CN105088093A - 低温低屈强比s355钢级无缝结构钢管及生产方法 - Google Patents

低温低屈强比s355钢级无缝结构钢管及生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供低温低屈强比S355钢级无缝结构钢管,无缝钢管的外径≤720mm、壁厚≤40mm;屈服强度≥355MPa,抗拉强度470~630MPa;-50℃纵向全尺寸夏比V型冲击功≥80J;屈强比≤0.77;晶粒度≥7级;所述无缝钢管的钢种成分的重量配比为:C:0.13~0.18%,Si:0.20~0.45%,Mn:1.30~1.65%,P:≤0.015%,S:≤0.005%,Mo:≤0.10%,Al:0.020~0.060%,Nb:0.02~0.05%,V:0.05~0.12%,Cu:≤0.20%,Ni:≤0.20%,Ti:≤0.02%,Cr:≤0.20%,Ca:0.0015~0.0060%,N:≤0.012%,其余为铁,杂质元素微量,0.37%≤CEV≤0.43%。还提供该钢级无缝钢管的生产方法。有益效果是无缝钢管强度稳定,低温性能高于EN?10210标准的S355NLH钢级-50℃纵向全尺寸夏比V型冲击功≥27J的要求。

Description

低温低屈强比S355钢级无缝结构钢管及生产方法
技术领域
本发明属于冶金工业的无缝钢管制造技术,涉及一种低温低屈强比S355钢级无缝结构钢管及生产方法。
背景技术
近年来,随着我国钢产量的增长及加工能力的不断增强,结构钢管在建筑工程、海洋工程中的应用范围得到扩展,对所使用的钢管性能也提出更高要求,特别是海洋工程领域需要使用大量耐低温、屈强比低、强度达到355MPa钢级的结构钢管。屈强比是指材料的屈服强度与抗拉强度的比值。屈强比越低,钢管从开始塑性变形到最终断裂所需要的形变量越大,因而提高了其塑性变形能力,可有效缓解因过载而产生的应力集中,使钢结构构件吸收较多的能量。反之若屈强比过高则会导致由于局部大变形而造成的超载失稳。从这个角度出发,屈强比越低就越安全,因此低屈强比是结构用钢管设计的首要条件。生产低温低屈强比S355钢级无缝结构钢管主要有三种交货状态,一是轧态,强度和屈强比可以满足要求,但是-50℃低温冲击韧性无法满足要求;二是调质态,强度和低温韧性可以满足要求,但是通常屈强比>0.80,无法满足要求;三是正火态,低温韧性和屈强比可以满足要求,如果钢种设计不合理,强度容易出现较大波动,尤其是对厚壁钢管,中部性能往往偏低。
发明内容
为解决上述技术中存在的问题,本发明的目的是提供一种低温低屈强比S355钢级无缝结构钢管及生产方法,满足市场对低温低屈强比S355钢级无缝钢管的需要。通过该方法制造的无缝结构钢管强度稳定,低温性能要远远高于EN10210标准规定的S355NLH钢级-50℃纵向全尺寸夏比V型冲击功≥27J的要求,并且具有屈强比≤0.77,组织均匀和晶粒细小,晶粒度≥7级,外表面质量好的特点。
为实现上述目的,本发明的技术解决方案是提供一种低温低屈强比S355钢级无缝结构钢管钢种,钢种组成元素的重量配比为C:0.13~0.18%,Si:0.20~0.45%,Mn:1.30~1.65%,P:≤0.015%,S:≤0.005%,Mo:≤0.10%,Al:0.020~0.060%,Nb:0.02~0.05%,V:0.05~0.12%,Cu:≤0.20%,Ni:≤0.20%,Ti:≤0.02%,Cr:≤0.20%,Ca:0.0015~0.0060%,N:≤0.012%,其余为铁,杂质元素微量,0.37%≤CEV≤0.43%,适合生产外径≤720mm,壁厚≤40mm的无缝结构钢管。
同时提供一种低温低屈强比S355钢级无缝结构钢管的生产方法。
本发明的效果具体表现在:1)采用以碳锰钢为基础,辅以钒、铌微合金化的钢种设计,针对不同外径和壁厚通过调整C和Mn的含量达到控制CEV的目的,适合生产外径≤720mm,壁厚≤40mm低温低屈强比S355NLH钢级无缝结构钢管;2)采用控制轧制技术,控制钢管在不同变形阶段的变形温度,环形炉加热温度控制在1240~1280℃,穿孔温度控制为1200~1240℃,连轧温度控制为1050~1100℃,终轧温度控制为850~980℃;3)采用高温正火热处理工艺,不同外径壁厚钢管通过开启不同数量风机达到不同的空冷速度,使得钢管获得均匀组织的同时得到优良的低温韧性和低屈强比,所生产无缝结构钢管能达到屈服强度≥355MPa,抗拉强度470~630MPa,-50℃纵向全尺寸夏比V型冲击功≥80J,屈强比≤0.77,晶粒度≥7级。
附图说明
图1为Φ711×38.1mmS355NLH无缝钢管500X金相照片;
图2为Φ711×38.1mmS355NLH无缝钢管晶粒度100X金相照片。
具体实施方式
结合附图对本发明的低温低屈强比S355钢级无缝钢管及生产方法加以说明。
科学的钢种成分配比,针对不同外径和壁厚通过调整C和Mn的不同含量达到控制不同的CEV的目的,采用了V、Nb微合金化技术;采用控制轧制技术,控制钢管在不同变形阶段的变形温度;采用高温正火热处理工艺结合不同外径和壁厚使用不同风冷速度,使得钢管获得均匀组织的同时得到优良的低温韧性和低屈强比。对主要组成成分选取理由如下:
碳:钢中最经济、最基本的强化元素,通过固溶强化和析出强化的作用对提高钢的强度有明显的作用,具有成本低、调控敏感性好的优点。此外碳和钢的强度匹配关系也尤为重要,因含碳量的高低与钢的强度成正比关系,但钢的冲击韧性则明显降低。为了兼顾强度、韧性,把碳含量控制在0.13~0.18%之间。
锰:显著提高奥氏体的稳定性,促进贝氏体转变,从而显著提高钢的强度,结合降碳可显著提高韧性。本钢种把锰含量控制在1.30~1.65%之间。
铌:是加入的微合金化元素,通过细晶强化和沉淀强化可以提高强度,同时可改善钢的低温冲击韧性。铌降低钢的热塑性从而增加了含铌钢铸坯的热裂倾向。综合考虑,把铌含量控制在0.02~0.05%之间。
钒:具有较高的析出强化作用和晶粒细化作用,通过铁素体沉淀硬化和细化铁素体晶粒的提高屈服和抗拉强度。在铌、钒微合金元素复合使用时,钒是同通过铁素体中以VC析出强化来提高钢的强度。综合考虑,把钒含量控制在0.05~0.12%之间。
铝:是脱氧剂,其含量低于0.005%时不能达到这种效果,但含量过高时,易导致夹杂物增多,产生发纹,降低韧性和加工性能,因此将其含量控制在0.020~0.060%之间。
此外,为了控制钢种的夹杂物,还进行了钙处理,为了提高钢的低温韧性,控制S≤0.005%,P≤0.015%,五害元素之和要求小于200ppm,成品氮小于120ppm,成品氧小于30ppm,成品氢小于2ppm。
本发明的低温低屈强比S355钢级无缝钢管,该无缝钢管的外径≤720mm、壁厚≤40mm;屈服强度≥355MPa,抗拉强度470~630MPa;所述无缝钢管的钢种成分的重量配比为:C:0.13~0.18%,Si:0.20~0.45%,Mn:1.30~1.65%,P:≤0.015%,S:≤0.005%,Mo:≤0.10%,Al:0.020~0.060%,Nb:0.02~0.05%,V:0.05~0.12%,Cu:≤0.20%,Ni:≤0.20%,Ti:≤0.02%,Cr:≤0.20%,Ca:0.0015~0.0060%,N:≤0.012%,其余为铁,杂质元素微量,0.37%≤CEV≤0.43%。
本发明的低温低屈强比S355钢级无缝钢管的生产方法,该方法是通过以下步骤进行的:炼钢,包括有电炉或转炉→LF精炼→VD或RH真空除气→连铸;轧管,包括有环形炉加热→穿孔→连轧→定径→锯切→矫直→探伤→大规格旋扩或热扩;热处理,包括有正火热处理→探伤→喷标→入库,在上述方法步骤中进行了以下步骤的工艺调整改进:
1)按照上述低温低屈强比S355钢级无缝钢管的钢种成分重量百分比进行配料。
2)炼钢:按步骤1)配料为炼钢原料,VD或RH真空除气,真空除气高真空时间不少于10分钟;真空除气后Ca处理,氩气弱搅拌时间不少于2分钟;连铸过程使用末端电磁搅拌。
3)轧管:采用控制轧制技术,控制钢管在不同变形阶段的变形温度,环形炉加热温度控制在1240~1280℃,穿孔温度控制为1200~1240℃,连轧温度控制为1050~1100℃,终轧温度控制为850~980℃。
4)热处理:正火热处理,温度900~960℃,钢管出高温炉后开启高压水除鳞装置,改善外表面质量;不同外径壁厚钢管通过开启不同数量风机达到不同的空冷速度,使得钢管获得屈服强度≥355MPa,抗拉强度470~630MPa,-50℃纵向全尺寸夏比V型冲击功≥80J,屈强比≤0.77,晶粒度≥7级。
本发明的低温低屈强比S355钢级无缝钢管的生产方法功能是这样实现的:轧制S355钢级无缝结构钢管的制造方法,其步骤包括有:按照该无缝钢管的外径≤720mm、壁厚≤40mm;屈服强度≥355MPa,抗拉强度470~630MPa的技术要求,进行该无缝钢管的钢种成分的重量配比的技术方案配料炼钢→LF精炼→VD或RH真空除气→连铸→环形炉加热→穿孔→连轧→定径→锯切→矫直→探伤→旋扩或者热扩(某些大规格)→正火热处理→探伤→喷标→入库。主要的技术参数如下:
①配料冶炼、连铸
按上述钢种组成元素重量成分为:C:0.13~0.18%,Si:0.20~0.45%,Mn:1.30~1.65%,P:≤0.015%,S:≤0.005%,Mo:≤0.10%,Al:0.020~0.060%,Nb:0.02~0.05%,V:0.05~0.12%,Cu:≤0.20%,Ni:≤0.20%,Ti:≤0.02%,Cr:≤0.20%,Ca:0.0015~0.0060%,N:≤0.012%,其余为铁,杂质元素微量,控制0.37%≤CEV≤0.43%。LF精炼完后的钢水经过VD真空除气,喂入Ca丝进行钙处理,温度合适后上连铸平台进行连铸,连铸过程使用末端电磁搅拌。
②轧管
检验合格后的定尺连铸坯在环形加热炉内加热,加热炉炉温控制为1240~1280℃,穿孔温度控制为1200~1240℃,连轧温度控制为1050~1100℃,终轧温度控制为830~980℃,冷却,锯切,矫直,探伤,某些规格需要经旋扩或者热扩。
③热处理
采用正火的热处理工艺,正火温度为900℃~960℃,采用空冷,不同外径壁厚钢管通过开启不同数量风机达到不同的空冷速度,UT探伤。
所述S355NLH无缝钢管的力学性能达到的指标如下:
纵向屈服强度 ≥355MPa
纵向抗拉强度 470~630MPa
纵向延伸率 ≥23%
屈强比 ≤0.77
-50℃纵向全尺寸夏比V型冲击功 ≥80J
组织 F+P
晶粒度 ≥7级
Φ711×38.1mmS355NLH无缝钢管500X金相照片及晶粒度100X金相照片如图1、2所示。
实施例1:Φ60.3×11.07mmS355NLH无缝钢管
1.1炼钢生产Φ210mm圆坯成分:
C Si Mn P S Ni Cr Mo
0.14 0.28 1.37 0.008 0.002 0.02 0.06 0.02
Cu Al V Nb Ti N CEV
0.04 0.032 0.05 0.02 0.002 0.0048 0.40
1.2轧管
加热炉炉温控制为1250℃,穿孔温度控制为1200℃,连轧温度控制为1050℃,终轧温度控制为860℃。
1.3热处理
采用正火的热处理工艺,正火温度为930℃,采用空冷,开启1/2风机,UT探伤,最终产品性能测试结果如下:
(1)拉伸
(2)冲击
(3)组织:F+P
(4)晶粒度:8.5级
实施例2:Φ168.3×7.93mmS355NLH无缝钢管
2.1炼钢生产Φ210mm圆坯成分:
C Si Mn P S Ni Cr Mo
0.13 0.28 1.37 0.007 0.002 0.02 0.05 0.03
Cu Al V Nb Ti N CEV
0.08 0.037 0.06 0.02 0.002 0.0076 0.39
2.2轧管
加热炉炉温控制为1260℃,穿孔温度控制为1200℃,连轧温度控制为1050℃,终轧温度控制为860℃。
2.3热处理
采用正火的热处理工艺,正火温度为920℃,采用空冷,开启1/2风机UT探伤,最终产品性能测试结果如下:
(1)拉伸
(2)冲击
(3)组织:F+P
(4)晶粒度:8.5级
实施例3:Φ323.9×15.88mmS355NLH无缝钢管
3.1炼钢生产Φ350mm圆坯成分:
C Si Mn P S Ni Cr Mo
0.15 0.29 1.38 0.008 0.002 0.03 0.06 0.01
Cu Al V Nb Ti N CEV
0.09 0.035 0.06 0.03 0.003 0.0052 0.41
3.2轧管
加热炉炉温控制为1260℃,穿孔温度控制为1210℃,连轧温度控制为1070℃,终轧温度控制为880℃。
3.3管加工
采用正火的热处理工艺,正火温度为940℃,采用空冷,开启2/3风机,UT探伤,最终产品性能测试结果如下:
(1)拉伸
试样号 温度 取向 ReH(MPa) Rm(MPa) ReH/Rm A%
1 22 纵向 390 525 0.74 25
(2)冲击
(3)组织:F+P
(4)晶粒度:8.5级
实施例4:Φ406.4×31.8mmS355NLH无缝钢管
4.1炼钢生产Φ400mm圆坯成分:
C Si Mn P S Ni Cr Mo
0.15 0.27 1.45 0.008 0.002 0.04 0.05 0.02
Cu Al V Nb Ti N CEV
0.08 0.041 0.07 0.03 0.002 0.0047 0.43
4.2轧管
加热炉炉温控制为1270℃,穿孔温度控制为1220℃,连轧温度控制为1080℃,终轧温度控制为920℃。
4.3热处理
采用正火的热处理工艺,正火温度为950℃,采用空冷,风机全部开启,UT探伤,最终产品性能测试结果如下:
(1)拉伸
试样号 温度 取向 ReH(MPa) Rm(MPa) ReH/Rm A%
1 22 纵向 380 515 0.74 26
(2)冲击
(3)组织:F+P
(4)晶粒度:8级
实施例5:Φ711×38.1mmS355NLH无缝钢管
5.1炼钢生产Φ400mm圆坯成分:
C Si Mn P S Ni Cr Mo
0.16 0.26 1.38 0.008 0.002 0.05 0.06 0.03
Cu Al V Nb Ti N CEV
0.07 0.038 0.08 0.02 0.002 0.0071 0.43
5.2轧管
加热炉炉温控制为1280℃,穿孔温度控制为1220℃,连轧温度控制为1080℃,终轧温度控制为950℃,旋扩温度980℃。
5.3热处理
采用正火的热处理工艺,正火温度为950℃,采用空冷,风机全部开启,UT探伤,最终产品性能测试结果如下:
(1)拉伸
(2)冲击
(3)组织:F+P
(4)晶粒度:8级。

Claims (2)

1.一种低温低屈强比S355钢级无缝钢管,其特征是:所述无缝钢管的外径≤720mm、壁厚≤40mm;屈服强度≥355MPa,抗拉强度470~630MPa;所述无缝钢管的钢种成分的重量配比为:C:0.13~0.18%,Si:0.20~0.45%,Mn:1.30~1.65%,P:≤0.015%,S:≤0.005%,Mo:≤0.10%,Al:0.020~0.060%,Nb:0.02~0.05%,V:0.05~0.12%,Cu:≤0.20%,Ni:≤0.20%,Ti:≤0.02%,Cr:≤0.20%,Ca:0.0015~0.0060%,N:≤0.012%,其余为铁,杂质元素微量,0.37%≤CEV≤0.43%。
2.根据权利要求1所述的低温低屈强比S355钢级无缝钢管的生产方法,所述方法包括以下步骤:炼钢,包括有电炉或转炉→LF精炼→VD或RH真空除气→连铸;轧管,包括有环形炉加热→穿孔→连轧→定径→锯切→矫直→探伤→大规格旋扩或热扩;热处理,包括有正火热处理→探伤→喷标→入库),所述方法步骤中,其特征是:
1)按照权利要求1所述无缝钢管的钢种成分的重量百分比配料;
2)炼钢:按步骤1)配料为炼钢原料,VD或RH真空除气,真空除气高真空时间不少于10分钟;真空除气后Ca处理,氩气弱搅拌时间不少于2分钟;连铸过程使用末端电磁搅拌;
3)轧管:采用控制轧制技术,控制钢管在不同变形阶段的变形温度,环形炉加热温度控制在1240~1280℃,穿孔温度控制为1200~1240℃,连轧温度控制为1050~1100℃,终轧温度控制为850~980℃;
4)热处理:正火热处理,温度900~960℃,钢管出高温炉后开启高压水除鳞装置,改善外表面质量;不同外径壁厚钢管通过开启不同数量风机达到不同的空冷速度,使得钢管获得屈服强度≥355MPa,抗拉强度470~630MPa,-50℃纵向全尺寸夏比V型冲击功≥80J,屈强比≤0.77,晶粒度≥7级。
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