CN104988388B

CN104988388B - 一种经济型l485q无缝管线管及其制备方法

Info

Publication number: CN104988388B
Application number: CN201510429527.0A
Authority: CN
Inventors: 邓叙燕; 刘珂; 胡楚江; 冯莹; 李健强; 李玲霞; 冯传宁
Original assignee: DALIPAL PIPE Co
Current assignee: DALIPAL PIPE Co
Priority date: 2015-07-21
Filing date: 2015-07-21
Publication date: 2017-01-25
Anticipated expiration: 2035-07-21
Also published as: CN104988388A

Abstract

本发明公开了一种经济型L485Q无缝管线管，涉及无缝管线管技术领域，该无缝管线管中各化学成分的重量百分比为：0.125%≤C≤0.145%、0.25%≤Si≤0.40%、1.30%≤Mn≤1.40%、S≤0.01%、P≤0.015%、0.01%≤Al≤0.02%、0.045%≤V≤0.055%、0.002%≤Ca≤0.004%、0.005%≤N≤0.01%、碳当量CEQ≤0.40%以及余量的Fe和杂质元素；其制备方法包括冶炼工序、轧管工序、热处理调质工序。此种L485Q无缝管线管制造成本低,具有优良和稳定的综合性能，可广泛用于油气集输管线的建造，市场前景广阔。

Description

一种经济型L485Q无缝管线管及其制备方法

技术领域

本发明涉及无缝管线管技术领域。

背景技术

随着石油及天然气清洁能源需求量的增加，用于油气输送的管线管已经成为钢管市场需求的亮点。“十二五”我国平均年需管线管已经超过500万吨，其中无缝管线管的需求量已超过70万吨。尤其是随着输气管道的输气量和压力不断提高，高端管线管的需求量日益增长，同焊接钢管相比，高端无缝管线管的生产尚存在以下难点：1）无缝钢管轧制和调质处理过程的冷却能力不如钢板的轧制过程，因此不易采用钢板的控轧控冷技术；2）无缝钢管的壁厚均匀性不如管线钢板。因此，无缝钢管的成型特点使其在满足大口径要求和达到高的韧性还有一定的技术难度。

目前钢铁行业已经进入微利时代，国内钢铁行业低端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。但锰的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。

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：钒是我国富有的一种元素，钒在奥氏体中的固溶度大，VN的形成温度稍高于低碳钢的A_c3温度，对形变奥氏体的再结晶过程阻碍作用较小，因此钒细化晶粒的作用较弱；V(C,N)析出温度低，在转变后的铁素体中大量析出，产生显著的沉淀强化作用。

Mo：钢中加入钼能够降低相变温度、抑制块状铁素体的形成、促进针状铁素体的转变，并能提高Nb(C、N)的沉淀强化效果，而且可改善钢的低温韧性和焊接HAZ的韧性。

其他元素（如Cu、Ni、Cr）：出于经济、性能的考虑，在管线钢中还经常使用铜、镍、铬等元素，这些元素对管线钢相变行为的影响类似于锰、钼。铜还能降低钢的腐蚀速率，这对于酸性环境中使用的管线钢有利。但是铜和铬的含量控制不当会影响钢的焊接性能。

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、Mo、Cr、Ti、Cu、Ni等元素进行微合金化。

由于无缝钢管成型特点方面的缺陷，现有屈服强度为485 MPa管线管大都是大口径的焊管，高端无缝管线管的技术报道较少。

现有的技术中有一种高强高韧X70厚壁无缝管线钢，此钢种的壁厚达到36 mm，其组成元素的重量配比为：C 0.09～0.10%、Si 0.23～0.24%、Mn 1.26～1.27%、P≤0.012％、S≤0.010％、Mo 0.20%、Al 0.005～0.045%、Nb 0.03%、V 0.04～0.05%、Cu 0.15～0.16%、Ni0.16%、Ti 0.02%、Cr 0.03%、CEQ≤0.43、Pcm≤0.22，其余为Fe和微量杂质元素。采用该技术虽然可以达到较高的力学性能，但是合金成本较高。

现有的技术中还有一种具有抗HIC性能的X70QS无缝管线管，其组成元素的重量配比为：C 0.06～0.14%、Si 0.20～0.45%、Mn 1.00～1.30%、P≤0.015%、S≤0.003%、Ni≤0.10%、Cu≤0.20%、Cr 0.05～0.30%、Mo 0.05～0.30%、Al 0.015～0.060%、N 0.003～0.010%、Nb 0.030～0.050%、V 0.05～0.09%、Ca≤0.060%，余量为Fe和杂质；碳当量Pcm≤0.22%，CEQ≤0.39%。采用该技术可获得良好的耐腐蚀性能，但同样合金成本较高。

文献《X70 钢级热轧无缝管线钢热处理工艺研究》报道了一种成分为C 0.19%、Si0.32%、Mn 0.78%、P 0.017%、S 0.05%、Cu 0.15%、Ni 0.05%、Cr 0.05%、Mo 0.01%、B 0.015%的高端无缝管线管及热处理调质技术。但该技术的合金成分体系较复杂、贵重合金含量高，生产成本较高。

因此，业界亟待开发一种既能保证产品的综合性能，又能最大限度地降低制造成本的高钢级无缝管线管及其制备方法技术。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种成本低廉、经济实用、综合性能良好的经济型L485Q无缝管线管及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一种经济型L485Q无缝管线管，该无缝管线管中各化学成分的重量百分比为：0.125%≤C≤0.145%、0.25%≤Si≤0.40%、1.30%≤Mn≤1.40%、S≤0.01%、P≤0.015%、0.01%≤Al≤0.02%、0.045%≤V≤0.055%、0.002%≤Ca≤0.004%、0.005%≤N≤0.01%、碳当量CEQ≤0.40%以及余量的Fe和杂质元素。

上述L485Q无缝管线管中化学成分设计是在C-Mn钢的基础上采用V微合金化，Ｖ的沉淀强化作用可使钢的强度大幅度提高。钢中N含量的控制考虑：1）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；2）N能促进Ｖ的析出，提高沉淀强化效果；由于电弧炉钢的氮含量普遍较高，因此该成分体系设计特别适合电炉冶炼管线钢。钢中加入Al的主要作用是脱氧，含量不能太高，避免产生大量高熔点的Al₂O₃夹杂物。

所述经济型L485Q无缝管线管的制备方法，包括以下步骤：

1）冶炼工序：以废钢和生铁为原料，经电弧炉熔炼、钢包精炼、连铸工序制成圆管坯；

2）轧管工序：将步骤1）所得到的合格圆坯经环形炉加热、穿孔、ACCU-ROLL精密斜轧机组轧制、微张力减径、步进式冷床冷却后得到无缝钢管；

3）热处理调质工序：将步骤2）得到的钢管在淬火加热炉中加热到860～880℃并保温40～80 min后，采用外淋+内喷的方式进行水冷，淬火后钢管温度为50～100℃；然后将钢管在回火加热炉中加热到640～680℃并保温60～100 min，经过空冷和加工后得到成品L485Q无缝管线管。

在步骤3）中水冷的外淋时间控制在15 s、内喷时间控制在14 s。

在步骤1）中，在电弧炉出钢过程中加入3～4 kg/t预熔精炼渣、4～5 kg/t石灰、0.2～0.8 kg/t电石进行提前造渣预精炼；钢包精炼过程中不再加入渣料。

所述预熔精炼渣在出钢1/5～1/4的过程中均匀地加在钢水表面，石灰、电石在出钢到1/3后一次性从料斗顺着出钢钢流加入到钢包。

按照上述化学成分重量百分比并利用上述方法步骤获得的无缝管线管的性能如下：屈服强度为485～635 MPa、抗拉强度为570～760 MPa、屈强比为0.8～0.9、延伸率≥30%、0℃横向全尺寸夏氏冲击功≥100 J、韧-脆转变温度≤-60 ℃。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

1）合金成分体系简单、合金成本低：所述L485Q无缝管线管的化学成分设计在C-Mn钢的基础上仅采用V微合金化；我国钒资源丰富，Fe-V合金价格较低，因此大大降低了制造成本。

2）精炼造渣工艺高效且环保：①精炼渣料全部在电弧炉出钢过程中加入，有利于提高精炼效果，并且提高钢水的纯净度，有利于实现钢水的窄成分控制和钢管性能的稳定性；②不使用含CaF₂的渣料（如萤石）进行造渣，有利于环保。

3）产品性能优异：通过对冶炼、轧制、热处理过程工艺参数的合理设计和精确控制，保证了钢管优良和稳定的综合性能，可广泛用于油气集输管线的建造，市场前景广阔。

附图说明

图1是本发明实施例1～3所制得的L485Q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L485Q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L485Q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L485Q无缝管线管的0℃冲击功分布图。

具体实施方式

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。

实施例1：

一种经济型L485Q无缝管线管，该无缝管线管中各化学成分的重量百分比为：C0.14%、Si 0.32%、Mn 1.34%、S 0.006%、P 0.01%、Al 0.012%、V 0.048%、Ca 0.0028%、N0.008%、碳当量CEQ≤0.40%以及余量的Fe和杂质元素。

上述L485Q无缝管线管的制备方法，包括以下步骤：

3）热处理调质工序：将步骤2）得到的钢管在淬火加热炉中加热到870℃并保温60min后，采用外淋+内喷的方式进行水冷，外淋时间控制在15 s，内喷时间控制在14 s，淬火后钢管温度为80℃；然后将钢管在回火加热炉中加热到660℃并保温80 min，经过空冷和加工后得到成品L485Q无缝管线管。

所述的冶炼工序中，在电弧炉出钢过程中加入3.5 kg/t预熔精炼渣、4.5 kg/t石灰、0.5 kg/t电石进行提前造渣预精炼；钢包精炼过程中不再加入渣料。预熔精炼渣在出钢1/5～1/4的过程中均匀地加在钢水表面，石灰、电石在出钢到1/3后一次性从料斗顺着出钢钢流加入到钢包。

实施例2

一种经济型L485Q无缝管线管，该无缝管线管中各化学成分的重量百分比为：C0.125%、Si 0.25%、Mn 1.30%、S 0.005%、P 0.012%、Al 0.01%、V 0.045%、Ca 0.003%、N0.005%、碳当量CEQ≤0.40%以及余量的Fe和杂质元素。

其制备方法包括以下步骤：

2）轧管工序：步骤1）所得到的合格圆管坯经环形炉加热、穿孔、ACCU-ROLL精密斜轧机组轧制、微张力减径、步进式冷床冷却后得到无缝钢管；

3）热处理调质工序：将步骤2）得到的钢管在淬火加热炉中加热到860℃并保温50min后，采用外淋+内喷的方式进行水冷，外淋时间控制在15 s，内喷时间控制在14 s，淬火后钢管温度为70℃；然后将钢管在回火加热炉中加热到650℃并保温80 min，经过空冷和加工后得到成品L485Q无缝管线管。

所述的冶炼工序中，在电弧炉出钢过程中加入3.5 kg/t预熔精炼渣、4.5 kg/t石灰、0.4 kg/t电石进行提前造渣预精炼；钢包精炼过程中不再加入渣料。预熔精炼渣在出钢1/5～1/4的过程中均匀地加在钢水表面，石灰、电石在出钢到1/3后一次性从料斗顺着出钢钢流加入到钢包。

实施例3

一种经济型L485Q无缝管线管，该无缝管线管中各化学成分的重量百分比为：C0.145%、Si 0.4%、Mn 1.4%、S 0.005%、P 0.006%、Al 0.02%、V 0.055%、Ca 0.0035%、N0.01%、碳当量CEQ≤0.40%以及余量的Fe和杂质元素。

其制备方法依次包括以下步骤：

3）热处理调质工序：将步骤2）得到的钢管在淬火加热炉中加热到880℃并保温80min后，采用外淋+内喷的方式进行水冷，外淋时间控制在15 s，内喷时间控制在14 s，淬火后钢管温度为90℃；然后将钢管在回火加热炉中加热到660℃并保温80 min，经过空冷和加工后得到成品L485Q无缝管线管。

按照GB/T9711-2011的标准要求从实施例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为485～635 MPa、抗拉强度为570～760 MPa、屈强比为0.8～0.9、延伸率≥30%、0℃横向全尺寸夏氏冲击功≥100 J、韧-脆转变温度≤-60 ℃，其中屈服强度平均值为565.4 MPa、标准差为30.4 MPa，抗拉强度平均值为661.3 MPa、标准差为13.7 MPa，延伸率平均值为35.2%、标准差为1.8%，0℃横向全尺寸夏氏冲击功平均值为150.1 J、标准差为21.5 J。

由此可见，通过上述方法制得的L485Q无缝管线管的合金成分体系简单、合金成本低，大大降低了制造成本；钢水的纯净度高，钢管具有优良和稳定的综合性能，完全满足油气集输管线管的性能要求，市场前景广阔。

Claims

1.一种经济型L485Q无缝管线管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3）热处理调质工序：将步骤2）得到的钢管在淬火加热炉中加热到860～880℃并保温40～80 min后，采用外淋+内喷的方式进行水冷，淬火后钢管温度为50～100℃；然后将钢管在回火加热炉中加热到640～680℃并保温60～100 min，经过空冷和加工后得到成品L485Q无缝管线管；

所述L485Q无缝管线管中各化学成分的重量百分比为：0.125%≤C≤0.145%、0.25%≤Si≤0.40%、1.30%≤Mn≤1.40%、S≤0.01%、P≤0.015%、0.01%≤Al≤0.02%、0.045%≤V≤0.055%、0.002%≤Ca≤0.004%、0.005%≤N≤0.01%、碳当量CEQ≤0.40%以及余量的Fe和杂质元素。

2.根据权利要求1所述的经济型L485Q无缝管线管的制备方法，其特征在于，步骤3）中水冷的外淋时间控制在15 s、内喷时间控制在14 s。

3.根据权利要求1所述的经济型L485Q无缝管线管的制备方法，其特征在于，步骤1）中，在电弧炉出钢过程中加入3～4 kg/t预熔精炼渣、4～5 kg/t石灰、0.2～0.8 kg/t电石进行提前造渣预精炼；钢包精炼过程中不再加入渣料。

4.根据权利要求3所述的经济型L485Q无缝管线管的制备方法，其特征在于，所述预熔精炼渣在出钢1/5～1/4的过程中均匀地加在钢水表面，石灰、电石在出钢到1/3后一次性从料斗顺着出钢钢流加入到钢包。