[发明专利]一种高强韧性热轧无缝钢管及其制备方法

说明书

一种高强韧性热轧无缝钢管，其化学成分按质量分数为：C：0.06～0.20％，Si：0.1～0.4％，Mn：0.8～2.0％，P：0.005～0.015％，S：0.002～0.01％，Ti：0.005～0.02％，Al：0.005～0.02％，N：0.002～0.007％，O：0.001～0.005％，Cr：0～0.5％，Mo：0～0.5％，V：0～0.05％，B：0～0.002％，余量为Fe和杂质元素，其中Ti、Al、O、N的质量分数满足关系式：2.5N≤Ti+Al‑1.2×O≤5N；制备方法：1)将铁水和/或废钢料熔炼成钢水并进行脱氧合金化；然后进行LF精炼，生成氧化物；全保护浇铸，得到管坯；2)加热保温；3)定心、穿孔、轧制、定减径后得到轧后钢管；4)冷却后得到外径为100～500mm，壁厚为10～50mm的高强韧性热轧无缝钢管。

技术领域

本发明属于无缝钢管制造技术领域，特别涉及一种高强韧性热轧无缝钢管及其制备方法。

背景技术

无缝钢管广泛应用于建筑、能源、化工等工程领域，在经济社会生产和发展中具有重要作用。但是热轧无缝钢管在生产过程中，由于受到产品成型方法和设备工艺条件的限制，钢管的穿孔和轧制都在更高的温度下进行，不能实现如板带材中所采用的低温控制轧制。因此，热轧钢管的晶粒尺寸在变形过程中不能显著细化，往往产生粗大的相变组织类型，力学性能不能满足使用要求。目前，改善热轧钢管组织性能的方法一般包括添加大量合金、采用较低温轧制、进行离线热处理或在线热处理，这些方法均带来能源消耗增加和生产成本提高。

专利文件CN103882298A公开的一种X60输送管线用无缝钢管及其制造方法，采用低C+高Mn+V、Ti微合金化的合金设计，利用V、Ti的碳化物来细化晶粒尺寸并起到析出强化作用，采用转炉冶炼+炉外精炼+方坯连铸+圆坯轧制的工艺路线，所述钢管具有0℃冲击韧性。该方案需要添加大量形成碳化物的V、Ti合金，增加了合金成本，并且大量碳化物析出对低温韧性有不利影响。

专利文件CN1840287A公开的一种高强度高韧性管道用无缝钢管的制造方法，采用碳当量Ceq为0.6以下的成分，钢管热轧后不经冷却至Ar₃以下就立即进行Ar₃+50℃至1100℃的炉内加热，钢管冷却后在550℃至Ac₁温度间进行回火。此工艺的目的是促进Nb、V、Ti微合金碳氮化物的析出强化作用，并需要淬火得到马氏体和贝氏体组织以及随后进行回火处理。

专利文件CN101045978A公开的一种无缝钢管的制造方法，在钢管热轧之后将其冷却至Ar₁相变点以下，然后再加热至Ac₃点以上进行加工，来提高强韧性能，增加了一道冷却和加热工序。

专利文件CN104190740A公开的一种热轧无缝钢管管坯的生产方法，在炼钢过程中采用低碱度酸性合成精炼渣精炼，采用无A1脱氧工艺，加入Si-Mn合金脱氧，轧制过程中荒管空冷至500℃以下再加热保温之后定径，利用在线热处理提高钢管性能。该方案中冶炼方法不能形成有利于组织细化的夹杂物类型，并且增加了一道冷却和加热工序。

专利文件CN103114249A公开的一种用控轧代替正火生产中厚壁20G无缝钢管的制造方法，在冶炼出钢过程中加入硅钙钡预脱氧，进行LF精炼喂硅钙丝脱氧，进行真空除气并加入铝丝，采用终轧温度850～950℃的控轧来提高钢管性能。该方案冶炼中不能得到有益的脱氧产物，并且降低终轧温度容易产生设备和工艺方面的问题。

通过对现有技术的分析，采用微合金碳氮化物析出的方法提高钢管性能时，一方面增加了合金成本，另外还需要进行特殊的轧制和热处理工艺控制，影响了生产节奏，并且大量析出物的强化作用不利于冲击韧性的提高。无论采用离线或在线热处理都增加了生产工序环节，降低了生产效率，提高设备能耗。可见，现有的热轧无缝钢管生产技术手段还不能满足同时实现高性能、低成本、高效率、低能耗制造的要求，对此仍需要进行深入研究。

发明内容