一种低温低屈强比s355钢级无缝结构钢管及生产方法[工艺流程]

　　低温低屈强比s355钢级无缝结构钢管及生产方法

　　【技术领域】

　　[0001] 本发明属于冶金工业的无缝钢管制造技术，涉及一种低温低屈强比S355钢级无 缝结构钢管及生产方法。

　　【背景技术】

　　[0002] 近年来，随着我国钢产量的增长及加工能力的不断增强，结构钢管在建筑工程、海 洋工程中的应用范围得到扩展，对所使用的钢管性能也提出更高要求，特别是海洋工程领 域需要使用大量耐低温、屈强比低、强度达到355MPa钢级的结构钢管。屈强比是指材料的 屈服强度与抗拉强度的比值。屈强比越低，钢管从开始塑性变形到最终断裂所需要的形变 量越大，因而提高了其塑性变形能力，可有效缓解因过载而产生的应力集中，使钢结构构件 吸收较多的能量。反之若屈强比过高则会导致由于局部大变形而造成的超载失稳。从这个 角度出发，屈强比越低就越安全，因此低屈强比是结构用钢管设计的首要条件。生产低温低 屈强比S355钢级无缝结构钢管主要有三种交货状态，一是乳态，强度和屈强比可以满足要 求，但是-50°C低温冲击韧性无法满足要求；二是调质态，强度和低温韧性可以满足要求， 但是通常屈强比> 0. 80,无法满足要求；三是正火态，低温韧性和屈强比可以满足要求，如 果钢种设计不合理，强度容易出现较大波动，尤其是对厚壁钢管，中部性能往往偏低。

　　【发明内容】

　　[0003] 为解决上述技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种低温低屈强比S355钢 级无缝结构钢管及生产方法，满足市场对低温低屈强比S355钢级无缝钢管的需要。通过该 方法制造的无缝结构钢管强度稳定，低温性能要远远高于EN10210标准规定的S355NLH钢 级-50°C纵向全尺寸夏比V型冲击功彡27J的要求，并且具有屈强比< 0. 77,组织均匀和 晶粒细小，晶粒度多7级，外表面质量好的特点。

　　[0004] 为实现上述目的，本发明的技术解决方案是提供一种低温低屈强比S355钢级 无缝结构钢管钢种，钢种组成元素的重量配比为C :0. 13~0. 18%，Si :0.20~0.45%， Mn :1. 30 ~1. 65%，P :彡 0? 015%，S :彡 0? 005%，Mo :彡 0? 10%，Al :0? 020 ~0? 060%， Nb :0? 02 ~0? 05 %，V :0? 05 ~0? 12 %，Cu :彡 0? 20 %，Ni :彡 0? 20 %，Ti :彡 0? 02 %， Cr :彡 0? 20%，Ca :0? 0015 ~0? 0060%，N :彡 0? 012%，其余为铁，杂质元素微量，0? 37%

　　[0005] 同时提供一种低温低屈强比S355钢级无缝结构钢管的生产方法。

　　[0006] 本发明的效果具体表现在：1)采用以碳锰钢为基础，辅以钒、铌微合金化的钢种 设计，针对不同外径和壁厚通过调整C和Mn的含量达到控制CEV的目的，适合生产外径 < 720mm，壁厚< 40mm低温低屈强比S355NLH钢级无缝结构钢管；2)采用控制乳制技术，控 制钢管在不同变形阶段的变形温度，环形炉加热温度控制在1240~1280°C，穿孔温度控制 为1200~1240°C，连乳温度控制为1050~IKKTC，终乳温度控制为850~980°C;3)采用 高温正火热处理工艺，不同外径壁厚钢管通过开启不同数量风机达到不同的空冷速度，使 得钢管获得均匀组织的同时得到优良的低温韧性和低屈强比，所生产无缝结构钢管能达到 屈服强度彡355MPa，抗拉强度470~630MPa，-50°C纵向全尺寸夏比V型冲击功彡80J，屈 强比彡0.77,晶粒度彡7级。

　　【附图说明】

　　[0007] 图1为?711X38. 1_S355NLH无缝钢管500X金相照片；

　　[0008] 图2为?711X38.ImmS355NLH无缝钢管晶粒度IOOX金相照片。

　　【具体实施方式】

　　[0009] 结合附图对本发明的低温低屈强比S355钢级无缝钢管及生产方法加以说明。

　　[0010] 科学的钢种成分配比，针对不同外径和壁厚通过调整C和Mn的不同含量达到控制 不同的CEV的目的，采用了V、Nb微合金化技术；采用控制乳制技术，控制钢管在不同变形阶 段的变形温度；采用高温正火热处理工艺结合不同外径和壁厚使用不同风冷速度，使得钢 管获得均匀组织的同时得到优良的低温韧性和低屈强比。对主要组成成分选取理由如下：

　　[0011] 碳：钢中最经济、最基本的强化元素，通过固溶强化和析出强化的作用对提高钢的 强度有明显的作用，具有成本低、调控敏感性好的优点。此外碳和钢的强度匹配关系也尤为 重要，因含碳量的高低与钢的强度成正比关系，但钢的冲击韧性则明显降低。为了兼顾强 度、韧性，把碳含量控制在0. 13~0. 18%之间。

　　[0012] 锰：显著提高奥氏体的稳定性，促进贝氏体转变，从而显著提高钢的强度，结合降 碳可显著提高韧性。本钢种把锰含量控制在1. 30~1. 65%之间。

　　[0013] 铌：是加入的微合金化元素，通过细晶强化和沉淀强化可以提高强度，同时可改善 钢的低温冲击韧性。铌降低钢的热塑性从而增加了含铌钢铸坯的热裂倾向。综合考虑，把 铌含量控制在0. 02~0. 05%之间。

　　[0014] 钒：具有较高的析出强化作用和晶粒细化作用，通过铁素体沉淀硬化和细化铁素 体晶粒的提高屈服和抗拉强度。在铌、钒微合金元素复合使用时，钒是同通过铁素体中以VC 析出强化来提高钢的强度。综合考虑，把钒含量控制在0. 05~0. 12%之间。

　　[0015] 铝：是脱氧剂，其含量低于0. 005%时不能达到这种效果，但含量过高时，易导致 夹杂物增多，产生发纹，降低韧性和加工性能，因此将其含量控制在0. 020~0. 060%之间。

　　[0016] 此外，为了控制钢种的夹杂物，还进行了钙处理，为了提高钢的低温韧性，控制 S< 0. 005%，P< 0. 015%，五害元素之和要求小于200ppm，成品氮小于120ppm，成品氧小 于30ppm，成品氢小于2ppm。

　　[0017] 本发明的低温低屈强比S355钢级无缝钢管，该无缝钢管的外径< 720mm、壁厚 彡40mm;屈服强度彡355MPa，抗拉强度470~630MPa;所述无缝钢管的钢种成分的重量 配比为：C:0? 13 ~0? 18%，Si:0? 20 ~0? 45%，Mn:1. 30 ~1. 65%，P:彡 0? 015%，S: 彡 0? 005%，Mo:彡 0? 10%，Al:0? 020 ~0? 060%，Nb:0? 02 ~0? 05%，V:0? 05 ~0? 12%， Cu:彡 0? 20%，Ni:彡 0? 20%，Ti:彡 0? 02%，Cr:彡 0? 20%，Ca:0? 0015 ~0? 0060%，N: 彡0.012%，其余为铁，杂质元素微量，0.37 %彡CEV彡0.43%。

　　[0018] 本发明的低温低屈强比S355钢级无缝钢管的生产方法，该方法是通过以下步骤 进行的：炼钢，包括有电炉或转炉一LF精炼一VD或RH真空除气一连铸；乳管，包括有环形 炉加热一穿孔一连乳一定径一据切一矫直一探伤一大规格旋扩或热扩；热处理，包括有正 火热处理-探伤-喷标-入库，在上述方法步骤中进行了以下步骤的工艺调整改进：

　　[0019] 1)按照上述低温低屈强比S355钢级无缝钢管的钢种成分重量百分比进行配料。

　　[0020] 2)炼钢：按步骤1)配料为炼钢原料，VD或RH真空除气，真空除气高真空时间不少 于10分钟；真空除气后Ca处理，氩气弱搅拌时间不少于2分钟；连铸过程使用末端电磁搅 拌。

　　[0021] 3)乳管：采用控制乳制技术，控制钢管在不同变形阶段的变形温度，环形炉加热 温度控制在1240~1280°C，穿孔温度控制为1200~1240°C，连乳温度控制为1050~ 1100 °C，终乳温度控制为850~980 °C。

　　[0022] 4)热处理：正火热处理，温度900~960°C，钢管出高温炉后开启高压水除鳞装 置，改善外表面质量；不同外径壁厚钢管通过开启不同数量风机达到不同的空冷速度，使得 钢管获得屈服强度彡355MPa，抗拉强度470~630MPa，-50°C纵向全尺寸夏比V型冲击功 彡80J，屈强比彡0? 77,晶粒度彡7级。

　　[0023] 本发明的低温低屈强比S355钢级无缝钢管的生产方法功能是这样实现的：乳制 S355钢级无缝结构钢管的制造方法，其步骤包括有：按照该无缝钢管的外径< 720mm、壁厚 彡40mm;屈服强度彡355MPa，抗拉强度470~630MPa的技术要求，进行该无缝钢管的钢种 成分的重量配比的技术方案配料炼钢一LF精炼一VD或RH真空除气一连铸一环形炉加热 -穿孔一连乳一定径一锯切一矫直一探伤一旋扩或者热扩（某些大规格）一正火热处理一 探伤一喷标一入库。主要的技术参数如下：

　　[0024] ①配料冶炼、连铸

　　[0025] 按上述钢种组成元素重量成分为：C:0. 13~0. 18%，Si:0. 20~0.

　　45%，Mn: 1. 30 ~1. 65%，P:彡 0? 015%，S:彡 0? 005%，Mo:彡 0? 10%，Al:0? 020 ~0? 060%，Nb: 0? 02 ~0? 05%，V:0? 05 ~0? 12%，Cu:彡 0? 20%，Ni:彡 0? 20%，Ti:彡 0? 02%，Cr: 彡0? 20%，Ca:0? 0015~0? 0060%，N:彡0? 012%，其余为铁，杂质元素微量，控制0? 37%

　　[0026] ②乳管

　　[0027] 检验合格后的定尺连铸坯在环形加热炉内加热，加热炉炉温控制为1240~ 1280°C，穿孔温度控制为1200~1240°C，连乳温度控制为1050~1100°C，终乳温度控制为 830~980°C，冷却，锯切，矫直，探伤，某些规格需要经旋扩或者热扩。

　　[0028] ③热处理

　　[0029] 采用正火的热处理工艺，正火温度为900°C~960°C，采用空冷，不同外径壁厚钢 管通过开启不同数量风机达到不同的空冷速度，UT探伤。

　　[0030] 所述S355NLH无缝钢管的力学性能达到的指标如下：

　　[0031]

　　[0032] ?711X38. 1_S355NLH无缝钢管500X金相照片及晶粒度IOOX金相照片如图1、 2所示。

　　[0033] 实施例I:?60. 3X11. 07mmS355NLH无缝钢管

　　[0034] I. 1炼钢生产? 210mm圆坯成分：

　　[0035]

　　[0036] L2 乳管

　　[0037] 加热炉炉温控制为1250°C，穿孔温度控制为1200°C，连乳温度控制为1050°C，终 乳温度控制为860 °C。

　　[0038] 1. 3热处理

　　[0039] 采用正火的热处理工艺，正火温度为930°C，采用空冷，开启1/2风机，UT探伤，最 终产品性能测试结果如下：

　　[0040] (1)拉伸

　　[0044] (3)组织：F+P

　　[0045] ⑷晶粒度：8. 5级

　　[0046] 实施例 2 : ? 168. 3X7. 93mmS355NLH无缝钢管

　　[0047] 2. 1炼钢生产? 210mm圆坯成分：

　　[0048]

　　[0049] 2. 2 乳管

　　[0050] 加热炉炉温控制为1260°C，穿孔温度控制为1200°C，连乳温度控制为1050°C，终 乳温度控制为860 °C。

　　[0051] 2. 3热处理

　　[0052] 采用正火的热处理工艺，正火温度为920°C，采用空冷，开启1/2风机UT探伤，最终 产品性能测试结果如下：

　　[0053] (1)拉伸

　　[0057] (3)组织：F+P

　　[0058] ⑷晶粒度：8. 5级

　　[0059] 实施例 3 : ? 323. 9X15. 88mmS355NLH无缝钢管

　　[0060] 3. 1炼钢生产? 350mm圆坯成分：

　　[0061]

　　[0062] 3. 2 乳管

　　[0063] 加热炉炉温控制为1260°C，穿孔温度控制为1210°C，连乳温度控制为1070°C，终 乳温度控制为880 °C。

　　[0064] 3. 3管加工

　　[0065] 采用正火的热处理工艺，正火温度为940°C，采用空冷，开启2/3风机，UT探伤，最 终产品性能测试结果如下：

　　[0066] (1)拉伸

　　[0070] (3)组织：F+P

　　[0071] ⑷晶粒度：8. 5级

　　[0072] 实施例 4 :?406. 4X31. 8mmS355NLH无缝钢管

　　[0073] 4. 1炼钢生产? 400mm圆坯成分：

　　[0074]

　　[0075] 4. 2 乳管

　　[0076] 加热炉炉温控制为1270°C，穿孔温度控制为1220°C，连乳温度控制为1080°C，终 乳温度控制为920 °C。

　　[0077] 4. 3热处理

　　[0078] 采用正火的热处理工艺，正火温度为950°C，采用空冷，风机全部开启，UT探伤，最 终产品性能测试结果如下：

　　[0079] (1)拉伸

　　[0083] (3)组织：F+P

　　[0084] ⑷晶粒度：8级

　　[0085] 实施例 5 :?711X38.ImmS355NLH无缝钢管

　　[0086] 5. 1炼钢生产? 400mm圆坯成分：

　　[0087]

　　[0088] 5. 2 乳管

　　[0089] 加热炉炉温控制为1280°C，穿孔温度控制为1220°C，连乳温度控制为1080°C，终 乳温度控制为950°C，旋扩温度980°C。

　　[0090] 5. 3热处理

　　[0091] 采用正火的热处理工艺，正火温度为950°C，采用空冷，风机全部开启，UT探伤，最 终产品性能测试结果如下：

　　[0092] (1)拉伸

　　[0096] (3)组织：F+P

　　[0097] ⑷晶粒度：8级。

　　【主权项】

　　1. 一种低温低屈强比S355钢级无缝钢管，其特征是：所述无缝钢管的外径< 720mm、 壁厚彡40mm ;屈服强度彡355MPa，抗拉强度470~630MPa ;所述无缝钢管的钢种成分的重 量配比为：C :0? 13 ~0? 18%，Si :0? 20 ~0? 45%，Mn :1. 30 ~L 65%，P :彡 0? 015%，S : 彡 0? 005%，Mo :彡 0? 10%，Al :0? 020 ~0? 060%，Nb :0? 02 ~0? 05%，V :0? 05 ~0? 12%， Cu :彡 0? 20%，Ni :彡 0? 20%，Ti :彡 0? 02%，Cr :彡 0? 20%，Ca :0? 0015 ~0? 0060%，N : 彡0.012%，其余为铁，杂质元素微量，0.37 %彡CEV彡0.43%。2. 根据权利要求1所述的低温低屈强比S355钢级无缝钢管的生产方法，所述方法包括 以下步骤：炼钢，包括有电炉或转炉一LF精炼一VD或RH真空除气一连铸；乳管，包括有环 形炉加热一穿孔一连乳一定径一据切一矫直一探伤一大规格旋扩或热扩；热处理，包括有 正火热处理一探伤一喷标一入库），所述方法步骤中，其特征是： 1) 按照权利要求1所述无缝钢管的钢种成分的重量百分比配料； 2) 炼钢：按步骤1)配料为炼钢原料，VD或RH真空除气，真空除气高真空时间不少于10 分钟；真空除气后Ca处理，氩气弱搅拌时间不少于2分钟；连铸过程使用末端电磁搅拌； 3) 乳管：采用控制乳制技术，控制钢管在不同变形阶段的变形温度，环形炉加热温度 控制在1240~1280°C，穿孔温度控制为1200~1240°C，连乳温度控制为1050~1100°C， 终乳温度控制为850~980 °C ; 4) 热处理：正火热处理，温度900~960°C，钢管出高温炉后开启高压水除鳞装置，改善 外表面质量；不同外径壁厚钢管通过开启不同数量风机达到不同的空冷速度，使得钢管获 得屈服强度彡355MPa，抗拉强度470~630MPa，-50°C纵向全尺寸夏比V型冲击功彡80J， 屈强比彡0. 77,晶粒度彡7级。

　　【专利摘要】本发明提供低温低屈强比S355钢级无缝结构钢管，无缝钢管的外径≤720mm、壁厚≤40mm；屈服强度≥355MPa，抗拉强度470～630MPa；-50℃纵向全尺寸夏比V型冲击功≥80J；屈强比≤0.77；晶粒度≥7级；所述无缝钢管的钢种成分的重量配比为：C：0.13～0.18％，Si：0.20～0.45％，Mn：1.30～1.65％，P：≤0.015％，S：≤0.005％，Mo：≤0.10％，Al：0.020～0.060％，Nb：0.02～0.05％，V：0.05～0.12％，Cu：≤0.20％，Ni：≤0.20％，Ti：≤0.02％，Cr：≤0.20％，Ca：0.0015～0.0060％，N：≤0.012％，其余为铁，杂质元素微量，0.37％≤CEV≤0.43％。还提供该钢级无缝钢管的生产方法。有益效果是无缝钢管强度稳定，低温性能高于EN？10210标准的S355NLH钢级-50℃纵向全尺寸夏比V型冲击功≥27J的要求。

　　【IPC分类】C22C38/28, C22C38/12, C22C38/58, C22C38/24, C22C38/16, C22C38/14, C22C38/38, C22C38/46, C22C38/50

　　【公开号】CN105088093

　　【申请号】CN201510437682

　　【发明人】周晓锋, 张传友, 刘江成, 边令喜, 周家祥, 张国柱, 周国帅

　　【申请人】天津钢管集团股份有限公司

　　【公开日】2015年11月25日

　　【申请日】2015年7月23日