含稀土铁素体合金无缝钢管及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种含稀土铁素体合金无缝钢管，其材料化学成分的质量百分含量包括：C0.14%～0.15%、Si0.21%～0.24%、Mn0.49%～0.51%、Mo0.519%～0.533%、P≤0.018%、S≤0.008%、Re0.002%～0.003%，其余为Fe，各成分质量分数共计为100%。本发明还公开了一种含稀土铁素体合金无缝钢管的制备方法，包括：炼钢生产、钢的轧制和轧态钢热处理。本发明的含稀土铁素体合金无缝钢管具有更好的延性与韧性。
【专利说明】含稀土铁素体合金无缝钢管及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及金属材料领域，具体地说，涉及一种含稀土铁素体合金无缝钢管及其制备方法。
【背景技术】
[0002]高温铁素体合金钢管在现实生活中应用广泛，其使用环境一般为管道用管、锅炉用管等高温环境，因此，耐高温性能及韧性是衡量该高温铁素体合金钢管材料的重要技术指标。但是，现有的含稀土铁素体合金无缝钢管的成本较高，并且，通常生产的铁素体合金无缝钢管的机械性能较差，延伸率在35%左右，冲击功在180J左右。
[0003]现有的制备铁素体合金无缝钢管，在热处理过程中，常规热处理工艺为先正火再回火的工艺，使得制备工艺复杂。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是提供一种含稀土铁素体合金无缝钢管，具有更好的机械性能。
[0005]本发明的技术方案如下:
[0006]一种含稀土铁素体合金无缝钢管，其材料化学成分的质量百分含量包括:C0.14% ~0.15%、Si0.21% ~0.24%、Mn0.49% ~0.51%、Mo0.519% ~0.533%、P ≤ 0.018%、S≤0.008%、Re0.002%~0.003%，其余为Fe，各成分质量分数共计为100%。
[0007]进一步，所述含稀土铁素体合金无缝钢管的材料化学成分的质量百分含量包括:C0.14%、Si0.21%、Mn0.51%、Mo0.533%、P0.014%、S0.008% 和 Re0.002% ;或者，C0.14%、Si0.23%、Mn0.51%、Mo0.523%、P0.017%、S0.005% 和 Re0.003% ；或者，C0.14%、Si0.23%、Mn0.51%、Mo0.519%、P0.011%、S0.006% 和 Re0.003% ；或者，C0.14%、Si0.24%、Mn0.49%、Mo0.525%、P0.010%、S0.005% 和 Re0.002% ；或者，C0.15%、Si0.22%、Mn0.50%、Mo0.521%、P0.018%、S0.006% 和 Re0.002% ；或者，C0.14%、Si0.23%、Mn0.51%、Mo0.522%、P0.012%、S0.007%和 Re0.003%。
[0008]本发明所要解决的另一技术问题是提供一种含稀土铁素体合金无缝钢管的制备方法，制备工艺简单。
[0009]本发明的另一技术方案如下:
[0010]一种含稀土铁素体合金无缝钢管的制备方法，包括:炼钢生产、钢的轧制和轧态钢热处理，制备得到的含稀土铁素体合金无缝钢管的材料化学成分的质量百分含量包括:C0.14% ~0.15%、Si0.21% ~0.24%、Mn0.49% ~0.51%、Mo0.519% ~0.533%、P ≤ 0.018%、S≤0.008%、Re0.002%~0.003%，其余为Fe，各成分质量分数共计为100%。
[0011]进一步，所述炼钢生产包括:铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、VD真空脱气和圆坯连铸。
[0012]进一步，所述转炉冶炼采用脱硫铁水冶炼，每炉铁水为100吨，每炉铁水加入硅铁200kg、锰铁800kg、钥铁1000kg，所述转炉冶炼的终点的铁水的成分的质量百分含量包括:C≥0.06%, P≤0.015%，所述转炉冶炼采用单渣工艺冶炼，出钢前每炉铁水加入200kg白灰造渣，终渣碱度> 3.0 ;所述LF精炼根据转炉冶炼的钢水成分及温度进行造渣脱硫、成分调整及升温操作，造渣剂采用CaO-CaF2，每吨钢水加入S-1Okg造渣剂，按以下质量百分含量调整钢水成分包括:C0.14%、Si0.23%、Mn0.5%、Mo0.52%、P ≤0.018%、S ≤ 0.008%，升温操作的目标温度为1529°C ;所述VD真空脱气的真空度≤0.lKPa，深真空时间≥lOmin，软吹Ar≥10分钟；所述圆坯连铸的拉速为1.6m/min，过冷度AT≤30°C。
[0013]进一步，所述钢的轧制主要包括:圆坯加热、穿孔、轧管和张力减径。
[0014]进一步:所述圆坯加热的温度为1260~1280°C，所述穿孔的温度为1240~1260°C，所述轧管的温度为1180~1220°C，所述张力减径的温度为860~880°C。
[0015]进一步:所述轧态钢热处理采用回火，所述回火的温度为670± 10°C，在670±10°C保温90~100分钟。
[0016]进一步，制备得到的所述含稀土铁素体合金无缝钢管的材料化学成分的质量百分含量包括:C0.14%、Si0.21%、Mn0.51%、Mo0.533%、P0.014%、S0.008% 和 Re0.002% ；或者，C0.14%、Si0.23%、Mn0.51%、Mo0.523%、P0.017%、S0.005% 和 Re0.003% ;或者，C0.14%、Si0.23%、Mn0.51%、Mo0.519%、P0.011%、S0.006% 和 Re0.003% ;或者，C0.14%、Si0.24%、Mn0.49%、Mo0.525%、P0.010%、S0.005% 和 Re0.002% ；或者，C0.15%、Si0.22%、Mn0.50%、Mo0.521%、P0.018%、S0.006% 和 Re0.002% ;或者，C0.14%、Si0.23%、Mn0.51%、Mo0.522%、P0.012%、S0.007% 和 Re0.003%。
[0017]本发明的技术效果如下:
[0018]1、本发明的含稀土铁素体合金无缝钢管具有更好的延性与韧性。
[0019]2、本发明的含稀土铁素体合金无缝钢管，延伸率可高达40%，冲击功高达200J以上。
[0020]3、本发明的含稀土铁素体合金无缝钢管的制备方法通过对终轧温度的控制，在保证性能稳定的基础上，简化了热处理工艺，达到降本增效的目的。【具体实施方式】
[0021]本发明针对现有的铁素体合金无缝钢管，利用包钢自有矿石中天然含稀土的特性，在不增加制造成本的基础上，利用资源优势，提供一种具有更好的延性与韧性的铁素体合金无缝钢管及其制备方法。其中，该矿石中的主要稀土元素为La和Ce。本发明的含稀土铁素体合金无缝钢管的制备方法的具体过程如下:
[0022]步骤S1:炼钢生产
[0023]炼钢生产包括:铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、VD真空脱气和圆坯连铸。
[0024]通过铁水预处理对铁水进行预脱硫，使得硫含量控制在0.05%以下。
[0025]转炉冶炼采用脱硫铁水，为抑制材料中非金属夹杂物，加入硅铁、锰铁和钥铁，加入量根据其收得率、铁基合金中合金含量、钢材中成分设计含量要求计算得出。每炉铁水为100吨，硅铁每炉加入200kg、锰铁每炉加入800kg、钥铁每炉加入1000kg，合金在加入之前必须脱氧合金化。由于增碳的同时会使得材料中气体含量如氧氮增加，因此转炉终点的铁水的成分的质量百分含量的控制目标包括:C ^ 0.06%,P ^ 0.015%。采用单渣工艺冶炼，出钢前每炉铁水加入200kg白灰造渣，终渣碱度> 3.0。为保证材料的洁净度，出钢时必须挡渣，挡渣失败必须扒渣。[0026]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，造渣剂采用CaO-CaF2,每吨钢水加入8_10kg造渣剂，按以下质量百分含量调整钢水成分的目标值包括:C0.14%,Si0.23%,Mn0.5%,Mo0.52%,P ( 0.018%,S ( 0.008%，升温操作的目标温度为1529°C。
[0027]VD真空脱气的深真空度目标值≤0.lKPa，深真空时间≤10分钟，软吹Ar≤10分钟，以保证材料中较低的气体含量。
[0028]圆坯连铸过程的过冷度Λ T≤30°C，拉速为1.6m/min。
[0029]步骤S2:钢的轧制
[0030]钢的轧制主要包括:圆坯加热、穿孔、轧管和张力减径，具体过程为:圆坯一锯切—圆还加热一穿孔一轧管一张力减径一取样一冷却一切头尾一矫直一检查一包装一过磅—入库。应用Φ180ΜΡΜ机组轧制规格为0219mmX10mm的无缝钢管，实验室采用热模拟试验制定轧制工艺，轧制工艺为:圆坯加热温度控制在1260~1280°C，圆坯穿孔的温度为1240~1260°C，轧管的温度为1180~1220°C，张力减径的温度为860~880°C。
[0031]步骤S3:轧态钢热处理
[0032]张力减径温度控制在860~880°C，终轧温度不小于850°C，以终轧温度代替正火温度，从而均匀组织与成分，因此轧态钢热处理只采用回火工艺。实验室筛选的回火制度为在670±10°C回火，在670±10°C保温90~100分钟。
[0033]经过上述过程制备的含稀土铁素体合金无缝钢管材料化学成分的质量百分含量为:C0.14% ~0.15%, Si0.21% ~0.24%、ΜηΟ.49% ~0.51%、ΜοΟ.519% ~0.533%、Ρ ≤ 0.018%、S≤0.008%、Re0.002%~0.003%，其余为Fe，各成分质量分数共计为100%。
[0034]对各实施例的化学成分进行检测，各实施例的含稀土铁素体合金无缝钢管材料化学成分的质量百分含量如表1所示。
[0035]C含量增加强度升高，但塑性和冲击性降低。Si在冶炼过程中起还原剂和脱氧剂作用，含量应控制在0.21%~0.24%之间。Mn是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般含Mn0.49%~
0.51%。P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；S在通常使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹，因此对P、S应严加控制；合金元素Mo能提高钢的高温强度，Re能够改善钢的韧性。本发明中的Re(主要是La和Ce元素)并非为外加合金，而是包钢自有矿石中天然含的稀土留存在最终成品钢材中的含量，因此在不增加原料制造成本的同时，提供一种性能更好的铁素体合金钢管。
[0036]对各实施例的含稀土铁素体合金无缝钢管的金相组织进行检测，并对力学性能进行测试，结果分别如表2和表3所示。
[0037]表1各实施例成分(质量百分数/%)
[0038]
【权利要求】
1.一种含稀土铁素体合金无缝钢管，其特征在于，其材料化学成分的质量百分含量包括:C0.14% ~0.15%, Si0.21% ~0.24%、ΜηΟ.49% ~0.51%、ΜοΟ.519% ~0.533%,P ( 0.018%、S≤0.008%、Re0.002%~0.003%，其余为Fe，各成分质量分数共计为100%。
2.如权利要求1所述的含稀土铁素体合金无缝钢管，其特征在于，其材料化学成分的质量百分含量包括:C0.14%、Si0.21%、Mn0.51%、Mo0.533%、P0.014%、S0.008% 和 Re0.002% ；或者，C0.14%、Si0.23%、Mn0.51%、Mo0.523%、P0.017%、S0.005% 和 Re0.003% ;或者，C0.14%、Si0.23%、Mn0.51%、Mo0.519%、P0.011%、S0.006% 和 Re0.003% ；或者，C0.14%、Si0.24%、Mn0.49%、Mo0.525%、P0.010%、S0.005% 和 Re0.002% ；或者，C0.15%、Si0.22%、Mn0.50%、Mo0.521%、P0.018%、S0.006% 和 Re0.002% ;或者，C0.14%、Si0.23%、Mn0.51%、Mo0.522%、P0.012%、S0.007% 和 Re0.003%。
3.一种含稀土铁素体合金无缝钢管的制备方法，其特征在于，包括:炼钢生产、钢的轧制和轧态钢热处理，制备得到的含稀土铁素体合金无缝钢管的材料化学成分的质量百分含量包括:C0.14% ~0.15%、Si0.21% ~0.24%、Mn0.49% ~0.51%、Mo0.519% ~0.533%、P≤0.018%、S≤0.008%、Re0.002%~0.003%，其余为Fe，各成分质量分数共计为100%。
4.如权利要求3所述的含稀土铁素体合金无缝钢管的制备方法，其特征在于，所述炼钢生产包括:铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、VD真空脱气和圆坯连铸。
5.如权利要求4所述的含稀土铁素体合金无缝钢管的制备方法，其特征在于， 所述转炉冶炼米用脱硫铁水冶炼，每炉铁水为100吨，每炉铁水加入娃铁200kg、猛铁800kg、钥铁1000kg，所述转炉冶炼的终点的铁水的成分的质量百分含量包括:C≥0.06%,P^0.015%，所述转炉冶炼采用单渣工艺冶炼，出钢前每炉铁水加入200kg白灰造渣，终渣碱度≥3.0 ； 所述LF精炼根据转炉冶炼的钢水成分及温度进行造渣脱硫、成分调整及升温操作，造渣剂采用CaO-CaF2，每吨钢水加入S-1Okg造渣剂，按以下质量百分含量调整钢水成分包括:C0.14%、Si0.23%、Mn0.5%、Mo0.52%、P ≤0.018%、S ≤0.008%,升温操作的目标温度为1529 0C ； 所述VD真空脱气的真空度≤0.lKPa，深真空时间≥lOmin，软吹Ar≥10分钟； 所述圆还连铸的拉速为1.6m/min,过冷度AT < 30°C。
6.如权利要求3所述的含稀土铁素体合金无缝钢管的制备方法，其特征在于，所述钢的轧制主要包括:圆坯加热、穿孔、轧管和张力减径。
7.如权利要求6所述的含稀土铁素体合金无缝钢管的制备方法，其特征在于:所述圆坯加热的温度为1260~1280°C，所述穿孔的温度为1240~1260°C，所述轧管的温度为1180~1220°C，所述张力减径的温度为860~880°C。
8.如权利要求3所述的含稀土铁素体合金无缝钢管的制备方法，其特征在于:所述轧态钢热处理采用回火，所述回火的温度为670±10°C，在670±10°C保温90~100分钟。
9.如权利要求3~8任一项所述的含稀土铁素体合金无缝钢管的制备方法，其特征在于，制备得到的所述含稀土铁素体合金无缝钢管的材料化学成分的质量百分含量包括:C0.14%、Si0.21%、Mn0.51%、Mo0.533%、P0.014%、S0.008% 和 Re0.002% ;或者，C0.14%、Si0.23%、Mn0.51%、Mo0.523%、P0.017%、S0.005% 和 Re0.003% ；或者，C0.14%、Si0.23%、Mn0.51%、Mo0.519%、P0.011%、S0.006% 和 Re0.003% ;或者，C0.14%、Si0.24%、Mn0.49%、Mo0.525%、P0.010%、S0.005% 和 Re0.002% ；或者，C0.15%、Si0.22%、Mn0.50%、Mo0.521%、P0.018%、S0.006% 和 Re0.002% ；或者，C0.14%、Si0.23%、Mn0.51%、Mo0.522%、P0.012%、S0.007%和 Re0.003%。
【文档编号】C22C38/12GK103820707SQ201410059754
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年2月21日 优先权日:2014年2月21日
【发明者】赵艳辉, 石晓霞, 米永峰, 宫鑫, 詹飞, 邬占飞, 郭志文, 温慧, 吕超, 陈丽君, 邬美强 申请人:内蒙古包钢钢联股份有限公司