CN103882316A

CN103882316A - 一种x80输送管线用无缝钢管及其制造方法

Info

Publication number: CN103882316A
Application number: CN201210562204.5A
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

Abstract

本发明公开一种X80输送管线用无缝钢管及其制造方法，C 0.12%-0.16%、Si 0.30%-0.45%、Mn 1.24%-1.44%、Cr 0.30%-0.50%、Nb 0.02%-0.05%、Ti 0.01%-0.03%、P≤0.020%、S≤0.012%，余量为Fe和不可避免的杂质，且碳当量CE_IIW 0.39-0.50。钢管经定径终轧后控制温度在800℃以上，并施以10℃/s ~25℃/s加速冷却，使钢管温度迅速快冷至600℃~700℃；快冷后钢管可转入空冷至100℃以下，对钢管实施550℃~650℃的回火处理。

Description

一种X80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，主要涉及一种油气输送用管线钢管及其制造方法，尤其涉及一种X80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，X80 PSL2等级管线管必须满足抗拉强度、屈服强度、冲击韧性以及屈强比的严格要求。

目前，X80 PSL2强度级别输送管线用无缝钢管主要采用离线的调质热处理制造工艺。采用离线的调质工艺固然可以得到X80钢级管线管的力学性能结果，但离线调质的热处理工艺生产工序复杂，成本较高，成材率亦较低，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，而且制造过程对环境亦增加污染。

X80以下强度级别管线管对碳当量E_IIW一般要求不超过0.43。由于X80强度级别管线管属于管线管中的高钢级产品，钢管的强度要求较高，PSL2技术等级产品又对产品强度进行了范围的限定，即屈服强度555~705MPa、抗拉强度625~825MPa，而且还有屈强比的限制，要求不高于0.93，因此，X80无缝管线管成了API 5L 最新版第44版中为数不多的未对碳当量做强制限定的产品。但是，用户出于加工的便利性考虑，也希望X80无缝管线管尽量具有低的碳当量，一般要求碳当量E_IIW不要超过0.50，同时产品必须达到X80钢级要求的较高的强度、冲击韧性以及屈强比等要求，故采用一般的热轧方式制管难以达到要求。

通过检索国内外专利，查到与本发明内容相关的专利1件，即CN01126611.2，其采用传统的离线淬火加高温回火的热处理工艺制造X80 PSL2管线管，如前所述，其弊端是制造成本高、制造周期长且增加环境污染，而且，其合金配方中添加贵金属Ni来提高钢管的淬透性能，亦增加合金成本。本发明的一种输送用高强度无缝钢管的主要特点是在低的合金成本和制造成本下达到了钢管力学性能满足X80管线管的要求，而且，本发明制造工艺紧凑、简捷，设备投入少，易于实施，产品性能稳定。对比专利如下。

1）中国专利，01126611.2，一种低碳低合金钢及所制管材，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%。该发明的技术特点是采用离线的调质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X80钢级水平。该发明的不足之处在于，其淬火加高温回火的离线热处理制造工艺，合金、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

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的是，提供一种采用低成本合金设计，非离线淬火+回火处理的X80 PSL2管线管的无缝钢管及其制造方法，避免由于采用离线调质热处理产生的制造成本较高、合金成本亦较高、产品成材率较低等问题。

本发明目的是通过下面的技术方案实现的：

一种X80级别PSL2在线热处理的高强管线管用无缝钢管，采用C-Mn-Cr-Nb-Ti系合金设计，保证产品的碳当量CE_IIW不高于0.50，通过Cr、Nb、Ti与C的共同作用，使钢管在热轧后的快速冷却过程中形成M-A组织，采用在线的回火处理，既与普通的离线调质技术有明显的不同，又能使产品得到与调质X80 PSL2管线管相当的强度、冲击韧性等力学性能。

本发明产品的合金成分设计范围如下：

按Wt%计，C 0.12%-0.16%、Si 0.30%-0.45%、Mn 1.24%-1.44%、Cr 0.30%-0.50%、Nb 0.02%-0.05%、Ti 0.01%-0.03%、P≤0.020%、S≤0.012%，余量为Fe和不可避免的杂质，且碳当量CE_IIW 0.39-0.50。

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1.20%-1.44%。

Cr：铬提高淬透性，改善钢的强韧性，促进控冷过程中M-A的形成，并增加M-A中富碳奥氏体的碳浓度从而增加其稳定性。当含量低于0.3%时作用较弱，难以达到理想效果，高于0.5%时，作用已饱和，成本增加。

Nb：铌在钢中与碳形成碳化物，除产生强烈的析出强化作用提高钢的强度外，还能有效延迟再结晶的发生，有利于控制冷却过程中M-A的形成，并可提高M-A中富碳奥氏体的碳浓度从而增加其稳定性。但当铌的含量达到一定量时作用将达到饱和，同时对炼钢连铸钢坯质量的控制要求也增高，故本发明从兼顾经济性的角度考虑，设计铌的含量范围0.02%-0.05%。

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，同时，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%。

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。

对以上设计的合金成分的钢材采用转炉冶炼+炉外精炼+方坯连铸+圆坯轧制+无缝制管+控制冷却+在线回火热处理的制造工艺路线，其特征是：

1）钢管经定径终轧后控制温度在800℃以上，并施以10℃/s ~25℃/s加速冷却，使钢管温度迅速快冷至600℃~700℃。

2）快冷后钢管可转入空冷至100℃以下，对钢管实施550℃~650℃的回火处理。

3）钢管使用状态的组织为回火S+回火B+F组织。

经过以上合金成分和制造工艺得到的X80管线管用无缝钢管，其屈服强度为585~695MPa，抗拉强度690~810MPa，延伸率19~26%，0℃夏比冲击功Akv最低值＞50J，屈强比0.80~0.90。

本发明技术方案的特别之处在于：

1）设计的合金成分成本较低；

2）采用在线加速冷却+回火热处理的工艺制造钢管，产品力学性能达到离线调质X80管线管的水平；

3）对经过控制冷却后的钢管优选采用了钢管在线回火的热处理方式；

本发明采用C-Mn-Cr-Nb-Ti的合金设计，在保证碳当量不超过0.50的情况下，通过特殊的在线加速冷却+回火热处理工艺获得了API 5L 最新版规范要求的X80 PSL2管线管的性能，完全可以替代目前使用的离线调质工艺技术。本发明具有产品外形尺寸好、成材率高，制造成本低、制造周期较短的优点。

具体实施方式

下面举例说明本发明的实施，这些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—定径成型—控制冷却—回火热处理。实施例的具体工艺制度见表2，表3为实施例钢的力学性能。

表1 实施例的化学成分（wt %）

类别	C	Si	Mn	P	S	Nb	Ti	Cr	Fe	CE_IIW
											例1	0.14	0.31	1.33	0.010	0.0059	0.033	0.024	0.46	余量	0.45
例2	0.12	0.40	1.25	0.012	0.0076	0.049	0.030	0.42	余量	0.41
											例3	0.15	0.45	1.43	0.0094	0.0055	0.037	0.016	0.39	余量	0.46
例4	0.13	0.44	1.40	0.0071	0.0087	0.042	0.025	0.31	余量	0.42
											例5	0.16	0.36	1.37	0.011	0.0062	0.023	0.018	0.40	余量	0.47
例6	0.12	0.39	1.22	0.0075	0.0057	0.025	0.030	0.37	余量	0.40

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

表2 实施例的关键工艺制度

表3 实施例钢管的力学性能

Claims

1.一种X80输送管线用无缝钢管及其制造方法，其特征在于化学成分范围按重量百分比为：C 0.12%-0.16%、Si 0.30%-0.45%、Mn 1.24%-1.44%、Cr 0.30%-0.50%、Nb 0.02%-0.05%、Ti 0.01%-0.03%、P≤0.020%、S≤0.012%，余量为Fe和不可避免的杂质，且碳当量CE_IIW 0.39-0.50。

2.一种根据权利要求1所述X80输送管线用无缝钢管的制造方法，包括转炉冶炼、炉外精炼、方坯连铸、圆坯轧制和无缝制管，其特征在于：钢管经定径终轧后控制温度在800℃以上，并施以10℃/s ~25℃/s加速冷却，使钢管温度迅速快冷至600℃~700℃；快冷后钢管可转入空冷至100℃以下，对钢管实施550℃~650℃的回火处理。