一種屈服強度350MPa無縫管線管及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及管線管的制造技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]據(jù)國際權(quán)威機構(gòu)預(yù)測，從2000?2030年，世界石油的需求量年均增長1.6%，2030年將達到57.69億噸；天然氣的需求量年均增長2.4%, 2030年將達到42.03億噸油當量。而管線輸送是石油和天然氣運輸?shù)淖钪饕绞?，具有?jīng)濟、安全、不間斷的特點。因此，隨著石油和天然氣需求量的快速增長，用于油氣輸送管線建造的無縫管線管的需求量將會日益增加。
[0003]目前鋼鐵行業(yè)已經(jīng)進入微利時代，國內(nèi)鋼鐵行業(yè)同質(zhì)化競爭日趨激烈，通過化學(xué)成分的優(yōu)化設(shè)計，優(yōu)化生產(chǎn)工藝流程，通過生產(chǎn)過程的有效控制來獲得優(yōu)良的材料性能，從而降低生產(chǎn)能成本，成為當前鋼鐵冶金研宄的一個主要方向。
[0004]在合金元素對鋼的性能影響方面，前人已經(jīng)進行了系統(tǒng)的研宄。
[0005]C:碳元素是對鋼的性能影響最大的基礎(chǔ)元素。隨著碳含量的增加，抗拉強度不斷提高，但塑性、韌性及耐蝕性會降低，且焊接性和冷加工性能變差。在低合金鋼中，要求焊接性能的鋼種，含碳量一般不超過0.20%O
[0006]S1:煉鋼時可作為脫氧劑加入鋼中，隨著硅含量的提高，鋼的抗拉強度提高，屈服點也提高，冶煉過程中鋼液流動性增加，但伸長率、斷面收縮率、沖擊韌性及焊接性能均降低。
[0007]Mn:鋼中加入錳后會引起固溶強化，還可以降低鋼g — a的相變溫度，進而細化鐵素體晶粒。錳的這種固溶強化、晶界強化、相變強化在提高強度的同時，還可以提高韌性、降低鋼的韌脆轉(zhuǎn)變溫度。但錳含量過高就會加劇鑄坯的中心偏析，從而引起鋼管力學(xué)性能的各向異性，且導(dǎo)致抗HIC性能的降低。
[0008]Nb:鈮元素可通過固溶強化、相變強化、析出強化來提高鋼的強度。有研宄表明:加入適量的鈮，可以獲得均勻的針狀鐵素體組織和良好韌性。但鈮元素會導(dǎo)致高溫延展性能明顯下降的脆化溫度區(qū)(900-700°C )，易在連鑄時出現(xiàn)裂紋。
[0009]V:釩在鋼中具有較強的沉淀強化作用，但細晶強化作用較弱，故其韌脆轉(zhuǎn)變溫度比鈮、鈦高，在管線鋼的合金設(shè)計中，一般不單獨使用。
[0010]T1:就在鋼中的功能而言，鈦元素與鈮、釩相似:在阻止奧氏體晶粒長大方面，Nb、Ti較明顯，V較弱；在延遲奧氏體的再結(jié)晶方面，Nb>Ti>V ;在析出強化方面，Ti>Nb>V ;在阻止焊接熱影響區(qū)的韌性變差方面，Ti>Nb，因為在焊接峰值溫度下，高溫?zé)岱€(wěn)定性方面Ti (C，N) >Nb (C，N)。
[0011]目前各個鋼管企業(yè)對管線管的成分設(shè)計都是在C-Mn鋼的基礎(chǔ)上加入Nb、V、Ti等元素進行微合金化。
[0012]現(xiàn)有的技術(shù)中，有申請?zhí)枮?01010130911.8，發(fā)明名稱為一種高強度、抗COjPH2S腐蝕無縫集輸管線管的中國專利，其管線管成分重量百分比為:c 0.01?0.1%、Si 0.1?0.5%、Mn 0.1 ?1%、P ( 0.02%,S ( 0.003%,Cr 1.0 ?7.0%、Mo 0.1 ?2%、Cu 0.1 ?0.5%、Ni 0.05 ?0.75%、Al 0.01 ?0.1%、Ni 彡 0.1%、V 彡 0.1%、Ti 彡 0.1%、稀土元素 0.01% ?0.1%，其余為Fe。使用電弧爐或轉(zhuǎn)爐冶煉得到圓形管還后，采用Mannesman無縫鋼管軋制工藝制成無縫荒管，荒管經(jīng)調(diào)質(zhì)或正火處理可制成X52成品管。該技術(shù)中，合金消耗較高、并且制備工藝中包含熱處理工序，制造成本較高，該類鋼管在普通環(huán)境下使用并不經(jīng)濟。
[0013]現(xiàn)有的技術(shù)中，還有申請?zhí)枮?01210084138.5，發(fā)明名稱為直徑為508 mm的耐硫化氫腐蝕管線用無縫鋼管的生產(chǎn)方法的中國專利，其采用的鋼種化學(xué)成分重量百分比為:C0.08 ?0.12%、Si 0.20 ?0.35%、Mn 1.2 ?1.4%、Mo 0.01 ?0.15%、Al 0.01 ?0.05%、V
0.04?0.07%、Nb 0.02?0.04%，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)，將管坯經(jīng)過軋制和熱處理后獲得了較好的耐腐蝕性能，屈服強度在380 MPa以上，但同樣生產(chǎn)成本較高。
[0014]現(xiàn)有的技術(shù)中，還有申請?zhí)枮?00810157881.2，發(fā)明名稱為一種X52鋼級低溫用無縫管線鋼管的制造方法的中國專利，其鋼材的化學(xué)成分重量百分比為C:0.15?0.18%，Mn: 1.0 ?1.2%，S 彡 0.015%，P 彡 0.015%，V:0.06 ?0.08%，Al:0.015 ?0.025%。該技術(shù)中，在鋼中加入了一定量的釩，可以通過增加沉淀硬化效果來提高鋼管的強度，但是釩的細晶強化作用較弱，因此不易獲得良好的綜合性能。
[0015]由此可見，無縫管線管的合金成分設(shè)計可有多種選擇，而提高合金成分不僅使鋼的成本增加，也有可能對材料性能產(chǎn)生負面影響。因此，無縫管線管制造工程應(yīng)在合金成分設(shè)計、制備工藝以及可供采用的制造設(shè)備上尋求最佳的平衡，在保證產(chǎn)品綜合性能的條件下最大限度地降低制造成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種屈服強度350 MPa無縫管線管及其制備方法，該無縫管線管的屈服強度彡350 MPa，綜合性能優(yōu)異；同時，制造成本低，生產(chǎn)工藝簡單，可廣泛用于油氣集輸管線的建造，市場前景廣闊。
[0017]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是:一種屈服強度350 MPa無縫管線管，化學(xué)成分重量百分比為:0.125%彡C彡0.145%,0.25%彡Si彡0.40%、
1.25% 彡 Mn 彡 1.45%、S 彡 0.008%、P 彡 0.015%、0.02% 彡 Al 彡 0.04%、0.035% ^ V ^ 0.055%、0.008% 彡 Ti 彡 0.015%、0.002% 彡 Ca 彡 0.004%、0.004% 彡 N 彡 0.007%、碳當量 CEQ 彡 0.38%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)；所述無縫管線管是用以下方法制成的:取與所述管線管具有相同組分的連鑄圓坯經(jīng)環(huán)形爐加熱、穿孔、熱軋后制成荒管，荒管經(jīng)再加熱、高壓水除鱗、微張力減徑、步進式冷床冷卻后制成無縫管線管。
[0018]優(yōu)選的，無縫管線管中的釩含量重量百分比與無縫管線管的壁厚符合以下關(guān)系:0.8T+0.03 ( 100V ( 2.0T+0.03，其中，T為無縫管線管的壁厚，T的單位為m ;V為無縫管線管中的釩含量重量百分比；ιοον的意義為100 X V。
[0019]化學(xué)成分設(shè)計采用鈦和釩復(fù)合微合金化，V (C，N)將在熱軋和冷卻過程中從過飽和的奧氏體中大量析出，從而起到沉淀強化作用；固相中析出的納米級TiN或Ti (C，N)粒子將在加熱和熱軋過程中抑制奧氏體晶粒長大，從而改善韌性。因此，采用鈦和釩復(fù)合微合金化技術(shù)可獲得強韌性匹配良好的力學(xué)性能。
[0020]其中Ti和N含量的設(shè)計綜合考慮以下幾方面:1)降低TiN的析出溫度，如果Ti含量和N含量太高，TiN的形成溫度較高、顆粒相對粗大，不利于鋼的塑性，因此，最好進行微鈦處理，而且N含量不宜太高；2)鋼中的自由N對鋼的韌脆轉(zhuǎn)變溫度升高具有顯著影響，因此不宜太高；3)鋼中的自由N可降低TiN顆粒在高溫奧氏體中的溶解，阻礙TiN顆粒長大，從而提尚TiN顆粒的穩(wěn)定性，有利于奧氏體晶粒的細化；4) N能促進V的析出，提尚沉淀強化效果。
[0021]上述屈服強度350 MPa無縫管線管的制備方法，包括下述步驟:
取與所述管線管具有相同組分的連鑄圓坯經(jīng)環(huán)形爐加熱、穿孔、熱軋后制成荒管，荒管經(jīng)再加熱、高壓水除鱗、微張力減徑、步進式冷床冷卻后制成無縫管線管。
[0022]優(yōu)選的，再加熱工序中，荒管經(jīng)加熱后溫度為980?1030°C。
[0023]通過在線再加熱工序可補償鋼管的溫度，將鋼管的溫度加熱到Ae3溫度以上并進行保溫可使鋼管的溫度均勻化，有利于鋼管性能的穩(wěn)定。
[0024]優(yōu)選的，步進式冷床冷卻中，管線管進冷床溫度為870?890°C，進冷床后采用風(fēng)機和水霧冷卻，管線管過風(fēng)機后溫度控制在400?500°C，管線管出冷床溫度控制在200?300。。。
[0025]將進冷床的溫度控制在Ari以上，采用風(fēng)機和水霧冷卻可降低珠光體的轉(zhuǎn)變溫度、減小珠光體片層間距，從而有效提高鋼的強度；相變結(jié)束后，不再采用風(fēng)機冷卻可節(jié)省生產(chǎn)成本。
[0026]優(yōu)選的，熱軋制工序中，乳管機組為ACXU-R0LL精密斜軋機組。
[0027]優(yōu)選的，連鑄圓坯是以廢鋼和生鐵為原料，經(jīng)電弧爐熔煉、鋼包精煉、連鑄工序而制成。
[0028]采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于:
與已有的技術(shù)相比，本發(fā)明的管線管合金含量低、制造過程不需進行正火或調(diào)質(zhì)處理，可節(jié)約10%以上的制造成本。同時，本發(fā)明的無縫管線管的綜合性能好，屈服強度彡410MPa，抗拉強度為560?620 MPa，0°C夏比沖擊吸收能量彡60 J，可廣泛用于油氣集輸管線的建造，市場前景廣闊。
【附圖說明】
[0029]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細的說明；
圖1是本發(fā)明實施例1-3所制得的350 MPa級無縫管線管的屈服強度分布圖；
圖2是本發(fā)明實施例1-3所制得的350 MPa級無縫管線管的抗拉強度分布圖；
圖3是