CN116926412A - 一种贝氏体无缝钢管及其制造方法 - Google Patents

一种贝氏体无缝钢管及其制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN116926412A
CN116926412A CN202210322387.7A CN202210322387A CN116926412A CN 116926412 A CN116926412 A CN 116926412A CN 202210322387 A CN202210322387 A CN 202210322387A CN 116926412 A CN116926412 A CN 116926412A
Authority
CN
China
Prior art keywords
seamless steel
bainite
equal
steel pipe
percent
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202210322387.7A
Other languages
English (en)
Inventor
孙文
高展
翟国丽
骆素珍
胡平
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Original Assignee
Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Baoshan Iron and Steel Co Ltd filed Critical Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority to CN202210322387.7A priority Critical patent/CN116926412A/zh
Priority to PCT/CN2023/082152 priority patent/WO2023185506A1/zh
Publication of CN116926412A publication Critical patent/CN116926412A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B19/00—Tube-rolling by rollers arranged outside the work and having their axes not perpendicular to the axis of the work
    • B21B19/02—Tube-rolling by rollers arranged outside the work and having their axes not perpendicular to the axis of the work the axes of the rollers being arranged essentially diagonally to the axis of the work, e.g. "cross" tube-rolling ; Diescher mills, Stiefel disc piercers or Stiefel rotary piercers
    • B21B19/04—Rolling basic material of solid, i.e. non-hollow, structure; Piercing, e.g. rotary piercing mills
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B19/00—Tube-rolling by rollers arranged outside the work and having their axes not perpendicular to the axis of the work
    • B21B19/02—Tube-rolling by rollers arranged outside the work and having their axes not perpendicular to the axis of the work the axes of the rollers being arranged essentially diagonally to the axis of the work, e.g. "cross" tube-rolling ; Diescher mills, Stiefel disc piercers or Stiefel rotary piercers
    • B21B19/06—Rolling hollow basic material, e.g. Assel mills
    • B21B19/10—Finishing, e.g. smoothing, sizing, reeling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B37/00—Control devices or methods specially adapted for metal-rolling mills or the work produced thereby
    • B21B37/74—Temperature control, e.g. by cooling or heating the rolls or the product
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D11/00—Process control or regulation for heat treatments
    • C21D11/005—Process control or regulation for heat treatments for cooling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
    • C21D6/002—Heat treatment of ferrous alloys containing Cr
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
    • C21D6/005—Heat treatment of ferrous alloys containing Mn
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
    • C21D6/008—Heat treatment of ferrous alloys containing Si
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/10—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of tubular bodies
    • C21D8/105—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of tubular bodies of ferrous alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C33/00—Making ferrous alloys
    • C22C33/04—Making ferrous alloys by melting
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/02—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/06—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/32—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with boron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/38—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with more than 1.5% by weight of manganese
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
    • C21D2211/002—Bainite
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20—Recycling

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Heat Treatment Of Steel (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)

Abstract

本发明公开了一种贝氏体无缝钢管，其含有Fe和不可避免的杂质元素，其还含有质量百分含量如下的下述各化学元素：C：0.16～0.18％，Si：0.56～1％，Mn：1.8～2.05％，Cr：0.85～1.25％，Al：0.015～0.04％，B：0.001～0.005％，0＜N≤0.006％，其中Al/N≥3。此外，本发明还公开了上述贝氏体无缝钢管的制造方法，其包括步骤：(1)冶炼和管坯连铸；(2)穿孔和连轧和定径；(3)对定径后的管子进行三段式空气冷却：在500‑850℃范围内，控制冷速为2‑5℃/s范围；冷却至500℃后，控制冷速为5‑15℃/s；冷却至300℃后，进行自然空气冷却。本发明所述的贝氏体无缝钢管可以无需调质热处理，并在轧态或单回火状态获得良好的强韧性匹配。

Description

一种贝氏体无缝钢管及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种钢管及其制造方法，尤其涉及一种无缝钢管及其制造方法。
背景技术
近年来，为了满足市场需求，越来越多的无缝钢管产品开始应用到各行各业中，并起到了十分重要的作用。
研究发现，为了能够制备屈服强度达到80ksi，并兼具有一定韧性的无缝钢管产品，在当前现有技术中，须通过调质热处理工艺对钢管进行处理。
然而，这种调质热处理工艺不仅能耗较高，而且还存在着表面氧化严重，钢管容易在调质过程中发生尺寸恶化、开裂、直度变差等一系列的问题，其并不符合当前的高质量绿色发展方向。
由此，为了解决现有技术中所存在的这种80Ksi钢级无缝钢管需要通过调质热处理才能获得强韧性匹配的问题，本发明期望开发并获得一种新的贝氏体无缝钢管产品，其通过合理的成分匹配及工艺设计，可以无需调质热处理，并在轧态或单回火状态即可获得良好的强韧性匹配。这种新的贝氏体无缝钢管产品的工艺流程短，能耗低，且避免了调质带来的尺寸恶化、表面氧化等系列问题。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种贝氏体无缝钢管，该贝氏体无缝钢管通过合理的成分匹配及工艺设计，可以无需调质热处理，并在轧态或单回火状态即可获得良好的强韧性匹配，其合金成本较低，具有良好的经济性。
为了实现上述目的，本发明提供了一种贝氏体无缝钢管，其含有Fe和不可避免的杂质元素，其还含有质量百分含量如下的下述各化学元素：
C：0.16～0.18％，Si：0.56～1％，Mn：1.8～2.05％，Cr：0.85～1.25％，Al：0.015～0.04％，B：0.001～0.005％，0＜N≤0.006％，其中Al/N≥3。
进一步地，在本发明所述的贝氏体无缝钢管中，其各化学元素质量百分比为：
C：0.16～0.18％，Si：0.56～1％，Mn：1.8～2.05％，Cr：0.85～1.25％，Al：0.015～0.04％，B：0.001～0.005％，0＜N≤0.006％，余量为Fe和不可避免的杂质；其中Al/N≥3。
在上述技术方案中，本发明所述的贝氏体无缝钢管在化学成分设计中，采用了空冷高淬透性的成分设计，其在较宽冷速范围内可获得稳定粒状贝氏体组织，有利于厚壁钢管组织性能的稳定性。
此外，在化学成分设计时，本发明所述的贝氏体无缝钢管中不含Mo、Ni、Nb、V、Ti等贵金属及微合金元素，其采用的是常规的Mn和Cr、B等元素，其具有良好的经济性，合金成本较低。
在本发明所述的贝氏体无缝钢管中，各化学元素的设计原理如下所述：
C：在本发明所述的贝氏体无缝钢管中，C元素是保证钢材强度的重要元素，其添加后可以起到稳定贝氏体组织，提高空冷淬透性的作用。此外，C还可以使CCT曲线右移，钢中添加适量的C元素，能够保证钢材在较低冷速的情况下获得贝氏体组织。如果钢中C元素含量过低，则会导致贝氏体组织不稳定，使钢材的强度和韧性变差；而若钢中C元素含量过高，则也会导致马奥岛数量增加，使钢材的韧性变差。因此，在本发明所述的贝氏体无缝钢管中，将C元素的质量百分含量控制在0.16～0.18％之间。
Si：在本发明所述的贝氏体无缝钢管中，Si元素是铁素体形成元素，也是脱氧元素，其在提高钢水纯净度的同时，还可以抑制碳化物的析出。钢中添加适量的Si元素，不仅可以保证C元素的固溶强化，还可以减少马奥岛数量，细化马岛组织，从而提升钢材的强韧性匹配。当然，Si元素的添加量不宜过低，钢中Si含量过低则起不到相应作用，而钢中Si含量超过1％以后，则对组织无改善。因此，在本发明所述的贝氏体无缝钢管中，将Si元素的质量百分含量控制在0.56～1％之间。
Mn：在本发明所述的贝氏体无缝钢管中，Mn是提高空冷淬透性的重要元素，其相比Mo、Cr、W等元素相比更加廉价易得，且相比其他元素可以更加明显地降低贝氏体组织转变点，从而可以有效细化组织，提高钢材的强韧性。当钢中Mn元素含量低于1.8％时，由于淬透性下降，会形成上贝氏体组织，韧性较差；而当钢中Mn元素含量高于2.05％时，会导致Mn偏析严重，另外Mn还会增加马奥岛数量和尺寸，导致钢材韧性变差。因此，考虑到Mn元素含量对于钢材性能的影响，在本发明所述的贝氏体无缝钢管中，将Mn元素的质量百分含量控制在1.8～2.05％之间。
Cr：在本发明所述的贝氏体无缝钢管中，Cr是提高控冷淬透性的重要元素，其与Mn、B元素复合可以保证在2-5℃/s条件下形成稳定的控冷贝氏体组织，且Cr具有一定的固溶强化作用，其在提高钢材强度的同时，还能够提高材料的抗腐蚀能力，进而提高钢管的适用工况。但需要注意的是，钢中Cr元素的添加量需要适量，钢中Cr含量偏低的话不能保证形成稳定的贝氏体组织，而钢中Cr含量过高则会导致合金的浪费。因此，在本发明所述的贝氏体无缝钢管中，将Cr元素的质量百分含量控制在0.85～1.25％之间。
Al：在本发明所述的贝氏体无缝钢管中，Al是较好的脱氧元素，其可以起到脱氧的作用。但Al元素同样不易添加过多，加入太多Al容易造成氧化铝夹杂，因此需要尽量提高酸溶铝占全铝的比重，并在真空脱气后再适量喂Al丝。基于此，为了发挥Al元素的有益效果，在本发明中，将Al元素的质量百分含量控制在0.015～0.04％之间。
B：在本发明所述的贝氏体无缝钢管中，B元素可以增加钢的淬透性，B与Mn元素的复合添加，能够进一步提高钢材的空冷淬透性，保证形成稳定粒状的贝氏体组织。同时，B元素还可以强化晶界，抑制马奥岛的形成，提高钢材的强韧性匹配。当然，B元素的添加量不宜过低，钢中B元素含量小于0.0015％时，所起到的作用不明显，而钢中B含量太高，则炼钢难以精确控制。因此，为了发挥B元素的有益效果，在本发明所述的贝氏体无缝钢管中，将B元素的质量百分含量控制在0.001～0.005％。
N：在本发明所述的贝氏体无缝钢管中，N元素可与Al形成碳氮化物，并起到一定的强化作用。因此，为了发挥N元素的有益效果，避免其有害效果，在本发明所述的贝氏体无缝钢管中，控制N元素的质量百分含量满足：0＜N≤0.006％。
相应地，在本发明中，在控制单一化学元素的质量百分含量的同时，还需要进一步控制Al元素和N元素的质量百分含量满足：Al/N≥3。控制Al元素和N元素的质量百分含量满足这一关系式的目的是：保证酸溶铝含量，可以充分与N元素结合，从而防止N与B结合形成脆性低熔点相，以保证B元素对钢材淬透性的提升效果，防止晶界脆化。
此外，需要说明的是，本发明中，钢中并未添加Ti元素，其并未采用Ti元素进行脱N，避免了Ti元素形成粗大的碳化物，并与夹杂物复合导致冲击韧性变差的问题。
进一步地，在本发明所述的贝氏体无缝钢管中，在不可避免的杂质中，S≤0.01％，P≤0.005％。
在本发明所述的贝氏体无缝钢管中，P元素和S元素均为无缝钢管中的杂质元素，在技术条件允许情况下，为了获得性能更好且质量更优的无缝钢管，应尽可能降低无缝钢管中杂质元素的含量。
在本发明中，当杂质元素P含量过高时，P会偏聚晶界，脆化晶界，从而严重恶化钢材的韧性。而当杂质元素S含量过高时，则会导致钢中夹杂物含量增多，对钢材的低温韧性不利。因此，在本发明中，必须严格地控制钢中P、S元素含量，控制S元素的质量百分含量满足：S≤0.01％，控制P元素的质量百分含量满足：P≤0.005％。
进一步地，在本发明所述的贝氏体无缝钢管中，其轧态性能满足：屈服强度为552-758MPa，抗拉强度≥980MPa，纵向冲击韧性≥40J，屈强比为0.6-0.75，延伸率为12-15％，贝氏体无缝钢管外壁在壁厚方向1-2mm范围内局部残余应力≤200MPa，管体整体残余应力≤100MPa。
进一步地，在本发明所述的贝氏体无缝钢管中，当其在200-350℃温度下回火后：其屈服强度为650-860MPa，抗拉强度≥980MPa，纵向冲击韧性≥60J，屈强比为0.7-0.83。
进一步地，在本发明所述的贝氏体无缝钢管中，当其在400-460℃温度下回火后：其屈服强度为650-860MPa，抗拉强度≥980MPa。
相应地，本发明的另一目的在于提供上述的贝氏体无缝钢管的制造方法，该制造方法并未采用调质热处理工艺，其工艺流程短且能耗低，避免了调质带来的尺寸恶化、表面氧化等系列问题。采用该制造方法制得的贝氏体无缝钢管产品在轧态或单回火状态即可获得良好的强韧性匹配，具有良好的应用前景。
为了实现上述目的，本发明提出了上述的贝氏体无缝钢管的制造方法，其包括步骤：
(1)冶炼和管坯连铸；
(2)穿孔和连轧和定径；
(3)对定径后的管子进行三段式空气冷却：在500-850℃范围内，控制冷速为2-5℃/s范围；冷却至500℃后，控制冷速为5-15℃/s；冷却至300℃后，进行自然空气冷却。
在本发明所述的贝氏体无缝钢管的制造方法中，发明人对定径后的管子进行了三段式冷却控制，并对此三段式空气冷却工艺进行了优化设计。采用该三段式空气冷却工艺，能够有效地防止贝氏体无缝钢管外壁表面与中心、内壁转变不同步的问题，其可以避免因管体外壁在壁厚方向1-2mm范围内局部残余应力过大而导致的外表纵向开裂问题。
此外，这种三段冷却控制工艺还能够将组织转变控制在稳定的贝氏体相变区间，以保证贝氏体无缝钢管的整体组织和强韧性匹配，同时防止了管体宏观残余应力较大问题，保证了贝氏体无缝钢管在后续使用时的性能。
在本发明所述的步骤(3)中，在第一段空气冷却过程中，在500-850℃范围内，需控制冷速在2-5℃/s范围。这是因为：在此冷速范围，可保证不提前发生铁素体相变，保证了过冷奥氏体在500℃以下再发生稳定的贝氏体相变；同时采用此冷速控制，可以防止贝氏体无缝钢管外壁在壁厚方向1-2mm范围内冷速与管体其他位置差异太大，从而避免产生相变不同步的问题，防止贝氏体无缝钢管外壁在壁厚方向1-2mm位置残余应力过大。
当贝氏体无缝钢管外壁在壁厚方向1-2mm位置残余应力过大时，会导致钢管外表的缺陷容错性差，且亦会在使用过程中导致管体外壁在壁厚方向1-2mm位置发生开裂。因此，基于本发明的这种设计，可以合理地控制钢管外壁在壁厚方向1-2mm范围内的局部残余应力，并将其控制为≤200MPa。
相应地，在第二段空气冷却过程中，在冷却至500℃后，需控制冷速5-15℃/s。这是因为：此冷速可提高过冷奥氏体稳定性，保证贝氏体在较低温度发生组织转变，形成稳定性细小的贝氏体组织，减小马奥岛的尺寸，从而保证强韧性匹配。同时，控制在该冷速内，可以有效控制冷却相变过程中热应力和相变应力的相互抵消，进而降低最终残余应力，提高产品抗变形能力。
而在第三段冷却过程中，在冷却至300℃后，再进行自然空气冷却，这是因为：冷却达到300℃后，贝氏体变相已经结束，利用余热可进行自回火进一步提升强韧性，同时减少贝氏体无缝钢管的管体整体残余应力水平。
综上所述，在本发明所制备的这种贝氏体无缝钢管产品中，通过三段式空气冷却工艺的控制，保证了贝氏体无缝钢管外壁在壁厚方向1-2mm范围内的局部残余应力≤200MPa，管体整体残余应力≤100MPa，其不仅提升了钢管外表对缺陷的容错，而且提升了管体在后续使用过程中表面划伤后对裂纹扩展的抵抗力，同时提升了管体在使用过程中的整体性能和使用寿命。
进一步地，在本发明所述的制造方法中，在步骤(1)中，冶炼时采用废钢+高炉铁水的配料方案，其中高炉铁水的质量百分比为50-60％。
在本发明所述的制造方法中，在所述步骤(1)的冶炼过程中，可以采用废钢+高炉铁水的配料方案，并控制高炉铁水比例为50-60％，钢水可以经过电炉冶炼，通过炉外精炼、真空脱气和氩气搅拌后，经过Ca处理进行夹杂物变性，降低O和H元素含量。而在步骤(1)的管坯连铸过程中，合金浇铸成圆坯，连铸过程中控制钢水过热度低于30℃，连铸拉速为1.8-2.2m/min，可以降低成分偏析。
进一步地，在本发明所述的制造方法中，在步骤(1)中，连铸过程中控制钢水过热度低于30℃，连铸拉速为1.8-2.2m/min。
进一步地，在本发明所述的制造方法中，在步骤(2)中，将连铸圆坯冷却后在1240-1300℃的环形加热炉内加热，加热时间3-6小时。
进一步地，在本发明所述的制造方法中，在步骤(2)中，加热后进行穿孔，穿孔温度为1180-1240℃，穿孔后进行连轧，连轧温度为1000℃-1100℃。
进一步地，在本发明所述的制造方法中，在步骤(2)中，连轧后管体自然冷却，然后在再加热炉加热至950-980℃，然后出炉进行定径，定径温度为850-950℃。
进一步地，在本发明所述的制造方法中，还包括步骤(4)：回火，其中回火温度为200-350℃或者400-460℃。
在一些优选的实施方式中，基于上述步骤(1)-(3)所或的轧态的贝氏体无缝钢管，操作人员还可以进行回火处理，回火处理后所得的贝氏体无缝钢管同样具备良好的强韧性匹配。
相较于现有技术，本发明所述的贝氏体无缝钢管及其制造方法具有如下所述的优点以及有益效果：
本发明开发了一种新的贝氏体无缝钢管产品，其通过合理的成分匹配及工艺设计，可以无需调质热处理，并在轧态或单回火状态即可获得良好的强韧性匹配，其工艺流程短，能耗低，且避免了调质带来的尺寸恶化、表面氧化等系列问题。
在化学成分设计时，发明人具体采用了空冷高淬透性的成分设计，其在较宽冷速范围内可获得稳定粒状贝氏体组织，有利于厚壁钢管组织性能稳定性。此外，在化学元素成分设计中，本发明无缝钢管并不含Mo、Ni、Nb、V、Ti等贵金属及微合金元素，其采用的是常规Mn和Cr、B等元素的合理设计，其合金成本低，具有良好的经济性。
相应地，本发明在制造工艺中，还设计了轧后空冷不同阶段的工艺控制，其在定径后对管子进行三段式空气冷却控制，此三段式空气冷却工艺有效地防止了钢管外壁表面与中心、内壁转变不同步问题，避免了因管体外壁在壁厚方向1-2mm范围内局部残余应力过大而导致的外表纵向开裂问题。此外，这种三段冷却控制工艺还能够将组织转变控制在稳定的贝氏体相变区间，以保证贝氏体无缝钢管的整体组织和强韧性匹配，同时防止了管体宏观残余应力较大问题，保证了后续使用性能。
本发明所开发的贝氏体无缝钢管产品在轧态及单回火状态下均具备良好的强韧性匹配，其在轧态时，屈服强度为552-758MPa，抗拉强度≥980MPa，纵向冲击韧性≥40J，屈强比为0.6-0.75，贝氏体无缝钢管外壁在壁厚方向1-2mm范围内局部残余应力≤200MPa，管体整体残余应力≤100MPa。这种轧态的贝氏体无缝钢管在200-350℃温度下经过单回火处理后，其屈服强度提升至650-860MPa，抗拉强度≥980MPa，纵向冲击韧性≥60J，屈强比达到0.7-0.83，此时具备最佳的强韧性匹配。
此外，这种这种轧态的贝氏体无缝钢管产品在400-460℃温度下经过单回火处理后，强度亦可满足要求，但存在明显回火脆性，此时纵向冲击韧性≤20J。
具体实施方式
下面将结合具体的实施例对本发明所述的贝氏体无缝钢管及其制造方法做进一步的解释和说明，然而该解释和说明并不对本发明的技术方案构成不当限定。
实施例1-6和对比例1-9
本发明所述实施例1-6的贝氏体无缝钢管和对比例1-9的无缝钢管均采用以下步骤制得：
(1)按照表1所示的化学成分进行冶炼和管坯连铸：采用废钢+高炉铁水的配料方案，并控制高炉铁水的质量百分比为50-60％，钢水经电炉冶炼，通过炉外精炼、真空脱气和氩气搅拌后，经过Ca处理进行夹杂物变性，降低O、H含量。而后在管坯连铸过程中，控制钢水过热度低于30℃，控制连铸拉速为1.8-2.2m/min。
(2)穿孔和连轧和定径：将获得的连铸圆坯冷却后，输入到环形加热炉内加热，控制连铸圆坯在1240-1300℃的环形炉内均热，加热时间3-6小时。加热后进行穿孔，穿孔温度为1180-1240℃，穿孔后进行连轧，连轧温度为1000℃-1100℃；连轧后管体自然冷却30S，然后输入进再加热炉加热至950-980℃，而后出炉进行定径，控制定径温度为850-950℃。
(3)对定径后的管子进行三段式空气冷却：在500-850℃范围内，控制冷速为2-5℃/s范围；冷却至500℃后，控制冷速为5-15℃/s；冷却至300℃后，进行自然空气冷却。
需要说明的是，本发明所述实施例1-6的贝氏体无缝钢管的化学元素成分和相关工艺设计均满足本发明设计规范要求。而对比例1-9的无缝钢管虽然也采用上述工艺步骤制得，但其化学元素成分和/或相关工艺参数存在不符合本发明设计的参数。
表1列出了实施例1-6的贝氏体无缝钢管和对比例1-9的无缝钢管中各化学元素质量百分比。
表1.(余量为Fe和除P、S以外其他的不可避免的杂质)
表2-1和表2-2列出了实施例1-6的贝氏体无缝钢管和对比例1-9无缝钢管的制造方法在上述工艺步骤中的具体工艺参数。
表2-1.
表2-2.
从上述表1、表2-1和表2-2不难看出，在本发明中，对比例1的C元素含量较之设计要求更低；对比例2的Mn元素含量较之设计要求更低；对比例3的Cr元素含量较之设计要求更低；对比例4的C元素含量较之设计要求更高，对比例5的Al/N比值小于3；对比例6的无缝钢管在定径后第一段冷却速率较之设计要求更低；对比例7的无缝钢管在定径后第一段冷却速率较之设计要求更高，对比例8的无缝钢管在定径后第二段冷却速率较之设计要求更低，对比例9的无缝钢管在定径后第二段冷却速率较之设计要求更高。
将得到的成品实施例1-6的贝氏体无缝钢管和对比例1-9无缝钢管分别取样，并进行各项性能测试，所得的测试结果列于表3中。
相关性能检测手段如下所述：
(1)拉伸试验：按照GB/T 228.1金属材料拉伸试验，测试获得各实施例和对比例的无缝钢管在室温下的屈服强度、抗拉强度、屈强比和延伸率数值。其中，屈强比＝屈服强度/抗拉强度。
(2)冲击试验：按照GB/T 229金属材料夏比摆锤冲击试验，测试获得各实施例和对比例的无缝钢管在室温下的纵向冲击韧性。
(3)残余应力测试：残余应力按ISO/TR 10400标准测量，以获得各实施例和对比例的无缝钢管的管体整体残余应力以及无缝钢管外壁在壁厚方向1-2mm范围内局部残余应力。
表3列出了实施例1-6的贝氏体无缝钢管和对比例1-9无缝钢管的性能测试结果。
表3.
由表3可以看出，相较于对比例1-9的无缝钢管，本发明所述实施例1-6的贝氏体无缝钢管的综合性能明显更优。
参阅表3可知，在完成本发明所述制造方法的步骤(1)-(3)后，所获得的轧态的实施例1-6的贝氏体无缝钢管具有优异的力学性能，其强韧性匹配良好，其屈服强度在560-745MPa之间，抗拉强度在980-1030MPa之间，屈强比在0.61-0.74之间，延伸率在12-15％，其室温纵向冲击韧性在65-95J之间。
相应地，实施例1-6的这种轧态贝氏体无缝钢管在后续使用过程中，在表面划伤后，对裂纹扩展，还具备优异的抵抗力，其管体整体残余应力在20-90MPa之间，其外壁在壁厚方向1-2mm范围内局部残余应力在80-120MPa之间。
在完成对上述实施例1-6的轧态的贝氏体无缝钢管的分析后，本发明所获得的这种贝氏体无缝钢管在后续经过回火处理后，同样具备有良好的强韧性匹配。在本发明中，轧态的贝氏体无缝钢管在200-350℃温度下经过回火处理后，屈服强度会提升50-100MPa，抗拉强度会稍提升，屈强比达到0.73-0.83范围，纵向冲击韧性≥60J，此时具备最佳的强韧性匹配。相应地，轧态的贝氏体无缝钢管在400-460℃温度下经过回火处理后，强度亦可满足要求，但存在明显回火脆性，此时纵向冲击韧性≤20J。
在本发明中，以实施例1的轧态的贝氏体无缝钢管为例，对经过上述步骤(1)-(3)所制备的贝氏体无缝钢管进一步进行步骤(4)：回火处理。
将实施例1的轧态贝氏体无缝钢管取样，并分类成5组，对这5组分别以不同的回火温度(200℃、300℃、350℃、400℃、460℃)进行回火处理。
完成上述回火处理后，将完成回火处理的这五组贝氏体无缝钢管分别取样，并对五组样品本别进行拉伸试验和冲击试验，以获得各组回火态的贝氏体无缝钢管的屈服强度、抗拉强度、屈强比、纵向冲击韧性和延伸率，并将测试结果列于下述表4之中。相关拉伸试验和冲击试验的实验手段同上述表3，此处不再赘述。
表4列出了实施例1的轧态贝氏体无缝钢管以及其经过五种不同回火温度进行回火处理后的回火态贝氏体无缝钢管的力学性能。
表4.
如表4所示，以实施例1的轧态贝氏体无缝钢管为例，将其在200-350℃温度下进行回火处理后，屈服强度得到了较大提升，抗拉强度稍提升。在200-350℃温度进行回火处理后，实施例1的回火态的贝氏体无缝钢管具有良好的强韧性匹配，其屈服强度在825-845MPa之间，抗拉强度在1050-1153MPa之间，屈强比达到0.73-0.79范围，延伸率在13-14％之间，纵向冲击韧性在82-90J之间，此时具备最佳的强韧性匹配。
以实施例1的轧态贝氏体无缝钢管为例，将其在400-460℃温度进行回火处理后，其强度亦可满足要求，但存在明显回火脆性，此时纵向冲击韧性在15-19J之间。
综上所述可以看出，在本发明中，发明人所设计的贝氏体无缝钢管通过合理的成分匹配及工艺设计，可以无需调质热处理，并在轧态或单回火状态即可获得良好的强韧性匹配，其工艺流程短，能耗低，且能够有效避免调质带来的尺寸恶化、表面氧化等系列问题。
需要说明的是，本案中各技术特征的组合方式并不限本案权利要求中所记载的组合方式或是具体实施例所记载的组合方式，本案记载的所有技术特征可以以任何方式进行自由组合或结合，除非相互之间产生矛盾。
还需要注意的是，以上所列举的实施例仅为本发明的具体实施例。显然本发明不局限于以上实施例，随之做出的类似变化或变形是本领域技术人员能从本发明公开的内容直接得出或者很容易便联想到的，均应属于本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种贝氏体无缝钢管，其含有Fe和不可避免的杂质元素，其特征在于，其还含有质量百分含量如下的下述各化学元素：
C：0.16～0.18％，Si：0.56～1％，Mn：1.8～2.05％，Cr：0.85～1.25％，Al：0.015～0.04％，B：0.001～0.005％，0＜N≤0.006％，其中Al/N≥3。
2.如权利要求1所述的贝氏体无缝钢管，其特征在于，其各化学元素质量百分比为：
C：0.16～0.18％，Si：0.56～1％，Mn：1.8～2.05％，Cr：0.85～1.25％，Al：0.015～0.04％，B：0.001～0.005％，0＜N≤0.006％，余量为Fe和不可避免的杂质；其中Al/N≥3。
3.如权利要求1或2所述的贝氏体无缝钢管，其特征在于，在不可避免的杂质中，S≤0.01％，P≤0.005％。
4.如权利要求1或2所述的贝氏体无缝钢管，其特征在于，其轧态性能满足：屈服强度为552-758MPa，抗拉强度≥980MPa，纵向冲击韧性≥40J，屈强比为0.6-0.75，延伸率为12-15％，贝氏体无缝钢管外壁在壁厚方向1-2mm范围内局部残余应力≤200MPa，管体整体残余应力≤100MPa。
5.如权利要求5所述的贝氏体无缝钢管，其特征在于，当其在200-350℃温度下回火后：其屈服强度为650-860MPa，抗拉强度≥980MPa，纵向冲击韧性≥60J，屈强比为0.7-0.83。
6.如权利要求5所述的贝氏体无缝钢管，其特征在于，当其在400-460℃温度下回火后：其屈服强度为650-860MPa，抗拉强度≥980MPa。
7.一种如权利要求1-4中任意一项所述的贝氏体无缝钢管的制造方法，其特征在于，包括步骤：
(1)冶炼和管坯连铸；
(2)穿孔和连轧和定径；
(3)对定径后的管子进行三段式空气冷却：在500-850℃范围内，控制冷速为2-5℃/s范围；冷却至500℃后，控制冷速为5-15℃/s；冷却至300℃后，进行自然空气冷却。
8.如权利要求7所述的制造方法，其特征在于，在步骤(1)中，冶炼时采用废钢+高炉铁水的配料方案，其中高炉铁水的质量百分比为50-60％。
9.如权利要求7所述的制造方法，其特征在于，在步骤(1)中，连铸过程中控制钢水过热度低于30℃，连铸拉速为1.8-2.2m/min。
10.如权利要求7所述的制造方法，其特征在于，在步骤(2)中，将连铸圆坯冷却后在1240-1300℃的环形加热炉内加热，加热时间3-6小时。
11.如权利要求7所述的制造方法，其特征在于，在步骤(2)中，加热后进行穿孔，穿孔温度为1180-1240℃，穿孔后进行连轧，连轧温度为1000℃-1100℃。
12.如权利要求7所述的制造方法，其特征在于，在步骤(2)中，连轧后管体自然冷却，然后在再加热炉加热至950-980℃，然后出炉进行定径，定径温度为850-950℃。
13.如权利要求7所述的制造方法，其特征在于，还包括步骤(4)：回火，其中回火温度为200-350℃或者400-460℃。
CN202210322387.7A 2022-03-29 2022-03-29 一种贝氏体无缝钢管及其制造方法 Pending CN116926412A (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210322387.7A CN116926412A (zh) 2022-03-29 2022-03-29 一种贝氏体无缝钢管及其制造方法
PCT/CN2023/082152 WO2023185506A1 (zh) 2022-03-29 2023-03-17 一种贝氏体无缝钢管及其制造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210322387.7A CN116926412A (zh) 2022-03-29 2022-03-29 一种贝氏体无缝钢管及其制造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116926412A true CN116926412A (zh) 2023-10-24

Family

ID=88199062

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210322387.7A Pending CN116926412A (zh) 2022-03-29 2022-03-29 一种贝氏体无缝钢管及其制造方法

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN116926412A (zh)
WO (1) WO2023185506A1 (zh)

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09170047A (ja) * 1995-12-16 1997-06-30 Daido Steel Co Ltd 高強度−高靱性ベイナイト型非調質鋼及びその製造方法
JP3827106B2 (ja) * 1997-03-31 2006-09-27 日新製鋼株式会社 プレス成形性および衝撃特性に優れた高強度熱延鋼板の製造方法
CN1116432C (zh) * 2001-06-26 2003-07-30 宝山钢铁股份有限公司 低碳微合金化贝氏体铁素体钢及其制造方法
CN1194113C (zh) * 2003-04-30 2005-03-23 清华大学 锰－硅－硌系空冷粒状贝氏体与铁素体复相钢
CN101220441A (zh) * 2005-04-18 2008-07-16 河南省强力机械有限公司 准贝氏体钢及其在铁路行业中的应用
JP4967356B2 (ja) * 2006-01-31 2012-07-04 Ｊｆｅスチール株式会社 高強度継目無鋼管およびその製造方法
CN105907937A (zh) * 2016-04-26 2016-08-31 宝山钢铁股份有限公司 一种贝氏体型高强度无缝钢管的制造方法和贝氏体型高强度无缝钢管
WO2019180492A1 (en) * 2018-03-23 2019-09-26 Arcelormittal Forged part of bainitic steel and a method of manufacturing thereof
CN114107785B (zh) * 2020-08-27 2022-10-21 宝山钢铁股份有限公司 一种具有超高屈强比的吉帕级贝氏体钢及其制造方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2023185506A1 (zh) 2023-10-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108220766B (zh) 一种Cr-V系热作模具钢及其制备方法
CN102517522B (zh) 液压件用钢及其制造方法
CN102181806B (zh) 一种加氢设备用大厚度铬钼钢板及其生产方法
CN104694822A (zh) 一种屈服强度700MPa级高强度热轧钢板及其制造方法
CN114672723B (zh) 一种胀断连杆用46MnVS系列钢及其制造方法
CN102400036A (zh) 一种高延伸率和高扩孔率的孪晶诱发塑性钢及其制造方法
CN110541119A (zh) 一种低膨胀铁镍合金及其制造方法
CN114855082B (zh) 一种稀土元素提高热轧u75v钢轨低温韧性制造方法
WO2021057954A9 (zh) 一种合金结构用钢及其制造方法
CN103882301B (zh) J55级低成本电阻焊石油套管用钢及其制造方法
CN114351060A (zh) 热轧钢带及其制备方法和在双金属带锯背材中的应用
CN113373370B (zh) 一种1100MPa级桥壳钢及其制造方法
CN102418047A (zh) 一种非调质处理耐疲劳的钢板及其制造方法
CN115896634B (zh) 一种耐高温有色金属压铸成型模具钢材料及其制备方法
CN115125457B (zh) 一种连铸大圆坯生产的耐-50℃低温石化热交换器管板用钢及其制造方法
CN104862572A (zh) 一种高强度高延伸率的高合金钢及其制造方法
CN110055476B (zh) 一种冷冲压式螺母一次成型模具用低磷硫稀土合金钢及其制备方法
CN116926412A (zh) 一种贝氏体无缝钢管及其制造方法
CN107326282B (zh) 600MPa级高屈强比热轧高强轻质钢及其制造方法
CN117265377A (zh) 一种110ksi强度级别无缝钢管及其制造方法
CN115679194B (zh) 一种塑料模具钢板及其制造方法
CN114959439B (zh) 一种高强韧贝氏体地质钻探管及其制造方法
CN115852241B (zh) 一种高均质高淬透性风电螺栓用钢、棒材及其制造方法
CN114318129B (zh) 一种890MPa级易焊接无缝钢管及其制造方法
CN114164373B (zh) 一种Nb微合金化双相不锈钢及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination