[发明专利]一种冻结施工用耐低温无缝钢管及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于钢管生产技术领域，涉及一种冻结施工用耐低温无缝钢管及其制造方法，特别是在深度800米以上的煤矿施工中，要求较高低温冲击性能的冻结管。

背景技术

现有采用冻结施工技术所用的冻结管大都采用20#钢管，特别是深度较浅的煤矿。但随着矿井深度的不断加大，普通的20#钢管在-10℃时已发生韧脆转变，当温度降低到-45℃时其冲击韧性已降低到10J以下，已经无法满足需求。由于在较深的矿井冻结施工过程中冻结温度也相应降低，受力情况也更为复杂，如果仍然使用普通20#钢管作为冻结管使用，将可能发生严重的事故，给煤矿带来较大的经济损失，并对人身安全造成威胁，因此需要采用能够耐低温冲击的材料来确保使用的安全性。

在低温下，奥氏体不锈钢具有良好的低温冲击韧性，因此，它是低温工况下理想的材料，但是不锈钢价格昂贵，影响低温工业的发展。热处理对低温钢的金相组织和晶粒度有决定性的影响，从而影响其低温冲击性能，但同样存在设备要求和成本较高的问题。

为此，煤矿冻结用低温无缝管的成分设计和制造方法的合理设计和研究就显得十分重要。申请号为200810157881.2的中国专利公开了“一种X52钢级低温用无缝管线钢管的制造方法”，通过控制化学成分：C0.15～0.18％、Mn1.0～1.2％、S≤0.015％、P≤0.015％、V0.06～0.08％、Al0.015～0.025％，主要控制C、S、V、Al的含量，提高钢种的原始机械性能，并通过轧扩管、平整等条件，提高轧态的机械性能，从而满足低温韧性要求，但其韧性要求为-30℃下冲击功不小于34J，-45℃冲击韧性并未指出。申请号为201010550609.8的中国专利公开了“一种X80级低温管件用钢及其制备和应用”，通过淬火+回火的热处理方式，提高其低温韧性，其增加了热处理过程也相应增加了生产成本。且上述两项专利均为管线用钢。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提供一种具有优良的低温冲击韧性和焊接性能、-45℃冲击达80J以上、可用于煤矿深井冻结管的冻结施工用耐低温无缝钢管及其制造方法。

本发明所述冻结施工用耐低温无缝钢管的化学成分按重量百分比计C：0.08％～0.16％、Si：0.2％～0.4％、Mn：1.0％～1.6％、Ti：0.01％～0.04％、V：0.02％～0.10％、P：≤0.015％、S：≤0.010％，余量为Fe和不可避免的杂质，碳当量CEV＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15≤0.38％。

本发明冻结施工用耐低温无缝钢管的成分设计说明：

C是碳化物形成元素，可以提高钢的强度，为保证必要强度下限定位0.08％，但碳含量太高又会降低其冲击韧性和焊接性能，所以上限定为0.16％。

Si是有效的脱氧元素，含量过低会缺乏脱氧效果，过高又会降低钢的韧性，因此，选择0.2％～0.4％作为Si的合金含量范围。

Mn是奥氏体形成元素，用于提高钢的强度，可以弥补因碳含量降低而损失的屈服强度，Mn在提高强度的同时，还可以提高钢的韧性，降低韧脆转变温度，选择Mn的含量范围为1.0％～1.6％。

Ti可以阻止奥氏体晶粒长大，细化晶粒，形成碳化物，同时提高钢的强度和韧性，但当含量超过一定量时其强化效果便不明显，因此，选择Ti的含量范围为0.01％～0.04％。

V可以阻止奥氏体晶粒长大，可以细化晶粒，形成碳化物，同时提高钢的强度和韧性，但当含量超过一定量时其强化效果便不明显，特别是过量添加V则会降低焊接部分的韧性，因此，选择V的含量范围为0.02％～0.10％。

P为杂质元素，其促进中心偏析，显著降低钢的低温冲击韧性，提高钢的韧脆转变温度，同时还会恶化钢的焊接性能，应尽量降低其含量，要求P含量不超过0.015％。

S为杂质元素，易形成硫化物，影响钢的低温冲击韧性，要求S含量不超过0.01％。

本发明所述冻结施工用耐低温无缝钢管的制造方法可采用自动轧管方法和MPM轧管方法，即经过转炉冶炼、炉外精炼(LF)、连铸、连轧得到管坯，管坯经环形炉加热到1250～1280℃，经穿孔机穿孔，在1100～1250℃轧管，再经均整、定径、空冷等工序制成成品钢管，定径温度控制在780～810℃；或采用MPM连轧，出口速度为2700mm/s，限动速度750mm/s，出脱管温度1010～1030℃，定径温度控制在820～850℃。