CN115369327B - 一种稀土微合金化低温用结构管及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种稀土微合金化低温用结构管，其质量百分比的化学成分为：C0.12～0.20％；Si0.10～0.35％；Mn1.00～1.60％；P≤0.020％；S≤0.010％；V0.06～0.10％；Ti≤0.02％；Nb≤0.05％；RE≤50ppm；其余为Fe和不可避免的杂质，质量分数共计为100％；还公布了其制造方法。本发明通过微合金化处理,细化晶粒，在提高韧性的同时兼顾强度的要求，同时抑制了珠光体的形成；减少了VD工艺，降低冶炼成本节约冶炼时间，通过钢水在精炼后保证镇静时间，使产品在‑50℃时仍具有良好的韧性，稳定了低温无缝管的强度，提高了低温管的塑性和低温韧性。
Description
技术领域
本发明涉及黑色金属冶炼及金属压力加工领域，尤其涉及一种稀土微合金化低温用结构管及其制造方法。
背景技术
低合金高强度结构钢以其强度高、自重轻、低温冲击韧性好、施工周期短、抗震性能好的特点而被广泛应用于海洋平台、船舶、高层建筑、桥梁、石油、压力容器、工程机械和天然气输送管线等各种工业领域。S355作为低合金高强度钢的一种，广泛应用于桥梁、工程机械、钢结构、近海采油平台、高层建筑等领域。低合金高强度钢是在碳素结构钢的基础上加入少量合金元素制成的，与碳素钢相比具有良好的焊接性能、塑性、韧性和加工工艺性，较好的耐蚀性，较高的强度和较低的冷脆临界转变温度。
近几年北欧、俄罗斯等寒冷地区对高强度、高韧性的建筑工程、海洋工程和机械结构用钢需求快速增长，特别是具有优良焊接性能的高钢级低温用钢管的需求持续升温，开发低成本低温用结构钢管成为钢铁材料研发的重点。其中微合金化和晶粒细化技术已成为开发低成本、低温用高强度结构钢管的重要手段，达到了节能、环保、降耗、缩短制造周期的良好效果。
随着寒冷地区油气开发、海洋活动开发、结构建筑管线建设的快速发展及人们对强度和安全要求的日益提高，具有高强度、高韧性和优良焊接性能的高级钢在这些领域中占据了重要地位，因此，开发高强度低温用结构钢以适应快速发展的钢管材料需求成为世界各国重点研发的战略项目。
发明内容
本发明的目的是提供一种稀土微合金化低温用结构管及其制造方法，在普通碳素钢的基础上添加适量的微合金元素Nb、V、Ti，可以在提高钢的抗拉强度的同时提高钢的韧性；同时在钢中加入适量的稀土，提高钢的洁净度，开发出一种低温塑性好、裂纹敏感性低，无缝管强度高，焊接性能和热处理性能明显改善，性能优良使用寿命长的新型结构管。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明一种稀土微合金化低温用结构管，其质量百分比的化学成分为：C 0.12～0.20％；Si 0.10～0.35％；Mn 1.00～1.60％；P≤0.020％；S≤0.010％；V 0.06～0.10％；Ti≤0.02％；Nb≤0.05％；RE≤50ppm；其余为Fe和不可避免的杂质，质量分数共计为100％。
进一步的，其质量百分比的化学成分为：C 0.147％；Si 0.25％；Mn 1.2980％；P0.012％；S 0.005％；V 0.062％；Ti 0.002％；Nb 0.032％；RE 0.002％；其余为Fe和不可避免的杂质，质量分数共计为100％。
一种稀土微合金化低温用结构管的制造方法，以高炉铁水和废钢为原料，铁水经预处理后进入转炉冶炼，转炉采用单渣法高拉补吹工艺，终点P含量控制不高于0.010％，采用硅锰合金与硅铁脱氧合金化，采用有铝脱氧工艺，终点钢温度控制在1620-1660℃；钢水经转炉初炼后进入LF炉精炼，按照要求进行造渣脱硫、扩散脱氧工艺，精炼后钢水S含量不高于0.008％；根据钢种成分设计进行合金微调以及添加微合金元素、添加稀土，并且按照连铸要求控制上钢温度；精炼结束后保持软吹时间大于等于10min，保证夹杂物充分上浮；在连铸工艺环节，主要控制钢水过热度与水冷工艺的匹配，保证连铸坯质量；铸坯下线后，送入加热炉加热，进行高压水除鳞，然后进行轧制，钢坯开轧温度为1220-1280℃；加热好的管坯在连轧管机组上轧制成无缝钢管，之后进行正火处理，正火后进行带温矫直，对矫直后的钢管逐支进行探伤检测和水压试验，检查入库。
进一步的，正火处理的工艺参数为：890±10℃保温40min，出炉空冷。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果：
1、在钢中加入微量的稀土合金，有利于脱氧、脱硫、除去气体，减少有害元素的影响，显著提高钢的韧性、耐磨性、抗蚀性、改善钢的焊接性能和低温性能，既可以提高钢管的纵向低温冲击也可以提高钢管的横向性能。
2、添加微合金元素Nb、V、Ti可以细化晶粒，在提高正火后钢的强度的同时提高钢的低温韧性。Ti能形成很强固的TiC，可稳定到1300℃，有此稳定到高温的高度分散的TiC质点，可以细化晶粒，降低钢的过热倾向性。Nb能生成高度分散的强固的碳化物NbC(熔点3500℃)，所以也可以细化晶粒，直加热至于1100～1200℃，仍可阻止晶粒长大。固溶强化作用很明显，提高钢的淬透性(溶于奥氏体时)，增加回火稳定性，有二次硬化作用，提高钢的强度、冲击韧性。
3、强度高，韧性高、综合性能好，具体情况见表1所示。
表1综合性能检测值
| Rm(MPa) | A(％) | |
| 平均 | 524 | 32 |
| 最小值 | 516 | 31 |
| 最大值 | 563 | 34 |
4、韧脆转变温度低,-50℃低温冲击韧高，由于添加了稀土合金横向性能较高
表2低温冲击性能
| AKV2(J)-50℃纵向 | AKV2(J)-50℃横向 | |
| 平均 | 121 | 86 |
| 最小值 | 103 | 76 |
| 最大值 | 145 | 93 |
5、冶炼工艺为转炉冶炼→LF炉精炼→连铸，与原有的Q345E工艺相比减少了VD工艺，即降低了冶炼成本又节约了冶炼时间，通过钢水在精炼后保证镇静时间大于8分钟使夹杂物充分上浮，减少钢中夹杂物保证钢的低温冲击韧性。
本发明在低温结构管的材质中通过加入适当的稀土合金，有利于脱氧、脱硫、除去气体，减少有害元素的影响，显著提高钢的韧性、抗蚀性、改善钢的焊接性能和低温性能；同时添加一定量的微合金元素Nb、V、Ti，通过微合金化处理,细化晶粒，在提高韧性的同时兼顾强度的要求，同时抑制了珠光体的形成；减少了VD工艺，即降低了冶炼成本又节约了冶炼时间，通过钢水在精炼后保证镇静时间，减少钢中夹杂物保证钢的低温冲击韧性，使产品在-50℃时仍具有良好的韧性，稳定了低温无缝管的强度，提高了低温管的塑性和低温韧性，提高使用寿命。
具体实施方式
实际生产规格Φ351mm*25mm，以高炉铁水为原料，控制好铁水脱硫终点硫含量，终点[S]≤0.008％。将铁水预处理后进入转炉冶炼，出钢温度为1620-1660℃，出钢碳含量为0.05-0.07wt％，进入LF炉精炼，添加微量元素Nb、V、Ti，精炼末期添加稀土铈铁，精炼结束后保持软吹时间大于等于10min，保证夹杂物充分上浮；进行连铸，连铸坯规格为Φ390mm，连铸过热度为20-30℃，连铸拉速为0.50-1.05m/min，圆坯进行堆垛冷却，随后加热后进行高压水除鳞，然后进行轧制，钢坯开轧温度为1210-1250℃；加热好的管坯在连轧管机组上轧制成无缝钢管，之后进行热处理，正火后进行带温矫直，对矫直后的钢管逐支进行探伤检测后检查入库。
生产工艺流程简述为：铁水预处理→顶底复吹转炉冶炼→LF炉精炼→圆坯连铸→管坯加热→穿孔→连轧管→定张减径→冷床→锯切→热处理→矫直→探伤。
热处理工艺为：正火。
试验钢具体工艺如下：
表4铸坯的化学成分及含量见下表(wt％)：
| C | Si | Mn | P | S | Al | V | Ti | Nb | RE(加入量) |
| 0.147 | 0.25 | 1.298 | 0.012 | 0.005 | 0.04 | 0.062 | 0.002 | 0.032 | 0.002 |
1、冶炼
转炉终点钢水的碳含量、磷含量及出钢温度如下表所示。
表5转炉出钢情况
| 出钢温度，℃ | 出钢碳含量，％ | 出钢磷含量，％ |
| 1620 | 0.07 | 0.010 |
LF炉精炼加入Nb、V、Ti合金，精炼末期添加稀土铈铁。
表6连铸过热度及拉速控制
| 过热度，℃ | 拉速，m/min |
| 25 | 0.93 |
2、轧制
制管过程如下；
为了使管坯具有良好的轧制性能，要连续检测并控制加热管坯的环形炉的预热段、加热段、均热段等各段的温度，环形炉各段温度的控制范围见下表：
表7环形加热炉各段温度
计算机***在线记录各段加热温度，要求控制好预热段、均热段温度，保证加热透彻均匀而不过烧。热工具在使用前必须测量，轧前检查、处理辊道，避免划伤。钢坯在加热炉内加热时间大于3小时，试验钢的钢坯开轧温度为1280℃。加热好的管坯在连轧管机组轧制成无缝钢管。
轧制后进行热处理：严格控制炉温、加热稳定性，保证正火稳定性；热处理制度为：890±10℃保温40min，出炉空冷；正火后进行带温矫直。对矫直后的钢管逐支进行探伤检测。
经过上述工艺过程，合格者即成为本发明所述的“一种稀土微合金化低温用结构管及其制造方法”。
经过检验，所生产稀土微合金化低温用结构管力学性能见下表：
表8实际检验性能
| 抗拉强度(MPa) | 伸长率A(﹪) | 冲击功(J) | 晶粒度(级) |
| 517 | 35 | 135 | 8 |
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (1)
1.一种稀土微合金化低温用结构管，其特征在于，其质量百分比的化学成分为：C0.147%；Si 0.25%；Mn 1.2980%；P 0.012%；S 0.005%；V 0.062%；Ti 0.002%；Nb 0.032%；RE0.002%；其余为Fe和不可避免的杂质，质量分数共计为100％；
其制造方法的生产工艺流程简述为：铁水预处理→顶底复吹转炉冶炼→LF炉精炼→圆坯连铸→管坯加热→穿孔→连轧管→定张减径→冷床→锯切→热处理→矫直→探伤；其中：
转炉终点钢水的碳含量0.07%、磷含量0.010%及出钢温度1620℃；LF炉精炼加入Nb、V、Ti合金，精炼末期添加稀土铈铁；
连铸过热度为25℃及拉速控制为0.93m/min；
环形炉各段温度的控制范围如下：
预热Ⅰ段：1020～1080℃；预热Ⅱ段：1120～1180℃；加热Ⅰ段：1200～1270℃；加热Ⅱ段：1240～1285℃；均热Ⅰ段：1240～1295℃；均热Ⅱ段：1250～1285℃；
钢坯在加热炉内加热时间大于3小时，钢坯开轧温度为1280℃；加热好的管坯在连轧管机组轧制成无缝钢管；
轧制后进行热处理：严格控制炉温、加热稳定性，保证正火稳定性；热处理制度为：890±10℃保温40min，出炉空冷；正火后进行带温矫直，对矫直后的钢管逐支进行探伤检测；
生产规格Φ351mm*25mm。
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