一种低温无缝钢管及其生产方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于无缝钢管生产领域，关于一种低温用无缝钢管及其生产方法，特别涉 及-70°c环境用低温无缝钢管及其生产方法。
【背景技术】
[0002] 在工业生产中，低温无缝钢管主要应用于低温输送流体管道、低温压力容器、石化 设备以及低温结构用管等领域。目前广泛应用的低温无缝钢管主要分为以下两类：
[0003] 低碳高锰钢系列：该系列低温无缝钢管主要通过提高锰碳比及加入细化晶粒的微 量合金元素的方法来提高材料的低温冲击性能，如国标GB/T18984-2003《低温管道用无缝 钢管》中适用于_70°C的09Mn2VDG钢管。
[0004] 含镍钢系列：该系列低温无缝钢管主要通过在钢中加入一定含量的镍元素来提高 材料的低温冲击性能。如美标ASTM A333《低温作业用无缝和焊接钢管》中适用于-70°c的 Gr7钢管。
[0005] 由于我国锰资源丰富，价格较低，而镍为稀缺资源，价格昂贵，因此，低碳高锰钢系 列低温无缝钢管的生产成本较低，经济效益显著，在我国的低温无缝钢管领域应用比较广 泛，应用前景也十分广阔。
[0006] 在GB/T18984-2003《低温管道用无缝钢管》与ASTM A333《低温作业用无缝和焊 接钢管》中，均未对低温钢管焊接后的力学性能作出规定与要求。由于每根钢管的长度有 限，低温无缝钢管在使用过程中一般需进行焊接。受焊接热循环影响，焊接接头处会形成组 织性能不均匀的焊接热影响区（HAZ)。该区域的拉伸性能虽不稳定，但能够满足使用要求， 而与母材相比，该区域粗晶区的冲击性能却出现大幅度下降，甚至无法满足使用要求。
[0007] 为保证低温无缝钢管焊接后热影响区的冲击性能仍然能够满足使用要求，在低温 无缝钢管焊接后通常要进行焊后热处理。而在很多不宜进行焊后热处理的工况条件下，低 温无缝钢管焊接后的冲击性能就无法得到保证。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。
[0009] 例如，本发明的目的之一在于提供了一种低温无缝钢管及其生产方法，该低温无 缝钢管在焊接前后的力学性能均满足GB/T18984-2003《低温管道用无缝钢管》的要求。
[0010] 本发明的一方面提供了一种低温无缝钢管的生产方法，所述生产方法包括依次进 行的以下步骤：
[0011] a、冶炼管坯，所述管坯的化学成分按重量百分比计为C:0. 065-0. 085%，Si : 0. 15 ~0. 35%，Mn :1. 9 ~2. 1%，V :0. 05-0. 10%，Nb :0. 02-0. 04%，Re :0. 04-0. 06%，Cr : 0 ~0? 10%，Ni :0 ~0? 10%，Mo :0 ~0? 05%，Cu :0 ~0? 10%，As :0 ~0? 015%，Sn :0 ~ 0? 010%，P :0 ~0? 015%，S :0 ~0? 010% 以及余量的 Fe。
[0012] b、将管坯轧制成无缝钢管，乳制前管坯的加热温度为1220~1260°C，控制终轧温 度为860~900 °C。
[0013] c、将制成的无缝钢管进行正火热处理，正火温度为910-950°C，保温时间根据壁厚 尺寸计算为3. 5-4. 5min/mm。
[0014] d、正火冷却。冷却条件满足下列特征的冷却方式：冷却温区在900-500°C内，钢管 表面平均冷速25°C /min〈V#ffl <75°C /min( "表面冷速"为内外表面的加权平均冷速）。
[0015] 根据钢管壁厚与外径的不同可以分别采用空冷、风冷或雾冷的方式。其中，当钢管 外径/钢管壁厚> 20的时候，正火冷却采用空冷的方式；当9 <钢管外径/钢管壁厚< 20 的时候，正火冷却采用风冷的方式；当钢管外径/钢管壁厚< 9的时候，正火冷却采用雾冷 的方式。
[0016] 本发明另一方面所提供的低温无缝钢管的化学成分按重量百分比计 为 C:0.065-0.085 %，Si:0.15 ~0.35 %，Mn:1.9 ~2.1 %，V:0.05-0.10 %，Nb: 0? 02-0. 04%，Re :0? 04-0. 06%，Cr :0 ~0? 10%，Ni :0 ~0? 10%，M〇 :0 ~0? 05%，Cu :0 ~ 0? 10%，As :0 ~0? 015%，Sn :0 ~0? 010%，P :0 ~0? 015%，S :0 ~0? 010% 以及余量的 Fe〇
[0017] 与现有技术相比，本发明所提供的技术的有益效果包括：得到了一种适用 于-70°c环境用低温无缝钢管，并且其焊接后的力学性能满足GB/T18984-2003《低温管道 用无缝钢管》的要求。因此，该低温无缝钢管在焊接后不须再进行焊后热处理，节约了能源， 经济效益显著。
【具体实施方式】
[0018] 在下文中，将结合示例性实施例来详细描述本发明的-70°C环境用低温无缝钢管 及其生产方法。
[0019] 根据本发明一方面的低温无缝钢管的生产方法包括以下步骤：
[0020] a、冶炼管坯，所述管坯的化学成分按重量百分比计为C:0. 065-0. 085%，Si : 0. 15 ~0. 35%，Mn :1. 9 ~2. 1%，V :0. 05-0. 10%，Nb :0. 02-0. 04%，Re :0. 04-0. 06%，Cr: 0 ~0? 10%，Ni :0 ~0? 10%，Mo :0 ~0? 05%，Cu :0 ~0? 10%，As :0 ~0? 015%，Sn :0 ~ 0? 010%，P :0 ~0? 015%，S :0 ~0? 010% 以及余量的 Fe。
[0021] b、将管坯轧制成无缝钢管，乳制前管坯加热到温度为1220~1260°C，控制终轧温 度为860~900°C。如果管坯的加热温度大于1260°C，虽然有利于提高轧管的生产效率，但 是钢管的终轧温度高，晶粒粗大，产品性能难于保证；如果管坯的加热温度低于1220 °C，不 仅轧管工具消耗大，乳管的生产效率低，而且钢管的终轧温度低，产品性能同样难于保证。
[0022] c、将制成的无缝钢管进行正火热处理，正火温度为910-950°C，保温时间根据壁厚 尺寸计算为3. 5-4. 5min/mm。
[0023] d、正火冷却。冷却条件满足下列特征的冷却方式：冷却温区在900-500°C内，钢管 表面平均冷速25°C /min〈V#ffl <75°C /min( "表面冷速"为内外表面的加权平均冷速）。
[0024] 根据钢管壁厚与外径的不同可以分别采用空冷、风冷或雾冷的方式。其中，当钢管 外径/钢管壁厚> 20的时候，正火冷却采用空冷的方式；当9 <钢管外径/钢管壁厚< 20 的时候，正火冷却采用风冷的方式；当钢管外径/钢管壁厚< 9的时候，正火冷却采用雾冷 的方式。
[0025] 如果钢管的正火温度大于950°C，正火后钢管的奥氏体晶粒度将趋于粗大，导致正 火后钢管的冲击性能下降；如果正火温度小于910°C，不利于钢管奥氏体化过程中碳及合 金元素的溶解及均匀化，使得正火后钢管的强度及冲击性能偏低。
[0026]由于本发明设计的低温无缝钢管材质中的锰含量较高，碳、锰偏析较严重，乳制成 钢管后其金相组织中常会出现较严重的带状组织。该带状组织降低了金相组织的均匀性， 提高了韧脆转化温度，降低了低温冲击韧性。因此，本发明设计的低温无缝钢管要获得优异 的低温冲击韧性，正火热处理后不仅要得到"细晶铁素体+珠光体"的金相组织，也要显著 改善正火后钢管的带状组织偏析。
[0027] 为解决该问题，本发明的申请人根据试验及实践积累的数据，采取了以下两项措 施：
[0028] 1)增加保温时间。一般钢管的正火保温时间根据壁厚尺寸计算为2min/mm，而本 发明将正火保温时间提高到3. 5-4. 5min/mm，以促进钢管在正火奥氏体化过程中碳及合金 元素的均匀化，降低钢中的碳、锰偏析。
[0029] 2)钢管正火冷却时采用较快的冷速。如果钢管表面平均冷速太慢，则金相组织较 粗大，带状组织较严重；如果钢管表面平均冷速太快，则金相组织中的偏析区域将会出现贝 氏体。以上两种情况均会降低钢管的低温冲击韧性。而采用本发明制定的正火冷速，将显 著改善正火后钢管的带状组织偏析，提高低温冲击韧性。
[0030] -般而言，薄壁、内孔较大的钢管可在冷床上采用空冷的冷却方式，中等壁厚和内 孔的钢管可采用风冷的冷却方式，厚壁、内孔较小的钢管可采用雾冷的冷却方式。总之，只 要正火冷却速度符合本发明的冷速要求，钢管就可获得较好的冲击性能。
[0031] 优选地，所述管坯的化学成分按重量百分比计为C:0. 075%，Si :0. 25%，Mn: 2. 0%,V ：0. 07%,Nb ：0. 03% , Re ：0. 05% , Cr ：0. 05%,Ni ：0. 04%,Mo ：0. 03%,Cu ：0. 08%, As :0.012%