CN113584399A - 一种无缝钢管及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及钢管的领域，具体公开了一种无缝钢管及其制造方法。无缝钢管包括以下重量百分比的组分：C：0.12～0.2%、Mn：0～1.86%、Cr:0～1.46%、Mo:0～0.73%、V:0～0.44%、Ni:0～0.2%、Cu:0～0.2%、P：0～0.025%、S：0～0.015%，Nb:0.02～0.08%、Ti:0～0.04%，其余为Fe和不可避免的杂质。无缝钢管的制造方法，包括以下步骤：S1：将原料圆坯加热穿孔，得到管坯；S2：将管坯进行精轧；S3：将步骤S2中精轧后的坯料冷却后，再进行加热奥氏体化后得到粗品钢管；S4：将粗品钢管进行定径，定径后冷却；通过上述4个步骤后即可得到无缝钢管。本申请具有提高无缝钢管的强度和韧性以及焊接性能的效果。

Description

一种无缝钢管及其制造方法

技术领域

本申请涉及钢管生产的领域，更具体地说，它涉及一种无缝钢管及其制造方法。

背景技术

随着国内外对天然气的大力发展，大口径、厚壁、高钢级管线管的需求量逐年增加。而对于钢级达到或超过X52的钢级(屈服强度≥360MPa)的管线钢，由于考虑到焊接性能，不能无限增加合金含量来提高强度。

但是，对于管线无缝管壁厚的增加，其合金成分需要增加，也就是碳当量增加来实现强度的提高，碳当量的增加使管线钢的焊接性能下降，不利于输送管道的安全。

发明内容

为了同时提高无缝钢管的壁厚、强度以及焊接性能，本申请提供一种无缝钢管及其制造方法。

第一方面，本申请提供一种无缝钢管，采用如下的技术方案：

一种无缝钢管，其特征在于，所述无缝钢管包括以下重量百分比的组分：C：0.12～0.2％、Mn：0～1.86％、Cr:0～1.46％、Mo:0～0.73％、V:0～0.44％、Ni:0～0.2％、Cu:0～0.2％、P：0～0.025％、S：0～0.015％，Nb:0.02～0.08％、Ti:0～0.04％，其余为Fe和不可避免的杂质。

通过采用上述技术方案，C作为钢的强化元素，保证钢的强度；但过高的C含量降低钢的韧性，同时恶化钢的焊接性能。因此C含量适合在0.12-0.20％。

Nb是细化晶粒元素。Nb形成细小的Nb(CN)可以使钢在奥氏体化时析出，推迟奥氏体再结晶，并阻止奥氏体长大，从而细化钢的晶粒，提高钢的强度和韧性。

但当Nb大于0.08％时，其强化作用不再明显，因此，Nb的含量应控制在0.02-0.08％。

Ti同Nb一样可以推迟奥氏体再结晶因而可以细化晶粒；过高的Ti会形成的四方形的TiN，这会恶化钢的低温韧性，因此Ti含量应控制在0-0.04％。

因此，通过上述元素的组成和含量配比而形成的无缝钢管碳当量较低，焊接性能更优，同时无缝钢管本身的强度也比较高，可以满足无缝钢管在天然气管道的使用。

优选的，所述无缝钢管中Mn、Cr、Mo、V的含量为：Mn：1.2～1.65％、Cr:0～0.40％、Mo:0～0.30％、V:0～0.10％。

通过采用上述技术方案，Mn作为钢的强化元素，保证钢的强度；但过高的Mn增加钢的碳当量，恶化钢的焊接性能。因此Mn含量适合在1.2-1.65％。

Cr、Mo、V均是钢中的强碳化物形成元素，与C形成碳化物在钢中析出增加钢的强度，但过高的含量同样增加钢的碳当量，恶化钢的焊接性能。因此合适元素含量为：0～0.30％Cr、0～0.20％Mo、0～0.10％V。

优选的，碳当量满足下式：碳当量CE＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15≤0.43，式中C、Mn、Cr、Mo、V、Ni、Cu为圆坯中该元素的重量百分比含量。

通过采用上述技术方案，碳当量越高，钢的强度也越高，同时钢的焊接性能越差。考虑到本申请的强度范围，碳当量应≤0.43；

优选的，所述无缝钢管的组成元素满足式：Mn+1.5×Cr+3×Mo+5×V＝1.5～2.2，式中Mn、Cr、Mo、V为圆坯中该元素的重量百分比含量。

通过采用上述技术方案，Mn、Cr、Mo、V这些元素含量的提高都会提高钢的强度，同时提高钢的碳当量，损害焊接性能，为了保证钢的高强度同时满足低碳当量，必须综合考虑它们的配比关系，适用于本发明的Mn+1.5×Cr+3×Mo+5×V范围为：1.5～2.2。

第二方面，本申请提供一种无缝钢管的制造方法，采用如下的技术方案：

一种无缝钢管的制造方法，包括以下步骤：

S1：将原料圆坯加热穿孔，得到管坯；

S2：将管坯进行精轧；

S3：将步骤S2中精轧后的坯料冷却后，再进行加热奥氏体化后得到粗品钢管；

S4：将粗品钢管进行定径，定径后冷却；

通过上述4个步骤后即可得到无缝钢管。

优选的，所述步骤S3中奥氏体化时，控制加热前的钢管温度冷却到≤500℃。

通过采用上述技术方案，入炉前保证热轧钢管中的奥氏体组织充分转变成铁素体和珠光体或其他组织，这样再重新加热到奥氏体温度后，才能得到细小和均一化的晶粒组织。

优选的，所述步骤S4中对粗品钢管进行定径前，将粗品钢管冷却至750～850℃，定径变径率控制在3～10％。

通过采用上述技术方案，调整定径前的除磷高压水量，将钢管快速冷却至750～850℃，这个温度区间低碳钢一般不会出现奥氏体再结晶，在这个温度范围内进行变径率(外径减径量比减径后的外径)在3～10％定径作业，使钢管变形产生的位错能够保留下来而不会因为奥氏体的再结晶而消失，保留下来的位错可增加铁素体形核点，从而细化铁素体晶粒，增加钢的强度。

优选的，所述步骤S3中定径后的粗品钢管对钢管以≥2℃/S的冷却速度进行快速冷却，冷至650～500℃移至冷床空冷。

通过采用上述技术方案，定径后快速冷却到较低温度，可使新形成的铁素体没有能量长大，从而使最终成品得到细小的铁素体晶粒，从而增加钢的强度；而将钢管冷却过低的温度，如400℃以下会导致低温马氏体形成的可能，从而损害钢的韧性。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1、本申请通过采用的特定的元素组成以及配比，获得了降低无缝钢管碳当量以及同时提高无缝钢管强度的效果。

2、本申请中在制备无缝钢管的工艺中根据所选用的组分含量的原料选用特定的工艺步骤，对各个步骤中温度的控制以及冷却温度的控制，获得了提高无缝钢管强度以及韧性的效果。

附图说明

图1是本申请实施例33制备得到的无缝钢管的金相组织图；

图2是本申请对比例1制备得到的无缝钢管的金相组织图。

具体实施方式

以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。

无缝钢管是用钢锭轧制成圆钢，经过热穿孔得到管坯(毛管)，然后经热轧、冷轧或冷拨制成无缝管。无缝管在石油、化工、钢铁、机械、军工、航空航天等工业上均有广泛的应用。然而无缝钢管的壁厚增大以及强度的提高一般是通过增加合金成分的方式达到的，而合金成分含量的增加即碳当量的增加会使得无缝钢管出现焊接性能差的问题。为了解决该问题，本申请人通过对无缝钢管的组成成分以及制备工艺进行了大量的研究，结果发现无缝钢管中各元素的配比会影响无缝钢管的强度和焊接性能，并且不同的的制备工艺条件也会影响制备得到的无缝钢管的性能。本申请人对上述两个因素进行了大量研究，以图找到制备出一种大口径厚壁、低碳当量高钢级管线用无缝钢管的方法。

实施例

实施例1-16

如表1所述，实施例1-16的主要区别在于无缝钢管的组成元素种类和含量不同。

以实施例1为例，其中无缝钢管的制造方法，包括以下步骤：

S1：将原料圆坯加入到环形加热炉中进行加热至1280℃，然后将加热后的原料圆坯导入无缝钢管穿孔机中进行穿孔，得到管坯。

S2：对步骤S1中得到的粗管进行精轧，具体为：在加热炉中加热管坯至1150℃，保温30min后出炉，出炉后穿孔至φ450×30mm，终穿温度为1000℃；再在煤气炉中加热至850℃，保温25min出炉。

S3：对精轧后出炉的钢管进行风冷冷却至600℃，冷却速度为1℃/s。

S4：将降温后的钢管导入再加热炉中加热至980℃进行奥氏体化处理。

S5：将奥氏体化处理后的钢管降温至950℃后进行定径，定径率为2％。

S6：将定径后的钢管以≥3℃/S的冷速进行快速冷却，冷至750℃移至冷床空冷至室温。

表1无缝钢管中各元素重量百分比含量

其中，关系式＝Mn+1.5×Cr+3×Mo+5×V，式中Mn、Cr、Mo、V为圆坯中该元素的重量百分比含量；

碳当量CE＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15，式中C、Mn、Cr、Mo、V、Ni、Cu为圆坯中该元素的重量百分比含量。

如表2，实施例17-39与实施例15的主要区别在于无缝钢管的制备方法中各工艺参数。

表2无缝钢管的制备方法中各工艺参数

对比例

对比例1-对比例5

与实施例1的区别在于无缝钢管中各元素重量百分比含量如下表3所示。

表3对比例1-5中无缝钢管中各元素含量

性能检测试验

力学性能测试

采用GB/T2975《钢及钢产品力学性能试验取样位置及试样制备》中的取样方法在同一批无缝钢管中取试样，再采用GB/T229《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》对试样进行冲击试验，采用GB/T228.1《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》进行拉伸试验。

表4无缝钢管力学性能检测

通过上述试验与表4中的检测结果对比，可得到以下结论。通过实施例1-5与对比例1-2之间的对比可以看出，C含量对于无缝钢管的力学性能具有一定的影响，C含量越大无缝钢管强度越高，无缝钢管韧性越差。其次，通过实施例6-10与对比例3-5之间的对比可以看出，Nb和Ti含量对于无缝钢管的强度和韧性具有一定的影响，且Nb和Ti在本申请中选用的范围内，对于无缝钢管的强度和韧性的提升最好。通过实施例11-16的对比可以看出，Ni、Cu、P、S元素对于无缝钢管的强度和韧性也具有一定的影响。通过实施例17-实施例35可以看出，在本申请中的无缝钢管的制备工艺参数下，对于无缝钢管的强度和韧性提高最优。

对对比例5的无缝钢管再进行-20℃时的抗拉伸强度，抗拉伸强度为723MPa。由此可知，Ti含量在无缝钢管中过多时，会恶化刚的低温韧性。

结合图1和图2，说明采用本申请中的元素的组成及工艺所制备得到的无缝钢管金相组织均含有铁素体、珠光体和贝氏体，金相组织更细更均匀，金相组织较为理想。

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种无缝钢管，其特征在于，所述无缝钢管包括以下重量百分比的组分：C：0.12～0.2％、Mn：0～1.86％、Cr:0～1.46％、Mo:0～0.73％、V:0～0.44％、Ni:0～0.2％、Cu:0～0.2％、P：0～0.025％、S：0～0.015％，Nb:0.02～0.08％、Ti:0～0.04％，其余为Fe和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的一种无缝钢管，其特征在于：所述无缝钢管中Mn、Cr、Mo、V的含量为：Mn：1.2～1.65％、Cr:0～0.40％、Mo:0～0.30％、V:0～0.10％。

3.根据权利要求1所述的一种无缝钢管，其特征在于：碳当量满足下式：碳当量CE＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15≤0.43，式中C、Mn、Cr、Mo、V、Ni、Cu为圆坯中该元素的重量百分比含量。

4.根据权利要求1所述的一种无缝钢管，其特征在于：所述无缝钢管的组成元素满足式：Mn+1.5×Cr+3×Mo+5×V＝1.5～2.2，式中Mn、Cr、Mo、V为圆坯中该元素的重量百分比含量。

5.权利要求1～4中所述无缝钢管的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：将原料圆坯加热穿孔，得到管坯；

S2：将管坯进行精轧；

S3：将步骤S2中精轧后的坯料冷却后，再进行加热奥氏体化后得到粗品钢管；

S4：将粗品钢管进行定径，定径后冷却；

通过上述4个步骤后即可得到无缝钢管。

6.根据权利要求5所述的一种无缝钢管的制造方法，其特征在于：所述步骤S3中奥氏体化时，控制加热前的钢管温度冷却到≤500℃。

7.根据权利要求5所述的一种无缝钢管的制造方法，其特征在于：所述步骤S4中对粗品钢管进行定径前，将粗品钢管冷却至750～850℃，定径变径率控制在3～10％。

8.根据权利要求5所述的一种无缝钢管的制造方法，其特征在于：所述步骤S3中定径后的粗品钢管对钢管以≥2℃/S的冷却速度进行快速冷却，冷至650～500℃移至冷床空冷。

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