CN107338396A - 高淬透性储气库用无缝钢管及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高淬透性储气库用无缝钢管及其生产方法。所述无缝钢管化学成分按照重量百分比计包括：C 0.29～0.31；Si 0.25～0.30；Mn 1.15～1.30；Cr 0.5～0.6；Mo 0.15～0.20；P≤0.015；S≤0.010；Al 0.015～0.025；Ti 0.02～0.04；其余为Fe。本发明通过设计合理的化学成分、冶炼连铸工艺、轧制工艺及热处理工艺使得材料具有较高淬透性、均匀稳定的显微组织、高强高韧、良好的强韧性匹配，本发明提供的高淬透性储气库用管的制备工艺及方法，生产效率高成本低，经济效益好，具有良好的推广价值。

Description

高淬透性储气库用无缝钢管及其生产方法

技术领域

本发明涉及冶金材料技术领域，特别涉及一种高淬透性储气库用无缝钢管及其生产方法。

背景技术

地下储气库是将天然气重新注入地下空间而形成的一种人工气田或气藏，其目的在于天然气消费调峰及国家战略储备，优点在于储存量大，机动性强，虽然造价高，但是经久耐用，使用年限长达30～50年或更长，安全系数大，安全性远远高于地面设施。考虑到储气库的特殊工况，储气库用管需要高的抗压抗挤能力，同时还需要较高的抗蠕变性能及循环疲劳强度，为达到以上技术要求，需要产品经过热处理后有良好的综合机械性能，而稳定的组织是保证材料性能的必要手段。作为调质处理钢，要想获得稳定的组织，需要材料有良好的淬透性，淬火后获得较为单一的马氏体，通过高温回火获得索氏体组织。近年来，随着国家经济的高速发展和对能源需求的日益增长，地下储气库将在中国的油气消费、油气安全领域发挥更加重要的作用。因此，储气库用管的设计与制造，将为储气库开发与维护运行保驾护航。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种高淬透性储气库用无缝钢管及其生产方法。

本发明提供一种高淬透性储气库用无缝钢管，其化学成分按照重量百分比计包括：C 0.29～0.31；Si 0.25～0.30；Mn 1.15～1.30；Cr 0.5～0.6；Mo 0.15～0.20；P≤0.015；S≤0.010；Al 0.015～0.025；Ti 0.02～0.04；其余为Fe。

本发明还提供一种上述高淬透性储气库用无缝钢管的生产方法，其依次包括：冶炼连铸，穿孔轧制和热处理；

所述冶炼连铸依次包括：准备铁水，铁水预处理，转炉冶炼，LF精炼，VD脱气，圆坯连铸；

所述穿孔轧制依次包括：圆坯锯切，加热，定心，穿孔，轧管，张力减径，冷却，切头尾，矫直，检查；其中，圆坯穿孔时温度为1220～1250℃；轧管时温度为1110～1150℃；定张减时温度为810～860℃。

所述热处理包括：淬火和回火；其中，淬火温度为900℃±10℃，保温50～60分钟；回火温度为690℃±10℃，保温80～90分钟。

进一步地，所述冶炼连铸工序中：

硅锰、锰铁、铬铁、钼铁及钛铁在加入之前进行脱氧合金化；

转炉终点控制目标：C≥0.06％，P≤0.015％；

采用单渣工艺冶炼，出钢前加入300KG白灰造渣，终渣碱度≥3.0；

VD深真空度目标值≤0.06Kpa，深真空时间≥15分钟，软吹Ar不小于15分钟；

连铸过程采用电磁搅拌工艺，坯型为Φ210mm，恒定拉速控制在1.6M/min，钢水过热度ΔT≤30℃，采用堆垛方式进行冷却，同时应避开风口。

本发明提供一种高淬透性储气库用无缝钢管及其生产方法，通过设计合理的化学成分、冶炼连铸工艺、轧制工艺及热处理工艺使得材料具有较高淬透性、均匀稳定的显微组织、高强高韧、良好的强韧性匹配，本发明提供的高淬透性储气库用管的制备工艺及方法，生产效率高成本低，经济效益好，具有良好的推广价值。实验证明，采用本发明提供的生产方法，使得材料淬火后90％马氏体淬透层深度达到20mm以上，通过冶炼连铸、穿孔轧制、调质工艺生产出屈服强度高达110psi以上、0℃实验环境下V型全尺寸(其他尺寸根据标准换算为全尺寸)冲击韧性高于100J的储气库用管。

具体实施方式

本发明公开了一种高淬透性储气库用无缝钢管及其生产方法，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。

从市场需求与工况使用条件出发，本发明结合各元素在材料中的作用设计了合理的化学成分，使得材料淬火后90％马氏体淬透层深度达到15mm以上，通过冶炼连铸、轧制、调质工艺生产出屈服强度高达110psi以上、0℃实验环境下V型全尺寸(其他尺寸根据标准换算为全尺寸)冲击韧性高于100J的储气库用管。

本发明提供一种高淬透性储气库用无缝钢管，其化学成分按照重量百分比计包括：C 0.29～0.31；Si 0.25～0.30；Mn 1.15～1.30；Cr 0.5～0.6；Mo 0.15～0.20；P≤0.015；S≤0.010；Al 0.015～0.025；Ti 0.02～0.04；其余为Fe。

对于该无缝钢管的化学成分，碳是提高强度及淬透性最有效的元素，但碳过高对材料的韧性不利，而且碳高易引起淬火变形及开裂；硅作为还原剂和脱氧剂，硅能显著提高钢的屈服点和抗拉强度，但硅能促使铸钢中的柱状晶成长，降低塑性，硅易使钢中形成带状组织，降低横纵冲击比；锰是提高淬透性最有效的合金元素，但锰属于过热敏感性大的元素，同时锰对抗氧化性有不利的影响；磷虽然能提高钢的强度和硬度，最大的害处是偏析严重，增加回火脆性，显著降低钢的塑性和韧性，致使钢在冷加工时容易脆裂；硫使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在轧制时造成裂纹；能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。铬和锰同时加入钢中，可急剧提高钢的淬透性并具有一定的抗回火性，铬能在钢的表面形成致密的钝化膜，具有抗腐蚀性及抗氧化性；钼能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在高温时保持足够的强度。在调质钢中，钼能提高钢的抗回火性或回火稳定性，使零件可以在较高温度下回火，从而更有效地消除残余应力，提高塑性，钛有明显的细晶强化作用，与钢液中的氮结合形成氮化钛，有一定的固氮作用。

相应的，本发明还提供一种上述高淬透性储气库用无缝钢管的生产方法，其依次包括：冶炼连铸，穿孔轧制和热处理；

所述冶炼连铸依次包括：准备铁水，铁水预处理，转炉冶炼，LF精炼，VD脱气，圆坯连铸；

所述穿孔轧制依次包括：圆坯锯切，加热，定心，穿孔，轧管，张力减径，冷却，切头尾，矫直，检查；其中，圆坯穿孔时温度为1220～1250℃；轧管时温度为1110～1150℃；定张减时温度为810～860℃。

所述热处理包括：淬火和回火；其中，淬火温度为900℃±10℃，保温50～60分钟；回火温度为690℃±10℃，保温80～90分钟。

作为本发明的优选方案，所述炼铁工序中：

硅锰、锰铁、铬铁、钼铁及钛铁在加入之前进行脱氧合金化；其作用在不抑制材料中气体含量；

转炉终点控制目标：C≥0.06％，P≤0.015％；

采用单渣工艺冶炼，出钢前加入300KG白灰造渣，终渣碱度≥3.0；进一步地，为保证材料的洁净度，出钢时进行挡渣，若挡渣失败则进行扒渣；

进一步地，在LF精炼环节中，根据转炉钢水成分及温度进行造渣脱硫、成分调整及升温操作

VD深真空度目标值≤0.06Kpa，深真空时间≥15分钟，软吹Ar不小于15分钟；其作用在于保证材料中较低的气体含量；

连铸过程采用电磁搅拌工艺，坯型为Φ210mm，恒定拉速控制在1.6M/min，钢水过热度ΔT≤30℃，采用堆垛方式进行冷却，同时应避开风口。

本发明提供一种高淬透性储气库用无缝钢管及其生产方法，通过设计合理的化学成分、冶炼连铸工艺、轧制工艺及热处理工艺使得材料具有较高淬透性、均匀稳定的显微组织、高强高韧、良好的强韧性匹配，本发明提供的高淬透性储气库用管的制备工艺及方法，生产效率高成本低，经济效益好，具有良好的推广价值。

下面结合实施例，进一步阐述本发明：

实施例1-6

钢材的冶炼连铸生产工艺为：铁水→铁水预处理→转炉冶炼→LF精炼→VD真空脱气→圆坯连铸

转炉采用脱硫铁水冶炼，硅锰、锰铁、铬铁、钼铁加入前脱氧合金化，加入量根据其收得率、铁合金中合金含量、钢材中成分设计含量要求计算得出，真空度目标值≤0.06KPa，深真空时间≥15min，过冷度ΔT≤30℃。各实例化学成分如表1所示。

表1各实施例成分(质量百分数/％)

穿孔轧制工艺：圆坯→锯切→加热→穿孔→轧管→张力减径→冷却→切头尾→矫直→检查→中间库。其圆坯穿孔时温度为1250～1280℃；轧管时温度为1160～1180℃；定张减时温度为780～840℃。应用Ф159mmPQF机组轧制规格为Φ139.7mm×10.54mm的无缝钢管。

热处理工艺为：淬火+回火，淬火温度为900℃±10℃，保温60～70分钟；回火温度为610℃±10℃，保温90～100分钟。淬火后进行HRC硬度测试，测试结果如表2所示。热处理后金相组织检验结果如表3所示，热处理后的力学性能如表4所示。

表2各测试点HRC硬度

材料淬透性要求90％马氏体对应最低洛氏硬度为HRCmin＝58×(％C)+27，从实例成分可以看出碳含量约为0.3％，保证材料90％以上马氏体，HRC硬度不小于44.4，从表2可以看出，设计的钢种淬透层深度可达到15mm。

表3各实例金相组织

表4各实例力学性能

从表3可以发现，各实施例夹杂物细小、分布均匀，组织结构适宜，晶粒为超细晶粒，可达到9级。从表4可以看出，各实例具有良好强度、较高的韧性，用其制备的无缝钢管，具有很好的高强性和高韧性。

由上述内容可知，采用本发明提供的生产方法，使得材料淬火后90％马氏体淬透层深度达到15mm以上，通过冶炼连铸、轧制、调质工艺生产出屈服强度高达110psi以上、0℃实验环境下V型全尺寸(其他尺寸根据标准换算为全尺寸)冲击韧性高于100J的储气库用管。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种高淬透性储气库用无缝钢管，其特征在于，其化学成分按照重量百分比计包括：C 0.29～0.31；Si 0.25～0.30；Mn 1.15～1.30；Cr 0.5～0.6；Mo 0.15～0.20；P≤0.015；S≤0.010；Al 0.015～0.025；Ti 0.02～0.04；其余为Fe。

2.权利要求1所述的高淬透性储气库用无缝钢管的生产方法，其特征在于，依次包括：冶炼连铸，穿孔轧制和热处理；

所述冶炼连铸依次包括：准备铁水，铁水预处理，转炉冶炼，LF精炼，VD脱气，圆坯连铸；

所述穿孔轧制依次包括：圆坯锯切，加热，定心，穿孔，轧管，张力减径，冷却，切头尾，矫直，检查；其中，圆坯穿孔时温度为1220～1250℃；轧管时温度为1110～1150℃；定张减时温度为810～860℃。

所述热处理包括：淬火和回火；其中，淬火温度为900℃±10℃，保温50～60分钟；回火温度为690℃±10℃，保温80～90分钟。

3.根据权利要求2所述的高淬透性储气库用无缝钢管的生产方法，其特征在于，所述冶炼连铸工序中：

硅锰、锰铁、铬铁、钼铁及钛铁在加入之前进行脱氧合金化；

转炉终点控制目标：C≥0.06％，P≤0.015％；

采用单渣工艺冶炼，出钢前加入300KG白灰造渣，终渣碱度≥3.0；

VD深真空度目标值≤0.06Kpa，深真空时间≥15分钟，软吹Ar不小于15分钟；

连铸过程采用电磁搅拌工艺，坯型为Φ210mm，恒定拉速控制在1.6M/min，钢水过热度ΔT≤30℃，采用堆垛方式进行冷却，同时应避开风口。