CN103160746A

CN103160746A - 一种高强度厚壁输水管用钢及其制造方法

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Publication number: CN103160746A
Application number: CN2011104185198A
Authority: CN
Inventors: 黄国建; 黄明浩; 徐烽; 孔祥磊; 张禄林; 马小军
Original assignee: Angang Steel Co Ltd
Current assignee: Angang Steel Co Ltd
Priority date: 2011-12-14
Filing date: 2011-12-14
Publication date: 2013-06-19

Abstract

本发明提供了一种高强度厚壁输水管用钢，C 0.040％-0.070％、Si 0.10％-0.40％、Mn 1.50％-1.65％、Nb 0.050％-0.080％、V0.030％-0.050％、Cr 0.20％-0.30％、Ti 0.005％-0.025％、Als0.015％-0.050％、P≤0.020％、S≤0.008％、N≤0.008％，O≤0.002％，其余为Fe和不可避免的杂质。连铸制成连铸板坯在500-850℃温度直接进行热装炉加热，连铸板坯经步进式加热炉加热至1150-1230℃出炉，随后经粗轧及精轧机组两阶段控制轧制，粗轧的开轧温度为1180-1100℃，粗轧的终轧温度为1010-960℃，精轧的开轧温度为980-920℃，精轧的终轧温度为780-850℃，精轧的压缩比大于60％；随后钢带采用层流冷却方式以10-20℃/s的速度进行快速冷却；在500-580℃温度进行卷取。

Description

一种高强度厚壁输水管用钢及其制造方法

技术领域

本发明属于高强度低合金钢制造技术领域，特别是涉及一种高强度、厚壁输水螺旋焊管用钢及其制造方法。

背景技术

随着我国水资源的逐渐紧张，严重影响各个城市的经济发展和人们生产生活，为此，各级政府开始兴建大型长距离饮水工程，其中管道占很大部分。大直径输水管道的材质通常包括球钢管、铸铁管、预应力钢筒混凝土管和玻璃纤维增强塑料夹砂管等。在实际应用中，钢管表现最好。爆裂、漏水虽然也有发生，但较灰铸铁管、混凝土压力管少得多。

与其他材质相比，钢管具有强度高，承受工作压力较高；管材管件易加工；敷设方便，对复杂地形地段的适应性强；质量高，寿命长；壁厚薄，成本低；输水过程中水量的损耗少；适用于高质量要求的重大工程。钢管可分为螺旋焊管、直缝焊管和无缝管，其中只有螺旋焊管较适用于大口径管道，且生产成本低。

目前我国输水管线领域中，球铁管、玻璃钢管、混凝土压力管等产品都已经系列化，只有钢管例外。钢管不仅没有达到产品系列化，而且钢管制造商多数还是以平端钢管的半成品方式供货。另外，目前国内外对输水螺旋焊管用钢的研究不多，对于高强度厚壁大口径的输水螺旋焊管用钢更是少见。

目前国内外公开关于高强度输水管用钢相近的资料有6篇，具体情况如下：

专利1(公开号EP1325967A1)，其成分设计见表1。

表1专利1成分设计(wt，％)

其工艺为，板坯加热到1000-1250℃后进行轧制，终轧温度在Ar3以上，冷却速度大于2℃/s，终冷温度在550-700℃。

此专利的成分设计中，添加一定量贵重金属Mo，合金成本偏高。

专利2(公开号US2003180174A1)、专利3(公开号US2006201592A1)、专利4(公开号WO03006699A1)，成分工艺与专利1基本相同，同样存在合金成本偏高的问题。

专利5(公开号JP63042358A)，其成分设计见表2。

表2专利5成分设计(wt，％)

此专利为不锈钢的成分设计，Ni、Cr含量过高，合金成本高。

论文1“螺旋埋弧焊管用X65级20.62mm热轧卷板的开发”，其X65为武钢开发，具体成分见表3。

表3论文1成分(wt，％)

C	Si	Mn	P	S	Cr+Ni+Mo+Cu	Nb+V+Ti	Ceq
								0.072	0.285	≤1.60	0.014	0.0012	0.443	0.117	0.374

轧制工艺为板坯加热温度小于等于1250℃，终轧温度680℃以下，卷取温度在650℃以下。

此文献的成分设计中，添加贵重合金Cr、Ni、Mo、Cu，造成合金成本偏高。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于解决现有技术中添加贵重合金元素(Mo、Ni等)较多，生产成本高等技术问题，提供一种低成本生产高强度厚壁输水管用钢及其制造方法，特别是高强度厚壁大口径输水螺旋焊管用钢及其制造方法。

本发明通过如下技术方案实现：

本发明的技术方案之一是：提出一种高强度厚壁输水管用钢，其特征在于化学成分按重量百分比为：C 0.040％-0.070％、Si0.10％-0.40％、Mn 1.50％-1.65％、Nb 0.050％-0.080％、V0.030％-0.050％、Cr 0.20％-0.30％、Ti 0.005％-0.025％、Als0.015％-0.050％、P≤0.020％、S≤0.008％、N≤0.008％，O≤0.002％，其余为Fe和不可避免的杂质。

本发明高强度钢的成分设计思想是采用低碳C-Mn-Nb-V系复合微合金化合金设计，并适量加入Cr等合金元素，结合热机械轧制技术得均匀细小的针状铁素体的复相组织，以保证输水用钢的高强韧性。其主要的基本元素和作用如下：

C：0.040％-0.070％，碳为碳化物形成元素，是保证强度的最经济、最有效元素，通过固溶强化和析出强化对提高钢的强度有明显作用，但是提高C含量对钢的延性、韧性和焊接性有负面影响，低碳保证钢具有良好低温韧性、良好焊接性能等

Mn：1.50％-1.65％，锰具有固溶强化作用，可降低γ-α相变温度，进而细化铁素体晶粒，有效保证钢的强度。同时高锰促进针状铁素体形核，高Mn/C可提高钢材屈服强度和冲击韧性，降低韧脆转变温度。但锰含量过大，可增加连铸坯的中心偏析倾向，影响热轧钢材的组织均匀性。

Nb：0.050％-0.080％，铌是现代微合金化钢中最主要的元素之一，对晶粒细化的作用十分明显。通过热轧过程中NbC应变诱导析出阻碍形变奥氏体的回复、再结晶，经控制轧制和控制冷却使精轧阶段非再结晶区的形变奥氏体组织在相变时转变为细小的相变产物，以使钢具有更高强度和高韧性。Nb还通过析出强化提高钢的强度，降低碳含量可以提高板坯再加热时Nb在高温奥氏体中的固溶度，可充分发挥随后控制轧制过程中Nb对晶粒细化和析出强化的作用。

V：0.030％-0.050％，钒形成C、N化物，具有细化晶粒、提高强度的作用，可以改善钢的强韧性。同时Nb和V复合添加，既能大幅度提高钢的强韧性，有能改善铌钢的高温热塑性。

Cr：0.20-0.30％，铬能够有效提高淬透性，具有降低γ-α相变温度，抑制多边形铁素体和珠光体的产生，促进在中温和低温区内形成晶内有大量位错分布的铁素体或贝氏体，提高Nb和V在铁素体中的沉淀硬化效果，提高钢材的强度和断裂韧性，同时可改善钢的耐蚀性。

Ti：0.005％-0.025％，钛是强的固氮元素，Ti/N的化学计量比为3.42，加入0.015％左右Ti时，可在板坯连铸时形成高温稳定细小的TiN析出相，这种细小的TiN析出相可有效阻止连铸坯在加热过程中奥氏体晶粒的长大，有助于提高Nb在奥氏体中的固溶度，同时对改善钢焊接时热影响区的韧性有明显作用。

Als：0.015％-0.050％，铝一方面作为强脱氧剂加入，另一方面可细化晶粒，改善钢的韧性，钢中酸溶铝含量低于0.01％时作用不足，高于0.05％作用已饱和，并开始损害钢的高温强韧性。

P：≤0.020％，磷在晶界偏析，升高韧脆转变温度，降低钢的韧性。

S：≤0.008％，硫与锰等易形成MnS非硬质夹杂，在加工过程中沿轧制方向发生延伸变形，破坏材料基体的连续性，降低钢的韧性指标。

N、O：氮、氧作为钢中的有害元素，影响钢的韧性，需适当限定。

本发明的技术方案之二是，提出一种采用中等厚度板坯连铸连轧生产工艺低成本生产制造490MPa钢级厚壁输水管线用钢热轧卷板的制造方法。其生产工艺流程涉及：铁水预处理-转炉冶炼-炉外精炼(LF+钙处理)-连铸-板坯加热-轧制-层流冷却-卷取。其特征是：

1)冶炼连铸工艺：铁水预处理，转炉冶炼——经顶吹或顶底复合吹炼，炉外精炼——经LF炉轻脱硫处理及进行钙处理以控制夹杂物形态和提高钢的延展性、韧性和冷弯性能，板坯连铸制成连铸板坯——连铸采用动态轻压下、以提高连铸板坯的质量，应用中等厚度板坯(大于130mm)。厚连铸坯，明显薄于目前国内外主要应用的250mm左右厚连铸坯，其凝固冷却速率远远大于传统的厚板坯，二次枝晶间距大幅度减小。

2)轧制工艺：连铸板坯在500-850℃温度直接进行热装炉加热，连铸板坯经步进式加热炉加热至1150-1230℃出炉，随后经粗轧及精轧机组两阶段控制轧制，粗轧的开轧温度为1180-1100℃，粗轧的终轧温度为1010-960℃，使原始奥氏体发生充分再结晶。精轧的开轧温度为980-920℃，精轧的终轧温度为780-850℃，精轧的压缩比大于60％。随后厚度大于15mm钢带采用层流冷却方式以10-20℃/s的速度进行快速冷却，在500-580℃温度进行卷取，获得高强度输水用钢。

本发明的有益效果主要体现在：

1)采用低碳C-Mn-Nb-V系复合微合金化合金设计，并适量加入Cr等合金元素，结合热机械轧制技术得均匀细小的针状铁素体的复相组织，以保证输水用钢的高强韧性和良好的焊接性能。

2)本发明产品及制造方法可用于厚度大于15mm规格高强度高韧性输水管线用钢热轧板卷，可满足屈服强度不小于490MPa级、0℃冲击功大于200J的使用需求，制成钢管应用于输水管线工程。

3)本发明产品的制造工艺易于实现，产品性能具有高强度、高韧性，以及良好的焊接性能，可低成本生产，产品性能稳定性好。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进一步说明：

试验钢化学成分见表4，试验钢工艺制度见表5，试验钢力学性能见表6。

表4试验钢化学成分(wt，％)

实施例	C	Si	Mn	P	S	Cr	Nb	V	Ti	Als	N
												1	0.065	0.27	1.56	0.013	0.002	0.25	0.077	0.031	0.006	0.025	0.006
2	0.043	0.16	1.63	0.012	0.003	0.25	0.074	0.041	0.014	0.040	0.004

3	0.070	0.25	1.52	0.012	0.004	0.21	0.070	0.040	0.022	0.035	0.005
												4	0.059	0.17	1.57	0.014	0.002	0.29	0.059	0.034	0.016	0.022	0.004
5	0.066	0.12	1.53	0.012	0.003	0.25	0.065	0.041	0.014	0.036	0.006
												6	0.070	0.38	1.52	0.016	0.003	0.26	0.052	0.048	0.020	0.045	0.003

表5试验钢工艺制度

表6试验钢力学性能

由表4-6可见，采用本发明的钢种和制造工艺，可以生产出屈服强度级别满足490MPa钢级综合性能要求的输水管线用钢热轧板卷。

Claims

1.一种高强度厚壁输水管用钢，其特征在于化学成分按重量百分比为：C 0.040％-0.070％、Si 0.10％-0.40％、Mn 1.50％-1.65％、Nb0.050％-0.080％、V 0.030％-0.050％、Cr 0.20％-0.30％、Ti0.005％-0.025％、Als 0.015％-0.050％、P≤0.020％、S≤0.008％、N≤0.008％，O≤0.002％，其余为Fe和不可避免的杂质。

2.一种根据权利要求1所述的高强度厚壁输水管用钢制造方法，包括铁水预处理-转炉冶炼-炉外精炼-连铸-板坯加热-轧制-层流冷却-卷取，其特征在于：所述连铸制得的板坯在500-850℃温度直接进行热装炉加热，至1150-1230℃出炉，随后经粗轧及精轧机组两阶段控制轧制，粗轧的开轧温度为1180-1100℃，粗轧的终轧温度为1010-960℃，精轧的开轧温度为980-920℃，精轧的终轧温度为780-850℃，精轧的压缩比大于60％；随后钢带采用层流冷却方式以10-20℃/s的速度进行快速冷却；在500-580℃温度进行卷取。

3.根据权利要求2所述的高强度厚壁输水管用钢制造方法，连铸制成连铸板坯厚度大于130mm。