CN104878291B

CN104878291B - 一种屈服强度350 MPa无缝管线管及其制备方法

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Publication number: CN104878291B
Application number: CN201510318285.8A
Authority: CN
Inventors: 邓叙燕; 冯传宁; 胡楚江; 殷志祥
Original assignee: DALIPAL PIPE Co
Current assignee: DALIPAL PIPE Co
Priority date: 2015-06-11
Filing date: 2015-06-11
Publication date: 2016-09-28
Anticipated expiration: 2035-06-11
Also published as: CN104878291A

Abstract

本发明公开了一种屈服强度350 MPa无缝管线管及其制备方法，涉及管线管制造技术领域。化学成分重量百分比：0.125%≤C≤0.145%、0.25%≤Si≤0.40%、1.25%≤Mn≤1.45%、S≤0.008%、P≤0.015%、0.02%≤Al≤0.04%、0.035%≤V≤0.055%、0.008%≤Ti≤0.015%、0.002%≤Ca≤0.004%、0.004%≤N≤0.007%、CEQ≤0.38%，其余为铁和杂质。制备方法：取与管线管具有相同组分的连铸圆坯经加热、穿孔、热轧制成荒管，再经再加热、高压水除鳞、微张力减径、步进式冷床冷却制成。本发明管线管综合性能优异、生产工艺简单、制造成本低。

Description

一种屈服强度350 MPa无缝管线管及其制备方法

技术领域

本发明涉及管线管的制造技术领域。

背景技术

据国际权威机构预测，从2000～2030年，世界石油的需求量年均增长1.6%，2030年将达到57.69亿吨；天然气的需求量年均增长2.4%，2030年将达到42.03亿吨油当量。而管线输送是石油和天然气运输的最主要方式，具有经济、安全、不间断的特点。因此，随着石油和天然气需求量的快速增长，用于油气输送管线建造的无缝管线管的需求量将会日益增加。

目前钢铁行业已经进入微利时代，国内钢铁行业同质化竞争日趋激烈，通过化学成分的优化设计，优化生产工艺流程，通过生产过程的有效控制来获得优良的材料性能，从而降低生产能成本，成为当前钢铁冶金研究的一个主要方向。

在合金元素对钢的性能影响方面，前人已经进行了系统的研究。

C：碳元素是对钢的性能影响最大的基础元素。随着碳含量的增加，抗拉强度不断提高，但塑性、韧性及耐蚀性会降低，且焊接性和冷加工性能变差。在低合金钢中，要求焊接性能的钢种，含碳量一般不超过0.20%。

Si：炼钢时可作为脱氧剂加入钢中，随着硅含量的提高，钢的抗拉强度提高，屈服点也提高，冶炼过程中钢液流动性增加，但伸长率、断面收缩率、冲击韧性及焊接性能均降低。

Mn：钢中加入锰后会引起固溶强化，还可以降低钢g→a的相变温度，进而细化铁素体晶粒。锰的这种固溶强化、晶界强化、相变强化在提高强度的同时，还可以提高韧性、降低钢的韧脆转变温度。但锰含量过高就会加剧铸坯的中心偏析，从而引起钢管力学性能的各向异性，且导致抗HIC性能的降低。

Nb：铌元素可通过固溶强化、相变强化、析出强化来提高钢的强度。有研究表明：加入适量的铌，可以获得均匀的针状铁素体组织和良好韧性。但铌元素会导致高温延展性能明显下降的脆化温度区（900-700℃），易在连铸时出现裂纹。

V：钒在钢中具有较强的沉淀强化作用，但细晶强化作用较弱，故其韧脆转变温度比铌、钛高，在管线钢的合金设计中，一般不单独使用。

Ti：就在钢中的功能而言，钛元素与铌、钒相似：在阻止奥氏体晶粒长大方面，Nb、Ti较明显，V较弱；在延迟奥氏体的再结晶方面，Nb>Ti>V；在析出强化方面，Ti>Nb>V；在阻止焊接热影响区的韧性变差方面，Ti>Nb，因为在焊接峰值温度下，高温热稳定性方面Ti(C,N)>Nb(C,N)。

目前各个钢管企业对管线管的成分设计都是在C-Mn钢的基础上加入Nb、V、Ti等元素进行微合金化。

现有的技术中，有申请号为201010130911.8，发明名称为一种高强度、抗CO₂和H₂S腐蚀无缝集输管线管的中国专利，其管线管成分重量百分比为：C 0.01～0.1%、Si 0.1～0.5%、Mn 0.1～1%、P≤0.02%、S≤ 0.003%、Cr 1.0～7.0%、Mo 0.1～2%、Cu 0.1～0.5%、Ni 0.05～0.75%、Al 0.01～0.1%、Ni≤0.1%、V≤0.1%、Ti≤0.1%、稀土元素0.01%～0.1%，其余为Fe。使用电弧炉或转炉冶炼得到圆形管坯后，采用Mannesman 无缝钢管轧制工艺制成无缝荒管，荒管经调质或正火处理可制成X52成品管。该技术中，合金消耗较高、并且制备工艺中包含热处理工序，制造成本较高，该类钢管在普通环境下使用并不经济。

现有的技术中，还有申请号为201210084138.5，发明名称为直径为508 mm的耐硫化氢腐蚀管线用无缝钢管的生产方法的中国专利，其采用的钢种化学成分重量百分比为：C 0.08～0.12%、Si 0.20～0.35%、Mn 1.2～1.4%、Mo 0.01～0.15%、Al 0.01～0.05%、V 0.04～0.07%、Nb 0.02～0.04%，余量为Fe及不可避免的杂质，将管坯经过轧制和热处理后获得了较好的耐腐蚀性能，屈服强度在380 MPa以上，但同样生产成本较高。

现有的技术中，还有申请号为200810157881.2，发明名称为一种X52钢级低温用无缝管线钢管的制造方法的中国专利，其钢材的化学成分重量百分比为C：0.15～0.18%，Mn：1.0～1.2%，S≤0.015%，P≤0.015%，V：0.06～0.08%，Al：0.015～0.025%。该技术中，在钢中加入了一定量的钒，可以通过增加沉淀硬化效果来提高钢管的强度，但是钒的细晶强化作用较弱，因此不易获得良好的综合性能。

由此可见，无缝管线管的合金成分设计可有多种选择，而提高合金成分不仅使钢的成本增加，也有可能对材料性能产生负面影响。因此，无缝管线管制造工程应在合金成分设计、制备工艺以及可供采用的制造设备上寻求最佳的平衡，在保证产品综合性能的条件下最大限度地降低制造成本。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种屈服强度350 MPa无缝管线管及其制备方法，该无缝管线管的屈服强度≥350 MPa，综合性能优异；同时，制造成本低，生产工艺简单，可广泛用于油气集输管线的建造，市场前景广阔。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种屈服强度350 MPa无缝管线管，化学成分重量百分比为：0.125%≤C≤0.145%、0.25%≤Si≤0.40%、1.25%≤Mn≤1.45%、S≤0.008%、P≤0.015%、0.02%≤Al≤0.04%、0.035%≤V≤0.055%、0.008%≤Ti≤0.015%、0.002%≤Ca≤0.004%、0.004%≤N≤0.007%、碳当量CEQ≤0.38%，其余为Fe和不可避免的杂质；所述无缝管线管是用以下方法制成的：取与所述管线管具有相同组分的连铸圆坯经环形炉加热、穿孔、热轧后制成荒管，荒管经再加热、高压水除鳞、微张力减径、步进式冷床冷却后制成无缝管线管。

优选的，无缝管线管中的钒含量重量百分比与无缝管线管的壁厚符合以下关系：0.8T+0.03≤100V≤2.0T+0.03，其中，T为无缝管线管的壁厚，T的单位为m；V为无缝管线管中的钒含量重量百分比；100V的意义为100×V。

化学成分设计采用钛和钒复合微合金化，V(C,N)将在热轧和冷却过程中从过饱和的奥氏体中大量析出，从而起到沉淀强化作用；固相中析出的纳米级TiN或Ti(C,N)粒子将在加热和热轧过程中抑制奥氏体晶粒长大，从而改善韧性。因此，采用钛和钒复合微合金化技术可获得强韧性匹配良好的力学性能。

其中Ti和N含量的设计综合考虑以下几方面：1）降低TiN的析出温度，如果Ti含量和N含量太高，TiN的形成温度较高、颗粒相对粗大，不利于钢的塑性，因此，最好进行微钛处理，而且N含量不宜太高；2）钢中的自由N对钢的韧脆转变温度升高具有显著影响，因此不宜太高；3）钢中的自由N可降低TiN颗粒在高温奥氏体中的溶解，阻碍TiN颗粒长大，从而提高TiN颗粒的稳定性，有利于奥氏体晶粒的细化；4）N能促进Ｖ的析出，提高沉淀强化效果。

上述屈服强度350 MPa无缝管线管的制备方法，包括下述步骤：

取与所述管线管具有相同组分的连铸圆坯经环形炉加热、穿孔、热轧后制成荒管，荒管经再加热、高压水除鳞、微张力减径、步进式冷床冷却后制成无缝管线管。

优选的，再加热工序中，荒管经加热后温度为980～1030℃。

通过在线再加热工序可补偿钢管的温度，将钢管的温度加热到A_C3温度以上并进行保温可使钢管的温度均匀化，有利于钢管性能的稳定。

优选的，步进式冷床冷却中，管线管进冷床温度为870～890℃，进冷床后采用风机和水雾冷却，管线管过风机后温度控制在400～500℃，管线管出冷床温度控制在200～300℃。

将进冷床的温度控制在A_r3以上，采用风机和水雾冷却可降低珠光体的转变温度、减小珠光体片层间距，从而有效提高钢的强度；相变结束后，不再采用风机冷却可节省生产成本。

优选的，热轧制工序中，轧管机组为ACCU-ROLL精密斜轧机组。

优选的，连铸圆坯是以废钢和生铁为原料，经电弧炉熔炼、钢包精炼、连铸工序而制成。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

与已有的技术相比，本发明的管线管合金含量低、制造过程不需进行正火或调质处理，可节约10%以上的制造成本。同时，本发明的无缝管线管的综合性能好，屈服强度≥410 MPa，抗拉强度为560～620 MPa，0℃夏比冲击吸收能量≥60 J，可广泛用于油气集输管线的建造，市场前景广阔。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明；

图1是本发明实施例1-3所制得的350 MPa级无缝管线管的屈服强度分布图；

图2是本发明实施例1-3所制得的350 MPa级无缝管线管的抗拉强度分布图；

图3是本发明实施例1-3所制得的350 MPa级无缝管线管的延伸率分布图；

图4是本发明实施例1-3所制得的350 MPa级无缝管线管的0℃冲击功分布图。

具体实施方式

实施例1

以废钢和生铁为原料，经电弧炉熔炼、钢包精炼、连铸工序制成直径为Φ180 mm的连铸圆坯，其化学成分的重量百分比为：C 0.13%、Si 0.28%、Mn 1.31%、S 0.001%、P 0.005%、Al 0.028%、V 0.04%、Ti 0.01%、Ca 0.0025%、N 0.007%，其余为Fe和不可避免的杂质。

连铸圆坯经环形炉加热、穿孔、热轧制后制成荒管、荒管经再加热、高压水除鳞、微张力减径、步进式冷床冷却后制成外径为168.3 mm、壁厚为7.1 mm的无缝管线管；

环形炉加热工序中，加热段的温度为1240～1280℃，均热段的温度为1240～1260℃，管坯的出炉温度为1120～1140℃；炉温采用全自动智能闭环控制系统，炉气温度控制精度可达±10℃。

穿孔工序中，采用辗轧角为12°的新型锥形二辊穿孔机，管坯穿孔前的温度为1050～1060℃，管坯穿孔后的温度为1140～1150℃；

热轧工序中，轧管机组为ACCU-ROLL精密斜轧机组，辗轧角为12°，管坯热轧前的温度为1040～1050℃；

再加热工序中，荒管经加热后温度为980～1030℃；

高压水除鳞工序中，除鳞压力为1～10 MPa；

微张力减径工序中，单机架的减径率≤2.5%；

步进式冷床冷却中，管线管进冷床温度为870～890℃，进冷床后采用风机和水雾冷却，管线管过风机后温度为400～500℃，管线管出冷床温度为200～300℃。

实施例2

以废钢和生铁为原料，经电弧炉熔炼、钢包精炼、连铸工序制成直径为Φ180 mm的连铸圆坯，其化学成分的重量百分比为：C 0.125%、Si 0.25%、Mn 1.25%、S 0.008%、P 0.015%、Al 0.02%、V 0.035%、Ti 0.008%、Ca 0.002%、N 0.005%，其余为Fe和不可避免的杂质。

连铸圆坯经环形炉加热、穿孔、轧制后制成荒管、荒管经再加热、高压水除鳞、微张力减径、步进式冷床冷却后制成外径为168.3 mm、壁厚为6.5 mm的无缝管线管；

再加热工序中，荒管经加热后温度为980～1030℃；

高压水除鳞工序中，除鳞压力为1～10 MPa；

微张力减径工序中，单机架的减径率≤2.5%；

实施例3

以废钢和生铁为原料，经电弧炉熔炼、钢包精炼、连铸工序制成直径为Φ210 mm的连铸圆坯，其化学成分的重量百分比为：C 0.145%、Si 0.4%、Mn 1.45%、S 0.002%、P 0.004%、Al 0.04%、V 0.055%、Ti 0.015%、Ca 0.004%、N 0.007%，其余为Fe和不可避免的杂质。

连铸圆坯经环形炉加热、穿孔、轧制后制成荒管、荒管经再加热、微张力减径、高压水除鳞、步进式冷床冷却后制成外径为219.1 mm、壁厚为13.5 mm的无缝管线管；

再加热工序中，荒管经加热后温度为980～1030℃；

高压水除鳞工序中，除鳞压力为1～10 MPa；

微张力减径工序中，单机架的减径率≤2.5%；

从实施例1～实施例3制得的无缝管线管中任意取样分析其屈服强度、抗拉强度、延伸率、0℃横向冲击功，其统计分析结果分别如图1～图4所示。图中的样品数为所取的无缝管线管的个数，采用随机取样方式。通过以上方法制得的无缝管线管的屈服强度平均值为429.3 MPa、标准差为10 MPa，抗拉强度平均值为587.9 MPa、标准差为10.3 MPa，延伸率平均值为30%、标准差为2.8%，0℃横向全尺寸夏氏冲击功大于60 J。由此可见，通过本方法制得的屈服强度350MPa无缝管线管的力学性能优异且波动小，完全满足油气集输管线管的性能要求。

Claims

1.一种屈服强度350 MPa无缝管线管，其特征在于：所述无缝管线管的化学成分重量百分比为：0.125%≤C≤0.145%、0.25%≤Si≤0.40%、1.25%≤Mn≤1.45%、S≤0.008%、P≤0.015%、0.02%≤Al≤0.04%、0.035%≤V≤0.055%、0.008%≤Ti≤0.015%、0.002%≤Ca≤0.004%、0.004%≤N≤0.007%、碳当量CEQ＜0.38%，其余为Fe和不可避免的杂质；无缝管线管中的钒含量重量百分比与无缝管线管的壁厚符合以下关系：0.8T+0.03≤100V≤2.0T+0.03，其中，T为无缝管线管的壁厚，T的单位为m；V为无缝管线管中的钒含量重量百分比；所述无缝管线管是用以下方法制成的：取与所述管线管具有相同组分的连铸圆坯经环形炉加热、穿孔、热轧后制成荒管，荒管经再加热、高压水除鳞、微张力减径、步进式冷床冷却后制成无缝管线管。

2.如权利要求1所述的一种屈服强度350 MPa无缝管线管的制备方法，其特征在于包括下述步骤：取与所述管线管具有相同组分的连铸圆坯经环形炉加热、穿孔、热轧后制成荒管，荒管经再加热、高压水除鳞、微张力减径、步进式冷床冷却后制成无缝管线管；步进式冷床冷却中，管线管进冷床温度为870～890℃，进冷床后采用风机和水雾冷却，管线管过风机后温度控制在400～500℃，管线管出冷床温度控制在200～300℃。

3.根据权利要求2所述的一种屈服强度350 MPa无缝管线管的制备方法，其特征在于：再加热工序中，荒管经加热后温度为980～1030℃。

4.根据权利要求2所述的一种屈服强度350 MPa无缝管线管的制备方法，其特征在于：热轧工序中，轧管机组为ACCU-ROLL精密斜轧机组。

5.根据权利要求2所述的一种屈服强度350 MPa无缝管线管的制备方法，其特征在于：连铸圆坯是以废钢和生铁为原料，经电弧炉熔炼、钢包精炼、连铸工序而制成。