CN103757560A - 一种大口径高强度机械用无缝钢管及其tmcp生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种大口径高强度机械用无缝钢管及其TMCP生产方法。其组分和质量百分比为：C：0.08～0.12%，Si:0.17～0.37%,Mn:1.4～1.75%,P≤0.020%,S≤0.015%,V:0.05～0.09%,Nb+Ti:0.065～0.09%,Ni≤0.10%,Cu≤0.15%,Mo:0.20%～0.40%,Cr≤0.25%，Al:0.015～0.045%,Al/N≥2，其余为Fe和微量杂质元素。生产工艺:冶炼并连铸成圆管坯；对连铸坯进行加热、穿孔、轧制、回转定径；控制冷却；自然冷却至室温，待用。本发明与国内外传统的无缝钢管生产方式，具有更大的轧制比，更稳定的机械性能和良好的低温冲击性能，采用TMCP生产方法，工艺简单，生产效率高，并且能生产中厚壁无缝钢管，传统工艺生产高强度厚壁无缝钢管时往往机械性能难以合格。
Description
技术领域
本发明涉及到一种大口径高强度机械用无缝钢管及其生产方法，具体是采用TMCP生产方法生产的高强度大口径中厚壁钢管的生产方法。
背景技术
高强度工程机械用钢管主要用于制造工程机械结构件，受服役条件和焊接工艺的限制，这类用途的钢管需要材料具有足够的强度、塑性和焊接性能，以适应极端恶劣环境下野外作业。高强度钢管的性能水平对于提高工程机械的能力和效率、延长使用寿命、减轻设备自重、降低能耗有着重要作用，对于工程机械行业尤为重要。随着工程机械向大型化和轻型化方向发展，对工程机械用钢管综合性能提出了更高要求，正逐步向更高钢级和更高韧性要求发展，市场需求量也在逐年增加。
传统的高强度工程机械用无缝钢管的生产一般采用穿孔+连轧+定径、穿孔+磨削（机加工）、穿孔+热扩管的生产，这些生产方式都存在一定的弊端，如：连轧机组的规格较小，国内最大的连轧管机组为某厂的Φ460机组；穿孔+磨削或热扩管的工艺生产，轧制变形量太小，钢管的工艺性能较差，且热扩管缺陷较多，因此这些生产方式都制约了大口径高强度工程机械用无缝钢管向更高钢级和更高要求的方向发展。
发明内容
本发明为解决工程机械用无缝钢管的高钢级开发，生产一种更高钢级工程机械用无缝钢管：屈服强度≥690Mpa，抗拉强度≥770Mpa，延伸率≥14%，-40°C冲击功≥40J。
为此本发明采用下述技术方案：
其组分和质量百分比为：C：0.08～0.12%，Si:0.17～0.37%, Mn:1.4～1.75%,P≤0.020%,S≤0.015%,V:0.05～0.09%, Nb+Ti:0.065～0.09%,Ni≤0.10%,Cu≤0.15%,Mo:0.20%～0.40%,Cr≤0.25%,Al:0.015～0.045%,Al/N≥2，其余为Fe和微量杂质元素。
采用TMCP的方法生产，包括以下步骤：
① 上述钢种组成元素重量成分配料冶炼，电炉或转炉炼钢，经LF精炼完后的钢水经过VD真空除气，喂入钙丝控制夹杂物形态，随后喂入钛丝，后上连铸平台进行连铸，连铸过程中采用电磁搅拌和气体保护；并控制A、B、C、D和DS类夹杂不大于1.5级，且单系和不大于6.0级，气体含量[0]≤38PPm，[N]≤80PPm，[H]≤2.5PPm。
②轧制
1） 检验合格后的定尺连铸坯在环形加热炉内加热，加热炉炉温控制为1200 ～1240°C，穿孔温度控制为1180～1220°C，变形量≥30%。
2） 穿孔后内外除鳞，进行皮尔格轧制，轧制温度950～1050°C，变形量≥50%。
3） 皮尔格轧制后，进行回转定径，变形量≤5%，终轧温度820～850°C。
4） 定径后采用在线淬火，冷却速度5～15°C/S，冷却至室温。
5） 淬火后采用520°C～540°C回火，空冷至室温。
本发明中各元素、轧制工艺的作用及机理：
① C，Mn是最有效的固溶强化元素，随着钢中的C，Mn含量的增加，其成品的屈服强度和抗拉强度也相应增大，特别是屈服强度上升较为明显。钢中加入Mn能防止在热加工时因硫引起钢的脆化。碳低于0. 05%钢的强度达不到目标要求；锰高于1. 90%同样会明显降低焊接性能，且大幅降低延伸率和冲击韧性。因此C, Mn含量控制范围分别为：C：0.08～0.12%，Mn:1.4～1.75%。
② 钢中S，P是有害杂质元素，钢中P，S含量越低越好。当钢中S含量较多时，热轧时容易产生热脆等问题；而钢中P含量较多时，钢容易发生冷脆，此外，磷还容易发生偏析。
③ 钢中Al的加入则会形成酸溶铝(Als)和酸不溶铝，而Als包括固溶铝和AlN，弥散的AlN粒子能阻止奥氏体晶粒的长大，细化晶粒，囚此Al最低含量控制在0. 015%。但对于铝镇静钢来说，随着Al的增加，钢的夹杂物数量增多，夹杂物尺寸也将变大，将导致钢的内部质量下降，因此Al的最高含量控制在0.045%，且Al/N≥2。
④ 钒在轧制过程中应变诱导析出的V（C、N）可阻止形变奥氏体的再结晶，并可阻止再结晶奥氏体晶粒的粗化。钒最重要的作用是在铁素体中大量沉淀析出而产生强烈的沉淀强化效果，即使在正火钢材中这一作用也十分明显。为此本钢种设计V的含量为0.05一0.09%。
⑤ 在钢中加入Nb，可以通过Nb （C、N）未溶质点及应变诱导析出抑制高温变形过程的再结晶，扩大未再结晶区范围，以便TMCP工艺的施行，从而达到细化晶粒的目的；Ti的添加，可起到抑制加热过程中奥氏体晶粒的长大作用，同时，微合金低温区析出物也能起到析出强化的作用。因此Nb, Ti的最低含量控制在0. 065%， Nb、Ti含量过高可能会导致析出相过分长大，析出强化作用将减弱，因此控制Nb、Ti的最高含量控制在0. 09%。
⑥ 钼是本钢的重要的合金元素，扩大奥氏体相区，推迟奥氏体向铁素体相变时析出铁素体形成，促进贝氏体的形成的主要元素，对控制相变组织起到重要作用，在向钢中加入0.20-0.40%的Mo后，即使在较慢的冷却速度下也一可以获得明显的贝氏体组织，同时由于相变向低温方向转变，所以使得组织进一步细化。
⑦ 此外，为了控制钢种的夹杂物，还进行了钙处理，为了提高钢工艺性能，控制S≤0.015%, P≤0.020%，成品氮小于80PPm，成品氧小于38 PPm，成品氢小于2.5 PPm。
经检测：所述高强度无缝管的力学性能达到的指标如下:
屈服强度:≥690 MPa；
抗拉强度:≥770 MPa；
夏比V型冲击韧性:-400C横向全尺寸夏比冲击功≥40J；
延伸率: ≥14%；
晶粒度:8.5～9.0。
具体实施方式
以Φ609X50mm，LC690QL为例：
1） 炼钢、连铸
实际控制化学成分如下表1：
表1 化学成分 %
| 序号 | C | Si | Mn | P | S | V | Cr | Mo | Ni | Alt | Nb+Ti |
| 1 | 0.11 | 0.25 | 1.62 | 0.015 | 0.011 | 0.07 | 0.11 | 0.32 | 0.04 | 0.032 | 0.076 |
| 2 | 0.11 | 0.27 | 1.65 | 0.016 | 0.009 | 0.07 | 0.009 | 0.34 | 0.03 | 0.031 | 0.075 |
其中气体含量1#：[0]:0.0035%,[H]:0.0002%,[N]0.0075%。
2#：[0]:0.0030%,[H]:0.0002%,[N]0.0072%。
2、 轧制
1） 检验合格后的定尺连铸坯在环形加热炉内加热，加热炉炉温设定值序号1为1230°C、序号2为 1240°C，穿孔温度序号1为1210°C、序号2为1220°C，变形量47%。
2） 穿孔后毛管内外除鳞，进行皮尔格轧制，轧制温度序号1为1050°C、序号2为1020°C，变形量55%。
3） 皮尔格轧制后，进行回转定径，变形量1.9%，终轧温度序号1为820°C、序号2为850°C。
4） 定径后采用在线淬火，冷却速度序号2为12°C/S、序号2为15°C/S，冷却至室温。
5） 回火温度序号1为520°C、序号2为530°C，保温90-110分钟出来后空冷至室温。
3、 产品金相组织和性能
金相组织为均匀贝氏体组织。
Claims (2)
1.一种大口径高强度机械用无缝钢管，其特征在于，其组分和质量百分比为：C：0.08～0.12%，Si:0.17～0.37%, Mn:1.4～1.75%,P≤0.020%,S≤0.015%,V:0.05～0.09%, Nb+Ti:0.065～0.09%,Ni≤0.10%,Cu≤0.15%, Mo:0.20%～0.40%,Cr≤0.25%,Al:0.015～0.045%,Al/N≥2，其余为Fe和微量杂质元素。
2.一种大口径高强度机械用无缝钢管的TMCP生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）按上述钢种组成元素重量成分配料冶炼，经LF精炼完后的钢水经过VD真空除气，喂入钙丝控制夹杂物形态，随后喂入钛丝，后上连铸平台进行连铸，连铸过程中采用电磁搅拌和气体保护；并控制A、B、C、D和DS类夹杂不大于1.5级，切单系和不大于6.0级，气体含量[0]≤38PPm，[N]≤80PPm，[H]≤2.5PPm；
2）轧制：
①检验合格后的定尺连铸坯在环形加热炉内加热，加热炉炉温控制为1200 ～1240°C，穿孔温度控制为1180～1220°C，变形量≥30%；
②穿孔后内外除鳞，进行皮尔格轧制，轧制温度950～1050°C，变形量≥50%；
③皮尔格轧制后，进行回转定径，变形量≤5%，终轧温度820～850°C；
④定径后采用在线淬火，冷却速度5～15°C/S，冷却至室温；
⑤淬火后采用520°C～540°C回火，空冷至室温。
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