CN116875913A

CN116875913A - 一种经济型耐低温无缝钢管及其制造方法

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Publication number: CN116875913A
Application number: CN202310771369.1A
Authority: CN
Inventors: 赵波; 吴红; 解德刚; 张尧; 王善宝; 袁琴
Original assignee: Angang Steel Co Ltd
Current assignee: Angang Steel Co Ltd
Priority date: 2023-06-27
Filing date: 2023-06-27
Publication date: 2023-10-13

Abstract

本发明属于无缝管生产技术领域，尤其涉及一种经济型耐低温无缝钢管及其制造方法，其特征在于，成分按重量百分比规定如下C：0.05％～0.07％、Si：0.18％～0.24％、Mn：0.42％～0.55％、Ni：2.25％～2.75％、Nb：0.03％～0.05％、Ce：0.0081％～0.0160％、Al：0.01％～0.03％、P≤0.015％、S≤0.006％，球粒状夹杂物占总夹杂物数量不低于80％。制造采用连轧方法，经过转炉冶炼、炉外精炼(LF)+VD、方坯连铸、冷却至室温后进加热炉，连轧得到管坯，经过环形炉加热，采用穿孔、PQF连轧、定径工艺轧制成钢管。本发明的优点是：降低贵金属Ni的加入量，采用PQF连轧方法，淬火+回火的热处理方法，改善其冲击性能和拉伸性能，3/4尺寸试样‑100℃冲击韧性≥100J，屈服强度≥400MPa，抗拉强度≥500MPa，更具经济性，可广泛用于耐低温无缝钢管使用。

Description

一种经济型耐低温无缝钢管及其制造方法

技术领域

本发明属于无缝管生产技术领域，尤其涉及一种经济型耐低温无缝钢管及其制造方法。

背景技术

耐低温无缝钢管主要应用于石油、化工、天然气和煤炭为原料的乙烯、丙烯、尿素、合成氨、复合化肥等的生产和医药工业中的洗涤、净化、脱硫和脱脂等工艺，以及深冷设备制造业、超低温冷库、输送超低温液化气体管道及其管部件。低温无缝钢管除要满足拉伸性能等要求外，还有更严格的低温冲击韧性。如在寒冷地区的炼油工程中，对部分特殊工况的工艺管线，为保证使用的安全性，要求其具有良好的-100℃低温冲击韧性。目前国内要求-100℃低温冲击韧性良好的低温管大多数采用的是3.5Ni的钢管，而Ni是稀缺资源，为贵金属元素，较高的加入量大大地提高了产品成本，应尽量采用其他合金元素代用。

公告号为CN103131963的中国专利公开了一种低温用无缝钢管材料及制备方法，通过控制成分C0.08％～0.12％、Si0.2％～0.35％、Mn0.4％～0.6％、Ni3.3％～3.8％，Mo≤0.1％、Cr≤0.1％、V0.002％～0.005％、S≤0.01％、P≤0.002％，余量为Fe,各成分质量分数共计为100％。该发明Ni添加含量较高，且加入了Cr等合金，成本较高，采用了正火+回火的热处理方式，-100℃冲击性能较低。

公告号为CN104451381的中国专利公开了一种大口径Gr3低温用无缝钢管，成分有：C0.04～0.08％、Si0.29～0.35％、Mn0.45～0.49％、P0.011～0.012％、S0.0032～0.005％、Ni3.45～3.75％、Mo0.095～0.12％，其余部分为Fe及不可避免的杂质。热处理工艺包括：正火+回火的热处理方式。同样该发明适用于大口径无缝管制造且添加了较高含量的Ni、Mo，成本高，且该发明冲击韧性略低。

公告号为CN105506473的中国专利公开了一种-100℃低温用无缝钢管及其生产方法。其化学成分按重量百分比计为：C0.06～0.10％、Si0.21～0.33％、Mn0.48～0.58％、P≤0.008％、S≤0.004％、Ni3.4～3.7％、Al0.03～0.06％、余量为Fe和不可避免的杂质。该发明所得无缝钢管在-100℃具有良好的冲击韧性和力学性能。该发明采用正火的热处理方式。

公告号为CN101235466的专利公开了一种高韧性-110℃低温钢及其制造方法，由下述成分组成：C0.02～0.12，Si0.10～0.35，Mn0.30～0.80，P≤0.015，S≤0.010，Ni3.20～3.80，Ti0.005～0.05，Al0.005～0.10，此外还含有Nb≤0.050，V≤0.10，Cu≤2.0，Mo≤0.50，Zr≤0.040，RE≤0.020中的两种或两种以上，余量为Fe。铸坯表面涂敷防氧化涂料，并采用了正火或正火+回火的热处理。该发明合金元素添加较多，且工艺较为复杂。

公告号为CN103741055的中国专利公开了一种耐低温钢管材料及其制备方法，其化学成分的质量百分比为：C0.05～0.15、Si0.1～0.3、Ni2.2～2.8、Cr1.5～2.0、Mn0.8～1.2、Al0.3～0.6、Mo0.2～0.4、Nb0.1～0.2、Ti0.05～0.15、Nd0.03～0.05、Er0.02～0.04、N0.004～0.008、V0.002～0.005、S≤0.01、P≤0.02，余量为Fe。该发明钢管适合极低温区使用，但热处理工艺极其复杂。

发明内容

本发明的目的是提供一种经济型耐低温无缝钢管及其制造方法，克服现有技术的不足，从合金元素筛选与配比、钢质洁净度控制、工艺优化与参数选择、组织优化等几个方面进行研究，成品钢管外径φ88.9mm～168mm，壁厚在5mm～20mm，满足屈服强度≥400MPa，抗拉强度≥500MPa，其3/4尺寸-100冲击性能≥100J的应用需求。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

技术方案之一：一种经济型耐低温无缝钢管，其特征在于，成分按重量百分比规定如下C：0.05％～0.07％、Si：0.18％～0.24％、Mn：0.42％～0.55％、Ni：2.25％～2.75％、Nb：0.03％～0.05％、Ce：0.0081％～0.0160％、Al：0.01％～0.03％、P≤0.015％、S≤0.006％，球粒状夹杂物占总夹杂物数量不低于80％。

技术方案之二：一种经济型耐低温无缝钢管的制造方法，其特征在于，采用连轧方法，具体经过转炉冶炼、炉外精炼LF+VD、方坯连铸、冷却至室温后进加热炉，连轧得到管坯，得到的管坯经过环形炉加热到1255℃～1265℃，采用穿孔、PQF连轧、定径工艺轧制成钢管，穿孔温度1210～1240℃，定径温度控制在760℃～820℃；轧制延伸系数控制在7.5以上。

所述钢管还需进行淬火+回火热处理，淬火加热温度850℃～880℃，淬火保温时间不低于40min；回火加热温度610℃～650℃，回火保温时间50～70min。

所述热处理在步进式热处理炉中进行。

所述钢管的外径88.9mm～168mm，壁厚在5mm～20mm；钢管组织为回火索氏体+少量贝氏体复合组织，且组织中回火索氏体的占比不低于90％。

本发明成分设计原理如下：

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0.045％，但碳含量太高会加剧带状产生，影响低温冲击性能及焊接性能，所以上限定为0.065％。

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0.18～0.24％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，有利于-100℃冲击性能。

Ni可增加残余奥氏体的含量，促进逆转变奥氏体的形成，使基体的低温韧性得到改善。同时Ni可提高淬透性，有利于提高热处理工艺产品力学性能。但过高的加入Ni一方面增加了产品成本，一方面也会降低奥氏体强度。因此选择2.25％～2.75％作为Ni的合金含量范围。

Nb能细化晶粒，可提高钢的低温冲击韧性并降低其脆性转折温度。Nb可以降低钢的过热敏感性及回火脆性，增加回火稳定性，有二次硬化的作用，可提高钢的强度。Nb的含量选择0.03％～0.05％。

Ce以置换Fe原子的形式存在，Ce在晶界处的偏聚可以仰制硫、磷等其他元素在晶界处的偏析。同时，Ce添加后与Al2O3夹杂物或MnS化合物形成复合夹杂物，形成高熔点的化合物，可以减少低熔点夹杂对晶间裂纹的形成和扩展的倾向，提高了钢材的高温塑性和耐腐蚀性。Ce与S结合，形成球状或粒状硫化物，可取代原长条状硫化锰夹杂或使硫化锰夹杂消失，从而减少开裂倾向，提高产品的韧塑性。因此，Ce可以起到减少夹杂物偏聚、细化晶粒、诱导IAF形成、均匀组织和净化晶界的作用，可以提高钢的低温冲击韧性。

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的韧性。

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，应尽量降低其含量，要求P含量不超过0.015％。

S为杂质元素，易形成硫化物，影响耐低温无缝钢管的冲击韧性，当S≥0.012％时，冲击韧性明显降低，本发明要求S含量不超过0.006％。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本发明通过合理控制C含量，添加适当Ni、Nb合金及少量的Ce，降低贵金属Ni的加入量，其生产成本较低，控制硫磷含量，采用PQF连轧方法，淬火+回火的热处理方法，改善其冲击性能和拉伸性能，3/4尺寸试样-100℃冲击韧性≥100J，屈服强度≥400MPa，抗拉强度≥500MPa，且可大大降低产品成本，与现有产品相比，具有良好力学性能，更具经济性，吨钢可降低成本两千元以上，且发挥降低稀缺资源使用、有效利用稀土资源的积极作用，可广泛用于耐低温无缝钢管使用。

2)本发明淬火+回火热处理后组织晶粒均匀，有利于提高其力学性能；

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，在低温管领域应用良好，具有广阔的市场前景。

具体实施例说明

图1是本发明实施例1金相组织照片，组织为回火索氏体+少量贝氏体；

图2是本发明实施例2金相组织照片，组织为回火索氏体+少量贝氏体；

图3是本发明实施例3金相组织照片，组织为回火索氏体+少量贝氏体。

具体实施方式

下面将结合具体实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的具体实施例作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的具体实施例是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些具体实施例获得其他的具体实施例。

通常在此处具体实施例中描述和显示出的本发明实施例的组件可以以无数种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在具体实施例中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。

本发明实施例1-15的化学成分对比，见表1；轧制及热处理方法参数对比，见表2、图3；拉伸及冲击性能参数对比，见表4、表5。可见本发明的钢管力学性能稳定，-100℃冲击性能优异。

表1本发明实施例钢的化学成分(wt％)

注：余量为铁及不可避免的杂质

表2本发明实施例钢的轧制参数

表3本发明实施例钢的热处理参数

表4本发明实施例钢的拉伸性能

表5本发明实施例冲击性能

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种经济型耐低温无缝钢管，其特征在于，成分按重量百分比规定如下C：0.05％～0.07％、Si：0.18％～0.24％、Mn：0.42％～0.55％、Ni：2.25％～2.75％、Nb：0.03％～0.05％、Ce：0.0081％～0.0160％、Al：0.01％～0.03％、P≤0.015％、S≤0.006％，球粒状夹杂物占总夹杂物数量不低于80％。

2.一种经济型耐低温无缝钢管的制造方法，其特征在于，采用连轧方法，具体经过转炉冶炼、炉外精炼LF+VD、方坯连铸、冷却至室温后进加热炉，连轧得到管坯，得到的管坯经过环形炉加热到1255℃～1265℃，采用穿孔、PQF连轧、定径工艺轧制成钢管，穿孔温度1210～1240℃，定径温度控制在760℃～820℃；轧制延伸系数控制在7.5以上。

3.根据权利要求2所述的一种经济型耐低温无缝钢管的制造方法，其特征在于，所述钢管还需进行淬火+回火热处理，淬火加热温度850℃～880℃，淬火保温时间不低于40min；回火加热温度610℃～650℃，回火保温时间50～70min。

4.根据权利要求3所述的一种经济型耐低温无缝钢管的制造方法，其特征在于，所述热处理在步进式热处理炉中进行。

5.根据权利要求2所述的一种经济型耐低温无缝钢管的制造方法，其特征在于，所述钢管的外径88.9mm～168mm，壁厚在5mm～20mm；钢管组织为回火索氏体+少量贝氏体复合组织，且组织中回火索氏体的占比不低于90％。