CN105349886B - ‑195℃超低温用无缝钢管及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种‑195℃超低温用无缝钢管及其制备方法，该无缝钢管由按重量百分比计为C 0.05％～0.08％，Si 0.16％～0.27％，Mn 0.75％～0.88％，P≤0.006％，S≤0.003％，Ni 8.5％～8.9％，Al 0.02％～0.04％，Mo≤0.02％及Fe等成分组成。制备方法是先冶炼管坯，然后轧制，该过程环形炉炉温必须保证出炉管坯温度为1245～1265℃，然后采用二次正火+回火热处理钢管，回火温度为570～590℃。本发明超低温用无缝钢管的力学性能和‑195℃低温冲击韧性完全满足‑195℃超低温用无缝钢管的技术要求，‑195℃冲击值达到165J以上，‑195℃横向膨胀值达到1.74mm以上。

Description

-195℃超低温用无缝钢管及其制备方法
技术领域
本发明的实施方式涉及无缝钢管领域，更具体地，本发明的实施方式涉及一种-195℃超低温用无缝钢管及其制备方法。
背景技术
随着我国经济的高速发展，国内石油、化工等能源行业需要大量低温用钢来制造各种液化石油气、液氨、液氧、液氮的生产及存储设备。由于液化天然气具有可燃性和超低温性，与一般低温压力容器相比，其存储和运输用钢管必须具备强度、热应力与应变、焊接性能和抗腐蚀等综合特性，还要求材料具有抗脆性裂纹扩展性能，对钢管的冶金质量和热处理工艺要求极其严格。目前能源行业-70～-196℃条件下使用的材料多为Ni系低温钢，Ni含量在0.5％～9％之间。
1944年开发的Ni含量为9％的合金钢，由美国国际镍公司的产品研究实验室研制成功，它是一种低碳调质钢，组织为马氏体加贝氏体。这种钢材在极低温度下具有良好的韧性和高强度，而且与奥氏体不锈钢和铝合金相比，热胀系数小，经济性好，使用温度最低可达-196℃，自1960年通过研究证明不进行焊后消除应力热处理亦可安全使用以来，9％Ni钢就成为用于制造大型LNG储罐的主要材料之一。目前生产的9Ni钢都是钢板，但缺乏与钢板匹配的锻件、管件和焊材，特别是无缝钢管。
中国发明专利申请CN104404364A公开了一种大口径9Ni低温用无缝钢管及生产方法，具有较高的强韧性和优良的低温性能，其冲击(-195℃)在117～154J范围内，侧向膨胀值分布在1.07～1.71mm范围内，侧向膨胀值比ASTM A333标准要求大0.38mm以上。
中国发明专利申请CN104438334A公开了一种中口径9Ni低温用无缝钢管及生产方法，具有较高的强韧性和优良的低温性能，其冲击(-195℃)在88～162J范围内，侧向膨胀值分布在1.03～1.84mm范围内，侧向膨胀值比ASTM A333标准要求大0.38mm以上。
中国发明专利申请CN104818425A公开了一种小口径9Ni低温用无缝钢管及生产方法，具有较高的强韧性和优良的低温性能，其冲击(-195℃)在24～31J范围内，侧向膨胀值分布在1.04～1.31mm范围内，侧向膨胀值比ASTM A333标准要求大0.38mm以上。
上述专利公开的低温用无缝钢管已经具有较高的强韧性和优良的低温性能，但是上述的成分设计中加入了贵重合金元素Mo，碳含量控制较高，影响低温冲击韧性，增加生产成本，不利于产品的推广应用，在液化石油气、液氨、液氧、液氮等领域，上述超低温无缝钢管还不能够完全满足要求，导致使用受限。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提供一种-195℃超低温用无缝钢管及其制备方法，以期望可以解决现有低温用无缝钢管在液化石油气、液氨、液氧、液氮等领域使用受限的问题。
为解决上述的技术问题，本发明的一种实施方式采用以下技术方案：
一种-195℃超低温用无缝钢管，它的化学成分按重量百分比计为：C 0.05％～0.08％，Si 0.16％～0.27％，Mn 0.75％～0.88％，P≤0.006％，S≤0.003％，Ni 8.5％～8.9％，Al 0.02％～0.04％，Mo≤0.02％，V≤0.01％，Ti≤0.01％，B≤0.0005％，余量为Fe和不可避免的杂质。
进一步成分优化的-195℃超低温用无缝钢管，它的化学成分按重量百分比计为：C0.06％，Si 0.23％，Mn 0.85％，P≤0.004％，S≤0.002％，Ni 8.7％，Al 0.03％,余量为Fe和不可避免的杂质。Mo、V、Ti、B都是不添加的由废钢、生铁和铁合金带入的残余元素，因此满足Mo≤0.02％，V≤0.01％，Ti≤0.01％，B≤0.0005％即可。
上述化学成分的无缝钢管在-195℃超低温环境下具有更高的冲击韧性。
上述-195℃超低温用无缝钢管的生产方法包括以下步骤：
(1)冶炼管坯：采用超高功率电弧炉冶炼→LF精炼→VD真空处理→圆坯连铸的方法获得具有权利要求1或2所述化学成分的管坯；
(2)钢管轧制：将管坯轧制成无缝钢管，轧制过程中环形炉炉温必须保证出炉管坯温度为1245～1265℃；
(3)钢管热处理：轧制后的钢管采用二次正火+回火热处理，第一次正火温度为900±10℃，保温34～36min，待钢管空冷后，将钢管重新加热，在温度790±10℃下进行第二次正火，保温34～36min，回火温度为570～590℃，保温59～61min。
生产上述-195℃超低温用无缝钢管的其它步骤与生产常规无缝钢管的方法相同，上述步骤中未提及的具体操作如冶炼、精炼、真空处理、浇注等过程，严格按照规范进行操作，使钢的化学成分均匀，以确保钢管的力学性能和低温冲击性能。超高功率电弧炉可以采用70吨超高功率电弧炉。轧制过程中按照要求控制管坯加热温度、终轧温度等各种工艺参数，以满足钢管的性能指标。本发明采用二次正火+回火热处理钢管，细化晶粒，保证低温冲击韧性。
上述-195℃超低温用无缝钢管的生产方法中，所述钢管轧制步骤中，环形炉炉温保证出炉管坯温度为1250～1260℃。
上述-195℃超低温用无缝钢管的生产方法中，所述钢管热处理步骤中，第一次正火温度为900℃，保温35min；第二次正火温度为790℃，保温35min；回火温度为580℃，保温60min。
上述-195℃超低温用无缝钢管的生产方法中，所述管坯的T[O]含量为10～20ppm。
上述-195℃超低温用无缝钢管的生产方法中，所述管坯稳定的非金属夹杂物总量为30～50ppm。
与现有技术相比，本发明的有益效果之一是：本发明超低温用无缝钢管的力学性能和-195℃低温冲击韧性完全满足-195℃超低温用无缝钢管的技术要求，-195℃冲击值达到165J以上，-195℃横向膨胀值1.74mm以上。本发明为液化石油气、液氨、液氧、液氮等石油化工行业的生产和存储设备用超低温无缝钢管提供了一种新的选择，具有广阔的应用前景。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
(1)冶炼管坯
采用超高功率电弧炉冶炼原料，获得初炼钢水，然后将初炼钢水进行LF精炼，提高钢质纯净度，再将钢水进行VD真空处理，进一步提高钢质纯净度，然后采用圆坯连铸机浇铸成Φ200～430mm规格的连铸圆坯，得到管坯，其化学成分见表1。
在冶炼、炉外精炼、浇铸过程中，严格按照规范进行操作，使钢的化学成分均匀，以确保钢管的力学性能和低温冲击韧性。管坯的T[O]含量：10～20ppm，管坯稳定的非金属夹杂物总量：30～50ppm。
(2)钢管轧制
将管坯轧制成无缝钢管，轧制过程中控制管坯加热温度、终轧温度等各种工艺参数，以满足钢管性能指标。主要工艺参数如下：轧制过程中环形炉炉温保证出炉管坯温度为1255℃。
(3)钢管热处理
轧管后将钢管采用二次正火+回火热处理，细化晶粒，保证低温冲击韧性。第一次正火温度为900℃，保温35min；第二次正火温度为790℃，保温35min；回火温度为580℃，保温60min。所得钢管性能检测结果见表2。
实施例2
(1)冶炼管坯
采用超高功率电弧炉冶炼原料，获得初炼钢水，然后将初炼钢水进行LF精炼，提高钢质纯净度，再将钢水进行VD真空处理，进一步提高钢质纯净度，然后采用圆坯连铸机浇铸成Φ200～430mm规格的连铸圆坯，得到管坯，其化学成分见表1。
在冶炼、炉外精炼、浇铸过程中，严格按照规范进行操作，使钢的化学成分均匀，以确保钢管的力学性能和低温冲击韧性。管坯的T[O]含量：10～20ppm，管坯稳定的非金属夹杂物总量：30～50ppm。
(2)钢管轧制
将管坯轧制成无缝钢管，轧制过程中控制管坯加热温度、终轧温度等各种工艺参数，以满足钢管性能指标。主要工艺参数如下：轧制过程中环形炉炉温保证出炉管坯温度为1245℃。
(3)钢管热处理
轧管后将钢管采用二次正火+回火热处理，细化晶粒，保证低温冲击韧性。第一次正火温度为890℃，保温36min；第二次正火温度为800℃，保温34min；回火温度为570℃，保温61min。所得钢管性能检测结果见表2。
实施例3
(1)冶炼管坯
采用超高功率电弧炉冶炼原料，获得初炼钢水，然后将初炼钢水进行LF精炼，提高钢质纯净度，再将钢水进行VD真空处理，进一步提高钢质纯净度，然后采用圆坯连铸机浇铸成Φ200～430mm规格的连铸圆坯，得到管坯，其化学成分见表1。
在冶炼、炉外精炼、浇铸过程中，严格按照规范进行操作，使钢的化学成分均匀，以确保钢管的力学性能和低温冲击韧性。管坯的T[O]含量：10～20ppm，管坯稳定的非金属夹杂物总量：30～50ppm。
(2)钢管轧制
将管坯轧制成无缝钢管，轧制过程中控制管坯加热温度、终轧温度等各种工艺参数，以满足钢管性能指标。主要工艺参数如下：轧制过程中环形炉炉温保证出炉管坯温度为1265℃。
(3)钢管热处理
轧管后将钢管采用二次正火+回火热处理，细化晶粒，保证低温冲击韧性。第一次正火温度为910℃，保温34min；第二次正火温度为780℃，保温36min；回火温度为590℃，保温59min。所得钢管性能检测结果见表2。
表1管坯化学成分(％)
实施例 C Si Mn Ni P S Al Mo V Ti B
1 0.05 0.27 0.75 8.9 0.004 0.003 0.02 0.02 0.01 0.005 0.0005
2 0.07 0.23 0.82 8.7 0.005 0.001 0.03 0.008 0.003 0.01 0.0003
3 0.08 0.26 0.88 8.5 0.006 0.002 0.04 0.006 0.001 0.002 0.0002
表2本发明无缝钢管常温力学性能、冲击性能
从表1～2可以看出，本发明超低温用无缝钢管的性能稳定，完全满足石油、化工等行业-195℃低温用制造各种液化石油气、液氨、液氧、液氮的生产及存储设备用无缝钢管产品的性能要求。
尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (6)

1.一种-195℃超低温用无缝钢管，其特征在于它的化学成分按重量百分比计为：C0.05％～0.08％，Si 0.23％～0.27％，Mn 0.75％～0.88％，P 0.004％～0.006％，S0.001％～0.003％，Ni 8.5％～8.9％，Al 0.02％～0.04％，Mo 0.006％～0.02％，V0.001％～0.01％，Ti 0.002％～0.01％，B 0.0002％～0.0005％，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.如权利要求1所述的-195℃超低温用无缝钢管的生产方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
(1)冶炼管坯：采用超高功率电弧炉冶炼→LF精炼→VD真空处理→圆坯连铸的方法获得具有权利要求1所述化学成分的管坯；
(2)钢管轧制：将管坯轧制成无缝钢管，轧制过程中环形炉炉温必须保证出炉管坯温度为1245～1265℃；
(3)钢管热处理：轧制后的钢管采用二次正火+回火热处理，第一次正火温度为900±10℃，保温34～36min，待钢管空冷后，将钢管重新加热，在温度790±10℃下进行第二次正火，保温34～36min，回火温度为570～590℃，保温59～61min。
3.根据权利要求2所述的-195℃超低温用无缝钢管的生产方法，其特征在于所述钢管轧制步骤中，环形炉炉温保证出炉管坯温度为1250～1260℃。
4.根据权利要求2所述的-195℃超低温用无缝钢管的生产方法，其特征在于所述钢管热处理步骤中，第一次正火温度为900℃，保温35min；第二次正火温度为790℃，保温35min；回火温度为580℃，保温60min。
5.根据权利要求2所述的-195℃超低温用无缝钢管的生产方法，其特征在于所述管坯的T[O]含量为10～20ppm。
6.根据权利要求2所述的-195℃超低温用无缝钢管的生产方法，其特征在于所述管坯稳定的非金属夹杂物总量为30～50ppm。
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