CN111893400B - 屈服强度300MPa级别焊管用钢的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种屈服强度300MPa级别焊管用钢的生产方法，属于焊管用热轧钢板的生产技术领域。该焊管用钢采用低碳低锰设计路线，其化学成分质量百分比为C：0.08％‑0.09％，Si：≤0.05％，Mn：0.55％‑0.70％，P：≤0.020％，S：≤0.020％，Al：0.020％‑0.040％，Ti：0.010％‑0.040％,余量为Fe和不可避免杂质元素组成；采用控轧控冷工艺，生产出铁素体和珠光体组织的焊管用热轧钢板，具有钢种合金成本低、力学性能稳定、强韧性匹配良好、成型以及焊接性能优良等特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种屈服强度300MPa级别焊管用钢的生产方法，属于焊管用热轧钢板的生产技术领域。
背景技术
焊管作为一种重要的经济型材，在生活、生产用管方面都有着广泛应用，大口径焊管在自来水、石油、煤气、锅炉、建筑等行业应用居多，小口径焊管在机械制造、汽车制造等行业也有广泛应用。而随着现代工业对设备及零件精度方面的要求升高，焊管的质量也日益增高，大部分焊管用钢都添加了合金成分以提高焊管性能，这样势必会增加成本。
公布号为CN107385319A的专利文献公开了一种屈服强度400MPa级精密焊管用钢板及其制造方法，其化学成分为C：0.20～0.30％，Si≤0.10％，Mn：1.0～1.40％，P≤0.02％，S≤0.01％，N≤0.0060％，Al：0.015～0.060％，Ti：0.01～0.03％，余量为铁和不可避免夹杂，生产的热轧钢板的屈服强度为440～550MPa，抗拉强度为550～650MPa，断后伸长率A为25～35％。
公布号为CN101306433A的专利文献公开了一种屈服强度355MPa级超细组织热轧碳素钢带的制造方法，采用200MPa左右碳素钢的化学成分通过合适热轧工艺将晶粒细化到5微米以下，钢板的韧性大幅度提高，具备良好的成形、焊接等性能，实物屈服强度达到400MPa，其化学成分为C:0.08～0.316％，Si:0.10～0.40％，Mn:0.40～0.90％，Alt≥0.01％，采用了低C、含Si设计。
公布号为CN103966502A的专利文献公开了低成本屈服强度400MPa级钢带及其制造方法，采用低硅锰(Si:≤0.03％，Mn:0.20～0.40％)、硼微合金化(0.0009～0.0030％)设计，适用厚度1.0～3.5mm。
公布号为CN102747283A的专利文献公开了一种镀铜精密焊管用钢带的生产方法，其化学成分为C:≤0.002％，Si:≤0.01％，Mn:0.11～0.15％，P≤0.01％，S≤0.01％，N≤0.0030％，Alt:0.02～0.04％，Ti:0.05～0.08％。采用低碳低Mn设计，热轧卷经冷轧、退火、平整后厚度为0.45～0.80mm，屈服强度为170～230MPa，抗拉强度为280～320MPa。
文献《高强度汽车传动轴用冷拔精密焊管的研制》(刘彩玲，世界钢铁，2010，1：65-70.)公开了B440QZR、B480QZR两种成分体系。其中B440QZR中添加了Nb(≤0.04％)，热轧钢板屈服强度均在400MPa以下。
文献《汽车减震器缸体用精密焊管的研制》(吴有才等，钢铁研究学报，1998，10(1)：74-76)公开了采用焊管加冷拔冷轧的方法生产窄带钢的方法，其采用的是Q235宽带钢。
综上所述，现有技术公开的焊管用钢，大部分都添加了合金元素，或者提高了Mn、Si含量以提升钢板性能，增加了成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种屈服强度300MPa级别焊管用钢的生产方法，能够有效降低生产成本。
为解决上述技术问题本发明所采用的技术方案是：屈服强度300MPa级别焊管用钢的生产方法，该焊管用钢的化学成分质量百分比为C：0.08％-0.09％，Si：≤0.05％，Mn：0.55％-0.70％，P：≤0.020％，S：≤0.020％，Al：0.020％-0.040％，Ti：0.010％～0.040％,余量为Fe和不可避免杂质元素组成；
该焊管用钢的生产方法包括如下步骤：转炉冶炼→LF精炼→电加热→连铸→热轧→冷却→卷取，
在热轧工序，钢坯加热出炉温度为1220℃～1240℃，时间为1.0小时～1.4小时；热轧粗轧的开轧温度为1165℃～1220℃，除鳞水压力23.0MPa～26.0MPa；精轧开轧温度为960℃～1020℃，精轧开轧速度1.70m/s～2.30m/s，终轧温度为870℃～890℃，终轧出口轧制速度9.0m/s～13.5m/s；
在冷却工序，采用稀疏冷却方式，以20℃/s-50℃/s的冷却速度进行冷却；
在卷取工序，卷取温度为610℃～625℃，卷取获得厚度为2.75mm-3.5mm的成品。
进一步的是：在热轧工序，控制预热段温度为1090℃-1210℃，加热段温度为1250℃-1310℃，均热段温度为1220℃-1280℃，板坯出炉温度为1220℃-1240℃；采用3-7道次进行粗轧，再经4-7机架进行精轧。
进一步的是：热轧精轧的轧制道次为7个，每道次轧制使得中间坯的厚度分别为42mm～32mm、32mm～20mm、20mm～18mm、18mm～15mm、15mm～11mm、11mm～7mm、7mm～5毫米。
进一步的是：在电加热工序之后，喂入Ca-Si线以控制夹杂，Ca-Si线的直径为10mm，在Ca-Si线的化学成分中，按质量比计，23％≤Ca含量≤48％，根据硫含量确定Ca-Si线的加入量，加入量范围为950m/炉～1250m/炉，硫含量高时偏上限喂入，硫含量低时偏下限喂入。
进一步的是：其中冶炼过程的入炉硫按不大于0.02％控制，出钢温度1660℃-1690℃，出钢时氧活度条件为150ppm～480ppm,转炉冶炼的时间为36分钟～49分钟,采用铝铁脱氧，加入量为460kg/炉-500kg/炉,底吹氩气的温度为1610℃～1650℃，压力250Pa～550Pa，时间为4.5分钟～8分钟；出钢1/3时加入中碳锰铁，出钢2/3时加完；出钢过程每炉钢加入200kg-240kg活性石灰及50kg-75kg萤石，出钢后加入调渣剂200kg-230kg，吹氩4min-7min后定氧，根据氧含量进行补喂Al线,补喂Al线控制钢水氧活度为25ppm～45ppm,补喂Al线后,对钢水罐底部通入压力240Pa～500Pa的氩气4min-8min，在电加热及补喂Al线后，再喂入Ca-Si线以控制夹杂。
进一步的是：LF精炼出站温度按1580℃-1590℃控制；连铸过程采用低碳铝镇静钢专用保护渣，中间包温度控制在1545℃-1570℃，液相线温度控制在1516℃-1536℃，目标拉坯速度控制为1.0m/min-1.2m/min。
本发明采用上述方案的设计原理为：在炉外精炼处理时，加入了Ca-Si线进行硫化物变性处理，能够显著提高钢水清洁度，并改变钢水中残留非金属夹杂的形态，由未处理前的沿轧向分布的细长线性变为分散分布的球形，提高钢板的冷成型性能，降低开裂风险。
钛在高温时形成TiN析出相有效细化奥氏体晶粒，在低温时形成TiC析出相，比较容易得到细小、弥散的析出相，提高强度，极少量的Ti就能得到明显的强化效果。此外Ti的添加有利于提高材料的焊接性能。本发明限定Ti含量为0.01％～0.04％。钛元素的加入能够实现弥散强化，钢板的冷加工硬化程度降低，在成形过程中承受塑性变形后开裂现象降低。此外，钛还能够改善钢的热强性，提高钢的抗蠕变性能及高温持久强度，降低时效敏感性和冷脆性，改善焊接性能。本发明在热轧工序能够保证TiN析出，细化奥氏体晶粒，在终轧及卷取工序析出TiC，进一步细化晶粒，达到析出强化的效果，保证材料在制管过程中顺利通过压扁及扩口检验，不发生开裂。
卷取温度为610℃～625℃，在该卷取温度下能够有效控制成品表面的氧化层厚度及其结构，同时能够优化钢板显微组织形态，获得多边形的铁素体组织，提高冷成型性能。采用稀疏冷却方式，20℃/s-50℃/s的冷却速度能够降低表面氧化层的内应力，保证氧化层无细小裂纹，增加基体与氧化层的结合力，超出该范围则会引起板材表面质量的下降，严重时会引起基体与氧化层分离。
本发明的有益效果是：该焊管用钢采用低碳低锰设计路线，并结合控轧控冷工艺，生产出铁素体和珠光体组织的焊管用热轧钢板，具有钢种合金成本低、力学性能稳定、强韧性匹配良好、成型以及焊接性能优良等特点。
附图说明
图1为本发明中的实施例1的成品显微组织示意图；
图2为本发明中的实施例2的成品显微组织示意图；
图3为本发明中的实施例3的成品显微组织示意图；
图4为本发明中的实施例4的成品显微组织示意图；
图5为本发明中的实施例5的成品显微组织示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
本发明中焊管用钢的化学成分质量百分比为C：0.08％-0.09％，Si：≤0.05％，Mn：0.55％-0.70％，P：≤0.020％，S：≤0.020％，Al：0.020％-0.040％,Ti：0.010％～0.040％,余量为Fe和不可避免杂质元素组成。
该焊管用钢的生产方法包括如下步骤：转炉冶炼→LF精炼→电加热→连铸→热轧→冷却→卷取→精整→包装入库。在热轧工序，钢坯加热出炉温度为1220℃～1240℃，时间为1.0小时～1.4小时；热轧粗轧的开轧温度为1165℃～1220℃，除鳞水压力23.0MPa～26.0MPa；精轧开轧温度为960℃～1020℃，精轧开轧速度1.70m/s～2.30m/s，终轧温度为870℃～890℃，终轧出口轧制速度9.0m/s～13.5m/s。在冷却工序，采用稀疏冷却方式，以20℃/s-50℃/s的冷却速度进行冷却；在卷取工序，卷取温度为610℃～625℃，卷取获得厚度为2.75mm-3.5mm的成品。
LF精炼步骤目的是对钢水的氧活度、纯净度及温度进行微调，避免钢水出现二次氧化及温度下降过快，使钢中夹杂物充分上浮，进一步提高钢材清洁度。本发明方法中炉外精炼过程采用Si-Ca线进行硫化物变性处理，硫化物在钢种通常以条带状或短棒状存在，不利于钢的冲压性能，因而在炉外精炼处理时采用硫化物变性处理。具体方法为，冶炼过程的入炉硫按不大于0.02％控制，出钢温度1660℃-1690℃，出钢时氧活度条件为150ppm～480ppm,转炉冶炼的时间为36分钟～49分钟,采用铝铁脱氧，加入量为460kg/炉-500kg/炉,底吹氩气的温度为1610℃～1650℃，压力250Pa～550Pa，时间为4.5分钟～8分钟；出钢1/3时加入中碳锰铁，出钢2/3时加完；出钢过程每炉钢加入200kg-240kg活性石灰及50kg-75kg萤石，出钢后加入调渣剂200kg-230kg，吹氩4min-7min后定氧，根据氧含量进行补喂Al线(此处控制量为行业公知常识),补喂Al线控制钢水氧活度为25ppm～45ppm,补喂Al线后,对钢水罐底部通入压力240Pa～500Pa的氩气4min-8min，在电加热及补喂Al线后，再喂入Ca-Si线以控制夹杂，Ca-Si线的直径为10mm，在Ca-Si线的化学成分中，按质量比计，23％≤Ca含量≤48％，根据硫含量确定Ca-Si线的加入量，加入量范围为950m/炉～1250m/炉，硫含量高时偏上限喂入，硫含量低时偏下限喂入。
采用上述方案实施后，在硫化物变性处理中，确保生成的钙硫比的质量分数范围为1.8≤Ca:S≤2.5，该范围内的硫化物能够显著提高钢水清洁度，并改变钢水中残留非金属夹杂的形态，由末处理前的沿轧向分布的细长线性变为分散分布的球形，提高钢板的冷成型性能，降低开裂风险。低于该范围，降低钢水纯净度，高于该范围，增加钢水中夹杂含量。
为使得产品具有更好的力学性能，在连铸连轧成形得到热轧板材成品的过程中，还可采用如下工艺参数控制方式。
连铸：钢水罐运至浇铸位置，钢水罐的底部滑动水口Al质塞棒，钢水自动流入中间包，经Al质塞棒、引流至结晶器进行连续浇铸。全流程采用保护渣进行保护浇铸，浇铸后冷却成热轧板钢坯。具体参数控制如下：LF精炼出站温度按1580℃-1590℃控制；连铸过程采用低碳铝镇静钢专用保护渣，中间包温度控制在1545℃-1570℃，液相线温度控制在1516℃-1536℃，目标拉坯速度控制为1.0m/min-1.2m/min。
在热轧工序，控制预热段温度为1090℃-1210℃，加热段温度为1250℃-1310℃，均热段温度为1220℃-1280℃，板坯出炉温度为1220℃-1240℃；采用3-7道次进行粗轧，再经4-7机架进行精轧。热轧精轧的轧制道次优选为7个，每道次轧制使得中间坯的厚度分别为42mm～32mm、32mm～20mm、20mm～18mm、18mm～15mm、15mm～11mm、11mm～7mm、7mm～5毫米。
实施例1至实施例5在上述技术方案的基础上实施，更具体的实施方式如下。
实施例1：化学成分重量百分比为C：0.09％，Si：0.02％，Mn：0.68％，P：0.018％，S：0.019％，Ti：0.010，Al：0.024％，余量为Fe和不可避免杂质元素组成；炼钢过程中，加入215kg活性石灰及65kg萤石，出钢后加入调渣剂230kg，吹氩7min后定氧，二次喂Al线控制钢水氧活度为28ppm,二次喂Al线后对钢水罐底部通入压力360Pa的氩气4分钟。在电加热及补喂Al线后再喂Ca-Si线1025m，热轧钢坯加热温度为1220℃，时间为1.1小时；热轧粗轧的开轧温度为1170℃，除鳞水压力23.0MPa；精轧开轧温度1010℃，精轧开轧速度1.70m/s，终轧温度为870℃，终轧出口轧制速度10.2m/s；冷却采用稀疏冷却方式；以30℃/s的冷却速度冷却至615℃卷取，成品厚度为2.75mm；其成品力学性能为屈服强度328MPa，抗拉强度438MPa，延伸率37.8％，显微组织见图1。
实施例2：化学成分重量百分比为C：0.09％，Si：0.02％，Mn：0.68％，P：0.018％，S：0.019％，Ti：0.015，Al：0.020％。余量为Fe和不可避免杂质元素组成；炼钢过程中，加入230kg活性石灰及50kg萤石，出钢后加入调渣剂220kg，吹氩5.5min后定氧，二次喂Al线控制钢水氧活度为32ppm,二次喂Al线后对钢水罐底部通入压力240Pa的氩气8分钟。在电加热及补喂Al线后再喂Ca-Si线950m，热轧钢坯加热温度为1220℃，时间为1.0小时；热轧粗轧的开轧温度为1165℃，除鳞水压力24.0MPa；精轧开轧温度960℃，精轧开轧速度1.80m/s，终轧温度为880℃，终轧出口轧制速度9.0m/s；冷却采用稀疏冷却方式；以35℃/s的冷却速度冷却至620℃卷取，成品厚度为2.90mm；其成品力学性能为屈服强度320MPa，抗拉强度433MPa，延伸率39.8％，显微组织见图2。
实施例3：化学成分重量百分比为C：0.08％，Si：0.03％，Mn：0.67％，P：0.016％，S：0.013％，Ti：0.030，Al：0.032％。余量为Fe和不可避免杂质元素组成；炼钢过程中，加入210kg活性石灰及55kg萤石，出钢后加入调渣剂215kg，吹氩4.5min后定氧，二次喂Al线控制钢水氧活度为40ppm,二次喂Al线后对钢水罐底部通入压力420Pa的氩气6分钟。在电加热及补喂Al线后再喂Ca-Si线1120m，热轧钢坯加热温度为1230℃，时间为1.3小时；热轧粗轧的开轧温度为1180℃，除鳞水压力26.0MPa；精轧开轧温度1020℃，精轧开轧速度2.30m/s，终轧温度为875℃，终轧出口轧制速度12.0m/s；以40℃/s的冷却速度冷却至625℃卷取。成品厚度为3.00mm；其成品力学性能为屈服强度325MPa，抗拉强度437MPa，延伸率40.8％，显微组织见图3。
实施例4：化学成分重量百分比为C：0.08％，Si：0.03％，Mn：0.67％，P：0.016％，S：0.013％，Ti：0.020，Al：0.028％。余量为Fe和不可避免杂质元素组成；炼钢过程中，加入200kg活性石灰及65kg萤石，出钢后加入调渣剂220kg，吹氩5.5min后定氧，二次喂Al线控制钢水氧活度为45ppm,二次喂Al线后对钢水罐底部通入压力480Pa的氩气7分钟。在电加热及补喂Al线后再喂Ca-Si线1200m，热轧钢坯加热温度为1240℃，时间为1.4小时；热轧粗轧的开轧温度为1220℃，除鳞水压力25.0MPa；精轧开轧温度980℃，精轧开轧速度2.20m/s，终轧温度为880℃，终轧出口轧制速度11.5m/s；以50℃/s的冷却速度冷却至615℃卷取。其成品力学性能为屈服强度312MPa，抗拉强度440MPa，延伸率39.0％，显微组织见图4。
实施例5：化学成分重量百分比为C：0.08％，Si：0.03％，Mn：0.67％，P：0.016％，S：0.013％，Ti：0.040，Al：0.040％。余量为Fe和不可避免杂质元素组成；炼钢过程中，加入230kg活性石灰及50kg萤石，出钢后加入调渣剂200kg，吹氩6min后定氧，二次喂Al线控制钢水氧活度为43ppm,二次喂Al线后对钢水罐底部通入压力450Pa的氩气8分钟。在电加热及补喂Al线后再喂Ca-Si线1150m，热轧钢坯加热温度为1240℃，时间为1.4小时；热轧粗轧的开轧温度为1190℃，除鳞水压力26.0MPa；精轧开轧温度1010℃，精轧开轧速度2.10m/s，终轧温度为890℃，终轧出口轧制速度13.0m/s；以40℃/s的冷却速度冷却至625℃卷取。成品厚度为3.50mm；其成品力学性能为屈服强度335MPa，抗拉强度445MPa，延伸率40.2％，显微组织见图5。
Claims (4)
1.屈服强度300MPa级别焊管用钢的生产方法，其特征在于：该焊管用钢的化学成分质量百分比为C：0.08％-0.09％，Si：≤0.05％，Mn：0.55％-0.70％，P：≤0.020％，S：≤0.020％，Al：0.020％-0.040％，Ti：0.010％-0.040％,余量为Fe和不可避免杂质元素组成；
该焊管用钢的生产方法包括如下步骤：转炉冶炼→LF精炼→电加热→连铸→热轧→冷却→卷取，
在热轧工序，控制预热段温度为1090℃-1210℃，加热段温度为1250℃-1310℃，均热段温度为1220℃-1280℃，钢坯加热出炉温度为1220℃～1240℃，时间为1.0小时～1.4小时；热轧粗轧的开轧温度为1165℃～1220℃，除鳞水压力23.0MPa～26.0MP a，采用3-7道次进行粗轧，再经7个道次精轧；精轧开轧温度为960℃～1020℃，精轧开轧速度1.70m/s～2.30m/s，终轧温度为870℃～890℃，终轧出口轧制速度9.0m/s～13.5m/s；精轧过程中的每道次轧制使得中间坯的厚度分别为42mm～32mm、32mm～20mm、20mm～18mm、18mm～15mm、15mm～11mm、11mm～7mm、7mm～5mm ；
在冷却工序，采用稀疏冷却方式，以20℃/s-50℃/s的冷却速度进行冷却；
在卷取工序，卷取温度为610℃～625℃，卷取获得厚度为2.75mm-3.5mm的成品。
2.如权利要求1所述的屈服强度300MPa级别焊管用钢的生产方法，其特征在于：在电加热工序之后，喂入Ca-Si线以控制夹杂，Ca-Si线的直径为10mm，在Ca-Si线的化学成分中，按质量比计，23％≤Ca含量≤48％，根据硫含量确定Ca-Si线的加入量，加入量范围为950m/炉～1250m/炉，硫含量高时偏上限喂入，硫含量低时偏下限喂入。
3.如权利要求2所述的屈服强度300MPa级别焊管用钢的生产方法，其特征在于：其中冶炼过程的入炉硫按不大于0.02％控制，出钢温度1660℃-1690℃，出钢时氧活度条件为150ppm～480ppm,转炉冶炼的时间为36分钟～49分钟,采用铝铁脱氧，加入量为460kg/炉-500kg/炉,底吹氩气的温度为1610℃～1650℃，压力250Pa～550Pa，时间为4.5分钟～8分钟；出钢1/3时加入中碳锰铁，出钢2/3时加完；出钢过程每炉钢加入200kg-240kg活性石灰及50kg-75kg萤石，出钢后加入调渣剂200kg-230kg，吹氩4min-7min后定氧，根据氧含量进行补喂Al线,补喂Al线控制钢水氧活度为25ppm～45ppm,补喂Al线后,对钢水罐底部通入压力240Pa～500Pa的氩气4min-8min，在电加热及补喂Al线后，再喂入Ca-Si线以控制夹杂。
4.如权利要求1所述的屈服强度300MPa级别焊管用钢的生产方法，其特征在于：LF精炼出站温度按1580℃-1590℃控制；连铸过程采用低碳铝镇静钢专用保护渣，中间包温度控制在1545℃-1570℃，液相线温度控制在1516℃-1536℃，目标拉坯速度控制为1.0m/min-1.2m/min。
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