CN108474053B - 生产奥氏体不锈钢管的方法 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种生产奥氏体不锈钢管的方法，所述方法包括以下步骤：a)生产所述奥氏体不锈钢的锭料或连续浇铸的坯料；b)将从步骤a)获得的锭料或坯料热挤压成管；c)将从步骤b)获得的管冷轧至其最终尺寸，其中经过冷轧的所述管的外径D是70mm至250mm并且其厚度t是6mm至25mm，其中进行所述冷轧步骤以满足下式：(2.5×Rc+1.85×Rh‑17.7×Q)＝(Rp0.2目标+49.3‑1073×C‑21Cr‑7.17×Mo‑833.3×N)±Z(1)，其中Rc是冷轧的程度并且被定义为(2)，其中A1是冷变形之前的管横截面积并且A0是冷变形之后的管横截面积；Rh是热轧的程度并且被定义为(3)，其中a1是热变形之前钢块的横截面并且a0是热变形，即热挤压之后的管横截面积；Q是(W0‑W1)×(OD0‑W0)/W0((OD0‑W0)‑(OD1‑W1))(4)，其中W1是轧前的管壁厚度，W0是轧后的管壁厚度，OD1是轧前管的外径，并且OD0是轧后管的外径；Rp0.2目标是目标屈服强度并且750MPa≤Rp0.2目标≤1000MPa；30％≤Rc≤75％；50％≤Rh≤90％；1≤Q≤3.6；并且Z是65。
Description
技术领域
本公开涉及一种生产奥氏体不锈钢管的方法。
背景技术
具有本文所限定的组成的不锈钢管用于多种多样的应用中，其中它们经受腐蚀性介质以及大量的机械负载。在生产这样的不锈钢管期间，必须恰当地设定不同的工艺参数以获得具有所期望屈服强度的钢管。已经发现对管的材料的最终屈服强度具有重要影响的工艺参数如下：热变形程度、冷变形程度以及在将热挤压管冷轧成它的最终尺寸的过程期间管直径与管壁缩减之间的比率。这些工艺参数必须根据奥氏体不锈钢的具体组成和不锈钢管的所期望屈服强度来设定。
到目前为止，现有技术已经依靠进行广泛的试验以找到实现奥氏体不锈钢管的目标屈服强度的工艺参数值。这样的试验是繁重的和高成本的。因此，用于确定对屈服强度来说至关重要的工艺参数的更具成本效益的方法是所期望的。
EP 2 388 341提出了一种用于生产具有特定化学组成的双相不锈钢管的方法，其中在最终冷轧步骤中的面积缩减方面的加工率(％)是借助于给定公式针对管的预定目标屈服强度来确定的，所述给定的公式还包括特定合金元素对加工率与目标屈服强度之间的关系的影响。然而，在所述公式中不包括另外的工艺参数。此外，没有关于如何设定诸如热变形程度、冷变形程度以及管直径与管壁缩减之间的比率的工艺参数的教导。
本公开因此旨在提出一种用于制造奥氏体不锈钢管的方法，所述方法是通过根据奥氏体不锈钢的特定目标屈服强度来设定热变形程度、冷变形程度以及管直径与管壁缩减之间的比率并因此改善总制造效率而实现的。
发明内容
因此，本公开因此涉及一种生产奥氏体不锈钢管的方法，所述钢具有以下组成(按重量％计)：
余量为Fe和不可避免的或可接受的杂质，
所述方法包括以下步骤：
a)生产所述奥氏体不锈钢的锭料或连续浇铸的坯料；
b)将从步骤a)获得的所述锭料或坯料热挤压成管；
c)将从步骤b)获得的所述管冷轧至其最终尺寸，
其中经过冷轧的所述管的外径D是70mm-250mm并且其厚度t是6mm-25mm，
其中进行所述冷轧的步骤以满足下式：
(2.5×Rc+1.85×Rh-17.7×Q)＝(Rp0.2目标+49.3-1073×C-21Cr-7.17×Mo-833.3×N)±Z (1)
其中
-Rc是冷轧的程度并且被定义为
其中A1是冷变形之前的管横截面积并且A0是冷变形之后的管横截面积，
-Rh是热轧的程度并且被定义为
其中a1是热变形之前钢块的横截面并且a0是热变形，即热挤压之后的管横截面积，
-Q是(W0-W1)×(OD0-W0)/W0((OD0-W0)-(OD1-W1)) (4)，其中W1是轧前的管壁厚度，W0是轧后的管壁厚度，OD1是轧前的管外径，并且OD0是轧后的管外径，
-Rp0.2目标是目标屈服强度并且750MPa≤Rp0.2目标≤1000MPa，
-30％≤Rc≤75％，
-50％≤Rh≤90％，
-1≤Q≤3.6，并且
-Z是65。
由式(1)所示的关系将使得基于奥氏体不锈钢的组成(即元素C、Cr、Mo以及N的含量)确定Rc、Rh以及Q的工艺参数值是可行的。
式(1)也可以写成如下：
(Rp0.2目标+49.3-1073×C-21Cr-7.17×Mo-833.3×N)-Z≤(2.5×Rc+1.85×Rh-17.7×Q)≤(Rp0.2目标+49.3-1073×C-21Cr-7.17×Mo-833.3×N)+Z。
Rc被定义为
其中A1是冷变形之前的管横截面积并且A0是冷变形之后的管横截面积。
Rh被定义为
其中a1是热变形之前钢块的横截面并且a0是热变形，即热挤压之后的管横截面积。
根据一个实施方式，Z＝50。根据另一个实施方式，Z＝20。根据又另一个实施方式，Z＝0。
Q值是壁厚缩减与外径缩减之间的关系，并且定义如下：
Q＝(W0-W1)×(OD0-W0)/W0((OD0-W0)-(OD1-W1)) (4)
其中W1是轧前的管壁厚度，W0是轧后的管壁厚度，OD1是轧前管的外径，并且OD0是轧后管的外径。
基于奥氏体不锈钢的组成和待生产的管的目标屈服强度，Rc、Rh以及Q的值可以借助于迭代计算程序来设定，所述迭代计算程序旨在找到满足方程式(1)的Rc、Rh以及Q的那些值。
至于奥氏体不锈钢的组成，关于其中各种的合金化元素，应当注意以下内容：
碳，C是用于使奥氏体相稳定的代表性元素和用于维持机械强度的重要元素。然而，如果使用大含量的碳，那么碳将作为碳化物析出并且因此耐腐蚀性将降低。根据一个实施方式，用于上文和下文所公开的方法中的奥氏体不锈钢的碳含量是0重量％至0.3重量％。根据另一个实施方式，碳含量是0.006重量％至0.019重量％。
铬，Cr对如上文或下文所定义的奥氏体不锈钢的耐腐蚀性、特别是耐点蚀性具有强的影响。Cr改善了屈服强度并且抵消在奥氏体不锈钢变形时奥氏体结构向马氏体结构的转变。然而，Cr的含量增加将引起不想要的稳定的氮化铬和σ相的形成以及σ相的更快生成。根据一个实施方式，用于上文和下文所公开的方法中的奥氏体不锈钢的铬含量是26重量％至28重量％，如26.4重量％至27.2重量％。
铜，Cu对耐腐蚀性具有积极影响。Cu被有目的地添加到如上文或下文所定义的奥氏体不锈钢中，或已经存在于用于生产钢的废品中，并且允许保留在其中。过高含量的Cu将引起热加工性和韧性降低并且因此出于那些原因应当被避免。根据一个实施方式，用于上文和下文所公开的方法中的奥氏体不锈钢的铜含量是0.6重量％至1.4重量％，如0.83重量％至1.19重量％。
锰，Mn对如上文或下文所定义的奥氏体不锈钢具有变形硬化作用。还已知Mn与钢中存在的硫一起形成硫化锰，因此改善热加工性。然而，在过高的含量下，Mn倾向于不利地影响耐腐蚀性和热加工性这两者。根据一个实施方式，用于上文和下文所公开的方法中的奥氏体不锈钢的锰含量是0重量％至2.5重量％。根据一个实施方式，锰含量是1.51重量％至1.97重量％。
钼，Mo对如上文或下文所定义的奥氏体不锈钢的耐腐蚀性具有强的影响，并且它严重影响耐点蚀当量PRE。Mo对屈服强度也有积极的影响，并且增加在该温度下不想要的σ相是稳定的并促进它的生成率。此外，Mo具有铁素体稳定作用。根据一个实施方式，用于上文和下文所公开的方法中的奥氏体不锈钢的钼含量是3重量％至5.0重量％、3重量％至4.4重量％，如3.27重量％至4.4重量％。
镍，Ni对耐一般腐蚀性具有积极的影响。Ni还具有强的奥氏体稳定作用，并且因此在奥氏体不锈钢中起重要的作用。根据一个实施方式，用于上文和下文所公开的方法中的奥氏体不锈钢的镍含量是29.5重量％至34重量％，如30.3重量％至31.3重量％。
氮，N对如上文或下文所定义的奥氏体不锈钢的耐腐蚀性具有积极的影响，并且还促进变形硬化。它对耐点蚀当量PRE(PRE＝Cr+3.3Mo+16N)具有强的影响。它还具有强的奥氏体稳定作用并且抵消在奥氏体不锈钢发生塑性变形时从奥氏体结构向马氏体结构的转变。根据一个实施方式，用于上文或下文所公开的方法中的奥氏体不锈钢的氮含量是0重量％至0.1重量％。根据一个可选实施方式，以0.03重量％或更高的量添加N。在过高的含量下，N倾向于促进氮化铬，由于氮化铬对延展性和耐腐蚀性的负面影响，因此这应当被避免。因此，根据一个实施方式，N的含量因此小于或等于0.09重量％。
硅，Si常常存在于奥氏体不锈钢中，这是因为它在生产奥氏体不锈钢的早期可被用于脱氧。过高含量的Si可引起与奥氏体不锈钢的后续热处理或焊接有关的金属间化合物的析出。这样的析出对耐腐蚀性和可加工性将具有负面影响。根据一个实施方式，用于上文或下文所公开的方法中的奥氏体不锈钢的硅含量是0重量％至1.0重量％。根据一个实施方式，硅含量是0.3重量％至0.5重量％。
磷，P可以作为杂质存在于用于上文或下文所公开的方法中的不锈钢中，并且如果在过高的含量下，那么P将导致钢的可加工性劣化，因此P因此钢的可重量％。
硫，S可以作为杂质存在于用于上文或下文所公开的方法中的不锈钢中，并且如果在过高的含量下，那么S将导致钢的可加工性劣化，因此S导致钢的可重量％。
氧，O可以作为杂质存在于用于上文或下文所公开的方法中的不锈钢中，其中O以作为杂质存重量％。
任选地，可以将少量的其它合金化元素添加到如上文或下文所定义的双相不锈钢中以改进例如可机械加工性或热加工特性，如热延展性。这样的元素的实例是但不限于REM、Ca、Co、Ti、Nb、W、Sn、Ta、Mg、B、Pb以及Ce。这些元素中的一种或多种的量是最多0.5重量％。根据一个实施方式，如上文或下文所定义的双相不锈钢还可以包含少量的其它合金化元素，它们可在所述方法期间添加，例如Ca(≤0.01重量％)、Mg(≤0.01重量％)、以及稀土金属REM(≤0.2重量％)。
除非明确指定另外的数量，否则当使用术语“最多”或“小于或等于”时，本领域技术人员知道范围的下限是0重量％。如上文或下文所定义的双相不锈钢的元素的其余部分是铁(Fe)和通常存在的杂质。
杂质的实例是非特意添加，但是不能完全避免的元素和化合物，这是因为它们通常作为杂质存在于例如用于制造马氏体不锈钢的原材料或另外的合金化元素中。
根据一个实施方式，所述双相不锈钢由如上文或下文所公开的范围内的上文或下文所公开的合金化元素组成。
根据如上文或下文所定义的方法的一个实施方式，所述奥氏体钢包含：
余量为Fe和不可避免的或可接受的杂质。
根据如上文或下文所定义的方法的一个实施方式，50％≤Rc。
根据如上文或下文所定义的方法的一个实施方式，Rc≤68％。
根据如上文或下文所定义的方法的一个实施方式，60％≤Rh。
根据如上文或下文所定义的方法的一个实施方式，Rh≤80％。
根据如上文或下文所定义的方法的一个实施方式，1.5≤Q。
根据如上文或下文所定义的方法的一个实施方式，Q≤3.2。
根据一个实施方式，进行所述冷轧步骤以满足下式：
(2.5×Rc+1.85×Rh-17.7×Q)＝(Rp0.2目标+49.3-1073×C-21Cr-7.17×Mo-833.3×N)。因此，使用式(1)，其中Z＝0。
具体实施方式
通过以下非限制性实施例来进一步示例本公开：
实施例
在电弧炉中制备具有不同化学组成的奥氏体不锈钢的熔体。使用AOD炉，其中进行脱碳和脱硫处理。然后将熔体铸造成锭料(用于生产具有比110mm大的外径的管)或借助于连续浇铸而铸造成坯料(用于生产具有比110mm小的直径的管)。分析不同熔体的铸造的奥氏体不锈钢的化学组成。结果示于表1中。
表1：熔体的化学组成
| 测试编号 | C | Cr | Cu | Mn | Mo | N | Ni | P | S | Si |
| 1 | 0.008 | 26.6 | 0.9 | 1.7 | 3.3 | 0.047 | 30.5 | 0.015 | 0.001 | 0.430 |
| 2 | 0.013 | 26.7 | 1.0 | 1.8 | 3.3 | 0.056 | 30.6 | 0.018 | 0.001 | 0.400 |
| 3 | 0.011 | 26.6 | 1.0 | 1.7 | 3.3 | 0.055 | 30.8 | 0.016 | 0.001 | 0.430 |
| 4 | 0.005 | 26.4 | 0.9 | 1.1 | 4.4 | 0.097 | 33.2 | 0.018 | 0.001 | 0.230 |
| 5 | 0.010 | 26.6 | 1.1 | 1.6 | 3.3 | 0.079 | 30.4 | 0.021 | 0.001 | 0.420 |
| 6 | 0.012 | 26.4 | 0.9 | 0.9 | 4.3 | 0.087 | 33.5 | 0.016 | 0.001 | 0.190 |
| 7 | 0.008 | 27.0 | 0.9 | 1.6 | 3.3 | 0.082 | 30.5 | 0.019 | 0.001 | 0.450 |
| 8 | 0.010 | 26.6 | 1.1 | 1.6 | 3.3 | 0.079 | 30.4 | 0.021 | 0.001 | 0.420 |
| 9 | 0.010 | 27.0 | 0.9 | 1.7 | 3.3 | 0.055 | 30.5 | 0.017 | 0.001 | 0.490 |
| 10 | 0.014 | 26.9 | 1.0 | 1.7 | 3.3 | 0.088 | 30.5 | 0.018 | 0.001 | 0.420 |
对所产生的锭料或坯料进行热变形过程，其中将它们挤压成多个管。对这些管进行冷变形，其中将它们在周期式轧管机中冷轧成它们对应的最终尺寸。对于表1中所示的测试编号中的每一个，由此使用相同的Rc、Rh以及Q产生管中的10个-40个。针对对应的测试编号设定目标屈服强度，并且根据目标屈服强度确定Rc、Rh以及Q以使得满足上文所示的方程式1。在一个冷轧步骤中进行冷轧。
对于每种管，根据ISO 6892测量两个测试样品的屈服强度，从而产生对于每个测试编号的多个屈服强度测量值。对于每个测试编号，基于所述测量值计算平均屈服强度。将平均屈服强度与目标屈服强度相比较。结果示于表2中。还记录了各个测量值与目标屈服强度的偏差。与目标屈服强度的偏差小于+/-65MPa。
表2：结果
其中
“OD入”是冷变形之前管的外径，
“Wt入”是冷变形之前的壁厚，
“OD出”是冷变形之后管的外径，并且
“Wt出”是冷变形之后的壁厚。
因此可以得出结论，方程式(1)用作很好的工具以用于基于不锈钢的化学组成和所选的目标屈服强度决定Rh、Rc以及Q。对于具有预定的最终外径和预定的最终壁厚并且由具有预定几何形状，特别是横截面积的坯料产生的特定管，使用方程式(1)将使得熟练的专业人员在无需试验的条件下能够选择合适的热轧以及冷轧和Q值。可以使用迭代计算以实现满足方程式(1)。如果满足方程式(1)并且不锈钢具有如上文所限定的组成，那么来自一个和同一锭料或坯料的单个管样品的屈服强度与目标屈服值偏差将不会超过大约+/-65MPa。
Claims (8)
1.一种生产奥氏体不锈钢管的方法，所述钢具有以下组成(按重量％计)：
余量为Fe和不可避免的或可接受的杂质，
所述方法包括以下步骤：
a)生产所述奥氏体不锈钢的锭料或连续浇铸的坯料；
b)将从步骤a)获得的所述锭料或坯料热挤压成管；
c)将从步骤b)获得的所述管冷轧至其最终尺寸，
其中经过冷轧的所述管的外径D是70mm至250mm并且其厚度t是6mm至25mm，
其中进行所述冷轧的步骤以满足下式：(2.5×Rc+1.85×Rh-17.7×Q)＝(Rp0.2目标+49.3-1073×C-21Cr-7.17×Mo-833.3×N)±Z (1)
其中
-Rc是冷轧的程度并且被定义为
其中A1是冷变形之前的管横截面积并且A0是冷变形之后的管横截面积，Rh是热轧的程度并且被定义为
其中a1是热变形之前钢块的横截面并且a0是热变形，即热挤压之后的管横截面积，
-Q是(W0-W1)×(OD0-W0)/W0((OD0-W0)-(OD1-W1)) (4)，
其中W1是轧前的管壁厚度，W0是轧后的管壁厚度，OD1是轧前管的外径，并且OD0是轧后管的外径，
-Rp0.2目标是目标屈服强度并且750≤Rp0.2目标≤1000MPa，
-30≤Rc≤75％，
-50％≤Rh≤90％，
-1≤Q≤3.6，并且
-Z是65。
2.根据权利要求1所述的方法，其中50％≤Rc。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中Rc≤68％。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中60％≤Rh。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中Rh≤80％。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中1.5≤Q。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其中Q≤3.2。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述奥氏体不锈钢具有以下组成：
余量为Fe和不可避免的或可接受的杂质。
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