专利名称：低碳当量微合金钢管及其在线常化工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种钢管及其生产工艺，特别是一种低碳当量微合金钢管及其在线常化工艺。
背景技术：
随着世界经济和石油勘探、钻采及运输业的发展，全球经济经济一体化的格局进程的加快，开发X42、X46、X52、X56乃至X60等以上高钢级管线管，尤其是适应不同区域特殊要求的高附加值管线的钢管产品，对于优化产品结构以及开拓国内外市场都具有重要意义。根据不同区域的不同要求，钢管产品除了满足API 5L标准外，还要达到不同区域不同要求的规范，同时还要适用于不同地区的环境要求。
例如伊朗区域的SSL-5L-95-2规范除了对强度、硬度、延伸率等通常指标有明确规定外，还对钢管的化学成分、碳当量、屈服强度变化范围(窄)、冲击韧性、屈强比、交货状态、管体尺寸、管端几何精度等其他验收指标提出了更为严格的指标。具体指标详细到如下程度1、化学成分及碳当量见表1表1 API 5L PSL2类及伊朗规范SSL-5L-95-2 X52钢级 (Wt％)
碳当量计算公式Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/152、各项力学性能要求见表2
表2力学性能要求
3、交货状态常化或正火状态交货。
4、钢管几何尺寸外径公差管端-0.4mm～+1.59mm，管体±0.75％。
椭圆度≤0.5％壁厚公差-12.5％～+15％直度≤0.15％坡口钝边1.59mm±0.79mm倒角30(-0～+5。)5、其他要求剩磁要求钢管每一端口沿周向至少测4个点，测量点应均匀分布。使用霍尔高斯计测量时，四个测量值的平均值不应超过30高斯(3.0mT)，单个值不超过35高斯(3.5mT)。
发明内容
为解决上述技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种低碳当量微合金钢管及其在线常化工艺，以利于适应不同区域的规范要求，提高钢种的品质以及适应这种钢种品质的在线常化工艺。
为实现上述目的，本发明的技术解决方案是提供一种低碳当量微合金钢管，按重量％其钢种成分为C0.10～0.14、Si0.15～0.35、Mn1.30～1.50、P≤0.015、S≤0.005、Ni≤0.25、Mo≤0.08、Cu≤0.20、Al0.020～0.050、V0.05～0.10、Nb0.02～0.06、Ti≤0.04，其余为Fe。
还提供一种生产上述低碳当量微合金钢管的在线常化工艺，其工艺包括以下步骤钢的冶炼废钢、海绵铁及铁水在150吨超高功率电弧炉内熔化成钢水后，进入精炼炉炉进行炉外精炼、取样分析，并根据分析结果，调整钢中合金元素的含量；经过高真空脱气炉进行脱气处理炉高真空脱气、脱S、去除夹杂物、喂丝后的纯净钢水上六机六流弧形连铸机连铸成合格的钢坯。
管的成型钢坯在环形炉中加热到1280℃以上时，通过狄舍尔穿孔机穿成毛管，再经过Φ250mm MPM七机架限动芯棒连轧机轧制成荒管，荒管通过链式冷床冷却到550℃以下，进入加热炉进行再加热(在线常化)，然后进入14机架定径机进行热定径，钢管在冷床上冷却到常温状态后，切头尾，进入6辊立式斜辊矫直机矫直，经过漏磁探伤后进入中间库。
管的加工从中间库出来的钢管，按照合同要求的试验压力进行水压试验，合格的钢管进入下道工序定尺分切，管端倒坡口，，然后进行测长、称重、喷标、涂防锈漆、烘干、戴保护帽，成为合格产品后入成品库等待发运。
本发明的效果是通过在线常化工艺代替离线正火工艺，钢管的力学性能各项指标均满足API 5L PSL2类及伊朗规范SSL-5L-95-2技术规范要求，既能达到离线正火工艺的效果，又节省了生产成本，而且碳当量也小于0.42％，起到了多重有益的效果。
具体实施例方式
结合实施例对本发明的低碳当量微合金钢管及具在线常化工艺加以说明。
本发明的低碳当量微合金钢管在冶炼时，低S含量的钢(S≤0.005％)，比普通钢种要求严格。按重量％低碳当量微合金钢管的钢种成分为C0.10～0.14、Si0.15～0.35、Mn1.30～1.50、P≤0.015、S≤0.005、Ni≤0.25、Mo≤0.08、Cu≤0.20、Al0.020～0.050、V0.05～0.10、Nb0.02～0.06、Ti≤0.04，其余为Fe。
为了保证屈服强度变化范围在71MPa(359~430MPa)，同时碳当量还要求不能超过0.42％；钢管的几何尺寸要求比普通钢管严格，需要对轧管部分工艺参数进行调整；还要解决由于采用磁盘吊，钢管容易被磁化、剩磁问题；需要在轧制工艺上提出一种合理的工艺路线从而达到力学性能指标要求。
目前国内生产X52钢级管线管是采用离线正火工艺，也能达到伊朗规范要求的各种力学性能指标，但它的生产工序复杂、周期长、成本费用高(倒运费用及热处理费用合计400元/吨)。而在线常化工艺是将荒管从500℃～550℃升温到920℃，在线完成正火(常化)工艺，而达到了离线正火的同样效果。从而利用了荒管的余热，节省了能源，不用向外倒运，节省了管理费用和缩短生产周期。在线常化的费用为100元/吨，与离线正火相比节省300元/吨。
以生产TPCO-03158E中的X52钢级φ168.3×7.1mm规格为例，其生产的主要工艺步骤如下1、钢的冶炼针对现行炼钢、连铸工艺特点，采用低碳含锰钢为基础，辅以微合金强化的钢种设计，经合理的工艺控制，使钢水成分均匀，连铸坯内外质量符合管线钢轧制的要求，同时其各元素为钢管的组织和最终性能发挥作用作好准备。以固溶强化、弥散强化及晶粒强化为主要手段保证材料的强度及韧性指标。在全面保证材料性能的前提下，尽可能回避使用对碳当量贡献较高的合金元素。以较低的碳含量和较高的锰含量的成分组合保证材料的基本的强度和韧性，通过碳化物形成元素V元素的微合金强化原理提高材料的韧性指标。
为了提高钢管的力学性能，本发明进行如下工艺炼钢厂配料选用优质废钢，每炉至少应加入海绵铁45吨，铁水45吨，以确保钢水纯净度。出钢前向钢包底部加入两吨优质脱硫剂，并且保证无渣出钢。在出钢过程中向钢水加入锰铁、钒铁合金，以确保成分进入设计范围的中下限。
对于生产低S含量钢，对原料选配上采用重型废钢40％+30％海绵铁+30％铁水，尽量减少钢中的杂质元素。同时要求电炉无渣出钢，在出钢前向钢包中加入优质脱硫剂，精炼要造好碱性白渣脱硫((CaO)+[S]＝(CaS)+[O])，并且进行VD高真空脱气脱硫处理。
为了满足钢管的力学性能要求，对钢种的化学成分设计如下C0.10～0.14、Si0.15～0.35、Mn1.30～1.50、P≤0.015、S≤0.005、Ni≤0.25、Mo≤0.08、Cu≤0.20、Al0.020～0.050、V0.05～0.10、Nb0.02～0.06、Ti≤0.04，其余为Fe。其中碳当量Ceq时以根据公式估算出来。通过估算我们得知碳当量Ceq值在0.36％～0.41％之间，小于伊朗规范SSL-5L-95-2规范中0.42％的要求，达到了低碳当量的目的和效果。
钢水经精练炉进行合金微调、升温后，应经(VD)真空脱气处理，真空压力保持在0.5Torr以下，高真空时间≥8分钟。确保钢水S含量达到0.005％以下，从而适应中东地区酸性环境。
连铸后第一架拉矫辊无压下量，出二冷室温度不小于1000℃，确保铸坯内外质量，从而浇出质量合格的铸坯。钢的冶炼时，精心配料，在电炉出钢时加入脱硫剂，确保无渣出钢，VD炉高真空处理时间≥10分钟，最终钢中S≤0.005％，碳当量Ceq≤0.42。部分炉号的熔炼成分见表3。
表3部分炉号的熔炼成分(Wt％)
通过对钢种成分的优化，同时添加微合金元素V，钢的各项力学性能指标都达到很好的效果。屈服强度控制在70MPa变化范围内，冲击功都在100J以上，断面剪切比达到100％。具体值见表4表4部分炉号的力学性能
2、管的成型
在轧管过程中，选用的工艺路线为钢坯在环形炉中加热到1280℃以上时，通过狄舍尔穿孔机穿成毛管，再经过Φ250mm MPM七机架限动芯棒连轧机轧制成荒管。荒管在链式冷床冷却到550℃以下，入加热炉进行再加热(在线常化)，在线常化温度为920℃，即应用在线常化工艺代替了传统的正火工艺，达到了正火工艺所能达到的性能指标，缩减了生产工序，节省了生产成本。然后钢管进行热定径、冷却、切头尾、矫直机矫直，经过漏磁探伤后进入中间库。
为了提高钢的强度和冲击韧性及剪切比，采用在线常化温度为920℃。
为了保证钢管的几何尺寸，对钢管的轧制孔型进行了优化，例如114.3、φ168.3等外径选用181孔型，φ219.1外径选用235孔型。同时定径机架也比生产普通钢管的要多。
以φ210×7800mm钢坯为例，将φ210×7800mm的连铸坯锯切成3900mm的长度，入环形加热炉透热至1270℃出炉，经高压水除磷及定心后，送入带大导盘的狄舍尔穿孔机穿轧成Φ220×32mm的毛管；毛管的内、外表面分别经过硼砂喷射除磷并保护及高压水除磷，再送入181孔型的七机架限动芯棒(芯棒直径为Φ166.6)连轧机组延伸轧制；荒管由三机架三辊式脱管机组脱管后快速通过再加热炉。为了保证钢管各项力学性能指标，设定再加热炉温度，常化温度为920℃。
经十四机架微张力减径机组定径后，成为φ168.3×7.1mm的双倍尺钢管(全长不小于26000mm)。两倍尺荒管经冷床冷却进入精整线，由排锯粗定尺为不小于12200mm的管段，经矫直及无损探伤(N10)后，再对其外观、外径及壁厚作抽样检查，合格的钢管进入中间库。
3、管的加工从中间库出来的钢管进入光管线，在光管线由管端切割机床和坡口加工机床定尺为12200±600mm的钢管，经两端坡口加工，管体通过3165PSI、保压10秒的水压试验，并经测长称重，喷标、烘干、带保护帽并逐支检验后，合格成品管入库。
此产品生产时，全部采用尼龙吊带吊装，确保钢管剩磁达到标准要求。
表3和表4反映出TPCO-03158E中X52钢级φ168.3×7.1mm规格部分炉号的化学成分和力学性能。从表中可以看出成分和力学性能各项指标均满足API 5L PSL2类及伊朗规范SSL-5L-95-2的要求。
4、产品的检测与评价X52钢级管线管通过金相及夹杂物的检验评定，力学性能试验、几何参数及钢管剩磁(抽测)均可以满足API 5L PSL2类和伊朗SSL-5L-95-2规范的要求。
权利要求
1.一种低碳当量微合金钢管，按重量％其钢种成分为C0.10～0.14、Si0.15～0.3 5、Mn1.30～1.50、P≤0.015、S≤0.005、Ni≤0.25、Mo≤0.08、Cu≤0.20、Al0.020～0.050、V0.05～0.10、Nb0.02～0.06、Ti≤0.04，其余为Fe。
2.一种生产低碳当量微合金钢管的在线常化工艺，其工艺包括以下步骤钢的冶炼废钢、海绵铁及铁水在150吨超高功率电弧炉内熔化成钢水后，进入精炼炉炉进行炉外精炼、取样分析，并根据分析结果，调整钢中合金元素的含量；经过高真空脱气炉进行脱气处理炉高真空脱气、脱S、去除夹杂物、喂丝后的纯净钢水上六机六流弧形连铸机连铸成合格的钢坯；管的成型钢坯在环形炉中加热到1280℃以上时，通过狄舍尔穿孔机穿成毛管，再经过Φ250mm MPM七机架限动芯棒连轧机轧制成荒管，荒管通过链式冷床冷却到550℃以下，进入再加热炉进行加热(在线常化)，然后进入14机架定径机进行热定径，钢管在冷床上冷却到常温状态后，切头尾，进入6辊立式斜辊矫直机矫直，经过漏磁探伤后进入中间库；管的加工从中间库出来的钢管，按照合同要求的试验压力进行水压试验，合格的钢管进入下道工序定尺分切，管端倒坡口，然后进行测长、称重、喷标、涂防锈漆、烘干、戴保护帽，成为合格产品后入成品库等待发运。
全文摘要
本发明提供一种低碳当量微合金钢管，按重量％其钢种成分为C0.10～0.14、Si0.15～0.35、Mn1.30～1.50、P≤0.015、S≤0.005、Ni≤0.25、Mo≤0.08、Cu≤0.20、Al0.020～0.050、V0.05～0.10、Nb0.02～0.06、Ti≤0.04，其余为Fe。还提供一种生产上述低碳当量微合金钢管的在线常化工艺，其工艺包括以下步骤钢的冶炼；管的成型；管的加工。本发明的效果是通过在线常化工艺代替离线正火工艺，钢管的力学性能各项指标均满足API 5L PSL2类及伊朗规范SSL－5L－95－2技术规范要求，既能达到离线正火工艺的效果，又节省了生产成本，而且碳当量也小于0.42％，起到了多重有益的效果。
文档编号C22C38/14GK101016599SQ20071005685
公开日2007年8月15日 申请日期2007年2月28日 优先权日2007年2月28日
发明者严泽生, 郑贵英, 赵晓林, 许金玲, 朱海涛 申请人:天津钢管集团股份有限公司