[发明专利]一种用于低合金无缝管的连铸坯及其生产方法

说明书

本发明公开了一种用于低合金无缝管的连铸坯，其中的Cr、Mn、Mo的质量百分总含量≤5％，连铸坯中的柱状晶比例≥95％，且等轴晶区域内大于0.5mm的点状偏析的数量低于15个。相应地，本发明还公开了一种所述的用于低合金无缝管的连铸坯的生产方法。优化了连铸过程，控制柱状晶比例和降低点状偏析，并利用拉矫机的压力进行管坯轻压下改善铸坯心部缺陷。通过该生产方法生产出的坯，铸坯心部质量高，点状偏析少，后续还可用于制得一种大幅度改善内壁带状偏析的低合金无缝管。

技术领域

本发明涉及一种钢材及其生产方法，尤其涉及一种连铸坯及其生产方法。

背景技术

随着国民生产对油气资源需求的日益扩大，油井管在高强韧、耐高温高压、耐硫化氢应力腐蚀和耐二氧化碳腐蚀等方面需要有更高的性能。这使得原来不太关注的无缝管内壁偏析问题逐渐受到重视。在低合金钢油井管中，内壁偏析显著影响其韧性、硫化氢应力腐蚀、氢致开裂和疲劳强度。并且目前无缝钢管的内壁偏析在管坯质量控制以及轧管热处理方面等方面均无有效的控制手段。通常情况下只有添加更高的Cr、Mo等合金元素，来保证钢管内壁偏析区的性能。但是这些合金元素的添加会大大提高制造成本。

研究发现，铸坯的偏析对轧材带状缺陷与最终产品的带状组织具有一定的遗传性影响，且C、P、S、Mn、Mo等元素在铸态产品中易形成微观或半宏观偏析，之后通过热轧过程遗留到轧材中，形成细长的MnS夹杂或条带状硬化组织。因此，为了得到优质无缝管必须严格控制铸态产品中的元素偏析。

一般来说，铸坯中的中心偏析经常是由圆形或椭圆形的斑点状偏析组成，这些斑点状偏析的大小约为300μm～3mm，这种偏析被称为点状偏析或半宏观偏析。

在铸锭中，点状偏析有两种不同的形成机理：

(1)由于钢液脱氧不良，钢液凝固时有气体逸出。气泡在上升过程中把原来不稳固的枝晶架或小晶核冲走,枝晶间的尚未凝固的富集低熔点组元和夹杂的粘稠钢液回填,这些粘稠钢液凝固后就形成了点状偏析。

(2)由于枝晶间的富集液具有比重轻、表面张力小的特点，枝晶间富集液会以条状或点状形态自然上浮形成点状偏析。如果铸锭断面尺寸较大，热量散失困难，液态合金冷却速度缓慢，会给枝晶间低熔点的溶液聚集及上浮创造有利条件。而在铸坯中，由于钢液凝固是以枝晶生长的模式进行，合金元素在枝晶间聚集，导致枝晶内元素浓度降低，枝晶间和枝晶内的元素分布产生差异。随着温度降低，等轴晶继续凝固并产生微观偏析，在最后的凝固末端产生凝固收缩，由于等轴晶阻碍了钢液的补缩，因此由若干等轴晶相互粘结而形成的空间中会产生负压，抽吸枝晶间富集溶质的钢液，形成了点状偏析。

现有公开的技术仅针对宏观偏析的优化提出了一定的控制措施，对于影响后续工序的铸坯中心半宏观偏析或点状偏析的控制并没有有效手段，而铸坯半宏观偏析或点状偏析会直接遗传为后续无缝管产品的内壁带状偏析。

例如：公开号为CN103350216A，公开日为2013年10月16日，名称为“一种铸锭均质化的控制方法”的中国专利文献公开了一种将熔炼金属在铸型中逐层浇注，浇铸与凝固交替进行，浇铸完上一浇铸层后停止浇铸，采用微包浇铸逐层凝固的方法。该方法将宏观偏析控制在了很小的每一浇铸层厚度范围内，使得各凝固层之间的凝固时间差异小，晶粒尺寸差异也小，从而达到均质化的效果。该发明虽然解决的是管坯的宏观偏析问题，并不涉及如何解决点状偏析的问题。

又例如：公开号为CN105568122A，公开日为2016年5月11日，名称为“φ280mm的30CrMo圆管坯中心偏析控制方法”的中国专利文献公开了一种采用结晶器电磁搅拌与凝固末端电磁搅拌相结合的技术，使得坯壳均匀生长。柱状晶组织在搅拌过程中不断冲刷熔断，等轴晶形核率提高，柱状晶生长被抑制，从而避免或减少铸坯中心偏析。该发明通过抑制柱状晶生长，提高等轴晶比例来减少中心偏析。