CN103131963B - 低温用无缝钢管材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低温用无缝钢管材料，其质量百分的化学成分：C0.08～0.12；Si0.2～0.35；Mn0.4～0.6；Ni3.3～3.8；Mo≤0.1；Cr≤0.1；S≤0.01；P≤0.02；V0.002～0.005；其余为Fe，各成分质量分数共计为100％。本发明还公开了一种低温用无缝钢管材料的制备方法。本发明具有独特的生产工艺，生产效率高、成本低、生产工艺节能环保，所生产的无缝钢管具有很好的耐低温韧性。
Description
技术领域
本发明涉及一种冶金材料技术，具体说，涉及一种低温用无缝钢管材料的制备方法。
背景技术
近年来，随着低温设备用钢需求不断加大，低温用钢的生产及性能的控制成为人们关注的问题。众所周知，一般结构钢随温度的降低将发生由韧性到脆性的转变。如果结构或容器在转折温度或脆性状态下使用，即使在较低的应力水平下，也难免不发生低应力脆性破坏。因此，世界各国对低温下使用的材料，除要求一定的强度外，还要求有足够的韧性。从国外有关低温铸钢标准上看，要达到铸钢的成分要求并不难。但是，仅使其成分符合标准要求是不能保证在-100℃下的低温冲击韧性达到标准要求的。
发明内容
本发明所解决的技术问题是提供一种低温用无缝钢管材料，具有很好的耐低温韧性。
技术方案如下：
一种低温用无缝钢管材料，其质量百分的化学成分：C0.08～0.12；Si0.2～0.35；Mn0.4～0.6；Ni3.3～3.8；Mo≤0.1；Cr≤0.1；S≤0.01；P≤0.02；V0.002～0.005；其余为Fe，各成分质量分数共计为100％。
进一步，其质量百分的化学成分：C为0.106，S为0.008，Si为0.259为，Mn为0.514，P为0.013，Cr为0.023，Mo小于0.005，V为0.004，Ni为3.45。
进一步，其质量百分的化学成分：C为0.104，S为0.008，Si为0.258为，Mn为0.516，P为0.014，Cr为0.022，Mo小于0.005，V为0.005，Ni为3.42。
进一步，其质量百分的化学成分：C为0.088，S为0.009，Si为0.266为，Mn为0.471，P为0.013，Cr为0.015，Mo小于0.005，V为0.003，Ni为3.52。
进一步，其质量百分的化学成分：C为0.104，S为0.010，Si为0.274为，Mn为0.514，P为0.015，Cr为0.027，Mo小于0.005，V为0.003，Ni为3.51。
本发明所解决的另一个技术问题是提供一种低温用无缝钢管材料的制备方法，生产效率高、成本低、节能环保，所生产的无缝钢管具有很好的耐低温韧性。
技术方案如下：
一种低温用无缝钢管材料的制备方法，包括炼钢生产过程、无缝钢管的轧制过程和轧态无缝钢管热处理过程；生产得到的低温用无缝钢管材料质量百分的化学成分：C0.08～0.12；Si0.2～0.35；Mn0.4～0.6；Ni3.3～3.8；Mo≤0.1；Cr≤0.1；S≤0.01；P≤0.02；V0.002～0.005；其余为Fe，各成分质量分数共计为100％。
进一步，炼钢生产过程包括：铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、VD脱气和圆坯连铸；冶炼采用脱硫铁水，硅铁、锰铁等合金采用脱氧合金化，单渣工艺，终渣碱度按3.0控制，转炉终点成分控制碳不小于0.03％，磷不大于0.01％，钢水温度控制在1600℃以上，出钢过程加入白灰块100～300kg；LF精炼采用单精炼生产，全过程按精炼正常吹氩，根据转炉钢水成分及温度进行造渣脱硫、钢水升温及成分调整，同时加入镍板；VD真空度≤0.10kPa，深真空时间≥13min，真空后喂硅钙线，之后进行软吹，软吹时间大于13分钟；连铸采用电磁搅拌方式，过冷度ΔT≤30℃，拉速控制在0.8～1.0m/min。
进一步，炼钢生产过程包括：无缝钢管的轧制过程包括：圆坯锯切、加热、穿孔、轧管、张力减径、取样、冷却、切头尾、矫直、检查、包装、过磅和入库；其圆坯穿孔时温度为1250～1280℃；轧管时温度为1180～1220℃；定张减时温度为820～860℃。
进一步，轧态无缝钢管热处理过程中，在850℃±50℃正火，保温40～80分钟，620℃±30℃回火，保温50～80分钟。
进一步，生产得到的低温用无缝钢管材料质量百分的化学成分，C为0.106，S为0.008，Si为0.259为，Mn为0.514，P为0.013，Cr为0.023，Mo小于0.005，V为0.004，Ni为3.45；或者，C为0.104，S为0.008，Si为0.258为，Mn为0.516，P为0.014，Cr为0.022，Mo小于0.005，V为0.005，Ni为3.42；或者，C为0.088，S为0.009，Si为0.266为，Mn为0.471，P为0.013，Cr为0.015，Mo小于0.005，V为0.003，Ni为3.52；或者C为0.104，S为0.010，Si为0.274为，Mn为0.514，P为0.015，Cr为0.027，Mo小于0.005，V为0.003，Ni为3.51。
本发明技术效果包括：
本发明提供了一种低温用无缝钢管材料，Ni使钢具有较好的低温韧性，钒细化组织晶粒，提高强度和韧性，用其制备的无缝钢管具有很好的低温韧性。本发明低温用无缝钢管材料具有独特的生产工艺，生产效率高、成本低、生产工艺节能环保，所生产的无缝钢管具有很好的耐低温韧性，经济效益好，适合于大规模生产，有良好的推广价值。
具体实施方式
对含镍量在3.5％左右的低温钢在我国目前只是制订了相关产品标准，工业性生产还不成熟，我国至今仍进口设备或进口钢材，在这种大环境下，本发明在分析国外标准和一些进口产品实际成分的基础上，在标准要求的范围内对钢种成分进行了调整，来保证通过良好的热处理后低温韧性达到标准要求。
本发明的目的是通过如下措施来实现的：
本发明是利用钢中加入合金元素镍，使其固溶于铁素体，使基体的低温韧性得到显著的改善，改变体心立方晶格的金属材料共有的低温转脆现象，其使用温度可以达到-100℃以下。同时加入适量细化晶粒、改善钢种机械性能的元素，从而生产出具有良好强度、低温韧性的无缝钢管。
钢材的冶炼生产工艺为：
钢材冶炼连铸工艺流程为铁水预处理→转炉冶炼→LF精炼→VD脱气→圆坯连铸。其中冶炼采用100吨顶底复吹转炉，采用脱硫铁水，硅铁、锰铁等合金采用脱氧合金化，单渣工艺，终渣碱度按3.0控制，转炉终点成分控制碳不小于0.03％，磷不大于0.01％，钢水温度控制在1600℃以上，出钢过程加入白灰块100～300kg。LF精炼采用单精炼生产，全过程按精炼正常吹氩，根据转炉钢水成分及温度进行造渣脱硫、钢水升温及成分调整，同时加入镍板。VD真空度≤0.10kPa，深真空时间≥13min，真空后喂硅钙线150米，之后进行软吹，软吹时间大于13分钟。连铸采用电磁搅拌方式，过冷度ΔT≤30℃，拉速控制在0.8～1.0m/min恒定拉速，冷却采用堆垛冷却方式。
LF炉(LADLEFURNACE)即钢包精炼炉，是钢铁生产中主要的炉外精炼设备。VD型钢包精炼炉是在真空下吹氧、脱碳、真空除气、真空下合金成分微调，主要用于精炼超低碳钢和电工纯铁等；VD型钢包精炼炉可对钢水进行一般的真空脱气处理及真空下合金成分微调。
经检测，各实例(样品)化学成分如表1所示。
表1各实例成分(质量百分数/％)
无缝钢管的轧制工艺为：圆坯→锯切→加热→穿孔→轧管→张力减径→取样→冷却→切头尾→矫直→检查→包装→过磅→入库。其圆坯穿孔时温度为1250～1280℃；轧管时温度为1180～1220℃；定张减时温度为820～860℃。应用Ф400机组轧制规格为Φ325mm×20mm的无缝钢管。
轧态无缝钢管热处理工艺为：热处理工艺为850℃±50℃正火，保温40～80分钟，620℃±30℃回火，保温50～80分钟，得到低温用无缝钢管材料。
热处理后金相组织检验结果如表2所示。
表2各实例金相组织
注：表中P珠光体，F为铁素体
从表2可以发现，各实例夹杂物细小、分布均匀，组织结构适宜，晶粒细小。
由于轧制和热处理对其影响甚微，所以经上述过程生产的低温用无缝钢管材料，其材料的质量百分化学成分：C0.08～0.12；Si0.2～0.35；Mn0.4～0.6；Ni3.3～3.8；Mo≤0.1；Cr≤0.1；S≤0.01；P≤0.02；V0.002～0.005；其余为Fe，各成分质量分数共计为100％。该材料成分的主要合金元素Ni使钢具有较好的低温韧性，V细化组织晶粒，提高强度和韧性；P是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，因此应控制钢中磷含量。
热处理后的力学性能如表3所示。
表3各实例力学性能
从表3可以看出，各实例的材料具有良好强度、延伸率及低温冲击韧性，用其制备的无缝钢管，具有很好的耐低温性。各项性能满足苛刻条件下低用无缝钢管的要求。
Claims (2)
1.一种低温用无缝钢管材料的制备方法，其特征在于，包括炼钢生产过程、无缝钢管的轧制过程和轧态无缝钢管热处理过程；炼钢生产过程包括：铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、VD脱气和圆坯连铸；冶炼采用脱硫铁水，采用硅铁、锰铁合金脱氧合金化，单渣工艺，终渣碱度按3.0控制，转炉终点成分控制碳不小于0.03％，磷不大于0.01％，钢水温度控制在1600℃以上，出钢过程加入白灰块100～300kg；LF精炼采用单精炼生产，全过程按精炼正常吹氩，根据转炉钢水成分及温度进行造渣脱硫、钢水升温及成分调整，同时加入镍板；VD真空度≤0.10kPa，深真空时间≥13min，真空后喂硅钙线，之后进行软吹，软吹时间大于13分钟；连铸采用电磁搅拌方式，过冷度ΔT≤30℃，拉速控制在0.8～1.0m/min；无缝钢管的轧制过程包括：圆坯锯切、加热、穿孔、轧管、张力减径、取样、冷却、切头尾、矫直、检查、包装、过磅和入库；其圆坯穿孔时温度为1250～1280℃；轧管时温度为1180～1220℃；定张减时温度为820～860℃；轧态无缝钢管热处理过程中，在850℃±50℃正火，保温40～80分钟，620℃±30℃回火，保温50～80分钟；生产得到的低温用无缝钢管材料质量百分的化学成分：C0.08～0.12；Si0.2～0.35；Mn0.4～0.6；Ni3.3～3.8；Mo<0.005；Cr0.015～0.1；S≤0.01；P≤0.02；V0.002～0.005；其余为Fe，各成分质量分数共计为100％。
2.如权利要求1所述的低温用无缝钢管材料的制备方法，其特征在于：生产得到的低温用无缝钢管材料质量百分的化学成分，C为0.106，S为0.008，Si为0.259为，Mn为0.514，P为0.013，Cr为0.023，Mo小于0.005，V为0.004，Ni为3.45；或者，C为0.104，S为0.008，Si为0.258为，Mn为0.516，P为0.014，Cr为0.022，Mo小于0.005，V为0.005，Ni为3.42；或者，C为0.088，S为0.009，Si为0.266为，Mn为0.471，P为0.013，Cr为0.015，Mo小于0.005，V为0.003，Ni为3.52；或者C为0.104，S为0.010，Si为0.274为，Mn为0.514，P为0.015，Cr为0.027，Mo小于0.005，V为0.003，Ni为3.51。
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