CN110938784A - 40mm~60mm厚壁大口径高钢级管线管及其制造方法 - Google Patents
40mm~60mm厚壁大口径高钢级管线管及其制造方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种40mm~60mm厚壁大口径高钢级管线管的制造方法,通过电炉、精炼炉、真空炉VD、Ti处理,四流连铸成Φ450mm、Φ500mm断面钢坯;再经冷定心、环形加热炉加热、热穿孔、连轧机组连轧、定径、冷矫直制成钢管;最后在步进式高、低温炉内分别进行浸入旋转式内喷外淋水淬火和回火、热矫直、空冷完成无缝管线管的制造。本发明有益效果是:利用高精度轧制提供高尺寸精度的管材,浸入旋转式内喷外淋热处理技术得到性能均匀稳定的40mm到60mm厚壁、406.4mm到508mm大口径、高强度、低屈强比、高延展性、高伸长率的优异低温冲击性能管线管,满足集输、长输、特殊用途管道的输送要求。
Description
技术领域
本发明涉及油气输送、无缝管制造领域,特别涉及是一种40mm及以上厚壁大口径高钢级管线管及其制造方法。
背景技术
随着石油天然气的需求与日俱增,极冷、深海等恶劣环境的油气田开发,高压、大口径、厚壁发展已经成为油气开发设计的趋势。为了满足开采的要求,从安全可靠运行角度,大壁厚大口径高强度是设计首选。无缝管在厚壁、耐腐性性能等方面优于焊接钢管。提高强度或者提高壁厚都存在成分设计、性能设计以及焊接等问题,对管材性能要求十分苛刻。通常厚壁管为25.4~36mm,而随着更高抗挤毁强度的设计需求,40mm及以上厚壁大口径管线管得需求与日俱增。同时对轧制工艺、热处理工艺也提出新的要求,按406PQF、508PQF轧机的设计能力,针对与406.4mm外径最大壁厚可以生产60mm,457.2mm外径可以生产50mm,508mm外径可以生产50mm等。460PQF和508PQF不同机组生产最大外径不同,即使生产相同规格采用的铸坯规格、孔型设计等是不同的,460PQF机组生产出的规格相比508PQF机组轧制比低,会存在夹层、性能低等问题,对于大口径大厚壁的管线管优先选择可以实现轧制比大于3的机组,优先选择508PQF机组。
中国专利公开号CN101287853A公开了“管线用无缝钢管及其制造方法”,主要针对于厚壁管,通过大量添加Mo元素0.4~1.2%来实现高强度、韧性和耐腐蚀性能,针对管线管考虑材料的焊接性能,行业标准最大值也不能超过0.5%,所以不属于同一管线管领域;中国专利公开号CN101417296A公开了“直径为Φ219.0~460mm的大口径高钢级耐腐蚀无缝管的制造方法”,仅设计219.1-460mm范围内,460PQF轧制机组范围;中国专利公开号CN2008101512321公开了“高强高韧X70厚壁无缝管线钢及制造方法”,是主要针对于壁厚≤36mm及以下460PQF轧机范围的无缝管线管,壁厚范围有限和有着不同的轧制机组。
发明内容
为解决上述问题,本发明的第一个目的是提供一种40mm及以上厚壁大口径高钢级管线管;第二个目的是提供一种制造40mm及以上厚壁大口径高钢级管线管的方法。有利于解决壁厚大于40mm及以上管线管的冶炼、轧制和热处理等生产难题,提供安全可靠的厚壁管道,解决油气输送过程中的安全设计问题。
为实现上述第一个目的,本发明采用的技术方案是:一种40mm~60mm厚壁大口径高钢级管线管,成分重量%为:C 0.06~0.16%,Si 0.10~0.45%,Mn 1.25~1.80%,Al0.020~0.060%,Nb 0.020~0.050%,V0.03~0.09%,Ni 0.20~0.50%,Mo 0.20~0.50%,Cr0.20~0.50%,Ca≤0.006%,N 0.003~0.010%,0.20%≤CEpcm≤0.28%,0.005%≤Ti≤0.020%,0.36%≤CEΠW≤0.44%,Al/N≥2,V+Nb+Ti≤0.15%,余量为Fe和不可避免的杂质。
所述厚壁大口径≥406.4mm。
本发明采用的另一个技术方案是:一种40mm~60mm厚壁大口径高钢级管线管制造方法,包括步骤如下:
(1)电炉冶炼:将重量%为:C 0.06~0.16%,Si 0.10~0.45%,Mn1.25~1.80%,Al 0.020~0.060%,Nb 0.020~0.050%,V0.03~0.09%,Ni 0.20~0.50%,Mo 0.20~0.50%,Cr0.20~0.50%,Ca≤0.006%,N 0.003~0.010%,0.20%≤CEpcm≤0.28%,0.005%≤Ti≤0.020%,0.36%≤CEΠW≤0.44%,Al/N≥2,V+Nb+Ti≤0.15%,余量为Fe和不可避免的杂质无缝钢管成分通过100T电炉EAF、精炼LF炉、真空炉VD、Ti处理,四流连铸成Φ450mm、Φ500mm断面钢坯;
(2)PQF轧机轧制:将步骤(1)的钢坯进行冷定心、环形加热炉加热、热穿孔、Φ508PQF连轧机组连轧、定径、冷矫直制成钢管;
(3)调质处理:将步骤(2)的钢管在步进式高、低温炉内分别进行浸入旋转式内喷外淋水淬火和回火、热矫直、空冷完成无缝管线管的制造;
所述的40mm~60mm厚壁厚壁大口径高钢级管线管制造方法获得满足X65Q及以上钢级的管线管,屈服强度≥455MPa、抗拉强度≥535MPa,冲击性能0℃≥250J,硬度≤250HV10。
所述步进式高温炉内加热温度为900~980℃,保温时间为15~45min,高压水除鳞,进行淬火水冷然后在步进式低温炉炉中加热为600~710℃保温20~60min,进行回火空冷。
所述热矫直采用500~630℃高温,外径公差≤±0.5%D,壁厚公差-3.0mm~3.7mm,不圆度≤1.5%D,直度整体小于0.15%L。
本发明的有益效果是:1)低碳高锰高碳当量,添加Cr、Mo、Ni合金,冶炼工艺采用微Ti处理、纯钙丝夹杂物球化处理,进行喷粉工艺,降低杂质S的含量。2)Φ508PQF轧机组结合高端热轧控制技术得到不同尺寸的优质管体,外径尺寸精度±0.5%OD,壁厚精度-3.0mm~3.7mm。3)浸入旋转式内喷外淋水淬火和回火空冷调质工艺保证管体性能,选择合理热矫直温度≥450℃,最大限度地降低了钢管的残余应力。4)生产40mm及以上厚壁、406.4mm及以上大口径、高强度、低屈强比、高延展性、高伸长率,优异的低温冲击性能的管线管,满足集输、长输、特殊用途管道的输送要求。
附图说明
图1为本发明的X70Q钢级管线管的金相组织示意图;
图2为本发明的X70Q钢级管线管的低温系列韧性曲线。
具体实施方式
结合附图及实施例对本发明的提供一种40mm及以上厚壁大口径高钢级管线管及其制造方法加以说明。
本发明的一种40mm~60mm厚壁大口径高钢级管线管成分重量%为:C0.06~0.16%,Si 0.10~0.45%,Mn 1.25~1.80%,Al 0.020~0.060%,Nb 0.020~0.050%,V0.03~0.09%,Ni 0.20~0.50%,Mo 0.20~0.50%,Cr0.20~0.50%,Ca≤0.006%,N0.003~0.010%,0.20%≤CEpcm≤0.28%,0.005%≤Ti≤0.020%,0.36%≤CEΠW≤0.44%,Al/N≥2,V+Nb+Ti≤0.15%,余量为Fe和不可避免的杂质,如图1所示的X70Q钢级管线管的金相组织示意图。
对配制钢种成分的化学成分说明:
C:是强化元素,综合考虑碳含量对钢的强度和韧性的影响和成本,以及抗腐蚀性能,把C含量控制在0.06~0.16%之间。如表1中的实施例中的C含量。
Si:Si是脱氧所必要的元素,提高钢的强度,所以将其含量限止在0.10~0.45%范围内。如表1中的实施例中的Si含量。
Mn:Mn是必须的强化元素,保证管体的性能,属于低碳高锰设计,所以将其含量限止在1.25~1.80%范围内。如表1中的实施例中的Mn含量。
Al:Al是必须添加细化晶粒的元素,考虑Al/N比、夹杂物含量、韧性和加工性能,因此将其含量限止在Al 0.020~0.060%范围内。
Nb:Nb是加入的微合金化元素,对强度、晶粒度细化的作用十分明显。控制Nb0.020~0.050%之间。如表1中的实施例中的Nb含量。
V:V具有较高的析出强化作用和晶粒细化作用,在Nb、V微合金元素复合使用时,V是同通过铁素体中以VC析出强化来提高钢的强度。控制V0.03~0.09%之间。如表1中的实施例中的V含量。
Ni、Cr、Mo:Ni、Cr、Mo元素可以提高材料的淬透性,从而保证大口径厚壁管体的性能,根据管体的不同壁厚,适当添加提高淬透性合金Ni0.05~0.50%,Mo 0.15~0.50%,Cr0.20~0.50%。如表1中的实施例中的Cr、Mo、Ni元素的含量。
Cu:为钢种中残余元素,对冲击韧性和抗腐蚀性能有利,但考虑成本和碳当量的贡献,将其含量控制在低的范围内,最大不允许超过0.25%。
N、O、H元素为钢中气体元素,考虑焊接性能和力学性能,控制其含量在低的范围内,最大不允许超过N≤0.0100%、O≤0.0030%、H≤0.0002%。
P、S:P和S是有害杂质元素,尽量降低其含量。但又不能不考虑炼钢的成本,最好规定P≤0.020%、S≤0.008%。
钢管成分特点是低碳高锰Nb+V系微合金化,根据管体的不同壁厚,适当添加提高淬透性合金Ni 0.05~0.50%,Mo 0.15~0.50%,Cr0.20~0.50%。微量元素Nb、V合金化,Cr、Mo、Ni元素合金化及限制杂质元素P、S的含量、气体元素含量,通过大量试验选择合理的成分配比,赋予大厚壁钢管以良好的综耐力学性能。
本发明的40mm~60mm厚壁大口径高钢级管线管的制造方法通过以下步骤实现:
(1)成分设计及电炉冶炼:将重量%为:C 0.06~0.16%,Si 0.10~0.45%,Mn1.25~1.80%,Al 0.020~0.060%,Nb 0.020~0.050%,V0.03~0.09%,Ni 0.20~0.50%,Mo 0.20~0.50%,Cr0.20~0.50%,Ca≤0.006%,N 0.003~0.010%,0.20%≤CEpcm≤0.28%,0.005%≤Ti≤0.020%,0.36%≤CEΠW≤0.44%,Al/N≥2,V+Nb+Ti≤0.15%,余量为Fe和不可避免的杂质无缝钢管成分通过采用短流程工艺路线100T电炉EAF、精炼LF炉、真空炉VD、纯Ca丝、Ti丝处理,四流连铸成Φ450mm、Φ500mm断面钢坯;
(2)PQF轧机轧制:将步骤(1)的钢坯进行冷定心、环形加热炉加热、热穿孔、Φ508PQF连轧机组连轧、定径、冷矫直制成钢管。508PQF轧机为最大口径PQF轧机类型。PQF限动芯棒三辊连轧管机避免“竹节”现象,除管端部,整根毛管壁厚不均不超过±8%。
(3)调质处理:将步骤(2)的钢管在步进式高、低温炉内分别进行浸入旋转式内喷外淋水淬火和回火、热矫直、空冷完成无缝管线管的制造。步进式高温炉内加热到900~980℃保温15~45min,高压水除鳞,进行淬火水冷然后在步进式低温炉炉中加热到600~710℃保温20~60min,进行回火空冷;采用500~630℃高温热矫直,外径公差≤±0.5%D,壁厚公差-3.0mm~3.7mm,不圆度≤1.5%D,直度整体小于0.15%L。通过精确控制高温炉和低温炉温度,浸入外淋内喷旋转的方式进行水淬,保证钢管整个壁厚和长度性能均匀,稳定。
40mm~60mm厚壁厚壁大口径高钢级管线管制造方法获得满足X65Q及以上钢级的管线管,屈服强度≥455MPa、抗拉强度≥535MPa,冲击性能0℃≥250J,硬度≤250HV10。
以X65Q和X70Q钢级,规格508.00mmx41.14mm和406.40mmx47.58mm为例,开发尺寸要求如下表1和力学性能如表2:
表1几何尺寸指标
序号 | 检验项目 | 设计要求 |
1 | 管体外径 | ±0.5%D |
2 | 管端外径 | ±1.6mm |
3 | 壁厚 | -3.0~+3.7mm |
4 | 管体椭圆度 | ≤1.5%OD |
5 | 管端椭圆度 | ≤1%OD |
6 | 管体直度 | ≤0.15%L |
7 | 管端直度 | ≤3mm/m |
表2力学性能指标
实际控制其化学成分如下表3。实际力学性能如下表4。
管材化学成分完全满足权利要求1的要求,成分含量偏差很小,稳定的成分含量有利于热处理时进行温度控制,从而为管材具有良好的组织和性能提供了前提条件。从表2中可以看出,本发明能很好地满足X65Q和X70Q管线管性能要求,屈强比很小,具有很高的韧性,-50℃以上冲击功仍高于200J,如图2所示规格为508mmx41.14mm屈服强度在540MPa,在不同温度下的系列冲击功分布曲线,剪切比高于50%。
表3本发明管线管的实施例化学成分
注:当C含量≤0.12%,碳当量CEPcm=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B,B≤0.0005%,公式中B含量为0。
当C含量>0.12%计算碳当量,碳当量CEⅡW=C+Mn/6+Cu/15+Ni/15+Cr/5+Mo/5+V/5
表4本发明管线管实施例的力学性能和金相
Claims (6)
1.一种40mm~60mm厚壁大口径高钢级管线管,其特征是:该管线管成分重量%为:C0.06~0.16%,Si 0.10~0.45%,Mn 1.25~1.80%,Al 0.020~0.060%,Nb 0.020~0.050%,V0.03~0.09%,Ni 0.20~0.50%,Mo 0.20~0.50%,Cr0.20~0.50%,Ca≤0.006%,N 0.003~0.010%,0.20%≤CEpcm≤0.28%,0.005%≤Ti≤0.020%,0.36%≤CEΠW≤0.44%,Al/N≥2,V+Nb+Ti≤0.15%,余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种40mm~60mm厚壁大口径高钢级管线管,其特征是:厚壁大口径≥406.4mm,外径尺寸精度±0.5%OD,壁厚精度-3.0mm~3.7mm。
3.一种根据权利要求1所述的40mm~60mm厚壁大口径高钢级管线管制造方法,包括步骤如下:
(1)电炉冶炼:将重量%为:C 0.06~0.16%,Si 0.10~0.45%,Mn 1.25~1.80%,Al0.020~0.060%,Nb 0.020~0.050%,V0.03~0.09%,Ni 0.20~0.50%,Mo 0.20~0.50%,Cr0.20~0.50%,Ca≤0.006%,N 0.003~0.010%,0.20%≤CEpcm≤0.28%,0.005%≤Ti≤0.020%,0.36%≤CEΠW≤0.44%,Al/N≥2,V+Nb+Ti≤0.15%,余量为Fe和不可避免的杂质,无缝钢管成分通过100T电炉EAF、精炼LF炉、真空炉VD、Ti处理,四流连铸成Φ450mm、Φ500mm断面钢坯;
(2)PQF轧机轧制:将步骤(1)的钢坯进行冷定心、环形加热炉加热、热穿孔、Φ508PQF连轧机组连轧、定径、冷矫直制成钢管;
(3)调质处理:将步骤(2)的钢管在步进式高、低温炉内分别进行浸入旋转式内喷外淋水淬火和回火、热矫直、空冷完成无缝管线管的制造。
4.根据权利要求3所述的40mm~60mm厚壁大口径高钢级管线管制造方法,其特征是:所述无缝管线管的屈服强度≥455MPa、抗拉强度≥535Mpa、冲击性能0℃≥250J、硬度≤250HV10,满足X65Q及以上钢级管线管要求。
5.根据权利要求3所述的40mm~60mm厚壁大口径高钢级管线管制造方法,其特征是:所述钢管在步进式高温炉内加热到900~980℃保温15~45min,高压水除鳞,进行淬火水冷然后在步进式低温炉炉中加热到600~710℃保温20~60min,进行回火空冷。
6.根据权利要求3所述的40mm~60mm厚壁大口径高钢级管线管制造方法,其特征是:所述热矫直采用500~630℃高温,外径公差≤±0.5%D,壁厚公差-3.0mm~3.7mm,不圆度≤1.5%D,直度整体小于0.15%L。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20200331 |
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WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |