CN104451381A - 大口径Gr3低温用无缝钢管及生产方法 - Google Patents
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Abstract
一种大口径Gr3低温用无缝钢管，成分以质量%计，具体有：C：0.04～0.08、Si：0.29～0.35、Mn：0.45～0.49、P：0.011～0.012≤、S：0.0032～0.005≤、Ni：3.45～3.75、Mo：0.095～0.12，其余部分为Fe及不可避免的杂质。所述的无缝钢管采用皮尔格周轧工艺生产，包括：管坯下料→管坯中心打孔→环形炉加热→曼式穿孔机穿孔→皮尔格轧机轧管→切皮尔格头→步进式炉加热→定径机定径→热处理→矫直→锯切→内外表面处理→人工检验→超声涡流自动组合探伤→人工复检→清洁、标识、包装→入库。
Description
技术领域
本发明涉及冶金行业无缝钢管生产技术领域，具体涉及利用皮尔格周轧工艺生产大口径Gr3低温用无缝钢管。
背景技术
Gr3低温用钢具有优良的机械性能和良好的低温韧性，广泛应用于石油、化工行业中液态乙烯等气体的存储和运输。此牌号的无缝钢管使用设计温度为-46～-101℃的低温环境，且工作压力在10～32N/mm2的压力下，其工作状态为高压和低温，在其工作环境下其内表面承受着很高的压应力、内外表由于巨大温差具有极高的热应力。因此，石油、化工行业中对Gr3钢的使用性能要求非常高，要求此牌号的钢种即要有良好的机械性能又要有优良的低温韧性。目前，使用的大口径Gr3低温用钢管多为焊管，即用板材焊接而成，或者是采用锻造工艺生产，其制造成本高，加工难度大。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种利用皮尔格周轧工艺生产的大口径Gr3低温用无缝钢管。
本发明的技术方案是：一种大口径Gr3低温用无缝钢管，成分以质量%计，具体有：C：0.04～0.08、Si： 0.29～0.35、Mn： 0.45～0.49、P： 0.011～0.012≤、S： 0.0032～0.005≤、Ni：3.45～3.75 、Mo： 0.095～0.12，其余部分为Fe及不可避免的杂质。
Gr3钢低温钢要求P、S含量特别低，以减少其晶间脆性倾向，其成分中除了含有碳钢基本成分Fe、C、Si、Mn外，主要含有较高的Ni元素，具体的化学成分设计如下：
Ni为奥氏体稳定元素，尤其是对材料在低温下的稳定性至关重要，Ni降低韧脆转变温度的能力仅次于N，是金属元素中最好的降低韧脆转变温度元素，Ni有利于提高材料淬透性和强度，同时还能提高材料的低温塑性。
Mn是奥氏体稳定元素，同时也是基体强化元素，可以通过沉淀强化来提高强度。Mn还可以提高材料的淬透性，过低则强度达不到要求，过高则影响材料的韧性，而且Si、Mn以一定比例存在于钢中，还有利于抑制彼此偏聚。
Si在炼钢过程中是脱氧元素，对降低Gr3钢中有害元素0含量非常重要，Si同时还可以提高强度，Si除了和Mn按一定比例存在于钢中抑制Mn偏聚外,Si还可以抑制P在晶界偏聚。
C可以通过间隙固溶提高强度，但C过多对焊接热影响区低温韧性有害，因此在保证强度的前提下，C应该越低越好。
Mo可以提高淬透性，从而提高强度。
S易与金属元素Mn形成析出物MnS，降低材料的低温韧性；P易在晶界偏聚，降低晶界抗裂纹扩展能力，降低低温韧性，因此S、P都是对低温韧性有害的元素，应尽量控制在最低限度。
本发明还提供了一种采用皮尔格周轧工艺生产大口径Gr3低温用无缝钢管的方法，包括：管坯下料→管坯中心打孔→环形炉加热→曼式穿孔机穿孔→皮尔格轧机轧管→切皮尔格头→步进式炉加热→定径机定径→热处理→矫直→锯切→内外表面处理→人工检验→超声涡流自动组合探伤→人工复检→清洁、标识、包装→入库。
其中钢坯加热、轧管及热处理的具体生产步骤如下：
A、钢坯加热分预热、加热、均热过程；预热温度随炉温，时间12～14小时；加热分为四段：加热一段温度1000℃±10℃、时间1.5～2.0小时，加热二段温度1120℃±10℃、时间1.5～2.0小时，加热三段温度1200℃±10℃、时间1.5～2.0小时，加热四段温度1230℃±10℃、时间1.5～2.0小时；均热段温度1230℃±10℃、时间1.5～2.0小时。
B、轧管采用曼式穿孔机穿孔和周期轧管机组轧制，周期轧管机组轧制变形是基于锻、轧、挤三位一体的变形方式，周期轧管机组采用Φ273～Φ720mm大孔型，轧制壁厚为15～120mm，毛管喂入量为每分钟30～100mm，轧辊转速为22～52rpm，风压为4.5～6bar，以保证大口径厚壁钢管的成形。
C、热处理时的正火温度：840℃～860℃，正火时间按壁厚系数2.0～2.5min/mm进行控制；回火温度：600℃～610℃，回火时间按壁厚系数4.0～4.5min/mm进行控制，回火后空冷。
本发明与现有技术相比具有如下特点：
1、周期轧管变形区内的的金属始终都处于三向压应力状态，有利于抑制变形区金属产生裂纹，可以有效保证钢管的轧制比和内部组织的致密均匀。
2、通过大孔型和轧制参数的设计，突破了大口径薄壁Gr3低温用管生产规格的瓶颈限制。因其钢种合金元素含量较高，轧后成品钢管容易出现内、外表裂纹等缺陷，通过坯料中心打孔的方式消除坯料中心存在的缺陷已保证钢管内表质量，通过降低椭圆度、降低环形炉加热温度及采用低速轧制的方法消除内表面缺陷。从而使该大口径Gr3低温用管实现批量生产。
3、钢管具有较高的强韧性，优良的低温性能，且综合性能优异，其成品无缝钢管完全可以取代、甚至优于同级别焊管。
以下结合具体实施方式对本发明作进一步描述。
具体实施方式
一种大口径Gr3低温用无缝钢管，成分以质量%计，具体为：C：0.06、Si： 0.30、Mn：0. 48、P： 0.012、S： 0.004、Ni：3.466、Mo：0.096，其余部分为Fe及不可避免的杂质。
通过低的C含量、低的S、P含量、适当的Ni、Mn、Si等元素的配比，降低五害元素含量等措施，保证了坯料质量，并且充分保证成品管的外观及性能。
所述的大口径Gr3低温用无缝钢管采用皮尔格周轧工艺生产，它包括：管坯下料→管坯中心打孔→环形炉加热→曼式穿孔机穿孔→皮尔格轧机轧管→切皮尔格头→步进式炉加热→定径机定径→热处理→矫直→锯切→内外表面处理→人工检验→超声涡流自动组合探伤→人工复检→清洁、标识、包装→入库。
其中钢坯加热、轧管及调质处理的具体生产步骤如下：
A、钢坯加热分预热、加热、均热过程；预热温度随炉温，时间13小时；加热分为四段：加热一段温度1000℃±10℃、时间1.8小时，加热二段温度1120℃±10℃、时间1.8小时，加热三段温度1200℃±10℃、时间1.8小时，加热四段温度1230℃±10℃、时间1.6小时；均热段温度1230℃±10℃、时间1.6小时。
通过低温慢速，高温快速的加热方式和较低均热段加热温度的方法，保证了材料温度的均匀性，同时还避免了由于加热工艺不当而产生的缺陷。
B、轧管采用曼式穿孔机穿孔和周期轧管机组轧制，周期轧管机组轧制变形是基于锻、轧、挤三位一体的变形方式，周期轧管机组采用Φ273～Φ720mm大孔型，轧制壁厚为15～120mm，毛管喂入量为30～100mm，轧辊转速为22～52rpm，风压为4.5～6bar，以保证大口径厚壁低温用管的成形。
通过较低的咬入速度，降低穿孔机椭圆度、适当的周期式轧管机轧制速度的方式，不但保证了材料的外径、壁厚，而且避免了由于轧制问题而产生了内折、外折等缺陷。
C、热处理时的正火温度：840℃～860℃，正火时间按壁厚系数2.0～2.5min/mm进行控制；回火温度：600℃～610℃，回火时间按壁厚系数4.0～4.5min/mm进行控制，回火后空冷。
采用本发明设计的化学成分的坯料，利用皮尔格周轧工艺生产，并对生产出来的大口径Gr3低温用无缝钢管随机取样进行分析，实物尺寸及室温力学性能结果如下所示：
批号：749300615
规格/mm：Φ406.4×19.05
外径精度/mm：405.9～408.6
壁厚精度/mm：18.01～22.03
Rp0.2/Mpa：479 481
Rm/Mpa：560 559
A/%：33.0 32.0
冲击（-100℃，J）：325 391 356 372 356 342
按照ASTM A333标准要求Gr3：
外径精度/mm：405.6～408.0
壁厚精度/mm：≥16.67
Rp0.2/Mpa：≥240
Rm/Mpa：≥450
A/%：≥14
冲击（-100℃，J）：≥18
从以上对比可以看出，本发明提供的无缝钢管具有较好的强度和优良的低温韧性，综合性能优良，其各项性能指标均达到ASTM A333-13美国标准中对Gr3（俗称3.5Ni）牌号钢管的要求。
Claims (2)
1.一种大口径Gr3低温用无缝钢管，其特征是：成分以质量%计，具体有：C：0.04～0.08、Si： 0.29～0.35、Mn： 0.45～0.49、P： 0.011～0.012≤、S： 0.0032～0.005≤、Ni：3.45～3.75 、Mo： 0.095～0.12，其余部分为Fe及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种大口径Gr3低温用无缝钢管，其特征是：所述的无缝钢管采用皮尔格周轧工艺生产，包括：管坯下料→管坯中心打孔→环形炉加热→曼式穿孔机穿孔→皮尔格轧机轧管→切皮尔格头→步进式炉加热→定径机定径→热处理→矫直→锯切→内外表面处理→人工检验→超声涡流自动组合探伤→人工复检→清洁、标识、包装→入库；
其中钢坯加热、轧管及热处理的具体生产步骤如下：
A、钢坯加热分预热、加热、均热过程；预热温度随炉温，时间12～14小时；加热分为四段：加热一段温度1000℃±10℃、时间1.5～2.0小时，加热二段温度1120℃±10℃、时间1.5～2.0小时，加热三段温度1200℃±10℃、时间1.5～2.0小时，加热四段温度1230℃±10℃、时间1.5～2.0小时；均热段温度1230℃±10℃、时间1.5～2.0小时；
B、轧管采用曼式穿孔机穿孔和周期轧管机组轧制，周期轧管机组轧制变形是基于锻、轧、挤三位一体的变形方式，周期轧管机组采用Φ273～Φ720mm大孔型，轧制壁厚为15～120mm，毛管喂入量为每分钟30～100mm，轧辊转速为22～52rpm，风压为4.5～6bar，以保证大口径厚壁钢管的成形；
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20150325 |