低溫低屈強比s355鋼級無縫結(jié)構(gòu)鋼管及生產(chǎn)方法

　　【技術領域】

　　[0001] 本發(fā)明屬于冶金工業(yè)的無縫鋼管制造技術，涉及一種低溫低屈強比S355鋼級無 縫結(jié)構(gòu)鋼管及生產(chǎn)方法。

　　【背景技術】

　　[0002] 近年來，隨著我國鋼產(chǎn)量的增長及加工能力的不斷增強，結(jié)構(gòu)鋼管在建筑工程、海 洋工程中的應用范圍得到擴展，對所使用的鋼管性能也提出更高要求，特別是海洋工程領 域需要使用大量耐低溫、屈強比低、強度達到355MPa鋼級的結(jié)構(gòu)鋼管。屈強比是指材料的 屈服強度與抗拉強度的比值。屈強比越低，鋼管從開始塑性變形到最終斷裂所需要的形變 量越大，因而提高了其塑性變形能力，可有效緩解因過載而產(chǎn)生的應力集中，使鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件 吸收較多的能量。反之若屈強比過高則會導致由于局部大變形而造成的超載失穩(wěn)。從這個 角度出發(fā)，屈強比越低就越安全，因此低屈強比是結(jié)構(gòu)用鋼管設計的首要條件。生產(chǎn)低溫低 屈強比S355鋼級無縫結(jié)構(gòu)鋼管主要有三種交貨狀態(tài)，一是乳態(tài)，強度和屈強比可以滿足要 求，但是-50°C低溫沖擊韌性無法滿足要求；二是調(diào)質(zhì)態(tài)，強度和低溫韌性可以滿足要求， 但是通常屈強比> 0. 80,無法滿足要求；三是正火態(tài)，低溫韌性和屈強比可以滿足要求，如 果鋼種設計不合理，強度容易出現(xiàn)較大波動，尤其是對厚壁鋼管，中部性能往往偏低。

　　【發(fā)明內(nèi)容】

　　[0003] 為解決上述技術中存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種低溫低屈強比S355鋼 級無縫結(jié)構(gòu)鋼管及生產(chǎn)方法，滿足市場對低溫低屈強比S355鋼級無縫鋼管的需要。通過該 方法制造的無縫結(jié)構(gòu)鋼管強度穩(wěn)定，低溫性能要遠遠高于EN10210標準規(guī)定的S355NLH鋼 級-50°C縱向全尺寸夏比V型沖擊功彡27J的要求，并且具有屈強比< 0. 77,組織均勻和 晶粒細小，晶粒度多7級，外表面質(zhì)量好的特點。

　　[0004] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術解決方案是提供一種低溫低屈強比S355鋼級 無縫結(jié)構(gòu)鋼管鋼種，鋼種組成元素的重量配比為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%，其余為鐵，雜質(zhì)元素微量，0? 37%

　　[0005] 同時提供一種低溫低屈強比S355鋼級無縫結(jié)構(gòu)鋼管的生產(chǎn)方法。

　　[0006] 本發(fā)明的效果具體表現(xiàn)在：1)采用以碳錳鋼為基礎，輔以釩、鈮微合金化的鋼種 設計，針對不同外徑和壁厚通過調(diào)整C和Mn的含量達到控制CEV的目的，適合生產(chǎn)外徑 < 720mm，壁厚< 40mm低溫低屈強比S355NLH鋼級無縫結(jié)構(gòu)鋼管；2)采用控制乳制技術，控 制鋼管在不同變形階段的變形溫度，環(huán)形爐加熱溫度控制在1240~1280°C，穿孔溫度控制 為1200~1240°C，連乳溫度控制為1050~IKKTC，終乳溫度控制為850~980°C;3)采用 高溫正火熱處理工藝，不同外徑壁厚鋼管通過開啟不同數(shù)量風機達到不同的空冷速度，使 得鋼管獲得均勻組織的同時得到優(yōu)良的低溫韌性和低屈強比，所生產(chǎn)無縫結(jié)構(gòu)鋼管能達到 屈服強度彡355MPa，抗拉強度470~630MPa，-50°C縱向全尺寸夏比V型沖擊功彡80J，屈 強比彡0.77,晶粒度彡7級。

　　【附圖說明】

　　[0007] 圖1為?711X38. 1_S355NLH無縫鋼管500X金相照片；

　　[0008] 圖2為?711X38.ImmS355NLH無縫鋼管晶粒度IOOX金相照片。

　　【具體實施方式】

　　[0009] 結(jié)合附圖對本發(fā)明的低溫低屈強比S355鋼級無縫鋼管及生產(chǎn)方法加以說明。

　　[0010] 科學的鋼種成分配比，針對不同外徑和壁厚通過調(diào)整C和Mn的不同含量達到控制 不同的CEV的目的，采用了V、Nb微合金化技術；采用控制乳制技術，控制鋼管在不同變形階 段的變形溫度；采用高溫正火熱處理工藝結(jié)合不同外徑和壁厚使用不同風冷速度，使得鋼 管獲得均勻組織的同時得到優(yōu)良的低溫韌性和低屈強比。對主要組成成分選取理由如下：

　　[0011] 碳：鋼中最經(jīng)濟、最基本的強化元素，通過固溶強化和析出強化的作用對提高鋼的 強度有明顯的作用，具有成本低、調(diào)控敏感性好的優(yōu)點。此外碳和鋼的強度匹配關系也尤為 重要，因含碳量的高低與鋼的強度成正比關系，但鋼的沖擊韌性則明顯降低。為了兼顧強 度、韌性，把碳含量控制在0. 13~0. 18%之間。

　　[0012] 錳：顯著提高奧氏體的穩(wěn)定性，促進貝氏體轉(zhuǎn)變，從而顯著提高鋼的強度，結(jié)合降 碳可顯著提高韌性。本鋼種把錳含量控制在1. 30~1. 65%之間。

　　[0013] 鈮：是加入的微合金化元素，通過細晶強化和沉淀強化可以提高強度，同時可改善 鋼的低溫沖擊韌性。鈮降低鋼的熱塑性從而增加了含鈮鋼鑄坯的熱裂傾向。綜合考慮，把 鈮含量控制在0. 02~0. 05%之間。

　　[0014] 釩：具有較高的析出強化作用和晶粒細化作用，通過鐵素體沉淀硬化和細化鐵素 體晶粒的提高屈服和抗拉強度。在鈮、釩微合金元素復合使用時，釩是同通過鐵素體中以VC 析出強化來提高鋼的強度。綜合考慮，把釩含量控制在0. 05~0. 12%之間。

　　[0015] 鋁：是脫氧劑，其含量低于0. 005%時不能達到這種效果，但含量過高時，易導致 夾雜物增多，產(chǎn)生發(fā)紋，降低韌性和加工性能，因此將其含量控制在0. 020~0. 060%之間。

　　[0016] 此外，為了控制鋼種的夾雜物，還進行了鈣處理，為了提高鋼的低溫韌性，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，成品氫小于2ppm。

　　[0017] 本發(fā)明的低溫低屈強比S355鋼級無縫鋼管，該無縫鋼管的外徑< 720mm、壁厚 彡40mm;屈服強度彡355MPa，抗拉強度470~630MPa;所述無縫鋼管的鋼種成分的重量 配比為：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%，其余為鐵，雜質(zhì)元素微量，0.37 %彡CEV彡0.43%。

　　[0018] 本發(fā)明的低溫低屈強比S355鋼級無縫鋼管的生產(chǎn)方法，該方法是通過以下步驟 進行的：煉鋼，包括有電爐或轉(zhuǎn)爐一LF精煉一VD或RH真空除氣一連鑄；乳管，包括有環(huán)形 爐加熱一穿孔一連乳一定徑一據(jù)切一矯直一探傷一大規(guī)格旋擴或熱擴；熱處理，包括有正 火熱處理-探傷-噴標-入庫，在上述方法步驟中進行了以下步驟的工藝調(diào)整改進：

　　[0019] 1)按照上述低溫低屈強比S355鋼級無縫鋼管的鋼種成分重量百分比進行配料。

　　[0020] 2)煉鋼：按步驟1)配料為煉鋼原料，VD或RH真空除氣，真空除氣高真空時間不少 于10分鐘；真空除氣后Ca處理，氬氣弱攪拌時間不少于2分鐘；連鑄過程使用末端電磁攪 拌。

　　[0021] 3)乳管：采用控制乳制技術，控制鋼管在不同變形階段的變形溫度，環(huán)形爐加熱 溫度控制在1240~1280°C，穿孔溫度控制為1200~1240°C，連乳溫度控制為1050~ 1100 °C，終乳溫度控制為850~980 °C。

　　[0022] 4)熱處理：正火熱處理，溫度900~960°C，鋼管出高溫爐后開啟高壓水除鱗裝 置，改善外表面質(zhì)量；不同外徑壁厚鋼管通過開啟不同數(shù)量風機達到不同的空冷速度，使得 鋼管獲得屈服強度彡355MPa，抗拉強度470~630MPa，-50°C縱向全尺寸夏比V型沖擊功 彡80J，屈強比彡0? 77,晶粒度彡7級。

　　[0023] 本發(fā)明的低溫低屈強比S355鋼級無縫鋼管的生產(chǎn)方法功能是這樣實現(xiàn)的：乳制 S355鋼級無縫結(jié)構(gòu)鋼管的制造方法，其步驟包括有：按照該無縫鋼管的外徑< 720mm、壁厚 彡40mm;屈服強度彡355MPa，抗拉強度470~630MPa的技術要求，進行該無縫鋼管的鋼種 成分的重量配比的技術方案配料煉鋼一LF精煉一VD或RH真空除氣一連鑄一環(huán)形爐加熱 -穿孔一連乳一定徑一鋸切一矯直一探傷一旋擴或者熱擴（某些大規(guī)格）一正火熱處理一 探傷一噴標一入庫。主要的技術參數(shù)如下：

　　[0024] ①配料冶煉、連鑄

　　[0025] 按上述鋼種組成元素重量成分為：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%，其余為鐵，雜質(zhì)元素微量，控制0? 37%

　　[0026] ②乳管

　　[0027] 檢驗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1240~ 1280°C，穿孔溫度控制為1200~1240°C，連乳溫度控制為1050~1100°C，終乳溫度控制為 830~980°C，冷卻，鋸切，矯直，探傷，某些規(guī)格需要經(jīng)旋擴或者熱擴。

　　[0028] ③熱處理

　　[0029] 采用正火的熱處理工藝，正火溫度為900°C~960°C，采用空冷，不同外徑壁厚鋼 管通過開啟不同數(shù)量風機達到不同的空冷速度，UT探傷。

　　[0030] 所述S355NLH無縫鋼管的力學性能達到的指標如下：

　　[0031]

　　[0032] ?711X38. 1_S355NLH無縫鋼管500X金相照片及晶粒度IOOX金相照片如圖1、 2所示。

　　[0033] 實施例I:?60. 3X11. 07mmS355NLH無縫鋼管

　　[0034] I. 1煉鋼生產(chǎn)? 210mm圓坯成分：

　　[0035]

　　[0036] L2 乳管

　　[0037] 加熱爐爐溫控制為1250°C，穿孔溫度控制為1200°C，連乳溫度控制為1050°C，終 乳溫度控制為860 °C。

　　[0038] 1. 3熱處理

　　[0039] 采用正火的熱處理工藝，正火溫度為930°C，采用空冷，開啟1/2風機，UT探傷，最 終產(chǎn)品性能測試結(jié)果如下：

　　[0040] (1)拉伸

　　[0044] (3)組織：F+P

　　[0045] ⑷晶粒度：8. 5級

　　[0046] 實施例 2 : ? 168. 3X7. 93mmS355NLH無縫鋼管

　　[0047] 2. 1煉鋼生產(chǎn)? 210mm圓坯成分：

　　[0048]

　　[0049] 2. 2 乳管

　　[0050] 加熱爐爐溫控制為1260°C，穿孔溫度控制為1200°C，連乳溫度控制為1050°C，終 乳溫度控制為860 °C。

　　[0051] 2. 3熱處理

　　[0052] 采用正火的熱處理工藝，正火溫度為920°C，采用空冷，開啟1/2風機UT探傷，最終 產(chǎn)品性能測試結(jié)果如下：

　　[0053] (1)拉伸

　　[0057] (3)組織：F+P

　　[0058] ⑷晶粒度：8. 5級

　　[0059] 實施例 3 : ? 323. 9X15. 88mmS355NLH無縫鋼管

　　[0060] 3. 1煉鋼生產(chǎn)? 350mm圓坯成分：

　　[0061]

　　[0062] 3. 2 乳管

　　[0063] 加熱爐爐溫控制為1260°C，穿孔溫度控制為1210°C，連乳溫度控制為1070°C，終 乳溫度控制為880 °C。

　　[0064] 3. 3管加工

　　[0065] 采用正火的熱處理工藝，正火溫度為940°C，采用空冷，開啟2/3風機，UT探傷，最 終產(chǎn)品性能測試結(jié)果如下：

　　[0066] (1)拉伸

　　[0070] (3)組織：F+P

　　[0071] ⑷晶粒度：8. 5級

　　[0072] 實施例 4 :?406. 4X31. 8mmS355NLH無縫鋼管

　　[0073] 4. 1煉鋼生產(chǎn)? 400mm圓坯成分：

　　[0074]

　　[0075] 4. 2 乳管

　　[0076] 加熱爐爐溫控制為1270°C，穿孔溫度控制為1220°C，連乳溫度控制為1080°C，終 乳溫度控制為920 °C。

　　[0077] 4. 3熱處理

　　[0078] 采用正火的熱處理工藝，正火溫度為950°C，采用空冷，風機全部開啟，UT探傷，最 終產(chǎn)品性能測試結(jié)果如下：

　　[0079] (1)拉伸

　　[0083] (3)組織：F+P

　　[0084] ⑷晶粒度：8級

　　[0085] 實施例 5 :?711X38.ImmS355NLH無縫鋼管

　　[0086] 5. 1煉鋼生產(chǎn)? 400mm圓坯成分：

　　[0087]

　　[0088] 5. 2 乳管

　　[0089] 加熱爐爐溫控制為1280°C，穿孔溫度控制為1220°C，連乳溫度控制為1080°C，終 乳溫度控制為950°C，旋擴溫度980°C。

　　[0090] 5. 3熱處理

　　[0091] 采用正火的熱處理工藝，正火溫度為950°C，采用空冷，風機全部開啟，UT探傷，最 終產(chǎn)品性能測試結(jié)果如下：

　　[0092] (1)拉伸

　　[0096] (3)組織：F+P

　　[0097] ⑷晶粒度：8級。

　　【主權(quán)項】

　　1. 一種低溫低屈強比S355鋼級無縫鋼管，其特征是：所述無縫鋼管的外徑< 720mm、 壁厚彡40mm ;屈服強度彡355MPa，抗拉強度470~630MPa ;所述無縫鋼管的鋼種成分的重 量配比為：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%，其余為鐵，雜質(zhì)元素微量，0.37 %彡CEV彡0.43%。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫低屈強比S355鋼級無縫鋼管的生產(chǎn)方法，所述方法包括 以下步驟：煉鋼，包括有電爐或轉(zhuǎn)爐一LF精煉一VD或RH真空除氣一連鑄；乳管，包括有環(huán) 形爐加熱一穿孔一連乳一定徑一據(jù)切一矯直一探傷一大規(guī)格旋擴或熱擴；熱處理，包括有 正火熱處理一探傷一噴標一入庫），所述方法步驟中，其特征是： 1) 按照權(quán)利要求1所述無縫鋼管的鋼種成分的重量百分比配料； 2) 煉鋼：按步驟1)配料為煉鋼原料，VD或RH真空除氣，真空除氣高真空時間不少于10 分鐘；真空除氣后Ca處理，氬氣弱攪拌時間不少于2分鐘；連鑄過程使用末端電磁攪拌； 3) 乳管：采用控制乳制技術，控制鋼管在不同變形階段的變形溫度，環(huán)形爐加熱溫度 控制在1240~1280°C，穿孔溫度控制為1200~1240°C，連乳溫度控制為1050~1100°C， 終乳溫度控制為850~980 °C ; 4) 熱處理：正火熱處理，溫度900~960°C，鋼管出高溫爐后開啟高壓水除鱗裝置，改善 外表面質(zhì)量；不同外徑壁厚鋼管通過開啟不同數(shù)量風機達到不同的空冷速度，使得鋼管獲 得屈服強度彡355MPa，抗拉強度470~630MPa，-50°C縱向全尺寸夏比V型沖擊功彡80J， 屈強比彡0. 77,晶粒度彡7級。

　　【專利摘要】本發(fā)明提供低溫低屈強比S355鋼級無縫結(jié)構(gòu)鋼管，無縫鋼管的外徑≤720mm、壁厚≤40mm；屈服強度≥355MPa，抗拉強度470～630MPa；-50℃縱向全尺寸夏比V型沖擊功≥80J；屈強比≤0.77；晶粒度≥7級；所述無縫鋼管的鋼種成分的重量配比為：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％，其余為鐵，雜質(zhì)元素微量，0.37％≤CEV≤0.43％。還提供該鋼級無縫鋼管的生產(chǎn)方法。有益效果是無縫鋼管強度穩(wěn)定，低溫性能高于EN？10210標準的S355NLH鋼級-50℃縱向全尺寸夏比V型沖擊功≥27J的要求。

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

　　【公開號】CN105088093

　　【申請?zhí)枴緾N201510437682

　　【發(fā)明人】周曉鋒, 張傳友, 劉江成, 邊令喜, 周家祥, 張國柱, 周國帥

　　【申請人】天津鋼管集團股份有限公司

　　【公開日】2015年11月25日

　　【申請日】2015年7月23日