CN101487098A - 一种n80钢管用管坯及其制造方法 - Google Patents

一种n80钢管用管坯及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于管坯技术领域，涉及N80级钢管用管坯及其制造方法。本发明所要解决的技术问题是提供一种成本较低并具有较高性能的大规格非调质N80级钢管用管坯，其化学成分(wt％)为C：0.36～0.41％，Si：0.30～0.50％，Mn：1.60～1.80％，V：0.06～0.12％，Nb：0.03～0.05％，Ti：0.01～0.04％，其余为Fe和杂质，制造方法包括转炉冶炼、炉外精炼、大方坯连铸和大规格管坯轧制步骤。本发明的管坯在热轧状态满足API标准要求，轧制得到的钢管达到非调质N80级钢管的性能要求。

Description

一种N80钢管用管坯及其制造方法
技术领域
本发明属于管坯技术领域，特别涉及N80级管坯及其制造方法。
背景技术
根据API标准要求，N80级石油钢管(包括套管和油管)除硫、磷含量外，对其它化学成分不作要求，只规定了力学性能指标(如屈服强度552～758MPa，抗拉强度不小于689MPa，纵向V型冲击功不小于23J，横向V型冲击功不小于15J)，对是否进行热处理也未作规定。因此，各钢厂一般都通过设计不同的化学成分组合的管坯来满足对钢管性能的要求，或者通过正火或正火+回火等热处理手段在由管坯制造钢管过程中改善力学性能，以满足API标准的要求。
公开号为CN1088998A的专利介绍了一种利用微钙合金化原理设计的高韧性高强度石油钢管用管坯，其化学成分为(wt％)C：0.25～0.50，Si：0.15～0.35，Mn：1.0～1.4，Cr：0.3～0.6，Al：0.01～0.05，Ca：0.005，以及少量Cu、Mo、Ni，特征是采用Cr强化手段，配合Ca处理改善钢的夹杂物形貌以提高韧性。
公开号为CN101020986A的专利介绍了一种非调质钢生产N80钢级管坯及其工艺，其设计的化学成分为(wt％)C：0.34～0.38，Si：0.25～0.35，Mn：1.65～1.85，V：0.08～0.12，N：0.0130～0.0145，Ti：0.015～0.025，Al：0.02～0.05，其特征是采用V、N微合金化方式来提高钢的强度。
公开号为CN1940368A的专利介绍了一种N80-1外加厚油管管坯及其制造方法，其化学成分为(wt％)C：0.32～0.42，Si：0.2～0.7，Mn：1.20～1.65，V：0.05～0.20，N：0.010～0.025，特征也是采用V、N微合金化方式来提高钢的强度。
公开号为CN1502425A的专利介绍了一种高性能无缝钢管的制造方法，其管坯化学成分为(wt％)C：0.22～0.40，Si：0.1～0.5，Mn：1.0～2.0，V：0.05～0.25，N：0.015～0.030，Al：0.005～0.05，还可加入Mo、Nb、Ti等合金元素，其特征是采用了多元微合金元素组成来达到强化的目的。
公开号为CN1532300A专利介绍了一种非调质无缝钢管，其管坯化学成分为(wt％)C：0.10～0.20，Si：0.05～0.10，Mn：0.5～2.5，Cr：0.5～1.5，V：0.03～0.30，N：0.001～0.020，Al：0.003～0.10，此外可以添加Ni、Mo、Cu、B中的1种或2种，Ti、Nb中的1种或2种，特征也是采用了多元微合金元素组成来达到强化的目的。
从以上公布专利的管坯化学成分设计原理来看，可分为两类，一是以V、N微合金化技术为主的，除常规元素外基本不含其它强化元素，如公开号CN101020986A和CN1940368A专利；另一类是含Cr的多元合金化方案，其中可以含V、N、Cu、Mo、Ni、B、Ti、Al、Nb等中的1种或几种，如公开号CN1088998A和CN1532300A专利。因此可以看出N80级石油管只通过管坯化学成分的优化组合，取消后部热处理同样可以达到钢管规定的力学性能要求，即采用所谓的非调质钢生产技术生产N80级石油管已成为发展趋势。但目前还未出现化学成分简单、成本低并同时具有较高性能的非调质N80级管坯。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种成本低并且具有较高性能的N80级钢管用管坯。
本发明的N80级钢管用管坯的化学成分(wt％)为C：0.36～0.41％，Si：0.30～0.50％，Mn：1.60～1.80％，V：0.06～0.12％，Nb：0.03～0.05％，Ti：0.01～0.04％，其余为Fe和杂质；杂质为P、S等。
本发明通过V、Nb固溶析出原理和复合强化手段提高了N80级钢管用管坯的性能，使其在热轧状态满足API标准要求，轧制得到的钢管达到大规格非调质N80级钢管的性能要求。此外本发明的管坯简化了合金元素组成(减少了N元素的添加)，降低了成本较高的V元素含量，大大降低了生产成本，属于低成本N80级钢管用管坯。
本发明所要解决的第二个技术问题是提供上述N80级石油钢管用管坯的制造方法。
具体包括以下步骤：
a、转炉冶炼：以脱硫铁水为原料冶炼，终点碳≥0.05％，出钢温度≥1670℃，出钢初期加入脱氧剂进行预脱氧，然后加入合金调整铁水成分，出钢时间≥4min；
出钢完后进行钢包吹氩，氩气流量以控制钢液不大翻为宜，同时向钢液内喂Al线进行二次脱氧，以尽可能降低钢液氧活度。
b、炉外精炼：通过钢包底部吹氩的初步精炼去除夹杂和脱气；钢水进入LF工位后，先加热化渣，然后加高碱度精炼渣进行精炼，再加热至钢水温度为1600～1615℃时出站；
钢水提升氩气流量至1200～1400NL/min进行真空处理≥12min，加入合金调整钢水成分，均匀化时间≥5min，结束时钢水温度控制为1570～1585℃。
c、大方坯连铸：采用大方坯连铸机全程保护浇铸，中包目标温度：1530～1550℃，铸坯拉速：0.4～0.7m/min，目标拉速0.6m/min。
d、大规格管坯轧制：连铸坯加热至1260～1300℃，均热温度1240～1280℃，轧制成所需规格的圆管坯，热锯切、轧制圆钢后堆垛缓冷即得。
进一步的，步骤a脱硫铁水成分为C：4.73％、Si：0.134％、Mn：0.24％、P：0.067％、S：0.018％、其余为Fe。铁水入炉时温度为1235℃，脱氧剂成分为FeSi：15％、CaC2：85％。所述合金为Fe-Mn、Si-Mn、Fe-V、Fe-Nb合金等。二次脱氧时Al线用量为300米。
步骤b高碱度精炼渣成分为CaO：65％、Al2O3：1％、SiO2：4％、MgO：3％、CaF2：10％，用量为700～900kg。钢水真空处理时真空度小于3mbar的处理时间应大于10min。
步骤c铸坯断面尺寸为360mm×450mm。浇铸过程采用结晶器电磁搅拌，电磁搅拌参数为600A，2.4Hz，采用动态轻压下模式。
步骤d加热器为蓄热步进式加热炉。
本发明方法采用大型氧气顶吹转炉冶炼、LF精炼、RH真空处理、大方坯连铸和大型型钢轧机轧制大规格圆管坯(最大φ350mm)，可以满足大规格无缝钢管生产的需要。
具体实施方式
本发明的钒铌微合金化非调质N80级石油管用管坯采用以下工艺流程制造：
转炉冶炼→炉后吹氩→LF精炼→RH真空处理→大方坯连铸→步进式加热炉加热连铸坯→轧制成材。
实施例1  非调质N80级石油管用管坯的制造
转炉冶炼：采用脱硫铁水为原料进行钢的冶炼，铁水重量为135吨，入炉铁水成分为C：4.73％、Si：0.134％、Mn：0.24％、P：0.067％、S：0.018％、其余为Fe，入炉铁水温度为1235℃。冶炼结束时的终点C为0.082％，转炉出钢温度为1695℃，出钢初期根据出钢碳含量加入200～400kg的P1脱氧剂(成分为FeSi：15％、CaC2：85％)进行预脱氧，出钢到1/3时依次加入Fe-Mn、Si-Mn、Fe-V、Fe-Nb、Fe-Ti合金，出钢到2/3时加完，出钢时间≥4min。
出钢完后进行钢包吹氩，氩气流量以控制钢液不大翻为宜，同时向钢液内喂300米Al线进行二次脱氧，以尽可能降低钢液氧活度。
炉外精炼：精炼工艺包括钢包吹氩，LF精炼，RH真空脱气处理。通过初步精炼(钢包底部吹氩)脱气并去除夹杂；钢水进入LF工位后，先加热化渣，然后加800kg高碱度精炼渣(成分为Ca0：65％、Al2O3：1％、SiO2：4％、Mg0：3％、CaF2：10％、其它17％)进行精炼，再加热，出站时钢水温度为1613℃。
钢水进入RH真空脱气工位进行钢液脱气和成分微调。提升气体氩气流量为1235NL/min，真空纯处理时间为13min，真空度≤3mbar的处理时间为10.5min。真空处理后期加入合金对成分进行调整，均匀化时间为6min。真空处理结束后钢水温度为1582℃。
大方坯连铸：采用铸坯断面尺寸为360mm×450mm的大方坯连铸机浇注。全程保护浇铸。中包目标温度：1530～1550℃，铸坯拉速：0.4～0.7m/min，目标拉速0.6m/min，采用中低碳钢结晶器保护渣(成分为SiO2：33％、CaO：35％、Al2O：5％、F-：10％、MgO：8％、C：5％、其它：4％)以保证铸坯表面质量。浇铸过程采用结晶器电磁搅拌，参数为600A，2.4Hz，采用动态轻压下模式。
大规格管坯轧制：采用蓄热步进式加热炉对连铸坯进行加热，加热温度1280℃，均热温度1265℃，大型950轧机轧制成材，轧制规格φ350mm圆钢。热锯机锯切定尺，台架冷却方式收集。制得的管坯产品特征如下：
表1  产品除铁外还含有以下化学成分/wt％
 
C Si Mn P S V Nb Ti
0.37 0.40 1.66 0.017 0.004 0.08 0.04 0.026
制得产品的化学成分在所述N80级钢管用管坯的化学成分范围内，符合要求。
表2  低倍评级/级
 
类别 一般疏松 中心疏松 中间裂纹 中心裂纹 其它
产品评级 1.0 1.0 1.5 1.0 无
技术标准要求 ≤2.0 ≤2.0 ≤2.0 ≤2.0 无
*  其它是指低倍缺陷，如缩孔、白点等。
从低倍评级结果看，制得产品的低倍评级完全满足管坯技术条件的要求，表明管坯质量良好。
表3  非金属夹杂评级/级
 
类别 A类 B类 C类 D类
产品评级 0.5 0.5 1.0 0.5
技术标准要求 ≤1.5 ≤2.0 ≤2.0 ≤2.0
由表3可以看出制得的管坯非金属夹杂评级均满足技术要求，表明钢质纯净，内部质量良好，满足生产大规格无缝钢管的要求。
前述制得的管坯产品可以采用常规生产方法进一步得到大规格非调质N80级无缝钢管，其力学性能指标均符合API标准要求。
实施例2
转炉冶炼：采用脱硫铁水为原料进行钢的冶炼，铁水重量为138吨，入炉铁水成分为C：4.30％、Si：0.37％、Mn：0.22％、P：0.063％、S：0.022％、其余为Fe，入炉铁水温度为1334℃。冶炼结束时终点C为0.06％，转炉出钢温度为1705℃，出钢初期根据出钢碳含量加入200～400kg的P1脱氧剂(成分为FeSi：15％、CaC2：85％)进行预脱氧，出钢到1/3时依次加入Fe-Mn、Si-Mn、Fe-V、Fe-Nb、Fe-Ti合金，出钢到2/3时加完，出钢时间≥4min。
出钢完后进行钢包吹氩，氩气流量以控制钢液不大翻为宜，同时向钢液内喂300米Al线进行二次脱氧，以尽可能降低钢液氧活度。
炉外精炼：精炼工艺包括钢包吹氩，LF精炼，RH真空脱气处理。通过初步精炼(钢包底部吹氩)脱气并去除夹杂；钢水进入LF工位后，先加热化渣，然后加800kg高碱度精炼渣(成分为CaO：65％、Al2O3：1％、SiO2：4％、MgO：3％、CaF2：10％、其它17％)进行精炼，再加热。出站时钢水温度为1615℃。
钢水进入RH真空脱气工位进行钢液脱气和成分微调。提升气体氩气流量为1230NL/min，真空纯处理时间为14min，真空度≤3mbar的处理时间为11min。真空处理后期对成分进行调整，合金加入后均匀化时间为5min。真空处理结束后钢水温度为1580℃。
大方坯连铸：采用铸坯断面尺寸为360mm×450mm的大方坯连铸机浇注。全程保护浇铸。浇铸过程采用结晶器电磁搅拌，参数为600A，2.4Hz，目标拉速0.6m/min，采用中低碳钢结晶器保护渣(成分为SiO2：32％、CaO：37％、Al2O3：4％、F-：10％、MgO：8％、C：5％、其它4％)以保证铸坯表面质量。
大规格管坯轧制：采用蓄热步进式加热炉对连铸坯进行加热，加热温度1285℃，均热温度1260℃，大型950轧机轧制成材，轧制规格φ350mm圆钢。热锯机锯切定尺，台架冷却方式收集。制得的管坯产品特征如下：
表4  产品除铁外还含有以下化学成分/wt％
 
C Si Mn P S V Nb Ti
0.38 0.38 1.67 0.013 0.006 0.08 0.05 0.029
表5  低倍评级/级
 
类别 一般疏松 中心疏松 中间裂纹 中心裂纹 其它
产品评级 0.5 1.5 1.0 无 无
技术标准要求 ≤2.0 ≤2.0 ≤2.0 ≤2.0 无
*其它是指低倍缺陷，如缩孔、白点等。
从低倍评级结果看，制得产品的低倍评级完全满足管坯技术条件的要求，表明管坯质量良好。
表6  非金属夹杂评级/级
 
类别 A类 B类 C类 D类
产品评级 0.5 0.5 1.0 1.0
技术标准要求 ≤1.5 ≤2.0 ≤2.0 ≤2.0
由表6可以看出制得管坯的非金属夹杂评级均满足技术要求，表明钢质纯净，内部质量良好，满足生产大规格无缝钢管的要求。
前述制得的管坯产品可以采用常规生产方法进一步得到大规格非调质N80级无缝钢管，其力学性能指标均符合API标准要求。

Claims (9)

  1. 【权利要求1】N80级钢管用管坯，其特征在于：管坯的化学成分以重量百分比计为C：0.36～0.41％，Si：0.30～0.50％，Mn：1.60～1.80％，V：0.06～0.12％，Nb：0.03～0.05％，Ti：0.01～0.04％，其余为Fe和杂质。
  2. 【权利要求2】权利要求1所述N80级钢管用管坯的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：
    a、转炉冶炼：以脱硫铁水为原料冶炼，终点碳0.03％～0.25％，出钢温度1650～1750℃，出钢初期加入脱氧剂进行预脱氧，然后加入合金调整铁水成分，出钢时间≥4min；出钢完后进行钢包吹氩，同时向钢液内喂Al线进行二次脱氧；
    b、炉外精炼：通过钢包底部吹氩初步精炼去除夹杂和脱气；钢水进入LF电加热工位后，先加热化渣，然后加高碱度精炼渣进行精炼，再加热至钢水温度为1600～1615℃时出站；钢水进入RH真空处理工位进行真空处理12～15min，采用提升氩气流量为1200～1400NL/min，其间加入合金调整钢水成分，均匀化时间5～10min，真空处理结束时钢水温度控制为1570～1585℃；
    c、大方坯连铸：采用大方坯连铸机全程保护浇铸，中包目标温度：1530～1550℃，铸坯拉速：0.4～0.7m/min，目标拉速0.6m/min；
    d、大规格管坯轧制：连铸坯加热至1260～1300℃，均热温度1240～1280℃，轧制成所需规格的圆管坯，经热锯切、堆垛缓冷即得。
  3. 【权利要求3】根据权利要求2所述N80级钢管用管坯的制造方法，其特征在于：步骤a脱硫铁水成分为C：4.73％、Si：0.134％、Mn：0.24％、P：0.067％、S：0.018％、其余为Fe。
  4. 【权利要求4】根据权利要求2所述N80级钢管用管坯的制造方法，其特征在于：步骤a铁水入炉时温度为1230～1500℃，脱氧剂成分为FeSi：15％、CaC2：85％，二次脱氧时Al线用量为200～300米。
  5. 【权利要求5】根据权利要求2所述N80级钢管用管坯的制造方法，其特征在于：步骤b高碱度精炼渣的主要成分为CaO：65％、Al2O3：1％、SiO2：4％、MgO：3％、CaF2：10％，用量为700～900kg。
  6. 【权利要求6】根据权利要求2所述N80级钢管用管坯的制造方法，其特征在于：钢水真空处理时，真空度≤3mbar的处理时间为10～15min。
  7. 【权利要求7】根据权利要求2所述N80级钢管用管坯的制造方法，其特征在于：步骤c铸坯断面尺寸为360mm×450mm。
  8. 【权利要求8】根据权利要求2所述N80级钢管用管坯的制造方法，其特征在于：步骤c浇铸过程采用结晶器电磁搅拌，电磁搅拌参数为600A，2.4Hz。
  9. 【权利要求9】根据权利要求2所述N80级钢管用管坯的制造方法，其特征在于：步骤d加热器为蓄热步进式加热炉。
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