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