CN111057963A - 生产双相不锈钢管的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种生产双相不锈钢管的方法。具体地，本发明公开了一种生产双相不锈钢的管的方法(10)，该双相不锈钢包括以重量％计的以下组成：C最大0.03，Si最大1.0，Mn最大1.5，P最大0.05，S最大0.03，Cr 24‑26，Ni 6‑8，Mo 3.0‑4.0，N 0.24‑0.32，和余量的Fe和不可避免的杂质，其中所述方法(10)包括以下步骤：形成双相不锈钢的管(2)的步骤(12)，对从形成管(2)的步骤(12)获得的管(2)进行冷加工步骤(14)，以及在冷加工步骤(14)之后，通过将管(2)置于500‑750℃范围内的温度T下处理0.5‑5分钟的时间段t对管(2)进行软退火的步骤(16)。

Description

生产双相不锈钢管的方法

技术领域

本发明涉及一种生产双相不锈钢管的方法。

背景技术

在生产双相不锈钢管的过程中，对管进行冷加工以达到所需的几何形状和公差。冷加工也可用于将管变形硬化至规定的最小屈服强度。由于双相钢变形在冷加工过程中随着断面减缩而迅速变硬，因此难以在一次冷加工操作中同时达到规定的几何形状和规定的最小屈服强度。因此，为了提供具有规定的几何形状和最小屈服强度的双相不锈钢管，对双相不锈钢管进行冷加工，然后在约1100℃下退火，从而使得双相不锈钢完全再结晶。此后，以有限的断面减缩率对双相不锈钢管进行第二冷加工步骤。选择有限的断面减缩率，以使得实现特定的最小屈服强度。

EP 2853614公开了一种双相不锈钢管及其制造方法。双相材料的冷加工在管道中引入各向异性。在350℃至450℃的热处理温度下进行低温热处理。从而在冷加工之后降低不锈钢管在管轴方向和管周方向上的屈服强度的各向异性。

WO2017/114847公开了一种生产双相不锈钢管的方法。该方法基于考虑双相不锈钢组分的成分以及冷加工过程中面积减少的参数，以提供目标屈服强度。

发明内容

本公开的目的是提供一种生产不锈钢管的有效方法。

根据本发明的一个方面，提供了一种制造双相不锈钢的管的方法，其包含以重量％计的以下组成：

C 最大0.03，

Si 最大1.0，

Mn 最大1.5，

P 最大0.05，

S 最大0.03，

Cr 24-26，

Ni 6-8，

Mo 3.0-4.0，

N 0.24-0.32，和

余量的Fe和不可避免的杂质，其中

该方法包括以下步骤：

-形成双相不锈钢管的步骤，

-对从形成管的步骤获得的管进行冷加工的步骤，以及

-在冷加工步骤之后，通过将管置于500-750℃范围内的温度T下处理0.5-5分钟的时间段t对管进行软退火的步骤。

由于已经过冷加工的不锈钢管，通过将管置于500-750℃范围内的温度下处理0.5-5分钟的时间而进行软退火，因此基本上避免了冷加工管的再结晶。根据该方法生产的双相不锈钢管的屈服强度比冷加工步骤之前双相不锈钢材料的屈服强度有所提高，同时延展性保持在适当的水平，不会变得太脆。因此，实现了上述目的。

此外，可以以特定的最小屈服强度为目标，而不必使双相不锈钢管退火至完全再结晶且不必对双相不锈钢管进行第二冷加工步骤。因此，本发明基于一个单一的冷加工步骤，该步骤提供较高的断面减缩率，然后进行软退火。

当置于450-1000℃范围内的温度下处理时，双相不锈钢材料易于脆化并降低耐腐蚀性。因此，在制造和使用双相不锈钢管期间，通常避免了该温度范围。

发明人已经认识到，使双相不锈钢管在500-750℃的温度范围历时0.5-5分钟的短控制时间，将提高双相不锈钢管的延展性，而不会导致脆化或降低耐腐蚀性。此外，发明人已经发现，可以以受控方式实现目标最小屈服强度。

可以通过在上述温度范围和上述时间段内进行软退火的步骤，来实现目标最小屈服强度。与上述现有技术方法之一不同，这是在不需要在导致完全再结晶的高温下退火、然后进行第二冷加工步骤的情况下实现的。在本发明中，软退火步骤导致在冷加工步骤中获得的屈服强度的部分降低，以达到目标最小屈服强度，参见下文。

上述双相不锈钢材料也称为Sandvik

这种双相不锈钢管的一种常见用途是在石油和天然气工业中的用途。

形成双相不锈钢的管的步骤导致获得准备用于冷加工步骤的管。形成管的步骤可包括由熔体制造钢锭或坯料。然后将钢锭或坯料热挤压成管。或者，形成管的步骤可包括生产双相不锈钢粉末，其被形成并被热等静压成管状。

对管进行冷加工步骤可以以已知的方式进行，例如通过冷压，冷轧，冷拉，或其组合。冷加工步骤可以是生产双相不锈钢管的方法中唯一的冷加工步骤。因此，冷加工步骤可包括冷加工至管的最终尺寸，或基本上至管的最终尺寸。在冷加工步骤之后，可以通过例如剥离车削、研磨和/或抛光，仅进行较小的直径调节。

根据实施例，在对管进行软退火的步骤中，可以按照公式Rp0.2＝1642-0.96×T-10.75×t实现双相不锈钢的目标最小屈服强度Rp0.2，目标最小屈服强度Rp0.2的标准偏差为10MPa，其中T是以摄氏为单位的温度，t是以分钟为单位的时间。以这种方式，在软退火步骤中可以实现特定的最小屈服强度。Rp0.2的单位是MPa。

更具体地，通过在上述温度和时间段范围内选择合适的温度和适当的时间段，可以实现上述材料Sandvik

的双相不锈钢管的在868.25-1156.25MPa范围内的目标最小屈服强度Rp0.2，标准偏差为10MPa。因此，可以容易地确定特定的最小屈服强度，而无需使双相不锈钢管退火至完全再结晶，且无需使双相不锈钢管经受第二冷加工步骤。

根据实施例，对管进行软退火的步骤之后可以是以下步骤：-对管进行淬火的步骤。以这种方式，可以确保在特定时间点中断软退火步骤。

当研究权利要求和以下具体实施方式时，其他特征和优点将变得清楚。

附图说明

从以下具体实施方式和附图中讨论的示例实施例将容易地理解包括特定技术特征和优点的各个方面和/或实施例，其中：

图1示出了一个双相不锈钢的管，

图2示出了一种生产双相不锈钢管的方法。

图3示出了根据该方法生产的双相不锈钢管的试样的屈服强度的图。

具体实施方式

现在将更全面地描述方面和/或实施例。相同的数字始终指代相同的元素。为了简洁和/或清楚起见，不一定要详细描述众所周知的功能或结构。

图1示出了根据实施例的双相不锈钢管2。双相不锈钢管2具有外径D和壁厚w。双相不锈钢管2通过根据本文讨论的方面和/或实施方案生产双相不锈钢管的方法生产。

仅作为示例提及，管2的外径D可以在50-250mm的范围内。管2的壁厚w可以在5-35mm的范围内。

图2示出了生产双相不锈钢管的方法10。管可以是如结合图1所讨论的管2。

双相不锈钢包含以重量％计的以下组成：

C 最大0.03，

Si 最大1.0，

Mn 最大1.5，

P 最大0.05，

S 最大0.03，

Cr 24-26，

Ni 6-8，

Mo 3.0-4.0，

N 0.24-0.32，和

余量的Fe和不可避免的杂质。

关于双相不锈钢的组成，关于其中的各个合金元素应注意以下事项：

碳，C，是稳定奥氏体相的代表性元素，是维持机械强度的重要元素。但是，如果使用大量的碳，碳会以碳化物的形式析出，从而降低耐腐蚀性。根据一个实施方案，在上文和下文中公开的方法中使用的双相不锈钢的碳含量为0重量％至0.03重量％，例如0重量％至0.02重量％。

铬，Cr，对如上文或下文定义的双相不锈钢的耐腐蚀性，尤其是点蚀，具有强烈影响。Cr提高了屈服强度，并且在双相不锈钢变形时抵消了奥氏体结构向马氏体结构的转变。然而，Cr含量的增加将导致不希望的稳定的氮化铬和西格玛相的形成以及西格玛相的更快生成。根据一个实施方案，在上文和下文中公开的方法中使用的双相不锈钢的铬含量为24重量％至26重量％。

锰，Mn，对如上文或下文中定义的双相不锈钢具有变形硬化效果。还已知Mn与钢中存在的硫一起形成硫化锰，从而改善热加工性。然而，在太高的含量下，Mn往往会对耐腐蚀性和热加工性产生不利影响。根据一个实施方案，在上文和下文中公开的方法中使用的双相不锈钢的锰含量为0重量％至1.5重量％，例如0重量％至1.2重量％。

钼，Mo，对如上文或下文所定义的双相不锈钢的耐腐蚀性具有强烈影响，并且它严重影响耐点蚀等效值PRE。Mo对屈服强度也有积极作用，并且增加了不需要的西格玛相稳定的温度，并进一步促进了其生成速率。另外，Mo具有稳定铁素体的作用。根据一个实施方案，在上文和下文中公开的方法中使用的双相不锈钢的钼含量为3.0重量％至4.5重量％，例如3.5重量％至4.0重量％。

镍，Ni，对抵抗总体腐蚀具有积极作用。Ni还具有强烈的稳定奥氏体的作用。根据一个实施方案，在上文和下文中公开的方法中使用的双相不锈钢的镍含量为6重量％至8重量％，例如6.5重量％至7.5重量％。

氮，N，对如上文或下文中定义的双相不锈钢的耐腐蚀性具有积极影响，并且还有助于变形硬化。它对耐点蚀腐蚀等效值PRE(PRE＝Cr+3.3Mo+16N)具有很强的影响，并且还具有强的奥氏体稳定作用，并抵消双相不锈钢塑性变形时从奥氏体结构向马氏体结构的转变。然而，在过高的含量下，N倾向于促进氮化铬产生，由于它们对延展性和耐腐蚀性的负面影响，应该避免氮化铬产生。根据一个实施方案，在上文或下文中公开的方法中使用的双相不锈钢的氮含量为0.24重量％至0.32重量％，例如0.26重量％至0.30重量％。

硅，Si，通常存在于双相不锈钢中，因为它可能已经在其生产早期被加入以用于脱氧。过高的Si含量可能导致与双相不锈钢的后期热处理或焊接相关的金属间化合物的析出。这种析出会对耐腐蚀性和可加工性产生负面影响。根据一个实施方案，在上文或下文中公开的方法中使用的双相不锈钢的硅含量为0重量％至1.0重量％，例如0重量％至0.8重量％。

磷，P，在上文或下文公开的方法中使用的不锈钢中可以作为杂质存在，并且如果在太高的含量下将导致钢的可加工性劣化，因此，P＜0.05重量％，例如P＜0.03重量％。

硫，S，在上文或下文公开的方法中使用的不锈钢中可以作为杂质存在，并且如果在太高的含量下将导致钢的可加工性劣化，因此，S＜0.03重量％，例如S＜0.02重量％。

氧，O，可以作为上文或下文公开的方法中使用的不锈钢中的杂质存在，其中O＜0.010重量％。

任选地，可以将少量其它合金元素添加到如上文或下文中定义的双相不锈钢中，以便改进，例如，可加工性或热加工性能，如热延展性。这些元素的实例是但不限于REM，Ca，Co，Cu，Ti，Nb，W，Sn，Ta，Mg，B，Pb和Ce。这些元素中的一种或多种的含量最多为0.5重量％。根据一个实施方案，如上文或下文中所定义的双相不锈钢还可包含在该方法期间可能添加的少量其他合金元素，例如，Ca(＜0.01重量％)，Mg(＜0.01重量％)，Cu(最大0.5重量％)和稀土金属REM(＜0.2重量％)。

当使用术语“最大”时，除非具体说明另一个数字，否则技术人员知道该范围的下限为0重量％。杂质的例子是没有故意加入但不能完全避免的元素和化合物，因为它们通常作为杂质存在于例如用于制造双相不锈钢的原材料或其他合金元素中。

方法10包括以下步骤：

-形成双相不锈钢管的步骤12。

-对从形成管的步骤12获得的管进行冷加工的步骤14。

-在冷加工步骤14之后，通过将管置于500-750℃范围内的温度下处理0.5-5分钟的时间段t对管进行软退火的步骤16。

根据一些实施例，形成管的步骤12可包括以下步骤：

-生产双相不锈钢的钢锭或连铸坯的步骤20，以及

-将从生产钢锭或连铸坯的步骤20获得的钢锭或连铸坯热挤压成管的步骤22。

以这种方式，可以提供双相不锈钢管，其用于随后对管进行冷加工的步骤14。

方法10可以包括进一步已知的中间和后续生产步骤，例如切割，剥离车削，深钻孔，矫直和酸洗。

根据可选实施例，形成管的步骤12可包括以下步骤：

-提供双相不锈钢的熔体的步骤24，

-雾化双相不锈钢的熔体以生产双相不锈钢的粉末的步骤26，

-形成双相不锈钢的粉末的管的步骤28，其中形成粉末的管的步骤28包括以下步骤：

-热等静压双相不锈钢的粉末的步骤30。

以这种方式，可以生产基于粉末双相不锈钢材料的管，并将该管提供给随后的管的冷加工步骤14。

方法10可以包括进一步已知的中间和后续生产步骤，例如切割，剥离车削，矫直和酸洗。

对管进行软退火的步骤16可以例如在处于受控温度条件下的炉子中实施。另一种替代方案可以是将管感应加热到指定温度。

为了在双相不锈钢管中获得特定的目标最小屈服强度Rp0.2，可以根据特定的公式对管进行软退火步骤16。公式如下：

Rp0.2＝1642-0.96×T-10.75×t

在该公式中，T表示以摄氏度为单位的温度，t表示以分钟为单位的时间段，这导致目标最小屈服强度Rp0.2具有单位MPa。在目标最小屈服强度Rp0.2中，实现10MPa的标准偏差。如上所述，对于材料Sandvik

当根据公式对管进行软退火步骤16时，可以实现在868.25-1156.25MPa范围内的目标最小屈服强度Rp0.2，标准偏差为10MPa。

适当地，对管进行软退火的步骤16之后可以是以下步骤：

-对管进行淬火的步骤18。因此，可以结束软退火步骤，并且可以确保避免脆化和降低耐腐蚀性。淬火步骤18可以通过在水中淬火来进行。

根据一些实施方案，对管进行软退火步骤16可包括将管置于600-750℃范围内的温度下处理1-3分钟的时间段。

下面，参考图3，讨论与这些实施例相关的示例。

根据实施例，管的冷加工步骤14包括管的断面减缩率在25-70％的范围内。以这种方式，双相不锈钢可以在管的冷加工步骤14中发生应变硬化。

这是与在上述背景下讨论的现有技术方法中进行的第一冷加工步骤相当的断面减缩率范围，但是比现有技术方法的第二冷加工步骤大得多。

断面减缩率涉及管的横截面积的减小。冷加工步骤之前和之后的横截面积的差除以冷加工步骤之前的横截面积。在计算断面减缩率时，仅考虑具有材料的管的区域，即不包括管内部的横截面积。

参考图3，现在将讨论与根据本方法生产的双相不锈钢管有关的许多实例。具体地，将呈现根据方法10的软退火步骤16的各种实施例的软退火。

已通过形成管的形成步骤12生产外径D为173.8mm，壁厚为29.7mm的上述材料Sandvik

的双相不锈钢管，所述步骤包括生产钢锭或铸坯，以及对管进行冷加工的步骤14。冷加工步骤14通过冷轧进行，断面减缩率是30.7％。

通过在不同时间段内将管的不同纵向区段置于不同温度下处理，然后进行水淬火，来进行软退火步骤16。更具体地说，使用通过感应加热设备的不同进给速率，使用在30kHz频率下的40-100kW的功率范围，使管的不同区段经受感应加热历时不同的时间段。

将管的不同区段切成块，制造用于拉伸测试的试样。在图3中，显示了不同编号的试样的屈服强度(单位：MPa)。

经受相同软退火温度和时间处理的试样具有有限屈服范围内的屈服强度，如图3所示清楚可见。每个圈内的第八个试样经受了相同的温度和时间段。

因此，可以得出结论：对于每个特定的软退火温度和特定的软退火时间段，可以实现屈服强度的一致降低。此外，通过试样的屈服强度验证了上述用于降低双相不锈钢Sandvik

的管的最小屈服强度的公式。

更具体地说，图3中不同的被圈起来的试样在以下软退火温度和软退火时间下进行处理：

40 -750℃，历时3分钟

42 -750℃，历时1分钟

44 -700℃，历时3分钟

46 -700℃，历时1分钟

48 -650℃，历时3分钟

50 -650℃，历时1分钟

52 -600℃，历时1分钟

54 -冷加工后未经软退火的试样。

经软退火的管的微观结构没有再结晶，并且与经冷加工的管的微观结构相似或几乎相似。关于经软退火的管的硬度，可以得出结论，其硬度与经低减缩率冷加工的

材料处于同一水平，即硬度与由

制成的管的硬度相当，后者管是根据包括第二冷加工步骤的现有技术方法加工，其断面减缩率小于25％。

应当理解，前述内容是对各种示例实施例的说明，并且保护范围仅由权利要求限定。本领域技术人员将认识到，可以修改示例实施例，并且可以组合示例实施例的不同特征以创建除了这里描述的实施例之外的实施例，而不脱离由权利要求限定的保护范围。

Claims (6)

1.一种生产双相不锈钢的管(2)的方法(10)，该双相不锈钢包括以重量％计的以下组成：

C 最大0.03，

Si 最大1.0，

Mn 最大1.5，

P 最大0.05，

S 最大0.03，

Cr 24-26，

Ni 6-8，

Mo 3.0-4.0，

N 0.24-0.32，和

余量的Fe和不可避免的杂质，其中

方法(10)包括以下步骤：

-形成双相不锈钢的管(2)的步骤(12)，

-对从形成管(2)的步骤(12)获得的管(2)进行冷加工的步骤(14)，以及

-在冷加工的步骤(14)之后，通过将管(2)置于500-750℃范围内的温度T下处理0.5-5分钟的时间段t对管(2)进行软退火的步骤(16)，

其中在对管(2)进行软退火的步骤(16)中，根据下面的公式实现双相不锈钢的目标最小屈服强度Rp0.2：Rp0.2＝1642-0.96×T-10.75×t，目标最小屈服强度Rp0.2中的标准偏差为10MPa，其中T是以摄氏度为单位的温度，t是以分钟为单位的时间。

2.根据权利要求1所述的方法(10)，其中对管(2)进行软退火的步骤(16)包括将管(2)置于600-750℃范围内的温度下处理1-3分钟的时间段。

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法(10)，其中，对管(2)进行软退火的步骤(16)之后是以下步骤：

-对管(2)进行淬火的步骤(18)。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法(10)，其中管(2)的冷加工的步骤(14)包括管(2)的断面减缩率在25-70％的范围内。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法(10)，其中形成管(2)的步骤(12)包括以下步骤：

-生产双相不锈钢的钢锭或连铸坯的步骤(20)，

-将从生产钢锭或连铸坯的步骤(20)获得的钢锭或连铸坯热挤压成管(2)的步骤(22)。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中形成管(2)的步骤(12)包括以下步骤：

-提供双相不锈钢的熔体的步骤(24)，

-雾化双相不锈钢的熔体以生产双相不锈钢的粉末的步骤(26)，

-形成双相不锈钢的粉末的管(2)的步骤(28)，其中形成管(2)的步骤包括以下步骤：

-热等静压双相不锈钢的粉末的步骤(30)。

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