟锆酸钾和高锰酸盐共同形成结合力较强的有机-无机复合亲水层，通过表面处理使钢管具有一定的粗糙化表面及较好的亲水性能，使得有机-无机复合亲水层与钢管具有较高的结合能力，对钢管形成有效包覆。

37、通过对纳米二氧化硅进行改性，在其表面增加支链和疏水基团，使其具有一定的分散能力和疏水性能，另外由于氟化物具有较高的迁移性，用三氟丙基甲基二乙氧基硅烷进行表面改性，赋予纳米二氧化硅较高的迁移能力，使其能够从体系内部能够析出迁移至外部，并自由分散于钝化层外表面，形成均匀致密的疏水层，提高钝化膜对腐蚀性液体的防御能力。

38、六、钝化液中加入连接剂，连接剂能够穿插于改性丙烯酸树脂和疏水性纳米二氧化硅之间，使二者紧密结合，增强钝化膜的层间结合力。另外由于连接剂的加入，改性丙烯酸树脂中的亲水基团可以被连接剂中的活性基团所吸引，能够降低改性丙烯酸树脂在外侧方向的亲水性，进一步提高钝化膜整体疏水性能，最终在钢管表面形成内部有效结合、外部疏水的复合钝化膜，实现对无缝钢管的有效保护。