一種x60輸送管線用無縫鋼管及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種X60輸送管線用無縫鋼管及其制造方法，其成分：C?0.12%-0.16%、Si?0.30%-0.45%、Mn?1.30%-1.50%、V?0.05%-0.10%、Ti?0.01%-0.03%、P≤0.020%、S≤0.012%、N≤0.008%，余為Fe。其方法：用轉(zhuǎn)爐冶煉+爐外精煉+方坯連鑄+圓坯軋制+無縫制管工藝，特征：1）采用熱軋圓坯作為制管坯料，方坯加熱溫度1250~1300℃，圓坯軋制溫度1100~1150℃；2）無縫制管采用環(huán)形爐加熱圓坯-菌式穿孔機(jī)穿管-連續(xù)軋管機(jī)軋管-控制冷卻-定徑機(jī)：連軋終軋溫度950~1050℃，冷速10?~15℃/s，終冷溫度620~670℃，再進(jìn)定徑機(jī)成型，空冷至室溫。本發(fā)明合金成分設(shè)計(jì)簡單、成本低，制造工藝簡單、周期短，產(chǎn)品性能穩(wěn)定，能滿足X60?PSL2管線管的要求。
【專利說明】一種X60輸送管線用無縫鋼管及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于低合金鋼制造【技術(shù)領(lǐng)域】，主要涉及油氣輸送用管線鋼管技術(shù)，尤其涉及一種X60強(qiáng)度級(jí)別的輸送用無縫鋼管及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]管線用輸送鋼管有無縫鋼管和焊管兩種，無縫鋼管制造的管線管一般占輸送管線用鋼管的10%左右，并主要用于路上特殊地段、加壓站進(jìn)出地段以及城市主干線等。按國際通用的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)API 5L最新第44版的要求，X60 PSL2等級(jí)管線管必須滿足碳當(dāng)量、抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、沖擊韌性以及屈強(qiáng)比的嚴(yán)格要求。
[0003]目前，X60PSL2強(qiáng)度級(jí)別輸送管線用無縫鋼管主要采用淬火回火的熱處理制造工藝。采用淬火加回火固然可以得到滿意的力學(xué)性能結(jié)果，但淬火加回火的熱處理工藝生產(chǎn)工序復(fù)雜，成本較高，在當(dāng)下及未來長時(shí)期內(nèi)的鋼鐵供大于求的大背景下，產(chǎn)品利潤率較低，缺乏競爭優(yōu)勢，而且制造過程亦對(duì)環(huán)境增加污染。
[0004]由于X60強(qiáng)度級(jí)別管線管有碳當(dāng)量的要求，既要求鋼種具有較低的碳當(dāng)量，CEnff不超過0.43，又必須達(dá)到X60鋼級(jí)要求的較高的強(qiáng)度和沖擊韌性，采用一般的熱軋方式制管很難達(dá)到要求。因此，探索出的一種采用非淬火加回火的熱處理方式制造出力學(xué)性能滿足X60 PSL2要求的無縫鋼管，既能達(dá)到降低制造成本、縮短交貨期，又能達(dá)到減少環(huán)境污染的效果，具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。
[0005]美國專利(US5 226 978) —種合金鋼管，其成分(wt%):C 0.10%_0.18%、Mn1.0%-2.0%、V 0.10%-0.16%、Ν 0.015%_0.022%,Ti 0.008%-0.012%。該專利的技術(shù)特點(diǎn)是采用N合金化制造鋼管，鋼管強(qiáng) 度可達(dá)Χ60水平。其不足有二:一是合金配方的碳當(dāng)量較高，不能滿足API 5L最新第44版對(duì)Χ60 PSL2管線管的要求；二是其添加較高含量的N不適于目前普遍采用的連鑄制坯工藝，會(huì)造成鑄坯質(zhì)量不穩(wěn)定，直接影響鋼管質(zhì)量，降低成材率。
[0006]美國專利(US 5 186 769)—種無縫鋼管的制造，成分(wt%):C 0.10%_0.18%、Mn
1.0%-2.0%、V 0.10%-0.16%、N 0.015%_0.022%、Ti 0.008%-0.012%。該專利的技術(shù)特點(diǎn)也是采用N合金化技術(shù)制造鋼管，并結(jié)合在線常化技術(shù)，使鋼管強(qiáng)度達(dá)到Χ60水平，同時(shí)沖擊韌性得到改善。該專利存在與上述US 5 226 978專利相同的不足之處，即一是合金配方的碳當(dāng)量較高，不能滿足API 5L最新第44版對(duì)Χ60 PSL2管線管的要求；二是其添加較高含量的N不適于目前普遍采用的連鑄制坯工藝，會(huì)造成鑄坯質(zhì)量不穩(wěn)定，直接影響鋼管質(zhì)量，降低成材率。而且，在線常化技術(shù)需要在軋管機(jī)后增加熱處理爐，增加能源消耗。
[0007]中國專利(CN01126611.2) 一種低碳低合金鋼及所制管材，其成分(wt%):C
0.10%-0.16%、Si 0.20%-0.40%、Mn 1.00%-1.35%、Al 0.02%_0.035%、V 0.07%_0.13%、Ni
0.05%-0.25%、B 0.0005%-0.0035%。該專利的技術(shù)特點(diǎn)是采用淬火加回火的熱處理工藝制造鋼管，通過添加N1、B保證鋼管的淬透性能，使鋼管強(qiáng)度達(dá)Χ60及更高水平。該專利的不足之處在于，其淬火加高溫回火的 離線熱處理制造工藝，能源消耗等制造成本較高、制造周期長、成材率隨之必然降低且增加環(huán)境污染。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足，提供一種采用低C+高M(jìn)n+V、Ti微合金化的合金設(shè)計(jì)、易于冶煉制坯和大生產(chǎn)實(shí)施的非調(diào)質(zhì)處理的X60 PSL2管線用無縫鋼管及其制造方法。
[0009]本發(fā)明X60輸送管線用無縫鋼管成分設(shè)計(jì)范圍如下:
[0010]按重量百分比計(jì)，C0.12%-0.16%、Si 0.30%_0.45%、Mn 1.30%_1.50%、V
0.05%-0.10%, Ti 0.01%-0.03%, P ≤ 0.020%, S ≤0.012%, N ≤ 0.008%，余量為 Fe 和不可避
免的雜質(zhì)，且碳當(dāng)量CEnw 0.38-0.43。
[0011]各主要元素的作用及設(shè)計(jì)理由如下:
[0012]C:碳作為低合金鋼的主要強(qiáng)化元素，一般為鋼種必有元素，其有益作用是可明顯提高鋼的強(qiáng)度，其不利影響是隨其含量的增加會(huì)損害鋼的韌性和可焊接性。由于碳與其他強(qiáng)化元素相比，有最好的經(jīng)濟(jì)性，因此，本發(fā)明為充分利用碳的有益作用、盡量規(guī)避其有害影響，限定碳的含量范圍為0.12%-0.16%。
[0013]S1:硅在低合金鋼中，既是良好的脫氧劑，又能固溶于鐵素體起強(qiáng)化作用，提高鋼的基礎(chǔ)強(qiáng)度，但含量太高將會(huì)降低鋼的塑性和韌性，同時(shí)，硅也具有較好的經(jīng)濟(jì)性，故本發(fā)明的硅含量控制在0.30%-0.45%。
[0014]Mn:猛在低合金鋼中，一方面起到脫氧作用，另一方面還能起固溶強(qiáng)化作用，同時(shí)，錳添加到碳鋼中能有效細(xì)化鋼的晶粒尺寸，一定含量范圍內(nèi)，既能提高鋼的強(qiáng)度又可改善鋼的韌性，錳可以彌補(bǔ)由于碳含量的降低而引起的強(qiáng)度損失，具有較好的經(jīng)濟(jì)性。而且，錳還能增加制管過程中過冷奧氏體的穩(wěn)定性，提高鋼的淬透性。但錳含量過高時(shí)會(huì)增加鋼的偏析傾向，損害鋼的韌性，綜合考慮，本發(fā)明限定錳的含量范圍1.30%-1.50%。
[0015]V:釩在鋼中與碳形成碳化物，產(chǎn)生強(qiáng)烈的析出強(qiáng)化作用，提高鋼的強(qiáng)度，同時(shí)，釩能有效細(xì)化鐵素體晶粒，改善鋼的韌性，但當(dāng)釩的含量達(dá)到一定量時(shí)作用將達(dá)到飽和，同時(shí)因?yàn)殁C的價(jià)格較高，故本發(fā)明從兼顧經(jīng)濟(jì)性的角度考慮，設(shè)定釩的含量范圍0.05%-0.10%。
[0016]T1:鈦與碳有很強(qiáng)的親和力，在鋼中形成的碳化物能在奧氏體狀態(tài)大量析出，限制奧氏體晶粒的長大，最終獲得更細(xì)小的室溫組織，提高鋼的強(qiáng)韌性，但達(dá)到一定量時(shí)，其效果將不明顯，故限定鈦的含量范圍為0.01%-0.03%。
[0017]N:氮在鋼中與V、Ti均有較強(qiáng)的親和力，可形成碳氮化物，對(duì)改善鋼的強(qiáng)度和韌性有益，但過高的氮將會(huì)嚴(yán)重降低連鑄坯質(zhì)量，增加制造過程的不穩(wěn)定性，降低成材率，因此，本發(fā)明限定N含量上限為0.008%。
[0018]P、S為鋼中的雜質(zhì)元素，含量越低越好，但過低的要求必將增加產(chǎn)品的制造成本，本發(fā)明限定的p< 0.020% S^0.012%，一方面可達(dá)到產(chǎn)品使用要求，另一方面，不必額外增加控制成本。
[0019]本發(fā)明X60輸送管線用無縫鋼管的生產(chǎn)方法:采用轉(zhuǎn)爐冶煉+爐外精煉+方坯連鑄+圓坯軋制+無縫制管的制造工藝路線，其特征在于:
[0020]1)采用組織致密度好的熱軋圓坯作為制管坯料，該坯料的微觀缺陷率大大低于連鑄圓坯，而且，組織也更加細(xì)化，即本發(fā)明產(chǎn)品的坯料具有較好的組織遺傳性，在圓坯軋制過程用于制造圓坯的方坯加熱溫度為125(Tl300°C，圓坯軋制溫度為110(Tll50°C。[0021]2)在無縫制管過程，采用環(huán)形爐加熱圓坯-菌式穿孔機(jī)穿管-連續(xù)軋管機(jī)軋管-控制冷卻-定徑機(jī)完成終軋:鋼管連續(xù)軋制后的溫度控制在95(T105(TC，即組織為奧氏體的狀態(tài)；對(duì)出連軋機(jī)的鋼管實(shí)施冷卻速度為10~15°C /s的加速冷卻，加速冷卻終止的鋼管溫度為62(T670°C，即處于鋼管臨界相變狀態(tài)；再直接進(jìn)定徑機(jī)成型，鋼管成型后空冷至室溫，室溫組織為細(xì)小的F+P組織。
[0022]經(jīng)過以上合金成分和制造工藝得到的X60管線用無縫鋼管，其屈服強(qiáng)度為440~510MPa，抗拉強(qiáng)度555~620MPa，延伸率30~35%，(TC夏比沖擊功Akv最低值> 80J，屈強(qiáng)比 0.77~0.85。
[0023]本發(fā)明技術(shù)方案的特別之處在于:
[0024]I)合金成分設(shè)計(jì)簡單,成本低。
[0025]2)采用非淬火加回火的工藝制造，熱軋定徑成型即為產(chǎn)品交貨狀態(tài)。
[0026]3)鋼管連軋機(jī)組與定徑機(jī)組之間實(shí)施快速、連續(xù)的冷卻控制，使入定徑鋼管處于臨界相變狀態(tài)。
[0027]本發(fā)明總體技術(shù)方案是:一種X60級(jí)別PSL2非調(diào)質(zhì)高強(qiáng)管線管用無縫鋼管，采用C-S1-Mn-V系合金設(shè)計(jì)，保證產(chǎn)品的碳當(dāng)量CEnw不高于0.43，并加入一定量的Ti，形成Ti(C、N)，限制在制造過程中奧氏體晶粒的長大，細(xì)化奧氏體晶粒尺寸，結(jié)合軋制中間段的控制冷卻工藝，獲得較細(xì)小的過冷奧氏體組織，通過定徑成型后得到尺寸細(xì)小的P+F的室溫組織，既與普通的在線?；夹g(shù)有明顯的不同，又能使產(chǎn)品的強(qiáng)度、沖擊韌性等力學(xué)性能滿足X60 PSL2管線管的要求。本發(fā)明具有產(chǎn)品性能穩(wěn)定，制造成本低、制造周期較短的優(yōu)點(diǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。
[0029]本發(fā)明實(shí)施例僅是對(duì)本發(fā)明最佳實(shí)施方式的描述，并不對(duì)本發(fā)明的范圍有任何限制。表1為實(shí)施例鋼的化學(xué)成分，其工藝流程為轉(zhuǎn)爐冶煉一爐外精煉一方坯連鑄一圓坯軋制一環(huán)形爐加熱一菌式穿孔機(jī)穿管一連軋管機(jī)軋管一控制冷卻一定徑成型。本發(fā)明實(shí)施例的具體工藝制度見表2，表3為本發(fā)明實(shí)施例鋼的力學(xué)性能。
[0030]表1本發(fā)明實(shí)施 例的化學(xué)成分(wt %)
[0031]
【權(quán)利要求】
1.一種X60輸送管線用無縫鋼管，其特征在于鋼管的成分按重量百分比計(jì):C0.12%-0.16%、Si 0.30%-0.45%、Mn 1.30%-1.50%, V 0.05%_0.10%、Ti 0.01%_0.03%、P≤0.020%、S≤0.012%、N≤0.008%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的X60輸送管線用無縫鋼管，其特征在于所述鋼管的碳當(dāng)量為0.38_0.43 ο
3.—種權(quán)利要求1所述的X60輸送管線用無縫鋼管的生產(chǎn)方法，采用轉(zhuǎn)爐冶煉+爐外精煉+方坯連鑄+圓坯軋制+無縫制管的工藝路線，其特征在于:1)采用熱軋圓坯作為制管坯料，在圓坯軋制過程中用于制造圓坯的方坯加熱溫度為1250-1300?，圓坯軋制溫度為110(ni50°C ;2)在無縫制管過程中采用環(huán)形爐加熱圓坯-菌式穿孔機(jī)穿管-連續(xù)軋管機(jī)軋管-控制冷卻-定徑機(jī)完成終軋:鋼管連續(xù)軋制后的溫度為95(Tl050°C，之后以10~15°C/s的冷卻速度加速冷卻，冷卻終止溫度為62(T670°C，再進(jìn)定徑機(jī)成型，鋼管成型后空冷至室溫，室溫組織為細(xì)小 的F+P組 織。
【文檔編號(hào)】B21C37/06GK103882298SQ201210560516
【公開日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2012年12月21日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月21日
【發(fā)明者】解德剛, 王長順, 陳克東, 趙波, 鄭云龍, 陳勇, 邸軍 申請(qǐng)人:鞍鋼股份有限公司