CN104651717B - 一种含稀土的x80钢级低温用无缝管线钢管及其生产方法 - Google Patents

一种含稀土的x80钢级低温用无缝管线钢管及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种含稀土的X80钢级低温用无缝管线钢管及其生产方法，属于冶金及成型技术领域，管坯化学成分及含量(wt％)为：C 0.06‑0.12；Si0.20‑0.40；Mn 1.50‑1.80；P≤0.020；S≤0.010；Ni 0.20‑0.40；V 0.07‑0.13；Ti 0.01‑0.03；Al 0.01‑0.04；稀土元素RE 0.0005‑0.0100；Cu≤0.10；其工艺流程为：铁水预处理→转炉冶炼→精炼→真空处理→连铸→切割→管坯加热→穿孔→连轧→定径→冷却→锯切→热处理→矫直→探伤→倒棱；屈服强度560～620MPa、‑60℃时的横向冲击值≥100J/cm2。本发明的产品具有生产成本低、低温冲击韧性高、组织均匀细小、残余应力低的特点。

Description

一种含稀土的X80钢级低温用无缝管线钢管及其生产方法
技术领域
本发明涉及黑色金属冶炼及金属压力加工领域，具体涉及一种含稀土的X80钢级低温用无缝管线钢管及其生产方法。
背景技术
我国北疆油气资源储量丰富，但那里的最低气温通常在-40℃左右，这就对管线管的低温韧性提出严格的要求。传统的管线管无论从强度、低温韧性，还是焊接性能均已不能满足该地区的使用要求，为此，国内外相继开发了低温条件下使用的管线管。
专利申请号：2001110138418.5，中国发明专利“X80钢级抗腐蚀低温无缝管线管”，该发明基于抗腐蚀管线钢管的生产，其存在以下问题：含有贵重元素Mo、Cu和Nb，Cu容易造成钢材表面产生裂纹，因此生产成本相对较高、生产工艺相对复杂、生产难度相对较大。
专利申请号：200810157881.2，中国发明专利“一种X52钢级低温用无缝管线钢管的制造方法”，其存在以下问题：钢级相对较低、仅为X52钢级，并且通过控制轧制变形温度、控制轧制变形量实现管线管的低温韧性，操作相对复杂、难度相对较大。
专利申请号：201110240804.5，中国发明专利“一种低温环境用管线管的亚温热处理工艺”，其存在以下问题和缺点：只涉及管线管的亚温正火处理工艺，未涉及采用淬火后进行高温回火的调质工艺生产低温用无缝管线钢管。
为了实现管线的长距离运输，需要采用高压力输送；为了降低管道的铺设成本和减少钢材料的使用，需要采用高钢级薄壁管；为了保证管线管的高强度，需要采用高碳当量设计成分，而高碳当量与低温韧性相互之间存在矛盾。
发明内容
本发明的目的是提供一种生产成本低、低温冲击韧性高、组织均匀细小、残余应力低的含稀土的X80钢级低温用无缝管线钢管及其生产方法。
为达以上目的，本发明一种含稀土的X80钢级低温用无缝管线钢管，其特征在于：所述钢管化学成分按重量百分比含量分别为：C 0.06-0.12％；Si0.20-0.40％；Mn 1.50-1.80％；P≤0.020％；S≤0.010％；Ni 0.20-0.40％；V0.07-0.13％；Ti 0.01-0.03％；Al0.01-0.04％；稀土元素RE 0.0005-0.0100％；Cu≤0.10％，余量为基体Fe；其中稀土元素RE组分为：67％的Ce和33％的La制成。
其中所述含稀土的X80钢级低温用无缝管线钢管，其包括以下重量份的组分制备而成：
高炉铁水：90份；
废钢：10份；
预脱氧合金：2.0-2.5份；
铝铁合金：0.03-0.12份；
白灰块：0.2份；
镍板：0.21-0.42份；
钒铁合金：0.15-0.28份；
钛铁合金：0.04-0.12份；
稀土丝：0.02份；
硅钙线：0.05份；
其中所述稀土丝由稀土元素RE组分为67％的Ce和33％的La制成。
其中所述预脱氧合金选自硅锰合金和锰铁合金任意比例的混合物。
一种生产所述含稀土的X80钢级低温用无缝管线钢管的方法，包括如下步骤：
(1)高炉铁水预处理：将所述高炉铁水中S含量降低到重量百分比0.010％以下；
(2)顶底复吹转炉冶炼：将所述处理后的高炉铁水和所述废钢加入顶底复吹转炉冶炼，出钢过程中采用所述预脱氧合金进行预脱氧合金化，终脱氧采用铝铁合金进行有铝脱氧工艺，出钢过程进行挡渣或扒渣，出钢过程中合金加完以后加入所述白灰块；
(3)LF炉精炼：将步骤(2)冶炼后的钢水加入LF炉精炼，精炼时吹氩气，采用从低级数到高级数逐渐提高升温速度的方式将温度从1530℃升至1620℃；采用造白渣操作并加入所述镍板、所述钒铁合金和所述钛铁合金，最后保持底部软吹氩气，加入所述稀土丝；
(4)VD真空处理：真空处理的真空度≤0.10KPa，深真空时间≥13分钟后，喂入所述硅钙丝，喂丝后进行8-12分钟软吹氩气；
(5)圆坯连铸：采用低拉速的恒速控制和电磁搅拌工艺并控制钢水过热度≤30℃进行圆坯连铸：铸坯出二次冷却区域后进行矫直，然后切割为圆管坯；
(6)之后进行管坯加热、穿孔、连轧管、定径、冷却、锯切、热处理、矫直、探伤、倒棱，其中热处理工艺为：900±10℃保温30～50min进行水淬，600±20℃保温60～80min进行空冷；回火后执行带温矫直，矫直温度≥500℃；然后对钢管逐支进行探伤检测，合格者在两端进行倒棱加工。
本发明与现有技术不同之处在于本发明取得了如下技术效果：
①由于本产品不含有贵重元素Mo、Cu和Nb，因此生产成本相对较低、生产难度相对较小；
②由于在500℃以上进行带温矫直，钢管的残余应力较低，残余应力：≤27MPa(采用环切法)；
③由于“含稀土元素的独特成分设计”结合成熟生产工艺，使得钢管的各项性能优异，具体性能指标如下：
屈服强度560～620MPa；抗拉强度670～750MPa；屈强比≤0.88；延伸率≥22％；-60℃时的横向冲击值aKV≥100J/cm2；晶粒度≥8.0级。
本发明针对背景技术中存在的问题，通过“独特的化学成分设计和以高炉铁水为原料的独特生产工艺”等技术措施，很好地解决了上述问题，取得了显著的进步。
具体实施方式
以下结合实施例1～实施例3，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
实施例1～实施例3的整个冶炼工艺、轧制工艺及热处理工艺完全相同，所不同的只是合金加入量及化学成分，实施例1～实施例3的具体实施过程如下：
将90吨高炉铁水用0.03吨“金属镁粉”作脱硫预处理，使铁水中的含S量降低到(重量百分比)0.010％以下；
将所述的90吨预处理铁水兑入100吨级的顶底复吹转炉中，再加入10吨优质废钢，然后采用单渣工艺进行冶炼，终渣中氧化钙与二氧化硅的重量百分比按3.0控制，采用硅锰和锰铁进行脱氧合金化，在出钢时采用铝铁合金进行终脱氧，出钢过程必须挡渣，挡渣失败必须扒渣，出钢过程中合金加完以后加入0.2吨白灰块；
将冶炼好的钢水装入钢水包进入LF炉工位进行精炼：精炼时按要吹氩气(氩气流量为每分钟100标升)，采用从低级数到高级数逐渐提高升温速度的方式将温度从1530℃升至1620℃；根据转炉钢水成分及温度进行造渣脱硫、成分调整及升温操作；采用造白渣操作，加入镍板、钒铁合金和钛铁合金；
当LF炉精炼结束后要保持底部软吹氩气(流量为每分钟40标升)，同时加入0.02吨稀土丝；
然后对精炼好的钢水再进行VD真空处理：深真空度≤0.10KPa，深真空时间≥13分钟；再喂入200米长(质量为0.05吨)的硅钙线，喂丝后保持10分钟软吹氩气(流量为每分钟40标升)。
将经过VD真空处理后的钢水大包吊上钢包回转台进行5机5流圆坯连铸，钢水过热度ΔT≤30℃；铸坯出二次冷却区域后进行矫直，然后用火焰切割为圆管坯。
实施例1～实施例3的具体合金加入量见表1。
表1实施例1～实施例3中的合金加入量(公斤)
硅锰 锰铁 铝铁 镍板 钒铁 钛铁
实施例1 1700 450 120 230 160 50
实施例2 1400 850 100 320 200 60
实施例3 1000 1400 60 390 240 100
对实施例1～实施例3中规格为的管坯取样进行化验、检验，其化学成分化验结果(重量百分比含量)见表2。
表2化学成分检测结果(重量％)
所述稀土元素RE为：67％的Ce+33％的La构成的混合稀土金属，其化学成分及其含量合格。加入稀土元素能够起到改善非金属夹杂物形态、强化晶界和细化晶粒等作用，从而取得细晶强化和提高冲击韧性的效果。
硫印：均不超过1.0级，低倍检验合格。
将化验、检验合格的管坯进行制管，制管过程如下：
为了使管坯具有良好的轧制性能，要连续检测并控制加热炉的各加热段温度，保证加热透彻均匀而不过热，环形炉各段的温度见表3：
表3环形加热炉各段温度控制(℃)
加热一段 加热二段 加热三段 加热四段 加热五段 加热六段
1050～1120 1150～1250 1250～1290 1240～1300 1240～1300 1240～1300
用计算机对加热炉各段温度进行自动控制并自动记录。
热工具在使用前必须测量，轧前必须检查、处理辊道，避免划伤管壁。
将加热好的管坯穿孔后在Ф460mmPQF轧管机组上轧制成规格为ф355.6mm×15.50mm的无缝钢管，每批进行一次热取样，检查几何尺寸；在冷床上冷却之后进行定尺锯切；尺寸精度检查合格的钢管再进行热处理：严格控制淬火加热炉的炉温、加热稳定性和冷却水流量，保证淬火质量；严格控制回火加热炉的炉温以及回火稳定性。
热处理制度为：900℃保温45min后出炉进行水淬，600℃保温70min后出炉进行空冷。
钢管矫直温度控制在520～530℃。
经过上述工艺生产及无损探伤过程，合格者即成为本发明所述的“含稀土X80钢级低温用无缝管线钢管”的成品。用其制取试样进行力学性能、金相组织等综合性能的检验。
经过检验，实施例1～实施例3所产钢管的力学性能、金相组织等综合性能的检测结果见表4和表5。
表4钢管拉伸性能、金相组织等综合性能检测结果
Rt0.5(MPa) Rm(MPa) Rt0.5/Rm A(％) 组织 晶粒度 残余应力
实施例1 572 687 0.83 27.0 回火S+B+F 10.0级 21MPa
实施例2 595 715 0.83 26.5 回火S+B+F 10.0级 22MPa
实施例3 616 739 0.83 26.0 回火S+B+F 10.0级 22MPa
注：拉伸试样为纵向，试验温度为20℃。
表5钢管在不同试验温度下的冲击性能检测结果
注：冲击试样为横向，试样尺寸为10mm×10mm×55mm。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种含稀土的X80钢级低温用无缝管线钢管，其特征在于：所述钢管化学成分按重量百分比含量分别为：C 0.06-0.12％；Si 0.20-0.40％；Mn 1.50-1.80％；P≤0.020％；S≤0.010％；Ni 0.20-0.40％；V 0.07-0.13％；Ti 0.01-0.03％；Al 0.01-0.04％；稀土元素RE0.0005-0.0100％；Cu≤0.10％，余量为基体Fe；其中稀土元素RE组分为：67％的Ce和33％的La制成。
2.根据权利要求1所述含稀土的X80钢级低温用无缝管线钢管，其特征在于其包括以下重量份的组分制备而成：
高炉铁水：90份；
废钢：10份；
预脱氧合金：2.0-2.5份；
铝铁合金：0.03-0.12份；
白灰块：0.2份；
镍板：0.21-0.42份；
钒铁合金：0.15-0.28份；
钛铁合金：0.04-0.12份；
稀土丝：0.02份；
硅钙线：0.05份；
其中所述稀土丝由稀土元素RE组分为67％的Ce和33％的La制成。
3.根据权利要求2所述含稀土的X80钢级低温用无缝管线钢管，其特征在于所述预脱氧合金选自硅锰合金和锰铁合金任意比例的混合物。
4.一种生产如权利要求3所述含稀土的X80钢级低温用无缝管线钢管的方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)高炉铁水预处理：将所述高炉铁水中S含量降低到重量百分比0.010％以下；
(2)顶底复吹转炉冶炼：将所述处理后的高炉铁水和所述废钢加入顶底复吹转炉冶炼，出钢过程中采用所述预脱氧合金进行预脱氧合金化，终脱氧采用铝铁合金进行有铝脱氧工艺，出钢过程进行挡渣或扒渣，出钢过程中合金加完以后加入所述白灰块；
(3)LF炉精炼：将步骤(2)冶炼后的钢水加入LF炉精炼，精炼时吹氩气，采用从低级数到高级数逐渐提高升温速度的方式将温度从1530℃升至1620℃；采用造白渣操作并加入所述镍板、所述钒铁合金和所述钛铁合金，最后保持底部软吹氩气，加入所述稀土丝；
(4)VD真空处理：真空处理的真空度≤0.10kPa ，深真空时间≥13分钟后，喂入所述硅钙丝，喂丝后进行8-12分钟软吹氩气；
(5)圆坯连铸：采用低拉速的恒速控制和电磁搅拌工艺并控制钢水过热度≤30℃进行圆坯连铸：铸坯出二次冷却区域后进行矫直，然后切割为圆管坯；
(6)之后进行管坯加热、穿孔、连轧管、定径、冷却、锯切、热处理、矫直、探伤、倒棱，其中热处理工艺为：900±10℃保温30～50min进行水淬，600±20℃保温60～80min进行空冷；回火后执行带温矫直，矫直温度≥500℃；然后对钢管逐支进行探伤检测，合格者在两端进行倒棱加工。
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