CN111979485A - X70钢级大口径薄壁热扩无缝钢管及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

X70钢级大口径薄壁热扩无缝钢管及其生产方法，该热扩无缝钢管外径D为：406.4mm，公差为：+/‑0.75%D，壁厚S为：7.92mm，公差为：+/‑12.5%S，成分以质量%计，具体有：C：0.12～0.15、Mn：1.40～1.48、Al：0.02～0.05、Si：0.30～0.40、Nb:0.35～0.45、Ti：0.02～0.04、P≤0.015、S≤0.010、B≤0.001，其余为Fe及不可避免的杂质，其碳当量小于0.42。生产该热扩无缝钢管首先通过控制合适的C、Mn、Al、Si、Nb、Ti含量，并离线调质热处理，获得X80钢级热扩母管；然后控制一定温度、扩径比不大于1.2条件下对X80钢级热扩母管加热热扩，出感应线圈后空冷。本发明生产的X70级热扩无缝钢管的理化性能符合钢管X70级和0℃纵向冲击性能要求，且能够保证钢管尺寸的稳定性提高产品合格率，同时能够降低生产成本，具有较好的应用前景。

Description

X70钢级大口径薄壁热扩无缝钢管及其生产方法
技术领域
本发明涉及无缝钢管生产技术领域，特别是一种X70钢级大口径薄壁热扩无缝钢管及其生产方法。
背景技术
目前，生产大口径薄壁无缝钢管采用的主要是中频感应局部加热热扩工艺，如406.4*7.92mm规格。对于一般微合金碳锰无缝钢管，提高其强度的主要方法是对钢管进行调质热处理，调质时淬火加热温度在880度以上并保持一段较长的时间。然而上述现有的经过局部感应加热热扩的大口径薄壁钢管调质热处理时，容易对钢管表面产生碰撞凹坑和变形，这些凹坑无法在后续矫直时恢复而造成废品；且保温时间也较长，需要使用的热能等成本要求较高。因而如何解决现有的废品率降低且降低生产成本是本领域面临的重要问题。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种X70钢级大口径薄壁热扩无缝钢管及其生产方法。
本发明的技术方案是：X70钢级大口径薄壁热扩无缝钢管，其外径D为：406.4 mm，公差为：+/-0.75%D，壁厚S为：7.92 mm，公差为：+/-12.5%S；成分以质量%计，具体有： C：0.12～0.15、Mn：1.40～1.48、Al：0.02～0.05、Si：0.30～0.40、Nb:0.35～0.45、Ti：0.02～0.04、P≤0.015、S≤0.010、B≤0.001，其余为Fe及不可避免的杂质，其碳当量小于0.42。
前述X70钢级大口径薄壁热扩无缝钢管的生产方法，包括如下步骤：
A、先将废钢熔炼成钢水，然后配加所需的合金，得到合乎钢管成分要求
的钢水，采用EBT→LF→VD→CCM工艺生产圆坯料，通过340连轧机组的穿孔→连轧→定径→校直→锯切→调质热处理，机械性能达到X80钢级，得到热扩母管。
B、母管再通过局部中频感应加热热扩机进行热扩，热扩变径量不大于1.2，热扩温度控制在700～740℃，在钢管加热扩径出感应线圈后空冷，得到所需要的X70钢级大口径薄壁热扩无缝钢管。
本发明与现有技术相比具有如下特点：
1、本发明生产X70钢级大口径薄壁热扩无缝钢管的母管采用∮351㎜×（8.0-8.4）㎜规格，∮340连轧机组生产钢管再进行离线调质热处理，预先获得X80钢级并具有良好的抗0℃纵向冲击性能。
2、本发明钢管热扩时的扩径比不大于1.2，并控制扩管温度，保证热扩管在某一温度范围内进行压力加工，并随后空冷至室温，既保持热扩管具有母管相似的金相组织结构，同时具备良好的0℃纵向冲击性能，虽然强度较母管有下降，但可达到GB/T 9711-2011PSL2的X70钢级要求。
3、本发明方法生产的X70钢级大口径薄壁热扩无缝钢管，热扩后不再需要进行离线热处理，避免了因热处理时外观凹坑或尺寸变形严重而造成的废品，不但保证了钢管外观尺寸的稳定性，同时降低了成本。
以下结合附图和具体实施方式对本发明的详细结构作进一步描述。
附图说明
附图1为热扩母管的金相组织图（100×）；组织为回火索氏体，晶粒度9.0级；
附图2为X70钢级大口径薄壁热扩无缝钢管的金相组织图（100×）；组织为回火索氏体，晶粒度8.5级。
具体实施方式
实施例一，X70钢级大口径薄壁热扩无缝钢管，其外径D为：406.4 mm，公差为：+/-0.75%D，壁厚S为：7.92 mm，公差为：+/-12.5%S；成分以质量%计，具体有： C：0.12、Mn：1.48、Al：0.028、Si：0.34、Nb:0.38、Ti：0.026、P：0.013、S：0.006、B：0.0001，其余为Fe及不可避免的杂质，其碳当量0.40。
在上述成分中：
C是碳化物形成元素，一定的C含量可提高基体的强度和硬度，但C含量高会降低钢的延伸率并对低温冲击性能不利。
Mn是弥补钢因C含量降低而引起强度损失的最经济的强化元素，Mn能溶于铁素体使铁素体强化，也能溶于渗碳体，提高其硬度，Mn还能增加并细化珠光体，提高钢的强度和硬度，可提高材料的高温强度，但含量过高使钢的导热性降低。
Si能溶于铁素体使之强化，提高钢管的强度和硬度。
Al能够加强钢的脱氧和细化晶粒，有利于钢的强度提高和低温冲击。
Nb、Ti可保证在碳当量较低时，通过其碳、氮化物质点的弥散析出，细化晶粒，极大提高钢管的强度、韧性。
Nb、Ti元素在钢中加入能与C、N结合成碳化物、氮化物和碳氮化物，这些化合物在高温下溶解，在低温下析出抑制晶粒长大、细化晶粒以及沉淀强化作用，虽然提高C和Mn对钢的强度有所提高，但其提高有限而且钢的碳当量变大，不利于钢的焊接；Nb、Ti的加入，可降低C、Mn的含量，其结果是碳当量降低，钢的强度和韧性却大大提高，并具有显著的成本优势。
前述X70钢级大口径薄壁热扩无缝钢管的生产方法，包括如下步骤：
A、先将废钢熔炼成钢水，然后配加所需的合金，得到合乎钢管成分要求
的钢水，采用EBT→LF→VD→CCM工艺生产圆坯料，通过340连轧机组的穿孔→连轧→定径→校直→锯切→调质热处理，机械性能达到X80钢级，得到热扩母管，其规格351*8.4mm。
B、母管再通过局部中频感应加热热扩机进行热扩，热扩变径量不大于1.15，热扩温度控制在700～740℃，在钢管加热扩径出感应线圈后空冷，得到所需要的X70钢级大口径薄壁热扩无缝钢管。
通过该方法步骤A、步骤B得到的热扩母管、X70钢级大口径薄壁热扩无缝钢管的力学性能与X70级标准要求的对比见如下表1。
表1 钢管力学性能
材料 σs（Mpa） σb（Mpa） δ（%） -0℃冲击功 晶粒度
热扩母管 592 658 38 94/87/108 9级
X70级无缝钢管 500~550 590~640 ≥36 86/83/78 8.5级
X70级标准要求 ≥485 ≥570 ≥28 \ \
所得到的X70钢级大口径薄壁热扩无缝钢管的冲击功要求负荷达到GB/T 9711-2011PSL2 X70要求：0℃纵向全尺寸单个冲击值不低于27J、平均值不低于40J；拉伸样38mm带肩、50mm标距，纵向冲击样10×5×55mm。
通过该方法步骤A、步骤B得到的热扩母管、X70钢级大口径薄壁热扩无缝钢管的金相组织图（100×）分别如附图1和附图2所示。从附图1和附图2能够看出，热轧母管和X70钢级大口径薄壁热扩无缝钢管的金相组织相似，无大的变化，较好地保证了钢管外观尺寸的稳定性，避免钢管外观凹坑或尺寸变形严重而造成的废品，提高了无缝钢管生产质量。
实施例二，X70钢级大口径薄壁热扩无缝钢管，其外径D为：406.4 mm，公差为：+/-0.75%D，壁厚S为：7.92 mm，公差为：+/-12.5%S；成分以质量%计，具体有： C：0.15、Mn：1.47、Al：0.025、Si：0.30、Nb:0.45、Ti：0.020、P：0.012、S：0.005、B：0.0001，其余为Fe及不可避免的杂质，其碳当量0.41。
在上述成分中：
C是碳化物形成元素，一定的C含量可提高基体的强度和硬度，但C含量高会降低钢的延伸率并对低温冲击性能不利。
Mn是弥补钢因C含量降低而引起强度损失的最经济的强化元素，Mn能溶于铁素体使铁素体强化，也能溶于渗碳体，提高其硬度，Mn还能增加并细化珠光体，提高钢的强度和硬度，可提高材料的高温强度，但含量过高使钢的导热性降低。
Si能溶于铁素体使之强化，提高钢管的强度和硬度。
Al能够加强钢的脱氧和细化晶粒，有利于钢的强度提高和低温冲击。
Nb、Ti可保证在碳当量较低时，通过其碳、氮化物质点的弥散析出，细化晶粒，极大提高钢管的强度、韧性。
Nb、Ti元素在钢中加入能与C、N结合成碳化物、氮化物和碳氮化物，这些化合物在高温下溶解，在低温下析出抑制晶粒长大、细化晶粒以及沉淀强化作用，虽然提高C和Mn对钢的强度有所提高，但其提高有限而且钢的碳当量变大，不利于钢的焊接；Nb、Ti的加入，可降低C、Mn的含量，其结果是碳当量降低，钢的强度和韧性却大大提高，并具有显著的成本优势。
该X70钢级大口径薄壁热扩无缝钢管的生产方法，包括如下步骤：
A、先将废钢熔炼成钢水，然后配加所需的合金，得到合乎钢管成分要求
的钢水，采用EBT→LF→VD→CCM工艺生产圆坯料，通过340连轧机组的穿孔→连轧→定径→校直→锯切→调质热处理，机械性能达到X80钢级，得到热扩母管，其规格351*8.4mm。
B、母管再通过局部中频感应加热热扩机进行热扩，热扩变径量不大于1.15，热扩温度控制在700～740℃，在钢管加热扩径出感应线圈后空冷，得到所需要的X70钢级大口径薄壁热扩无缝钢管。
通过该方法步骤A、步骤B得到的热扩母管、X70钢级大口径薄壁热扩无缝钢管的力学性能与X70级标准要求的对比见如下表2。
表2 钢管力学性能
材料 σs（Mpa） σb（Mpa） δ（%） -0℃冲击功 晶粒度
热扩母管 589 650 37.5 80/84/102 9级
X70级无缝钢管 500~550 590~640 ≥36 76/80/78 8.5级
X70级标准要求 ≥485 ≥570 ≥28 \ \
所得到的X70钢级大口径薄壁热扩无缝钢管的冲击功要求负荷达到GB/T 9711-2011PSL2 X70要求：0℃纵向全尺寸单个冲击值不低于27J、平均值不低于40J；拉伸样38mm带肩、50mm标距，纵向冲击样10×5×55mm。
通过该方法步骤A、步骤B得到的热扩母管、X70钢级大口径薄壁热扩无缝钢管的金相组织图（100×）分别如附图1和附图2所示。从附图1和附图2能够看出，热轧母管和X70钢级大口径薄壁热扩无缝钢管的金相组织相似，无大的变化，较好地保证了钢管外观尺寸的稳定性，避免钢管外观凹坑或尺寸变形严重而造成的废品，提高了无缝钢管生产质量。
实施例三，X70钢级大口径薄壁热扩无缝钢管，其外径D为：406.4 mm，公差为：+/-0.75%D，壁厚S为：7.92 mm，公差为：+/-12.5%S；成分以质量%计，具体有： C：0.13、Mn：1.40、Al：0.050、Si：0.40、Nb:0.35、Ti：0.040、P：0.015、S：0.010、B：0.0001，其余为Fe及不可避免的杂质，其碳当量0.42。
在上述成分中：
C是碳化物形成元素，一定的C含量可提高基体的强度和硬度，但C含量高会降低钢的延伸率并对低温冲击性能不利。
Mn是弥补钢因C含量降低而引起强度损失的最经济的强化元素，Mn能溶于铁素体使铁素体强化，也能溶于渗碳体，提高其硬度，Mn还能增加并细化珠光体，提高钢的强度和硬度，可提高材料的高温强度，但含量过高使钢的导热性降低。
Si能溶于铁素体使之强化，提高钢管的强度和硬度。
Al能够加强钢的脱氧和细化晶粒，有利于钢的强度提高和低温冲击。
Nb、Ti可保证在碳当量较低时，通过其碳、氮化物质点的弥散析出，细化晶粒，极大提高钢管的强度、韧性。
Nb、Ti元素在钢中加入能与C、N结合成碳化物、氮化物和碳氮化物，这些化合物在高温下溶解，在低温下析出抑制晶粒长大、细化晶粒以及沉淀强化作用，虽然提高C和Mn对钢的强度有所提高，但其提高有限而且钢的碳当量变大，不利于钢的焊接；Nb、Ti的加入，可降低C、Mn的含量，其结果是碳当量降低，钢的强度和韧性却大大提高，并具有显著的成本优势。
该X70钢级大口径薄壁热扩无缝钢管的生产方法，包括如下步骤：
A、先将废钢熔炼成钢水，然后配加所需的合金，得到合乎钢管成分要求
的钢水，采用EBT→LF→VD→CCM工艺生产圆坯料，通过340连轧机组的穿孔→连轧→定径→校直→锯切→调质热处理，机械性能达到X80钢级，得到热扩母管，其规格351*8.4mm。
B、母管再通过局部中频感应加热热扩机进行热扩，热扩变径量不大于1.15，热扩温度控制在700～740℃，在钢管加热扩径出感应线圈后空冷，得到所需要的X70钢级大口径薄壁热扩无缝钢管。
通过该方法步骤A、步骤B得到的热扩母管、X70钢级大口径薄壁热扩无缝钢管的力学性能与X70级标准要求的对比见如下表3。
表3 钢管力学性能
材料 σs（Mpa） σb（Mpa） δ（%） -0℃冲击功 晶粒度
热扩母管 586 648 38 70/78/100 9级
X70级无缝钢管 500~550 590~640 ≥36 74/84/82 8.5级
X70级标准要求 ≥485 ≥570 ≥28 \ \
所得到的X70钢级大口径薄壁热扩无缝钢管的冲击功要求负荷达到GB/T 9711-2011PSL2 X70要求：0℃纵向全尺寸单个冲击值不低于27J、平均值不低于40J；拉伸样38mm带肩、50mm标距，纵向冲击样10×5×55mm。
通过该方法步骤A、步骤B得到的热扩母管、X70钢级大口径薄壁热扩无缝钢管的金相组织图（100×）分别如附图1和附图2所示。从附图1和附图2能够看出，热轧母管和X70钢级大口径薄壁热扩无缝钢管的金相组织相似，无大的变化，较好地保证了钢管外观尺寸的稳定性，避免钢管外观凹坑或尺寸变形严重而造成的废品，提高了无缝钢管生产质量。

Claims (2)

1.X70钢级大口径薄壁热扩无缝钢管，其外径D为：406 mm，公差为：+/-0.75%D，壁厚S为：7.92mm，公差为：+/-12.5%S，其特征是：成分以质量%计，具体有： C：0.12～0.15、Mn：1.40～1.48、Al：0.02～0.05、Si：0.30～0.40、Nb:0.35～0.45、Ti：0.02～0.04、P≤0.015、S≤0.010、B≤0.001，其余为Fe及不可避免的杂质，其碳当量小于0.42。
2.如权利要求1所述的X70钢级大口径薄壁热扩无缝钢管的生产方法，其特征是：包括如下步骤，
A、先将废钢熔炼成钢水，然后配加所需的合金，得到合乎钢管成分要求
的钢水，采用EBT→LF→VD→CCM工艺生产圆坯料，通过340连轧机组的穿孔→连轧→定径→校直→锯切→调质热处理，机械性能达到X80钢级，得到热扩母管；
B、母管再通过局部中频感应加热热扩机进行热扩，扩径比不大于1.2，热扩温度控制在700～740℃，在钢管加热扩径出感应线圈后空冷，得到所需要的X70钢级大口径薄壁热扩无缝钢管。
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