一種大口徑厚壁海洋用無縫鋼管及其tmcp生產(chǎn)方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種大口徑厚壁海洋用無縫鋼管及其TMCP生產(chǎn)方法。其組分和質(zhì)量百分比為：C：0.05～0.09%，Si:0.17～0.37%,Mn:1.4～1.85%,P≤0.015%,S≤0.008%,V:0.06～0.08%,Nb:0.03～0.05%,Ti：0.02～0.04%，Ni≤0.10%,Cu≤0.15%,Mo:0.20%～0.40%,Cr:0.10%～0.30%,B≤0.0005%，Al:0.015～0.045%,Al/N≥2，CEpcm≤0.25，其余為Fe和微量雜質(zhì)元素。生產(chǎn)工藝:冶煉并連鑄成圓管坯；對連鑄坯進(jìn)行加熱、穿孔、軋制、回轉(zhuǎn)定徑；控制冷卻；自然冷卻至室溫，待用。本發(fā)明與國內(nèi)外傳統(tǒng)的無縫鋼管生產(chǎn)方式，具有更大的軋制比，更穩(wěn)定的機(jī)械性能和良好的低溫沖擊性能，采用TMCP生產(chǎn)方法，工藝簡單，生產(chǎn)效率高，并且能生產(chǎn)中厚壁無縫鋼管，傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)高強(qiáng)度厚壁無縫鋼管時(shí)往往機(jī)械性能難以合格。
【專利說明】—種大口徑厚壁海洋用無縫鋼管及其TMCP生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及到一種大口徑厚壁海洋用無縫鋼管及其生產(chǎn)方法，具體是采用TMCP生產(chǎn)方法生產(chǎn)的海洋用大口徑中厚壁鋼管的生產(chǎn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著近海和深海油田的開發(fā)，大規(guī)格和厚壁管線的需求量正逐步增加。為了使得更遠(yuǎn)更深的油氣輸送到海岸，相應(yīng)的管線要求長度更長、強(qiáng)度更高、壁厚更大，因此管線不僅僅要求良好焊接性能，高的強(qiáng)度和更高的低溫韌性，也需要高的抗擠毀性能和抗腐蝕性能。達(dá)到高的的抗擠毀性能要求，一方面是通過增加鋼級來提高，另外一種方式就是提高壁厚來達(dá)到，對于管線而言，提高鋼級不僅僅涉及到裂紋擴(kuò)展的問題，因此需要有更好的焊接性能，提高壁厚則會增加鋼材的使用量，增加成本，因此，基于以上因素考慮，在提高鋼級的同時(shí)提高壁厚來滿足深海對抗擠毀性能的要求不失為明智之舉。能源需求刺激著石油天然氣管線建設(shè)快速發(fā)展。為提高管道輸送效率，降低能耗，減少投資和運(yùn)營費(fèi)用，長距離輸送管線向高壓、大口徑、厚壁發(fā)展己成趨勢。同時(shí)，從管線安全性和焊接施工等方面考慮，對管線用鋼的強(qiáng)度、韌性、焊接性和抗腐蝕性等性能不斷提出了更高、更嚴(yán)格要求。
[0003]傳統(tǒng)的大口徑海洋用無縫鋼管的生產(chǎn)一般采用穿孔+連軋+定徑、穿孔+磨削(機(jī)加工)、穿孔+熱擴(kuò)管的生產(chǎn) ，這些生產(chǎn)方式都存在一定的弊端，如:連軋機(jī)組的規(guī)格較小，國內(nèi)最大的連軋管機(jī)組為某廠的Φ460機(jī)組；穿孔+磨削或熱擴(kuò)管的工藝生產(chǎn)，軋制變形量太小，鋼管的工藝性能較差，且熱擴(kuò)管缺陷較多，因此這些生產(chǎn)方式都制約了海洋管線的發(fā)展。并且國內(nèi)很少有能做大口徑中厚壁海洋管線，一般壁厚都在20mm左右，超過20mm的鋼管機(jī)械性能很難達(dá)到要求。
[0004]
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明為解決海洋用無縫鋼管的開發(fā)，利用本企業(yè)裝備的優(yōu)勢開發(fā)TMCP生產(chǎn)工藝生產(chǎn)一種高強(qiáng)度、高韌性的海洋用無縫鋼管:屈服強(qiáng)度:690~810Mpa，抗拉強(qiáng)度:770~960Mpa，延伸率≥18%, -40° C沖擊功≥120J。
[0006]實(shí)現(xiàn)上述目的措施:
其組分和質(zhì)量百分比為:C:0.05~0.09%，S1:0.17~0.37%, Mn: 1.4~
1.85%, P ≤ 0.015%, S ≤ 0.008%, V:0.06 ~0.08%, Nb:0.03 ~0.05%, Ti:0.02 ~0.04%,Ni ≤ 0.10%, Cu ≤ 0.15%, Mo:0.20%~0.40%, Cr:0.10%~0.30%, B ≤ 0.0005%，Al:0.015 ~0.045%, A1/N≥2，CEpcm ≤0.25，其余為Fe和微量雜質(zhì)元素。
[0007]采用TMCP的方法生產(chǎn)高強(qiáng)度，包括以下步驟:
①上述鋼種組成元素重量成分配料冶煉，電爐或轉(zhuǎn)爐煉鋼，經(jīng)LF精煉完后的鋼水經(jīng)過VD真空除氣，喂入鈣絲控制夾雜物形態(tài)，隨后喂入鈦絲，后上連鑄平臺進(jìn)行連鑄，連鑄過程中采用電磁攪拌和氣體保護(hù)；并控制A、B、C、D和DS類夾雜不大于1.5級，且單系和不大于6.0 級，氣體含量[O] ( 38PPm, [N] ( 80PPm, [H] ( 2.5PPm。
[0008]②軋制
O檢驗(yàn)合格后的定尺連鑄坯在環(huán)形加熱爐內(nèi)加熱，加熱爐爐溫控制為1200~1240° C，穿孔溫度控制為1200~1220° C，變形量≥40%。
[0009]2)穿孔后內(nèi)外除鱗，進(jìn)行皮爾格軋制，軋制溫度950~1050° C，變形量≥60%。
[0010]3)皮爾格軋制后，進(jìn)行回轉(zhuǎn)定徑，變形量< 5%，終軋溫度820~850° C。
[0011]4)定徑后采用在線淬火，冷卻速度5~15° C/S，冷卻至室溫。 [0012]5)淬火后采用540° C~560° C回火，空冷至室溫。
[0013]本發(fā)明中各元素、軋制工藝的作用及機(jī)理:
①C，Mn是最有效的固溶強(qiáng)化元素，隨著鋼中的C，Mn含量的增加，其成品的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度也相應(yīng)增大，特別是屈服強(qiáng)度上升較為明顯。鋼中加入Mn能防止在熱加工時(shí)因硫引起鋼的脆化。碳低于0.05%鋼的強(qiáng)度達(dá)不到目標(biāo)要求；錳高于1.90%同樣會明顯降低焊接性能，且大幅降低延伸率和沖擊韌性。因此C，Mn含量控制范圍分別為:0.05-0.09%,Mn: 1.4 ~1.85%。
[0014]②鋼中S，P是有害雜質(zhì)元素，鋼中P，S含量越低越好。當(dāng)鋼中S含量較多時(shí)，熱軋時(shí)容易產(chǎn)生熱脆等問題；而鋼中P含量較多時(shí)，鋼容易發(fā)生冷脆，此外，磷還容易發(fā)生偏析。
[0015]③鋼中Al的加入則會形成酸溶鋁(Als)和酸不溶鋁，而Als包括固溶鋁和A1N，彌散的AlN粒子能阻止奧氏體晶粒的長大，細(xì)化晶粒，囚此Al最低含量控制在0.015%。但對于鋁鎮(zhèn)靜鋼來說，隨著Al的增加，鋼的夾雜物數(shù)量增多，夾雜物尺寸也將變大，將導(dǎo)致鋼的內(nèi)部質(zhì)量下降，因此Al的最高含量控制在0.045%,且A1/N≥2。
[0016]④釩在軋制過程中應(yīng)變誘導(dǎo)析出的V (C、N)可阻止形變奧氏體的再結(jié)晶，并可阻止再結(jié)晶奧氏體晶粒的粗化。釩最重要的作用是在鐵素體中大量沉淀析出而產(chǎn)生強(qiáng)烈的沉淀強(qiáng)化效果，即使在正火鋼材中這一作用也十分明顯。為此本鋼種設(shè)計(jì)V的含量為
0.06-0.08%O
[0017]⑤在鋼中加入Nb，可以通過Nb (C、N)未溶質(zhì)點(diǎn)及應(yīng)變誘導(dǎo)析出抑制高溫變形過程的再結(jié)晶，擴(kuò)大未再結(jié)晶區(qū)范圍，以便TMCP工藝的施行，從而達(dá)到細(xì)化晶粒的目的；Ti的添加，可起到抑制加熱過程中奧氏體晶粒的長大作用，細(xì)化晶粒，同時(shí)，微合金低溫區(qū)析出物也能起到析出強(qiáng)化和降低脆性轉(zhuǎn)變溫度提高低溫沖擊性能的作用。因此Nb的最低含量控制在0.03%, Nb含量過高可能會導(dǎo)致析出相過分長大，析出強(qiáng)化作用將減弱，因此控制Nb的最高含量控制在0.05% ;Ti的最低含量控制在0.02%，最高含量控制在0.04%。
[0018]⑥鑰是本鋼的重要的合金元素，擴(kuò)大奧氏體相區(qū)，推遲奧氏體向鐵素體相變時(shí)析出鐵素體形成，促進(jìn)貝氏體的形成的主要元素，對控制相變組織起到重要作用，在向鋼中加入0.20-0.40%的Mo后，即使在較慢的冷卻速度下也一可以獲得明顯的貝氏體組織，同時(shí)由于相變向低溫方向轉(zhuǎn)變，所以使得組織進(jìn)一步細(xì)化。
[0019]⑦鉻能顯著提高鋼的強(qiáng)度和耐腐蝕性能，但是同時(shí)又會降低鋼的塑性和韌性，因此Cr的含量最低控制在0.1%，最高含量控制在0.3%。
[0020]⑧此外，為了控制鋼種的夾雜物，還進(jìn)行了鈣處理，為了提高鋼工藝性能和抗腐蝕性能，控制S≤0.008%, P≤0.015%，成品氮小于80PPm，成品氧小于38 PPm，成品氫小于
2.5 PPm0[0021]所述高強(qiáng)度無縫管的力學(xué)性能達(dá)到的指標(biāo)如下:
屈服強(qiáng)度:690~810 MPa
抗拉強(qiáng)度:770~960 MPa
夏比V型沖擊韌性:_40°C橫向全尺寸夏比沖擊功≥120J 延伸率:≥18%
晶粒度:8.5~9.0。
【具體實(shí)施方式】
[0022]以Φ609Χ38mm，LC690QL 為例:
1、煉鋼、連鑄
按上述鋼種化學(xué)元素含量為:C:0.05~0.09%, S1:0.17~0.37%, Mn: 1.4~
1.85%, P ≤ 0.015%, S ≤ 0.008%, V:0.06 ~0.08%, Nb:0.03 ~0.05%, Ti:0.02 ~0.04%,Ni ≤ 0.10%, Cu ( 0.15%, Mo:0.20% ~0.40%, Cr:0.10% ~0.30%, B ≤ 0.0005%,Al:0.015~0.045%，A1/N≥2，CEpcm≤0.25，其余為Fe和微量雜質(zhì)元素。實(shí)際控制化學(xué)成分如下表1:
表1化學(xué)成分％
【權(quán)利要求】
1.一種大口徑厚壁海洋用無縫鋼管，其特征在于，其組分和質(zhì)量百分比為:C:0.05~0.09%, S1:0.17 ~0.37%, Mn: 1.4 ~1.85%, P ≤ 0.015%, S ≤ 0.008%, V:0.06 ~0.08%,Nb:0.03 ~0.05%, Ti:0.02 ~0.04%, Ni ≤ 0.10%, Cu ≤0.15%, Mo:0.20% ~0.40%,Cr: 0.10% ~0.30%, B ≤ 0.0005%, Al: 0.015 ~0.045%, A1/N ≤ 2，CEpcm ≤ 0.25，其余為Fe和微量雜質(zhì)元素。
2.一種大口徑厚壁海洋用無縫鋼管的TMCP的生產(chǎn)方法，其特征在于，包括以下步驟: ①按上述鋼種組成元素重量成分配料冶煉，電爐或轉(zhuǎn)爐煉鋼，經(jīng)LF精煉完后的鋼水經(jīng)過VD真空除氣，喂入鈣絲控制夾雜物形態(tài)，隨后喂入鈦絲，后上連鑄平臺進(jìn)行連鑄，連鑄過程中采用電磁攪拌和氣體保護(hù)；并控制A、B、C、D和DS類夾雜不大于1.5級，且單系總和不大于 6.0 級，氣體含量[O] ( 38PPm, [N] ( 80PPm, [H] ( 2.5PPm ； ②軋制 O檢驗(yàn)合格后的定尺連鑄坯在環(huán)形加熱爐內(nèi)加熱，加熱爐爐溫控制為1200~`1240° C，穿孔溫度控制為1200~1220° C，變形量≤30% ； 2)穿孔后內(nèi)外除鱗，進(jìn)行皮爾格軋制，軋制溫度950~1050°C，變形量≤50% ； 3)皮爾格軋制后，進(jìn)行回轉(zhuǎn)定徑，變形量<5%，終軋溫度820~850° C ； 4)定徑后采用在線淬火，冷卻速度5~15°C/S，冷卻至室溫； 5)淬火后采用540°C~560° C回火，空冷至室溫。
【文檔編號】C22C38/38GK103757561SQ201410017605
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月15日
【發(fā)明者】馬自強(qiáng), 尤鳳志, 劉澤君, 吳世康, 夏魁 申請人:揚(yáng)州龍川鋼管有限公司