低溫低屈強比s355鋼級無縫結構鋼管及生產方法

　　【技術領域】

　　[0001] 本發明屬于冶金工業的無縫鋼管制造技術，涉及一種低溫低屈強比S355鋼級無 縫結構鋼管及生產方法。

　　【背景技術】

　　[0002] 近年來，隨著我國鋼產量的增長及加工能力的不斷增強，結構鋼管在建筑工程、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鋼級的結構鋼管。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生的應力集中，使鋼結構構件 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。從這個 角度出發，屈強比越低就越安全，因此低屈強比是結構用鋼管設計的首要條件。生產低溫低 屈強比S355鋼級無縫結構鋼管主要有三種交貨狀態，一是乳態，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；二是調質態，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，低溫韌性和屈強比可以滿足要求，如 果鋼種設計不合理，強度容易出現較大波動，尤其是對厚壁鋼管，中部性能往往偏低。

　　【發明內容】

　　[0003] 為解決上述技術中存在的問題，本發明的目的是提供一種低溫低屈強比S355鋼 級無縫結構鋼管及生產方法，滿足市場對低溫低屈強比S355鋼級無縫鋼管的需要。通過該 方法制造的無縫結構鋼管強度穩定，低溫性能要遠遠高于EN10210標準規定的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，外表面質量好的特點。

　　[0004] 為實現上述目的，本發明的技術解決方案是提供一種低溫低屈強比S355鋼級 無縫結構鋼管鋼種，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鋼級無縫結構鋼管的生產方法。

　　[0006] 本發明的效果具體表現在：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整C和Mn的含量達到控制CEV的目的，適合生產外徑 < 720mm，壁厚< 40mm低溫低屈強比S355NLH鋼級無縫結構鋼管；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良的低溫韌性和低屈強比，所生產無縫結構鋼管能達到 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] 結合附圖對本發明的低溫低屈強比S355鋼級無縫鋼管及生產方法加以說明。

　　[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、調控敏感性好的優點。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定性，促進貝氏體轉變，從而顯著提高鋼的強度，結合降 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，產生發紋，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，雜質元素微量，0.37 %彡CEV彡0.43%。

　　[0018] 本發明的低溫低屈強比S355鋼級無縫鋼管的生產方法，該方法是通過以下步驟 進行的：煉鋼，包括有電爐或轉爐一LF精煉一VD或RH真空除氣一連鑄；乳管，包括有環形 爐加熱一穿孔一連乳一定徑一據切一矯直一探傷一大規格旋擴或熱擴；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，改善外表面質量；不同外徑壁厚鋼管通過開啟不同數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] 本發明的低溫低屈強比S355鋼級無縫鋼管的生產方法功能是這樣實現的：乳制 S355鋼級無縫結構鋼管的制造方法，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（某些大規格）一正火熱處理一 探傷一噴標一入庫。主要的技術參數如下：

　　[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形加熱爐內加熱，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，某些規格需要經旋擴或者熱擴。

　　[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? 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 終產品性能測試結果如下：

　　[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? 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 產品性能測試結果如下：

　　[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? 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 終產品性能測試結果如下：

　　[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? 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 終產品性能測試結果如下：

　　[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? 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 終產品性能測試結果如下：

　　[0092] (1)拉伸

　　[0096] (3)組織：F+P

　　[0097] ⑷晶粒度：8級。

　　【主權項】

　　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，雜質元素微量，0.37 %彡CEV彡0.43%。2. 根據權利要求1所述的低溫低屈強比S355鋼級無縫鋼管的生產方法，所述方法包括 以下步驟：煉鋼，包括有電爐或轉爐一LF精煉一VD或RH真空除氣一連鑄；乳管，包括有環 形爐加熱一穿孔一連乳一定徑一據切一矯直一探傷一大規格旋擴或熱擴；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 外表面質量；不同外徑壁厚鋼管通過開啟不同數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】本發明提供低溫低屈強比S355鋼級無縫結構鋼管，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，雜質元素微量，0.37％≤CEV≤0.43％。還提供該鋼級無縫鋼管的生產方法。有益效果是無縫鋼管強度穩定，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

　　【申請號】CN201510437682

　　【發明人】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