CN115323286A - 一种稀土微合金化Q345qDNH级耐候桥梁用无缝钢管及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种稀土微合金化Q345qDNH级耐候桥梁用无缝钢管及其制造方法，提供的无缝钢管的化学成分按质量百分比计为：C 0.10～0.14％；Si 0.28～0.37％；Mn 1.12～1.20％；P≤0.020％；S≤0.010％；Cr 0.24～0.45％；V 0.06～0.10％；Cu 0.03～0.29％；Ni 0.30～0.39％；Nb 0.03～0.05％；Re 0.01～0.03％，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明提供的稀土微合金化Q345qDNH级耐候桥梁用无缝钢管具有优良的耐低温韧性。

Description

一种稀土微合金化Q345qDNH级耐候桥梁用无缝钢管及其制造 方法

技术领域

本发明属于冶金材料领域，具体涉及一种稀土微合金化Q345qDNH级耐候桥梁用无缝钢管及其制造方法。

背景技术

耐候钢是指通过添加少量的合金元素(如Cu、P、Cr、Ni、Mo等)，使其在大气环境腐蚀作用下，通过合金元素改善锈层结构，形成致密的内部锈层，从而有效阻止腐蚀介质进一步渗入，获得良好耐蚀性能的低合金高强度结构钢。然而一般结构钢随温度的降低将发生由韧性到脆性转变。如果结构钢在转变温度或脆性状态下使用，即使在较低的应力水平下，也难免不发生低应力破坏。对低温下使用的材料(例如Q345qDNH级耐候桥梁用无缝钢管)，除要求一定的强度和耐腐蚀性能外，必须要求有足够的耐低温韧性。

发明内容

针对现有技术中存在的一个或多个问题，本发明一个方面提供一种稀土微合金化Q345qDNH级耐候桥梁用无缝钢管，其化学成分按质量百分比计为：C 0.10～0.14％；Si0.28～0.37％；Mn 1.12～1.20％；P≤0.020％；S≤0.010％；Cr 0.24～0.45％；V 0.06～0.10％；Cu 0.03～0.29％；Ni 0.30～0.39％；Nb 0.03～0.05％；Re 0.01～0.03％，其余为Fe和不可避免的杂质。

在一些实施方式中，所述稀土微合金化Q345qDNH级耐候桥梁用无缝钢管在-20℃下的平均纵向冲击功满足≥216J，在-70℃下的平均纵向冲击功满足≥115J。

本发明另一方面提供了上述的稀土微合金化Q345qDNH级耐候桥梁用无缝钢管的制造方法，其包括以下工艺：炼钢→轧管→热处理；其中：

所述炼钢工艺包括以下工序：高炉铁水→铁水预处理→转炉冶炼→LF炉外精炼→VD真空处理→连铸；其中采用脱硫铁水作为高炉铁水，转炉冶炼的终渣碱度≥3.0，出钢温度1610～1630℃；采用硅铁、锰铁进行脱氧合金化，终脱氧采用有铝脱氧工艺；出钢过程中加入适量的白灰；在LF精炼工序中，全程按要求正常吹氩，采用从低级数到高级数逐渐提高升温速度的方式提温，造好白渣；铜合金和镍合金在转炉工序加入，其他合金在精炼中后期加入，精炼后期进行成分微调，按比例添加稀土合金；精炼结束前喂适量高钙线；VD深真空度≤0.10KPa，深真空时间≥13分钟，抽真空过程中应随时注意钢水的沸腾情况并及时调整氩气压力；真空处理后软吹时间≥13min；连铸过程采用电磁搅拌工艺，连铸钢水过热度控制在15℃～30℃范围内，保证恒拉速浇注；二冷水各喷嘴应保证喷射均匀，不允许有断流和水柱喷射；铸坯应及时送入缓冷坑中进行缓冷，缓冷时间大于48小时，管坯温度降至100℃以下出坑；

所述轧管工艺包括以下工序：连铸坯→环形炉加热→穿孔→PQF三辊限动芯棒连轧→脱管→张减径→冷却→锯切；其中环形炉保温段温度为1270℃左右，穿孔时穿孔机本体、前后台轧制中心线必须保持一致性，严格按要求控制顶头前伸量，圆坯穿孔后温度为1210℃左右；连轧入口温度为1090℃～1110℃，轧制过程中进行高压水除鳞，高压除鳞水压力范围为7～12MPa；定张减后温度为910℃～930℃；

所述热处理工艺包括以下工序：正火→空冷；其中正火温度为920℃±10℃，保温60分钟左右。

基于以上技术方案提供的稀土微合金化Q345qDNH级耐候桥梁用无缝钢管在低碳钢的基础上添加适宜量的Cu、Cr、V、Ni、Nb、Re等合金元素，通过炼钢、轧管、热处理等工艺生产出桥梁用抗大气腐蚀无缝管Q345qDNH，其力学性能不仅满足标准GB/T 714-2015要求，而且具有更加优良的耐低温韧性。

附图说明

图1为实施例1制造的Q345qDNH级耐候桥梁用无缝钢管的金相组织。

具体实施方式

本发明旨在提供一种具有优良的耐低温韧性的稀土微合金化Q345qDNH级耐候桥梁用无缝钢管，还提供了制造该稀土微合金化Q345qDNH级耐候桥梁用无缝钢管的方法。

在第一方面，提供的稀土微合金化Q345qDNH级耐候桥梁用无缝钢管的化学成分按质量百分比计为：C 0.10～0.14％；Si 0.28～0.37％；Mn 1.12～1.20％；P≤0.020％；S≤0.010％；Cr 0.24～0.45％；V 0.06～0.10％；Cu 0.03～0.29％；Ni 0.30～0.39％；Nb0.03～0.05％；Re 0.01～0.03％，其余为Fe和不可避免的杂质。

在一些实施例中，所述稀土微合金化Q345qDNH级耐候桥梁用无缝钢管在-20℃下的平均纵向冲击功满足≥216J，在-70℃下的平均纵向冲击功满足≥115J。

在第二方面，提供的稀土微合金化Q345qDNH级耐候桥梁用无缝钢管的制造方法包括以下工艺：炼钢→制管→热处理；其中：

炼钢工艺包括：高炉铁水→铁水预处理→转炉冶炼→LF炉外精炼→VD真空处理→连铸→铸坯缓冷→入库，具体地：

采用脱硫铁水，转炉冶炼的终渣碱度≥3.0，必须做好终点碳的控制，不能过氧化和超低碳出钢，出钢温度1610～1630℃；采用硅铁、锰铁进行脱氧合金化，终脱氧采用有铝脱氧工艺；出钢过程中加入适量的白灰；在LF精炼环节中，全程按要求正常吹氩，采用从低级数到高级数逐渐提高升温速度的方式提温，造好白渣；铜合金和镍合金在转炉工序加入，其他合金在精炼中后期加入，精炼后期进行成分微调，按比例添加稀土合金；精炼结束前喂适量高钙线。VD深真空度≤0.10KPa，深真空时间≥13分钟，抽真空过程中应随时注意钢水的沸腾情况并及时调整氩气压力；真空处理后软吹时间≥13min，同时应注意弱搅拌效果，不能裸露钢水；连铸过程采用电磁搅拌工艺，连铸钢水过热度控制在15℃～30℃范围内,保证恒拉速浇注；二冷水各喷嘴应保证喷射均匀，不允许有断流和水柱喷射；铸坯应及时送入缓冷坑中进行缓冷，缓冷时间大于48小时，管坯温度降至100℃以下方可出坑。通过本方法得到低P、低S、成分均匀的高质量圆坯。

制管工艺包括：连铸坯→锯切→环形炉加热→穿孔→PQF三辊限动芯棒连轧→脱管→张减径→冷却→锯切→热处理→矫直，具体地：

连铸坯装炉前应进行检查，连铸坯的表面质量应符合Q/BG 524的要求，对严重的渣坑和结疤应作修磨处理；检查锯切端面质量，对中心裂纹和中心缩孔等缺陷超标的连铸坯应及时剔除；环形炉保温段温度为1270℃左右，穿孔时穿孔机本体、前后台轧制中心线必须保持一致性，严格按要求控制顶头前伸量，圆坯穿孔后温度为1210℃左右；连轧入口温度为1100℃左右，轧制过程中要检查荒管和芯棒外表面质量，打开高压水除鳞，高压除鳞水压力范围为7～12MPa；定张减后温度为920℃左右。调整辊道冷却水的喷射方向，保证不喷射到管体内表面。通过三辊限动芯棒连轧机组PQF结合高端热轧控制技术得到不同尺寸的高精度的优质管体。

热处理工艺包括：正火+空冷，具体地：

正火处理的加热温度通常在AC3以上30～50℃，对于含有V等碳化物形成元素的合金钢，可采用更高的加热温度，让碳化物充分溶解。依据之前的成分设计，结合现场设备的实际情况，设计正火实验温度为正火温度为920℃±10℃，保温60分钟左右；正火后必须矫直，矫直时应严格控制矫直力，保证钢管弯曲度的要求，且不得有矫凹、矫椭、矫裂等情况出现。通过合理的热处理技术，控制钢管残余应力，得到表面质量和综合性能优良的钢管，不但具有良好的耐候性，还具有优良的力学、焊接等使用性能。

以下通过具体实施例详细说明本发明的内容，实施例旨在有助于理解本发明，而不在于限制本发明的内容。

实施例1：稀土微合金化Q345qDNH级耐候桥梁用无缝钢管的制造

该实施例以生产规格为Φ299×12mm的钢管为例，钢管的化学成分及其含量如下表1所示，具体包括以下制造方法：

炼钢工艺：生产前对连铸机设备进行检查，保证铸机对弧、对中良好；降低拉矫机压力，保证铸坯正常矫直；更换二冷区堵塞喷嘴，确保二冷区铸坯均匀，适当提高拉速，出现不能保证拉速的情况时，时序紧张关流，保浇注速度；提高铸坯矫直温度，矫直温度不低于920℃。采用脱硫铁水，转炉冶炼的终渣碱度≥3.0，必须做好终点碳的控制，不能过氧化和超低碳出钢，出钢温度1620～1630℃；采用硅铁、锰铁进行脱氧合金化，终脱氧采用有铝脱氧工艺；出钢过程中加入适量的白灰；在LF精炼环节中，全程按要求正常吹氩，采用从低级数到高级数逐渐提高升温速度的方式提温，造好白渣；铜合金和镍合金在转炉工序加入，其他合金在精炼中后期加入，精炼后期进行成分微调，按比例添加稀土合金；精炼结束前喂适量高钙线。VD深真空度≤0.10KPa，深真空时间≥13分钟，抽真空过程中应随时注意钢水的沸腾情况并及时调整氩气压力；真空处理后软吹时间≥13min，同时应注意弱搅拌效果，不能裸露钢水；连铸过程采用电磁搅拌工艺，连铸钢水过热度控制在15℃～30℃范围内，保证恒拉速浇注；二冷水各喷嘴应保证喷射均匀，不允许有断流和水柱喷射；铸坯应及时送入缓冷坑中进行缓冷，缓冷时间大于48小时，管坯温度降至100℃以下方可出坑。通过本方法得到低P、低S、成分均匀的高质量圆坯。

轧管工艺：圆坯在环形炉内加热，炉温为1270℃，圆坯在热轧过程中所处温度区间是否在钢种的塑性变形区十分重要，关系到钢管的内外表面质量及轧机的负荷，生产时严格控制环形炉加热温度最高不超过1280℃。圆坯处于最佳温度区间和塑性变形区。在炉时间不宜过长，穿孔采用低速咬入，高速轧制的工艺，穿后温度为1210℃，入连轧机温度为1110℃，定径后温度为920℃，冷却，锯切。

热处理：桥梁用抗大气腐蚀无缝管生产需要经过正火处理，当生产大口径厚壁的钢管时，容易出现强度偏低的现象。正火制度为920℃+保温60min。正火保温时间过短，对钢管加热时的温度均匀性是有负面影响的,因此以不低于60分钟为宜。正火炉工艺为加热段910℃，保温段920℃，时间60min，空冷，装炉方式为隔一装二。

实施例2-5

实施例2-5按照实施例1的操作进行，不同之处仅在于钢管的化学成分含量不同，具体如下表1所示。

对比例1-3

对比例1-3按照实施例1的操作进行，不同之处仅在于钢管的化学成分含量不同，具体如下表1所示。

表1：各实施例和对比例的钢管的化学成分及其含量(％)

对各实施例和对比例制造的钢管进行力学性能检测，检测结果如下表2所示。

表2：各实施例和对比例制造的钢管的力学性能

由上表2记载的钢管的力学性能可知，本发明实施例1-5制造获得的稀土微合金化Q345qDNH级耐候桥梁用无缝钢管的力学性能均能满足标准GB/T 714-2015要求，并且还具有更加优良的耐低温韧性，其可用于-70℃下的低温环境中，经检测的-20℃下的平均纵向冲击功满足≥216J，-70℃下的平均纵向冲击功满足≥115J，可见本发明提供的稀土微合金化Q345qDNH级耐候桥梁用无缝钢管具有优良的耐低温韧性。而对比例1和对比例3经调节其化学成分含量后，制造的钢管的力学性能虽然能满足标准GB/T 714-2015要求，但其在-70℃下的韧性均较差；对比例2经调节其化学成分含量后，制造的钢管在-70℃下的韧性虽较好，但仍不如实施例1-5制造的钢管，且对比例2制造的钢管的强度性能不能满足标准GB/T714-2015要求。

本发明还对实施例1-5制造的钢管进行夹杂物和组织晶粒度分析，具体为：将试样经研磨、抛光后采用4％的硝酸酒精腐蚀，在光学显微镜下观察组织形态，按GB/T 6394-2002标准要求进行晶粒度评级，等级不低于8.5级，非金属夹杂物按GB/T 10561-2005中的A评级，结果如表3所示，图1示出了实施例1制造的钢管的金相组织，可见钢管金相组织中有大量的铁素体和珠光体组织，分布均匀且细小。

表3：实施例1-5制造的钢管夹杂物及组织晶粒度分析

注：F表示铁素体，P表示珠光体。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，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。

Claims (3)

1.一种稀土微合金化Q345qDNH级耐候桥梁用无缝钢管，其化学成分按质量百分比计为：C 0.10～0.14％；Si 0.28～0.37％；Mn 1.12～1.20％；P≤0.020％；S≤0.010％；Cr0.24～0.45％；V 0.06～0.10％；Cu 0.03～0.29％；Ni 0.30～0.39％；Nb 0.03～0.05％；Re 0.01～0.03％，其余为Fe和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的稀土微合金化Q345qDNH级耐候桥梁用无缝钢管，其在-20℃下的平均纵向冲击功满足≥216J，在-70℃下的平均纵向冲击功满足≥115J。

3.权利要求1或2所述的稀土微合金化Q345qDNH级耐候桥梁用无缝钢管的制造方法，其包括以下工艺：炼钢→轧管→热处理；其中：

所述炼钢工艺包括以下工序：高炉铁水→铁水预处理→转炉冶炼→LF炉外精炼→VD真空处理→连铸；其中采用脱硫铁水作为高炉铁水，转炉冶炼的终渣碱度≥3.0，出钢温度1610～1630℃；采用硅铁、锰铁进行脱氧合金化，终脱氧采用有铝脱氧工艺；出钢过程中加入适量的白灰；在LF精炼工序中，全程按要求正常吹氩，采用从低级数到高级数逐渐提高升温速度的方式提温，造好白渣；铜合金和镍合金在转炉工序加入，其他合金在精炼中后期加入，精炼后期进行成分微调，按比例添加稀土合金；精炼结束前喂适量高钙线；VD深真空度≤0.10KPa，深真空时间≥13分钟，抽真空过程中应随时注意钢水的沸腾情况并及时调整氩气压力；真空处理后软吹时间≥13min；连铸过程采用电磁搅拌工艺，连铸钢水过热度控制在15℃～30℃范围内，保证恒拉速浇注；二冷水各喷嘴应保证喷射均匀，不允许有断流和水柱喷射；铸坯应及时送入缓冷坑中进行缓冷，缓冷时间大于48小时，管坯温度降至100℃以下出坑；

所述轧管工艺包括以下工序：连铸坯→环形炉加热→穿孔→PQF三辊限动芯棒连轧→脱管→张减径→冷却→锯切；其中环形炉保温段温度为1270℃左右，穿孔时穿孔机本体、前后台轧制中心线必须保持一致性，严格按要求控制顶头前伸量，圆坯穿孔后温度为1210℃左右；连轧入口温度为1090℃～1110℃，轧制过程中进行高压水除鳞，高压除鳞水压力范围为7～12MPa；定张减后温度为910℃～930℃；

所述热处理工艺包括以下工序：正火→空冷；其中正火温度为920℃±10℃，保温60分钟左右。

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