CN103882298A

CN103882298A - 一种x60输送管线用无缝钢管及其制造方法

Info

Publication number: CN103882298A
Application number: CN201210560516.2A
Authority: CN
Inventors: 解德刚; 王长顺; 陈克东; 赵波; 郑云龙; 陈勇; 邸军
Original assignee: Angang Steel Co Ltd
Current assignee: Angang Steel Co Ltd
Priority date: 2012-12-21
Filing date: 2012-12-21
Publication date: 2014-06-25
Anticipated expiration: 2032-12-21
Also published as: CN103882298B

Abstract

本发明提供一种X60输送管线用无缝钢管及其制造方法，其成分：C 0.12%-0.16%、Si 0.30%-0.45%、Mn 1.30%-1.50%、V 0.05%-0.10%、Ti 0.01%-0.03%、P≤0.020%、S≤0.012%、N≤0.008%，余为Fe。其方法：用转炉冶炼+炉外精炼+方坯连铸+圆坯轧制+无缝制管工艺，特征：1）采用热轧圆坯作为制管坯料，方坯加热温度1250~1300℃，圆坯轧制温度1100~1150℃；2）无缝制管采用环形炉加热圆坯-菌式穿孔机穿管-连续轧管机轧管-控制冷却-定径机：连轧终轧温度950~1050℃，冷速10 ~15℃/s，终冷温度620~670℃，再进定径机成型，空冷至室温。本发明合金成分设计简单、成本低，制造工艺简单、周期短，产品性能稳定，能满足X60 PSL2管线管的要求。

Description

一种X60输送管线用无缝钢管及其制造方法

技术领域

本发明属于低合金钢制造技术领域，主要涉及油气输送用管线钢管技术，尤其涉及一种X60强度级别的输送用无缝钢管及其制造方法。

背景技术

管线用输送钢管有无缝钢管和焊管两种，无缝钢管制造的管线管一般占输送管线用钢管的10%左右，并主要用于路上特殊地段、加压站进出地段以及城市主干线等。按国际通用的行业标准API 5L最新第44版的要求，X60 PSL2等级管线管必须满足碳当量、抗拉强度、屈服强度、冲击韧性以及屈强比的严格要求。

目前，X60 PSL2强度级别输送管线用无缝钢管主要采用淬火回火的热处理制造工艺。采用淬火加回火固然可以得到满意的力学性能结果，但淬火加回火的热处理工艺生产工序复杂，成本较高，在当下及未来长时期内的钢铁供大于求的大背景下，产品利润率较低，缺乏竞争优势，而且制造过程亦对环境增加污染。

由于X60强度级别管线管有碳当量的要求，既要求钢种具有较低的碳当量，CE_IIW不超过0.43，又必须达到X60钢级要求的较高的强度和冲击韧性，采用一般的热轧方式制管很难达到要求。因此，探索出的一种采用非淬火加回火的热处理方式制造出力学性能满足X60 PSL2要求的无缝钢管，既能达到降低制造成本、缩短交货期，又能达到减少环境污染的效果，具有很强的现实意义。

美国专利（US 5 226 978）一种合金钢管，其成分（wt%）：C 0.10%-0.18%、Mn 1.0%-2.0%、V 0.10%-0.16%、N 0.015%-0.022%、Ti0.008%-0.012%。该专利的技术特点是采用N合金化制造钢管，钢管强度可达X60水平。其不足有二：一是合金配方的碳当量较高，不能满足API 5L最新第44版对X60 PSL2管线管的要求；二是其添加较高含量的N不适于目前普遍采用的连铸制坯工艺，会造成铸坯质量不稳定，直接影响钢管质量，降低成材率。

美国专利（US 5 186 769）一种无缝钢管的制造，成分（wt%）：C 0.10%-0.18%、Mn 1.0%-2.0%、V 0.10%-0.16%、N 0.015%-0.022%、Ti 0.008%-0.012%。该专利的技术特点也是采用N合金化技术制造钢管，并结合在线常化技术，使钢管强度达到X60水平，同时冲击韧性得到改善。该专利存在与上述US 5 226 978专利相同的不足之处，即一是合金配方的碳当量较高，不能满足API 5L最新第44版对X60PSL2管线管的要求；二是其添加较高含量的N不适于目前普遍采用的连铸制坯工艺，会造成铸坯质量不稳定，直接影响钢管质量，降低成材率。而且，在线常化技术需要在轧管机后增加热处理炉，增加能源消耗。

中国专利（CN01126611.2）一种低碳低合金钢及所制管材，其成分（wt%）：C 0.10%-0.16%、Si 0.20%-0.40%、Mn 1.00%-1.35%、Al0.02%-0.035%、V 0.07%-0.13%、Ni 0.05%-0.25%、B 0.0005%-0.0035%。该专利的技术特点是采用淬火加回火的热处理工艺制造钢管，通过添加Ni、B保证钢管的淬透性能，使钢管强度达X60及更高水平。该专利的不足之处在于，其淬火加高温回火的离线热处理制造工艺，能源消耗等制造成本较高、制造周期长、成材率随之必然降低且增加环境污染。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术所存在的不足，提供一种采用低C+高Mn+V、Ti微合金化的合金设计、易于冶炼制坯和大生产实施的非调质处理的X60 PSL2管线用无缝钢管及其制造方法。

本发明X60输送管线用无缝钢管成分设计范围如下：

按重量百分比计，C 0.12%-0.16%、Si 0.30%-0.45%、Mn 1.30%-1.50%、V 0.05%-0.10%、Ti 0.01%-0.03%、P≤0.020%、S≤0.012%、N≤0.008%，余量为Fe和不可避免的杂质，且碳当量CE_IIW 0.38-0.43。

各主要元素的作用及设计理由如下：

C：碳作为低合金钢的主要强化元素，一般为钢种必有元素，其有益作用是可明显提高钢的强度，其不利影响是随其含量的增加会损害钢的韧性和可焊接性。由于碳与其他强化元素相比，有最好的经济性，因此，本发明为充分利用碳的有益作用、尽量规避其有害影响，限定碳的含量范围为0.12%-0.16%。

Si：硅在低合金钢中，既是良好的脱氧剂，又能固溶于铁素体起强化作用，提高钢的基础强度，但含量太高将会降低钢的塑性和韧性，同时，硅也具有较好的经济性，故本发明的硅含量控制在0.30%-0.45%。

Mn：锰在低合金钢中，一方面起到脱氧作用，另一方面还能起固溶强化作用，同时，锰添加到碳钢中能有效细化钢的晶粒尺寸，一定含量范围内，既能提高钢的强度又可改善钢的韧性，锰可以弥补由于碳含量的降低而引起的强度损失，具有较好的经济性。而且，锰还能增加制管过程中过冷奥氏体的稳定性，提高钢的淬透性。但锰含量过高时会增加钢的偏析倾向，损害钢的韧性，综合考虑，本发明限定锰的含量范围1.30%-1.50%。

V：钒在钢中与碳形成碳化物，产生强烈的析出强化作用，提高钢的强度，同时，钒能有效细化铁素体晶粒，改善钢的韧性，但当钒的含量达到一定量时作用将达到饱和，同时因为钒的价格较高，故本发明从兼顾经济性的角度考虑，设定钒的含量范围0.05%-0.10%。

Ti：钛与碳有很强的亲和力，在钢中形成的碳化物能在奥氏体状态大量析出，限制奥氏体晶粒的长大，最终获得更细小的室温组织，提高钢的强韧性，但达到一定量时，其效果将不明显，故限定钛的含量范围为0.01%-0.03%。

N：氮在钢中与V、Ti均有较强的亲和力，可形成碳氮化物，对改善钢的强度和韧性有益，但过高的氮将会严重降低连铸坯质量，增加制造过程的不稳定性，降低成材率，因此，本发明限定N含量上限为0.008%。

P、S为钢中的杂质元素，含量越低越好，但过低的要求必将增加产品的制造成本，本发明限定的P≤0.020%、S≤0.012%，一方面可达到产品使用要求，另一方面，不必额外增加控制成本。

本发明X60输送管线用无缝钢管的生产方法：采用转炉冶炼+炉外精炼+方坯连铸+圆坯轧制+无缝制管的制造工艺路线，其特征在于：

1）采用组织致密度好的热轧圆坯作为制管坯料，该坯料的微观缺陷率大大低于连铸圆坯，而且，组织也更加细化，即本发明产品的坯料具有较好的组织遗传性，在圆坯轧制过程用于制造圆坯的方坯加热温度为1250~1300℃，圆坯轧制温度为1100~1150℃。

2）在无缝制管过程，采用环形炉加热圆坯-菌式穿孔机穿管-连续轧管机轧管-控制冷却-定径机完成终轧：钢管连续轧制后的温度控制在950~1050℃，即组织为奥氏体的状态；对出连轧机的钢管实施冷却速度为10 ~15℃/s的加速冷却，加速冷却终止的钢管温度为620~670℃，即处于钢管临界相变状态；再直接进定径机成型，钢管成型后空冷至室温，室温组织为细小的F+P组织。

经过以上合金成分和制造工艺得到的X60管线用无缝钢管，其屈服强度为440~510MPa，抗拉强度555~620MPa，延伸率30~35%，0℃夏比冲击功Akv最低值＞80J，屈强比0.77~0.85。

本发明技术方案的特别之处在于：

1）合金成分设计简单，成本低。

2）采用非淬火加回火的工艺制造，热轧定径成型即为产品交货状态。

3）钢管连轧机组与定径机组之间实施快速、连续的冷却控制，使入定径钢管处于临界相变状态。

本发明总体技术方案是：一种X60级别PSL2非调质高强管线管用无缝钢管，采用C-Si-Mn-V系合金设计，保证产品的碳当量CE_IIW不高于0.43，并加入一定量的Ti，形成Ti（C、N），限制在制造过程中奥氏体晶粒的长大，细化奥氏体晶粒尺寸，结合轧制中间段的控制冷却工艺，获得较细小的过冷奥氏体组织，通过定径成型后得到尺寸细小的P+F的室温组织，既与普通的在线常化技术有明显的不同，又能使产品的强度、冲击韧性等力学性能满足X60 PSL2管线管的要求。本发明具有产品性能稳定，制造成本低、制造周期较短的优点。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明做进一步的说明。

本发明实施例仅是对本发明最佳实施方式的描述，并不对本发明的范围有任何限制。表1为实施例钢的化学成分，其工艺流程为转炉冶炼—炉外精炼—方坯连铸—圆坯轧制—环形炉加热—菌式穿孔机穿管—连轧管机轧管—控制冷却—定径成型。本发明实施例的具体工艺制度见表2，表3为本发明实施例钢的力学性能。

表1 本发明实施例的化学成分（wt %）

实施例	C	Si	Mn	P	S	V	Ti	N	Fe	CE_IIW
											1	0.13	0.34	1.36	0.011	0.0072	0.09	0.024	0.0054	余量	0.41
2	0.14	0.33	1.46	0.014	0.0082	0.1	0.013	0.0061	余量	0.42
											3	0.13	0.30	1.40	0.0086	0.0069	0.099	0.016	0.0075	余量	0.38
4	0.12	0.42	1.39	0.0069	0.0093	0.078	0.017	0.0077	余量	0.40
											5	0.16	0.33	1.46	0.013	0.0058	0.086	0.029	0.0049	余量	0.42
6	0.15	0.22	1.31	0.0072	0.0064	0.099	0.016	0.0057	余量	0.42

注: CE_IIW=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15

表2 本发明实施例的关键工艺制度

表3 本发明实施例钢管的力学性能

Claims

1.一种X60输送管线用无缝钢管，其特征在于钢管的成分按重量百分比计：C 0.12%-0.16%、Si 0.30%-0.45%、Mn 1.30%-1.50%、V 0.05%-0.10%、Ti 0.01%-0.03%、P≤0.020%、S≤0.012%、N≤0.008%，余量为Fe和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的X60输送管线用无缝钢管，其特征在于所述钢管的碳当量为0.38-0.43。

3.一种权利要求1所述的X60输送管线用无缝钢管的生产方法，采用转炉冶炼+炉外精炼+方坯连铸+圆坯轧制+无缝制管的工艺路线，其特征在于：1）采用热轧圆坯作为制管坯料，在圆坯轧制过程中用于制造圆坯的方坯加热温度为1250~1300℃，圆坯轧制温度为1100~1150℃；2）在无缝制管过程中采用环形炉加热圆坯-菌式穿孔机穿管-连续轧管机轧管-控制冷却-定径机完成终轧：钢管连续轧制后的温度为950~1050℃，之后以10 ~15℃/s的冷却速度加速冷却，冷却终止温度为620~670℃，再进定径机成型，钢管成型后空冷至室温，室温组织为细小的F+P组织。