CN102363863A

CN102363863A - 20Cr13马氏体不锈钢管坯及其制造方法

Info

Publication number: CN102363863A
Application number: CN2011102876558A
Authority: CN
Inventors: 金振华; 王雪根
Original assignee: Changshu Changjiang Stainless Steel Material Co Ltd
Current assignee: Changshu Changjiang Stainless Steel Material Co Ltd
Priority date: 2011-09-27
Filing date: 2011-09-27
Publication date: 2012-02-29

Abstract

一种 20Cr13 马氏体不锈钢管坯及其制造方法，其组成为： 0.16~0.25 质量 % 的碳、 12.00~14.00 质量 % 的铬、 0.35~0.68 质量 % 的硅、 0.32~0.62 质量 % 的锰、 <0.028 质量 % 的硫和 <0.032 质量 % 的磷，余量为铁。优点：由于化学元素的选择以及质量 % 含量合理，从而能理想地改善管坯的物理性能，在后续的冷拉制管过程中不会出现开裂而有助于保障成材率；提供的制造方法工艺步骤简练，相对于已有技术无需多次加热而有利于节能并且有益于减少材料损耗而节约资源；由于摒弃了已有技术中的结晶器制造管坯，因而有益于满足制管厂商对钢管的自主定尺长度要求。

Description

20Cr13马氏体不锈钢管坯及其制造方法

技术领域

本发明属于不锈钢材料及其制备技术领域，具体涉及一种20Cr13马氏体不锈钢管坯，并且还涉及其制造方法。

背景技术

随着石油和天然气的广泛应用，对于作为输送石油和天然气的载体的输送管道的要求也日趋严苛，具体表现为：要求具有理想的机械物理性能、拔萃的耐腐蚀性能、出色的抗氧化性能和优异的力学性能。

马氏体不锈钢无缝管通常被用作输送并不限于前述石油和天然气的管道，并且在已公开的中国专利文献中不乏见诸，略以例举的如CN100355914C推荐的马氏体不锈钢无缝管及其制造方法、CN100562617C介绍的马氏体不锈钢无缝管及其制造方法、CN1891398A提供的马氏体无缝钢管的制造方法、CN101845594A披露的一种马氏体不锈钢及其制造方法、CN102191436A公开的一种综合性能良好的马氏体不锈钢及其制造方法和CN102134688A公诸的一种超级高氮马氏体不锈钢及其制备方法，等等。

并不限于上述例举的专利文献公开的马氏体不锈钢存在着难以满足作为输送特殊介质的石油和天然气所要求的力学性能和耐腐蚀性能的通弊，并且由于化学成份组成有失合理而存在制管冷拉过程中会出现开裂而致成材率偏低的缺憾。

已有技术制备20Cr13不锈钢无缝异型钢管的管坯(棒材)的方法是：先由电炉冶炼，冶炼后浇铸或加工成电极棒；再经电渣重熔后加工成管坯(棒材)。如业界所知之理，电渣重熔是利用电流通过熔渣时产生的电阻热作为热源进行熔炼的方法，其目的是提纯金属并获得洁净组织均匀致密的钢锭，其原理是电流液态渣阻热将金属电极熔化，熔化的金属汇集成溶滴，滴落时穿过渣层进入金属熔池，然后于水冷结晶器中凝固成钢锭。由此而知，上述制备方法存在以下两处缺憾：一是制备周期长，在制备过程中需要多次加热，不仅能耗高，而且材料耗损大；二是由于结晶器小制成的管坯(棒材)短，故无法满足制管厂商的自动化生产线需求。也就是说，上述制备方法所得到的管坯料(棒材)难以与制管生产厂商的自动化生产线匹配，导致钢管制造效率低下。

鉴于上述已有技术，本申请人认为不仅有必要对不锈钢管的化学元素配方进行合理改进，而且有必要对不锈钢管坯的制造方法加以改进，下面将要介绍的技术方案便是在这种背景下产生的。

发明内容

本发明的任务在于提供一种化学元素及其质量百分含量合理的有助于显著改善机械物理性能而藉以避免在制管冷拉过程中出现开裂并提高钢管成材率的20Cr13马氏体不锈钢管坯。

本发明的另一任务在于提供一种有利于减少工艺环节而藉以体现节约能源、有益于减少材耗而藉以体现节约资源和有益于满足制管厂高对钢管所需的定尺长度要求的20Cr13马氏体不锈钢管坯的制造方法。

本发明的任务是这样来完成的，一种20Cr13马氏体不锈钢管坯，其组成为：0.16～0.25质量％的碳、12.00～14.00质量％的铬、0.35～0.68质量％的硅、0.32～0.62质量％的锰、＜0.028质量％的硫和＜0.032质量％的磷，余量为铁。

一种20Cr13马氏体不锈钢管坯，其组成为：0.16～0.20质量％的碳、12.10～12.50质量％的铬、0.50～0.68质量％的硅、0.38～0.60质量％的锰、0.001～0.003质量％的硫和0.022～0.026质量％的磷，余量为铁。

本发明的另一任务是这样来完成的，一种20Cr13马氏体不锈钢管坯的制造方法，包括以下步骤：

A)熔炼：将不锈钢废钢、碳素钢和铁合金投入中频炉内初炼，得到初炼钢水，对初炼钢水取样分析并且调整初炼钢水的化学元素的质量％含量，而后将初炼钢水转入精炼炉钢包精炼，并且在钢水的液面上覆盖渣料，在电极加热和钢包底吹氩气搅拌下精炼，控制精炼温度和时间，得到经精炼的待浇铸钢水，并且对精炼的待浇铸钢水取样分析并且进而调整精炼的待浇铸钢水的化学元素的质量％含量；

B)浇铸：先对钢模预热，再将待浇铸钢水浇入钢模内，得到钢锭；

C)热轧管坯：将钢锭装入加热炉中加热，控制加热温度，钢锭出炉后送入热轧机轧制，得到热轧棒材，并且控制热轧棒材的外径公差；

D)退火：将热轧管坯料装入退火炉中退火，控制退火温度和控制退火时间，而后随炉冷却，出炉后自然冷却至常温，得到用于制造不锈钢管的20Cr13马氏体不锈钢管坯。

在本发明的一个具体的实施例中，步骤A)中所述的对初炼钢水取样分析并且调整初炼钢水的化学元素的质量％含量是将化学元素的质量％含量调整为：0.17质量％的碳、12.30质量％的铬、0.65质量％的硅、0.45质量％的锰、0.003质量％的硫和0.032质量％的磷，余量为铁。

在本发明的另一个具体的实施例中，步骤A)中所述的控制精炼温度和时间是将精炼温度和时间分别控制为1560-1585℃和40-45min。

在本发明的又一个具体的实施例中，步骤A)中所述的对精炼的待浇铸钢水取样分析并且进而调整精炼的待浇铸钢水的化学元素的质量％含量是将化学元素的质量％含量进而且调整为：0.18质量％的碳、12.35质量％的铬、0.63质量％的硅、0.45质量％的锰、0.003质量％的硫和0.025质量％的磷，余量为铁。

在本发明的再一个具体的实施例中，步骤A)中所述的渣料的覆盖量为钢水重量的2.5-3.0％，所述渣料由氧化钙与氟化钙组成，氧化钙与氟化钙的重量份比为4-4.5∶1，所述的钢包底吹氩气为连续底吹氩气，氩气的压力为0.2-0.4Mpa，Ar气的流量为3-4.5m³/h。

在本发明的还有一个具体的实施例中，步骤B)中所述的对钢模预热的预热温度为80-120℃。

在本发明的更而一个具体的实施例中，步骤C)中所述的控制加热温度是将加热温度控制为1130-1165℃；所述的控制热轧棒材的外径是将外径公差控制为+0.05mm。

在本发明的进而一个具体的实施例中，步骤D)中所述的控制退火温度和控制退火时间是将退火温度和退火时间分别控制为820-880℃和8-10h；所述的随炉冷却的温度为400-430℃。

本发明提供的技术方案由于化学元素的选择以及质量％含量合理，从而能理想地改善管坯的物理性能，在后续的冷拉制管过程中不会出现开裂而有助于保障成材率；提供的制造方法工艺步骤简练，相对于已有技术无需多次加热而有利于节能并且有益于减少材料损耗而节约资源；由于摒弃了已有技术中的结晶器制造管坯，因而有益于满足制管厂商对钢管的自主定尺长度要求。

具体实施方式

实施例1：

A)将不锈钢废钢、碳素钢废钢、铁合金投入中频炉初炼，得到初炼的钢水，对初炼的钢水取样分析并且将钢水的化学元素的质量％含量调整为：0.17质量％的碳(C)、12.30质量％的铬(Cr)、0.65质量％的硅(Si)、0.45质量％的锰(Mn)、0.003质量％的硫(S)和0.023质量％的磷(P)，余量为铁(Fe)。将上述并且经调整化学元素的质量％含量的初炼的钢水倒入(转入)LF炉精炼钢包精炼，在钢水的表面(液面)上覆盖渣料，即在钢水的液面上覆盖渣料层，渣料由氧化钙(也称生石灰<CaO>)与氟化钙(也称莹石<CaF₂>)组成，CaO与CaF₂的重量份配比4∶1，前述的渣料的投量为钢水重量的2.5％，在电极加热和钢包底吹Ar气搅拌精炼，具体是从液态原料即钢水的底部连续向上吹Ar气，Ar气的压力控制为0.35MPa，Ar气的流量控制为3m³/h使钢水中的杂质易于被钢液面上的渣层吸收，经1568℃及42min的精炼，得到经精炼的待浇铸钢水，并且对待浇铸钢水的化学元素的质量％含量：0.18质量％的碳(C)、12.35质量％的铬(Cr)、0.63质量％的硅(Si)、0.45质量％的锰(Mn)、0.003质量％的硫(S)和0.025质量％的磷(P)，余量为铁(Fe)。在精炼过程中，使钢水中的气体、非金属杂质以及有害化学元素(S)等得到有效去除，并且使钢水的合金元素和钢水温度更趋于均匀；

B)浇铸：将由步骤A)得到的待浇铸钢水浇入经预选预热到90-110℃的钢锭模内，得到钢锭；

C)热轧管坯(棒材)：先将由步骤B)得到的钢锭装入加热炉中加热，加热温度为1165℃。而后将出加热炉的钢锭送入热轧机轧制成管坯(棒材)料，即得到热轧棒材，管坯的直径(外径)公差控制在+0.05，-0.00mm。

D)退火：将步骤C)得到的热轧棒材放入退火炉中退火，加热至860℃保温9h。退火结束后在退火炉中随炉冷却至430℃时出炉，出炉后再自然冷却至常温，得到用于制备不锈钢管的20Cr13马氏体不锈钢管坯。

实施例2：

仅将步骤A)中的精炼温度改为1585℃，精炼时间改为40min，将CaO与CaF₂的重量份比改为4.5∶1，将渣料的重量改为钢水重量的3％，将氩气的压力改为0.2MPa，流量改为4.5m³/h；将步骤B)中的钢模预热温度改为100-120℃；将步骤C)的加热温度改为1135℃；将步骤D)中的退火温度和时间分别改为880℃和8h。其余均同对实施例1的描述。

实施例3：

仅将步骤A)中的精炼温度改为1560℃，精炼时间改为45min，将CaO与CaF₂的重量份比改为4.2∶1，将渣料的重量改为钢水重量的2.75％，将氩气的压力改为0.3MPa，流量改为4m³/h；将步骤B)中的钢模预热温度改为80-90℃；将步骤C)的加热温度改为1150℃；将步骤D)中的退火温度和时间分别改为820℃和10h。其余均同对实施例1的描述。

由上述实施方式所得到的本发明的20Cr13马氏体不锈钢管坯与已有技术相比具有下表所示的技术效果

Claims

1.一种20Cr13马氏体不锈钢管坯，其特征在于其组成为：0.16~0.25质量%的碳、12.00~14.00质量%的铬、0.35~0.68质量%的硅、0.32~0.62质量%的锰、<0.028质量%的硫和<0.032质量%的磷，余量为铁。

2.一种20Cr13马氏体不锈钢管坯，其特征在于其组成为：0.16~0.20质量%的碳、12.10~12.50质量%的铬、0.50~0.68质量%的硅、0.38~0.60质量%的锰、0.001~0.003质量%的硫和0.022~0.026质量%的磷，余量为铁。

3.一种如权利要求1所述的20Cr13马氏体不锈钢管坯的制造方法，其特征在于包括以下步骤：

A）熔炼：将不锈钢废钢、碳素钢和铁合金投入中频炉内初炼，得到初炼钢水，对初炼钢水取样分析并且调整初炼钢水的化学元素的质量%含量，而后将初炼钢水转入精炼炉钢包精炼，并且在钢水的液面上覆盖渣料，在电极加热和钢包底吹氩气搅拌下精炼，控制精炼温度和时间，得到经精炼的待浇铸钢水，并且对精炼的待浇铸钢水取样分析并且进而调整精炼的待浇铸钢水的化学元素的质量%含量；

B）浇铸：先对钢模预热，再将待浇铸钢水浇入钢模内，得到钢锭；

C）热轧管坯：将钢锭装入加热炉中加热，控制加热温度，钢锭出炉后送入热轧机轧制，得到热轧棒材，并且控制热轧棒材的外径公差；

D）退火：将热轧管坯料装入退火炉中退火，控制退火温度和控制退火时间，而后随炉冷却，出炉后自然冷却至常温，得到用于制造不锈钢管的20Cr13马氏体不锈钢管坯。

4.根据权利要求3所述的20Cr13马氏体不锈钢管坯的制造方法，其特征在于步骤A）中所述的对初炼钢水取样分析并且调整初炼钢水的化学元素的质量%含量是将化学元素的质量%含量调整为：0.17质量%的碳、12.30质量%的铬、0.65质量%的硅、0.45质量%的锰、0.003质量%的硫和0.032质量%的磷，余量为铁。

5.根据权利要求3所述的20Cr13马氏体不锈钢管坯的制造方法，其特征在于步骤A）中所述的控制精炼温度和时间是将精炼温度和时间分别控制为1560-1585℃和40-45min。

6.根据权利要求3所述的20Cr13马氏体不锈钢管坯的制造方法，其特征在于步骤A）中所述的对精炼的待浇铸钢水取样分析并且进而调整精炼的待浇铸钢水的化学元素的质量%含量是将化学元素的质量%含量进而且调整为：0.18质量%的碳、12.35质量%的铬、0.63质量%的硅、0.45质量%的锰、0.003质量%的硫和0.025质量%的磷，余量为铁。

7.根据权利要求3所述的20Cr13马氏体不锈钢管坯的制造方法，其特征在于步骤A）中所述的渣料的覆盖量为钢水重量的2.5-3.0%，所述渣料由氧化钙与氟化钙组成，氧化钙与氟化钙的重量份比为4-4.5∶1，所述的钢包底吹氩气为连续底吹氩气，氩气的压力为0.2-0.4MPa，Ar气的流量为3-4.5m ³ /h。

8.根据权利要求3所述的20Cr13马氏体不锈钢管坯的制造方法，其特征在于步骤B）中所述的对钢模预热的预热温度为80-120℃。

9.根据权利要求3所述的20Cr13马氏体不锈钢管坯的制造方法，其特征在于步骤C）中所述的控制加热温度是将加热温度控制为1130-1165℃；所述的控制热轧棒材的外径是将外径公差控制为+0.05㎜。

10.根据权利要求3所述的20Cr13马氏体不锈钢管坯的制造方法，其特征在于步骤D）中所述的控制退火温度和控制退火时间是将退火温度和退火时间分别控制为820-880℃和8-10h；所述的随炉冷却的温度为400-430℃。