CN112011735A - 一种经济型耐腐蚀性能良好的低温钢管及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种经济型耐腐蚀性能良好的低温钢管及其制造方法,该钢管的成分按重量百分比计如下：C：0.09％～0.12％、Si：0.25％～0.33％、Mn：1.10％～1.29％、Ti：0.015％～0.03、Al：0.01％～0.024％、P：≤0.012％、S：≤0.008％，碳当量CEPcm≤0.22；其中CEPcm＝(C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B)；制造方法包括转炉冶炼、炉外精炼(LF)、方坯连铸、冷却至室温后进加热炉、管坯连轧、再加热、连轧制管、定径、热处理；应用本发明改善了钢管低温冲击性能和抗酸性腐蚀性能，可用于‑45℃低温环境及硫化氢腐蚀环境使用。

Description

一种经济型耐腐蚀性能良好的低温钢管及其制造方法
技术领域
本发明属于金属材料领域，尤其涉及一种经济型耐腐蚀性能良好的低温钢管及其制造方法。
背景技术
近年来，随着石化工业的进步，高寒地区能源开发在不断增加，同时新设备、新技术的发展也促使着液化、分离、储运设备的更新完善。因此，应用于低温输送流体管道、低温压力容器、石化设备的低温管道产品开发开始被广泛关注，以往低温钢管产品为降低其韧脆转变温度往往大量添加合金元素，如Ni、Mo等，成本较高，广泛应用受限。因此，开发经济型低温钢管产品亟待解决。特别是在具备良好低温冲击性能同时又具备良好耐腐蚀性能的无缝钢管产品更具有市场竞争力。
发明《低屈强比低温无缝钢管及其生产方法》(申请号：201310752656.4)公开的技术方案中通过控制成分C0.11％～0.14％、Si0.17％～0.35％、Mn0.15％～0.20％、V0.02％～0.05％、Ti0.15％～0.25％、P≤0.010％、S≤0.008％，该专利添加了V等合金元素，采用热轧方式生产，未阐述其抗腐蚀性能。
发明《一种耐低温钢管材料及其制备方法》(申请号：201310715230.1)公开的技术方案中添加了Ni、Cr、Mo、Nb、Ti、Nd等多合金成分，且其使用环境温度要求与本发明不同。
发明《具有低温下优良韧性和抗硫化氢应力腐蚀破裂性能的高强度钢管》(申请号：201220026833.6)公开技术方案中添加了Cr、Ni、Mo、V、W等多合金成分，且采用淬火+回火的热处理工艺，成本较高，工艺复杂。
发明《一种低温韧性优良的高强度无缝钢管及其制造方法》(申请号：201110419213.4)公开的技术方案中添加了Cr、Mo、N、Nb等多种合金元素，并采取了淬火+回火的热处理方法，且其强度较高，-60℃低温冲击韧性较本发明偏低。
发明《一种冻结施工用低温无缝钢管及其制造方法》(申请号：201210092191.X)公开的技术方案中添加了V等合金元素，未采取热处理工艺，元素范围较宽，不利于产品性能稳定性，且对-60℃低温冲击性能未阐述，产品未涉及耐蚀性研究，目前复杂的使用环境对耐蚀性提出了更高的要求。论文ASTM A333 Gr6低温作业用无缝钢管的产品开发中所述产品添加了V、Mo等多种合金，成本较高，且产品元素成分范围较宽，不利于操作。
本发明提出了具有耐硫化氢腐蚀性能的无缝管线管及其制造方法，其生产成本较低，在化学成分和生产工艺上与上述专利均有很大差别，其具有良好的低温冲击性能，且抗HIC和抗SSC性能优良，金相组织为珠光体+铁素体，采用正火热处理工艺后组织晶粒细小均匀，珠光体片层间距减小，利于电化学性能稳定，提高其耐腐蚀性能。
发明内容
具有优良的低温冲击性能，及耐腐蚀性能，低屈强比，高伸长率，成本较低的经济型耐腐蚀性能良好的低温钢管及其制造方法。
本发明目的是这样实现的：
一种经济型耐腐蚀性能良好的低温钢管，该钢管的成分按重量百分比计如下：C：0.09％～0.12％、Si：0.25％～0.33％、Mn：1.10％～1.29％、Ti：0.015％～0.03、Al：0.01％～0.024％、P：≤0.012％、S：≤0.008％，碳当量CEPcm≤0.22；其中CEPcm＝(C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B)。
所述钢管外径88.9～168mm，钢管管壁厚在5～10mm。
所述钢管屈服强度≥450MPa，硬度≤150HV10；所述钢管-45℃1/2尺寸试样夏比冲击功不小于150J，所述钢管-45℃3/4尺寸试样夏比冲击功不小于250J；所述钢管-60℃1/2尺寸试样夏比冲击功不小于100J，所述钢管-60℃3/4尺寸试样夏比冲击功不小于150J。
本发明成分设计理由如下：
C是碳化物形成元素，可以提高钢的强度，为保证必要强度下限定位0.09％，但碳含量太高会加剧带状产生，影响低温冲击性能，及抗酸性腐蚀性能，所以上限定为0.12％。
Si是有效的脱氧元素，含量过低会缺乏脱氧效果，过高又会降低钢的韧性，因此，选择0.25～0.33％作为Si的合金含量范围。
Mn是奥氏体形成元素，用于提高钢的强度，可以弥补因碳含量降低而损失的屈服强度，Mn在提高强度的同时，还可以提高钢的韧性，降低韧脆转变温度。
Ti具有阻止奥氏体晶粒长大作用，可以细化晶粒，形成碳化物，提高钢的低温冲击韧性和强度，但超过一定含量后强化作用不再明显。
Al在钢中与氧、氮有很大的亲和力，与氮结合形成的AlN能细化晶粒，抑制低碳钢的时效并提高钢在低温下的韧性。另一方面Al还具有抗氧化和抗腐蚀性能，可以提高对硫化氢的耐腐蚀性。
P为杂质元素，其促进中心偏析，显著降低钢的低温冲击韧性，提高钢的韧脆转变温度，同时还会恶化钢的焊接性能，应尽量降低其
本发明技术方案之二是提供一种经济型耐腐蚀性能良好的低温钢管的制造方法，包括转炉冶炼、炉外精炼(LF)、方坯连铸、冷却至室温后进加热炉、管坯连轧、再加热、连轧制管、定径、热处理；
经方坯连轧管坯的过程增加了变形量，具有细化晶粒作用，管坯连轧终轧温度高于950℃，这样可以有效地控制管坯表面裂纹生成，提高其抗酸性腐蚀性能。得到的管坯经过环形炉再加热到1250℃～1270℃，采用大轧制延伸系数连轧制管生产，轧制延伸系数控制在6.5以上，较大的延伸系数，提高轧制变形量，有利于细化晶粒，提高产品韧性。定径温度控制在855℃～875℃。钢管外径88.9mm～168mm，壁厚在5mm～10mm范围。
之后进行正火热处理，采用步进热处理炉，正火加热温度910℃～930℃，正火保温时间不低于45min。正火热处理方式可以细化晶粒，减轻带状组织，有利于提高钢的低温冲击韧性，以及提高产品的抗酸性腐蚀性能。
进一步；之后再进行不低于410℃的带温矫直和探伤检验。在此温度范围内矫直，无缝钢管的矫直残余应力比较小，能明显降低无缝钢管的矫直残余应力，提高钢管的力学性能。
本发明成分设计理由如下：
(1)本发明通过降低C含量，添加适当Al、Ti合金，控制硫磷含量，采用连轧方法，正火的热处理方法，改善其低温冲击性能和抗酸性腐蚀性能，可用于-45℃低温环境及硫化氢腐蚀环境使用。
(2)本发明晶粒组织均匀细小，低温冲击韧性优良。
(3)本发明产品的制造工艺易于实现，产品性能的均匀性、稳定性好。
附图说明
图1为本发明实施例1的显微组织金相图。
图2为本发明实施例2的显微组织金相图。
图3为本发明实施例3的显微组织金相图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步的说明。
本发明实施例根据技术方案的组分配比，进行转炉冶炼、炉外精炼(LF)、方坯连铸、冷却至室温后进加热炉、连轧得到管坯、再加热、轧制制管、定径、热处理。
管坯连轧终轧温度高于950℃，管坯再加热温度1250～1270℃，采用大轧制延伸系数连轧制管生产，轧制延伸系数控制在6.5以上，定径温度控制在855℃～875℃；
之后进行正火热处理，正火加热温度910℃～930℃，正火保温时间不低于45min。
进一步；还包括带温矫直，带温矫直温度不低于410℃。
本发明实施例钢管的成分见表1。本发明实施例钢管的主要工艺参数见表2。本发明实施例钢管的拉伸性能见表3。本发明实施例钢管冲击性能见表4。本发明实施例钢管HV10硬度见表5。本发明实施例钢管抗HIC性能见表6。
表1本发明实施例钢管的成分(wt％)
实施例 C Si Mn P S Ti Al CE<sub>Pcm</sub>
1 0.09 0.20 1.29 0.012 0.0020 0.020 0.015 0.16
2 0.09 0.33 1.25 0.011 0.0031 0.030 0.024 0.16
3 0.10 0.29 1.25 0.0063 0.0041 0.025 0.018 0.17
4 0.10 0.30 1.20 0.0092 0.0032 0.020 0.022 0.17
5 0.11 0.27 1.15 0.0054 0.0050 0.015 0.010 0.18
6 0.12 0.31 1.10 0.006 0.0044 0.018 0.020 0.19
注：余量为铁及不可避免杂质
表2本发明实施例钢管的主要工艺参数
Figure BDA0002614601000000061
表3本发明实施例钢管的拉伸性能
实施例 R<sub>el</sub>/MPa Rm/MPa A<sub>50mm</sub>/％ R<sub>el</sub>/Rm
1 291 464 38.5 0.63
2 301 457 39.5 0.66
3 321 466 40.0 0.69
4 311 465 39.5 0.67
5 319 471 42 0.68
6 319 462 41.5 0.69
表4本发明实施例钢管冲击性能
Figure BDA0002614601000000071
注：实施例1～4为1/2尺寸试样，尺寸为5×10×55mm；实施例5～6为3/4尺寸试样，尺寸为7.5×10×55mm。
表5本发明实施例钢管HV10硬度
Figure BDA0002614601000000072
表6本发明实施例钢管抗HIC性能
Figure BDA0002614601000000081
为了表述本发明，在上述中通过实施例对本发明恰当且充分地进行了说明，以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (5)

1.一种经济型耐腐蚀性能良好的低温钢管，其特征在于，该钢管的成分按重量百分比计如下：C：0.09％～0.12％、Si：0.25％～0.33％、Mn：1.10％～1.29％、Ti：0.015％～0.03、Al：0.01％～0.024％、P：≤0.012％、S：≤0.008％，碳当量CEPcm≤0.22；其中CEPcm＝C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B。
2.根据权利要求1所述的一种经济型耐腐蚀性能良好的低温钢管，其特征在于，所述钢管外径88.9～168mm，钢管管壁厚在5～10mm。
3.根据权利要求1所述的一种经济型耐腐蚀性能良好的低温钢管，其特征在于，所述钢管屈服强度≥450MPa，硬度≤150HV10；所述钢管-45℃1/2尺寸试样夏比冲击功不小于150J，所述钢管-45℃3/4尺寸试样夏比冲击功不小于250J；所述钢管-60℃1/2尺寸试样夏比冲击功不小于100J，所述钢管-60℃3/4尺寸试样夏比冲击功不小于150J。
4.一种权利要求1-3任一项所述的一种经济型耐腐蚀性能良好的低温钢管的制备方法，包括转炉冶炼、炉外精炼、方坯连铸、冷却至室温后进加热炉、管坯连轧、再加热、连轧制管、定径、热处理；其特征在于，
管坯连轧终轧温度高于950℃，管坯再加热温度1250～1270℃，采用大轧制延伸系数连轧制管生产，轧制延伸系数控制在6.5以上，定径温度控制在855℃～875℃；
之后进行正火热处理，正火加热温度910℃～930℃，正火保温时间不低于45min。
5.根据权利要求4所述的一种经济型耐腐蚀性能良好的低温钢管的制备方法，其特征在于；还包括带温矫直，带温矫直温度不低于410℃。
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