CN101033524A - 抗粘扣直缝焊石油油管用热轧板带钢及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
一种抗粘扣直缝焊石油油管用热轧板带钢及生产方法，属低合金钢技术领域，用于解决直缝焊石油油管粘扣问题。特别之处是，化学成分按照重量百分比配比如下：C：0.15～0.35、Mn：0.8～1.7、Si：0.10～0.60、S：≤0.015、P：≤0.020、V：0.01～0.15、Als：0.01～0.06、N≤0.015，余量Fe。本发明产品合理设计成分配比，添加微合金元素V，经炼钢、连铸、轧制制成带钢，它能明显提高钢的强度和硬度，保持较好的韧性和塑性，并能提高螺纹的可加工性和表面光洁度，有利于防止螺纹粘扣。经检验本产品完全满足API5CT标准相关产品要求，解决了螺纹上卸扣试验检验中的粘扣问题。
Description
技术领域
本发明型涉及一种抗粘扣直缝焊石油油管用热轧板带钢及其生产方法，属低合金钢技术领域。
背景技术
石油油管是石油天然气开采过程中的重要用具，可采用无缝钢管或直缝焊管，目前国内多采用无缝管。直缝管(ERW)具有壁厚均匀、几何尺寸精度高、韧性高、射孔后孔眼无撕裂且价格便宜等优势，有逐步替代无缝管的趋势。ERW石油油管在国内制造厂家属于起步阶段，很多钢铁生产厂家还在摸索、研发直缝焊石油油管用热轧板钢。从目前少数生产石油套管用热轧板带钢企业和相对应的石油油管的应用情况来看，在质量和数量上均很难满足实际使用需求，质量上存在的主要问题是上卸扣试验检验中发生粘扣现象，因而，开发一种抗粘扣的直缝焊石油油管用热轧板带钢对于钢铁企业具有重要的经济效益和社会效益。
发明内容
本发明用于解决现有技术之缺陷，提供一种力学性能完全满足API 5CT标准中相关产品的要求、具有很好的抗粘扣性的直缝焊石油油管用热轧板带钢及其生产方法。
本发明所称问题是以下技术方案解决的：
一种抗粘扣直缝焊石油油管用热轧板带钢，特别之处是，化学成分按照重量百分比配比如下：C：0.15～0.35、Mn：0.8～1.7、Si：0.10～0.60、S：≤0.015、P：≤0.020、V：0.01～0.15、Als：0.01～0.06、N≤0.015，余量为Fe。
上述抗粘扣直缝焊石油油管用热轧板带钢，优选化学成分按照重量百分比配比如下C：0.25～0.30、Mn：0.9～1.30、Si：0.20～0.50、S：≤0.008、P：≤0.015、V：0.04～0.10、Als：0.01～0.035、N≤0.015，余量为Fe。
上述抗粘扣直缝焊石油油管用热轧板带钢，所述成分中还可添加合金元素Nb、Ti，添加量控制在V+Nb+Ti≤0.15％。
上述抗粘扣直缝焊石油油管用热轧板带钢的生产方法，其特征在于，它包括下述步骤：
a.预处理铁水或海绵铁加优质废钢为冶炼原料，转炉或电炉炼钢，炉外精炼；
b.连铸成中厚板坯；
c.热轧机组轧制成最终尺寸的卷板或中宽带钢；
其中板坯连铸b工序中连铸过热度控制在15～35℃之间，拉速在1.0～3.0m/min之间，板坯厚度120～250mm；热轧c工序中板坯热装或二次加热至1100～1250℃，终轧温度为800～930℃，卷取温度为550～700℃。
上述抗粘扣直缝焊石油油管用热轧板带钢的生产方法，其特征在于，它包括下述步骤：
A.以预处理铁水或海绵铁加优质废钢为冶炼原料，转炉或电炉炼钢，炉外精炼；
B..连铸成薄板坯；
C.薄板坯连轧机组轧制成最终尺寸的卷板或中宽带钢；
其中板坯连铸B工序中连铸过热度控制在15～35℃之间，拉速在3.0～6.0m/min之间，板坯厚度70～90mm；薄板坯连轧C工序中板坯直接进入加热炉，加热至1100～1200℃，终轧温度为800～930℃，卷取温度为550～700℃。
本发明产品在合理设计C、Mn含量、严格控制S、P含量的基础上，添加微合金元素，在添加一定量的V后，能明显提高钢的强度和硬度，补充由于降碳所造成的强度、硬度损失，而且保持较好的韧性和塑性，进而改善钢的焊接性能、成型性，并能提高螺纹的可加工性和表面光洁度，有利于防止螺纹粘扣的问题。本发明方法采用以预处理铁水或海绵铁加优质废钢为冶炼原料，经炉外精炼，连铸成中厚板坯，经热轧机组轧制成最终尺寸的卷板或中宽带钢；或经炉外精炼后，连铸成薄板坯，再经薄板坯连轧机组轧制成最终尺寸的卷板或中宽带钢。经检验本发明产品可完全满足API5CT标准中相关产品的要求，在制管生产过程中显示出很好的焊接性和成形性，制管后的性能检验中解决了螺纹上卸扣试验中的粘扣问题，是取代无缝管的优选材料。
具体实施方式
本发明产品成分配比分析如下：
C：C是决定钢强度的主要元素，是形成珠光体的主要物质，碳化物在钢中的形态和多少决定钢的硬度和强度，而高的强度、硬度对螺纹的加工性能和表面光洁度非常有利，进而有利于解决螺纹粘扣问题；从焊接性、成形性、韧性方面考虑，C含量不宜太高；另外，钢中保持一定量的碳含量对V的沉淀强化有一定作用。实际C含量目标值控制在0.15～0.35％之间，优化目标0.25～0.30％之间。
.Mn：Mn具有固溶强化和细晶强化的作用，在非调质钢的设计中，通常采用降低C含量，增加Mn含量，以达到提高强度的同时韧性不致降低过快的目的，但其含量过多时，会大大降低相变临界点，工艺控制不当，组织中会出现贝氏体，使强度升高，韧性下降。另外，从石油油管的焊接性方面考虑(碳当量)，Mn含量也不宜太高。因此，实际Mn含量目标值控制在0.8～1.7％，优化目标0.9～1.30％范围内。
.V：V是微合金化元素，添加V微合金化元素是本发明的重要改进：
1.首先，由于V的碳、氮化物都具有较高的固溶积，即在高温奥氏体中将会溶解，因而其主要作用是轧后的沉淀强化作用，能明显提高钢的强度和硬度，可以补充由于降碳所造成的强度、硬度损失，而且保持较好的韧性和塑性，进而可改善钢的焊接性能、成型性，并能提高螺纹的可加工性和表面光洁度，有利于防止螺纹粘扣的问题；
2..尽管V在细晶强化方面不如Nb、Ti，但钢中保持一定含量的N，通过再结晶控制轧制和加速冷却速率等手段，促使轧制道次间反复发生再结晶，细化奥氏体晶粒尺寸，转变后形成细小的铁素体，因此也有一定的细晶强化作用。
3.如前所述由于V的碳、氮化物都具有较高的固溶积，即在高温下固溶在奥氏体中，因而有助于避免连铸矫直时产生表面、边部、角部等裂纹，提高产品的表面质量。
4.钒也可以改善低合金钢的焊接性。其主要是钒能细化焊接金属的铸态组织和减小热影响区的过热敏感性，防止热影响区内靠近熔化线的金属的晶粒过度地长大和粗化。另外，由于钒固定了钢中一部分碳，降低了钢的淬透性，可以防止热影响区内形成马氏体或其他较硬组织，从而使热影响区的硬度不至过高，塑性和韧性不至于过度地降低。因此，实际V含量目标值控制在0.01～0.15％，优化目标控制在0.04～0.10％范围内。
.S、P：S、P是强烈的裂纹敏感性元素，因而应尽可能的低；另外根据经验，钢水中酸溶铝和硫含量应有一定的匹配关系，否则会导致钢水Ca处理后堵塞水口。钢水采用Ca处理，使Al2O3成为液态的铝酸钙。Ca使Al2O3变性的条件是S≤0.01％，否则形成的CaS将阻止Ca与Al2O3进一步反应。同时Ca在S≤0.008％的条件下可以控制硫化物的形态，形成的硫化物是复杂的(Ca，Mn)S，而不是MnS。MnS在钢液凝固时易在晶界处析出，在热轧时被轧成带状夹杂，降低了钢材的机械性能。而(Ca，Mn)S在热轧时不变形，对钢的机械性能影响不大，消除了钢材的各向异性。因此，实际控制中S：≤0.015％、P：≤0.020％，优化目标S≤0.008％、P≤0.015％。
N：尽管N是钢中有害气体元素，其主要影响铸坯的表面质量、成品的焊接性及时效性等，但在含V钢中，保持适当N对含量节省V含量和充分发挥沉淀强化作用有利，因此实际生产中N含量不要刻意控制，可根据实际情况调整N≤0.015％。
本发明该钢种的生产方法如下：
1.工艺路线1：以预处理铁水或海绵铁加优质废钢为冶炼原料，转炉或电炉炼钢，经炉外精炼后，连铸成中厚板坯，经传统热轧机组轧制成最终尺寸的卷板或中宽带钢。
2.工艺路线2：以预处理铁水或海绵铁加优质废钢为冶炼原料，转炉或电炉炼钢，经炉外精炼后，连铸成薄板坯，经薄板坯连轧机组轧制成最终尺寸的卷板或中宽带钢。
针对工艺路线1所采用的工艺制度：
板坯连铸：连铸过热度控制在15～35℃之间，拉速在1.0～3.0m/min之间，板坯厚度120～250mm。
热轧：板坯热装或二次加热至1100～1250℃，终轧温度为800～930℃，卷取温度为550～700℃。
针对工艺路线2所采用的工艺制度：
板坯连铸：连铸过热度控制在15～35℃之间，拉速在3.0～6.0m/min之间，板坯厚度70～90mm。
热轧：板坯直接进入加热炉，加热至1100～1200℃，终轧温度为800～930℃，卷取温度为550～700℃。
以下给出几个具体实施例：
实施例1：以预处理铁水加优质废钢为冶炼原料，150吨转炉炼钢，经150吨LF炉外精炼后，以1.8m/min的拉速连铸成150mm厚板坯，板坯加热至1150℃，终轧温度为870℃，卷取温度为630℃，经1700热轧机组轧制成5.5mm卷板。
| C％ | Mn％ | S％ | P％ | Si％ | Als％ | V％ | Nb％ | Ti％ | N％ | Fe％ | 抗拉MPa | 屈服MPa | 伸率％ | 冲击1-10℃J | 冲击2-10℃J | 冲击3-10℃J | |
| 实施例1-1 | 0.15 | 1.70 | 0.006 | 0.020 | 0.27 | 0.060 | 0.06 | 0.0085 | 余量 | 585 | 480 | 36.5 | 35 | 38 | 35 | ||
| 实施例1-2 | 0.35 | 0.8 | 0.015 | 0.014 | 0.28 | 0.010 | 0.05 | 0.0065 | 余量 | 610 | 480 | 29 | 33 | 35 | 32 | ||
| 实施例1-3 | 0.22 | 1.15 | 0.006 | 0.015 | 0.31 | 0.035 | 0.15 | 0.0150 | 余量 | 615 | 525 | 31..5 | 40 | 38 | 39 | ||
| 实施例1-4 | 0.31 | 1.30 | 0.006 | 0.020 | 0.31 | 0.029 | 0.01 | 0.0065 | 余量 | 680 | 550 | 27 | 25 | 24 | 26 | ||
| 实施例1-5 | 0.30 | 0.90 | 0.006 | 0.015 | 0.33 | 0.010 | 0.04 | 0.0065 | 余量 | 595 | 480 | 28..5 | 40 | 45 | 41 | ||
| 实施例1-6 | 0.27 | 1.15 | 0.008 | 0.013 | 0.50 | 0.025 | 0.10 | 00055 | 余量 | 630 | 520 | 29 | 41 | 39 | 43 | ||
| 实施例1-7 | 0.25 | 1.50 | 0.006 | 0.014 | 0.20 | 0.026 | 0.06 | 00060 | 余量 | 660 | 545 | 30 | 38 | 35 | 40 | ||
| 实施例1-8 | 0.18 | 1.25 | 0.007 | 0.013 | 0.31 | 0.025 | 0.11 | 0.03 | 00045 | 余量 | 650 | 530 | 30 | 55 | 50 | 52 | |
| 实施例1-9 | 0.27 | 1.20 | 0.005 | 0.014 | 0.28 | 0.028 | 0.05 | 0.02 | 00050 | 余量 | 610 | 480 | 29 | 33 | 35 | 32 | |
| 实施例1-10 | 0.15 | 0.83 | 0.006 | 0.015 | 0.31 | 0.029 | 0.09 | 0.03 | 0.03 | 0.0065 | 余量 | 620 | 520 | 29 | 28 | 27 | 26 |
实施例2：以预处理铁水加优质废钢为冶炼原料，150吨转炉炼钢，经150吨LF炉外精炼后，以3.8m/min的拉速连铸成90mm厚板坯，板坯加热至1150℃，终轧温度为880℃，卷取温度为640℃，经薄板坯连轧机组轧制成5.5mm卷板。
| C％ | Mn％ | S％ | P％ | Si％ | Als％ | V％ | Nb％ | Ti％ | N％ | Fe％ | 抗拉MPa | 屈服MPa | 伸率％ | 冲击1-10℃J | 冲击2-10℃J | 冲击3-10℃J | |
| 实施例2-1 | 0.15 | 1.70 | 0.008 | 0.014 | 0.28 | 0.027 | 0.08 | 0.0043 | 余量 | 595 | 495 | 34.5 | 48 | 52 | 55 | ||
| 实施例2-2 | 0.35 | 0.8 | 0.005 | 0.014 | 0.28 | 0.045 | 0.15 | 0.0150 | 余量 | 660 | 550 | 30 | 47 | 45 | 49 | ||
| 实施例2-3 | 0.25 | 1.50 | 0.006 | 0.015 | 0.31 | 0.025 | 0.06 | 0.0069 | 余量 | 630 | 540 | 27 | 35 | 38 | 36 | ||
| 实施例2-4 | 0.30 | 0.90 | 0.007 | 0.010 | 0.30 | 0.027 | 0.08 | 0.0055 | 余量 | 595 | 505 | 32 | 45 | 43 | 41 | ||
| 实施例2-5 | 0.26 | 1.25 | 0.006 | 0.015 | 0.60 | 0.029 | 0.07 | 0.0065 | 余量 | 635 | 525 | 30 | 40 | 39 | 37 | ||
| 实施例2-6 | 0.28 | 1.18 | 0.005 | 0.013 | 0.23 | 0.035 | 0.02 | 0.0060 | 余量 | 660 | 550 | 28 | 38 | 32 | 33 | ||
| 实施例2-7 | 0.25 | 1.35 | 0.006 | 0.015 | 0.31 | 0.029 | 0.03 | 0.02 | 0.0065 | 余量 | 680 | 550 | 27 | 30 | 27 | 25 | |
| 实施例2-8 | 0.21 | 1.15 | 0.005 | 0.014 | 0.28 | 0.028 | 0.04 | 0.02 | 0005 | 余量 | 610 | 480 | 29 | 33 | 35 | 32 | |
| 实施例2-9 | 0.16 | 1.05 | 0.007 | 0.013 | 0.31 | 0.025 | 0.08 | 0.04 | 0.03 | 0005 | 余量 | 670 | 550 | 30 | 35 | 36 | 32 |
通过上述方法生产的直缝焊石油油管用热轧板带钢的力学性能和工艺性能技术指标完全满足API5CT标准中相关产品的要求：
屈服强度：Rt0.5 379～552Mpa
抗拉强度：Rm≥517Mpa
伸长率：A≥18％
冷弯：180°d＝2a a：试样厚度 d：弯心直径
冲击功：V型 温度-10℃ 横向≥10J
另外，在制管生产过程中具有很好的焊接性和成形性，制管后的性能检验中，解决了螺纹上卸扣试验检验中的粘扣问题。
Claims (5)
1.一种抗粘扣直缝焊石油油管用热轧板带钢，其特征在于，化学成分按照重量百分比配比如下：C：0.15～0.35、Mn：0.8～1.7、Si：0.10～0.60、S：≤0.015、P：≤0.020、V：0.01～0.15、Als：0.01～0.06、N≤0.015，余量为Fe。
2.根据权利要求1所述的抗粘扣直缝焊石油油管用热轧板带钢，其特征在于，优选化学成分按照重量百分比配比如下C：0.25～0.30、Mn：0.9～1.30、Si：0.20～0.50、S：≤0.008、P：≤0.015、V：0.04～0.10、Als：0.01～0.035、N≤0.015，余量为Fe。
3.根据权利要求1或2所述的抗粘扣直缝焊石油油管用热轧板带钢，其特征在于，所述成分中还可添加合金元素Nb、Ti，添加量控制在V+Nb+Ti≤0.15％。
4.一种如权利要求1或2或3所述的抗粘扣直缝焊石油油管用热轧板带钢的生产方法，其特征在于，它包括下述步骤：
d.预处理铁水或海绵铁加优质废钢为冶炼原料，转炉或电炉炼钢，炉外精炼；
e.连铸成中厚板坯；
f.热轧机组轧制成最终尺寸的卷板或中宽带钢；
其中板坯连铸b工序中连铸过热度控制在15～35℃之间，拉速在1.0～3.0m/min之间，板坯厚度120～250mm；热轧c工序中板坯热装或二次加热至1100～1250℃，终轧温度为800～930℃，卷取温度为550～700℃。
5.一种如权利要求1或2或3所述的抗粘扣直缝焊石油油管用热轧板带钢的生产方法，其特征在于，它包括下述步骤：
A.以预处理铁水或海绵铁加优质废钢为冶炼原料，转炉或电炉炼钢，炉外精炼；
B..连铸成薄板坯；
C.薄板坯连轧机组轧制成最终尺寸的卷板或中宽带钢；
其中板坯连铸B工序中连铸过热度控制在15～35℃之间，拉速在3.0～6.0m/min之间，板坯厚度70～90mm；薄板坯连轧C工序中板坯直接进入加热炉，加热至1100～1200℃，终轧温度为800～930℃，卷取温度为550～700℃。
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