专利名称：直径为Φ460.0～720.0 mm大口径高钢级耐腐蚀无缝钢管的制造方法
技术领域：
本发明涉及耐腐蚀材料及石油专用管领域，特别是一种直径为Φ460.0 720. Omm大口径高钢级耐腐蚀无缝钢管的制造方法。
背景技术：
近年来，中国经济的持续发展，能源结构的调整，天然气的使用量逐年增加，以及 输气管线的大批建设，使管线工程的发展趋势向大管径、高压富气输送、高冷和腐蚀的服役 环境、海底管线的厚壁化等发展。中国公开号CN1811002A、CN1351189所公开的抗硫化氢管线钢，均为热轧板卷 钢。无缝管在厚壁、高强度、中高合金、耐腐蚀、小批量生产上是强项领域，优于焊接钢管。 CN1811002A中C含量低，未加入V元素微合金化处理，对P、S含量要求不高，未提供新技术 解决解决P、S引起的负面影响。CN1351189所公开的高韧性抗硫化氢用输气管线钢，P、S含 量要求很低，制造成本高，目前的工业化生产还难以实现。CN01126611.2公开了“一种低碳 合金钢及所制管材”，该发明涉及一种低碳低合金钢及所制管材，所要解决的技术问题是增 加合金钢的强韧性及提高淬透性和焊接性能，冲击性能不是很理想，添加了多种贵重金属， 生产成本高，而且未考虑耐腐蚀性能合金元素优异配比，不具备良好的抗HIC性能，由此制 造的管材不具备输送酸性介质的要求。大口径管线多为焊管，而焊缝易存在天生的缺陷产生HIC开裂。在酸性环境中大 口径无缝管比焊管有明显的优势。从安全角度考虑，在酸性环境中能使用无缝管的尽量使 用，而取代焊管。因此，大口径无缝管的开发是相当必要的。涉及直径为Φ 460. 0 720. Omm 大口径高钢级耐腐蚀无缝管线管的制造方法的专利未见报道。
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直径为Φ460.0 Φ 720mm大口径高钢级耐腐蚀无缝钢管的制造方法，有利于解决大口径无缝管线管的冶炼、 轧制和热处理等生产难题，提供安全可靠的酸性环境可替代焊管的输送管道，解决油气输 送过程中的腐蚀问题；攻克高强度抗HIC腐蚀的技术难题。为实现发明目的，本发明采用的技术方案是提供生产直径为Φ460 720mm大口 径高钢级耐腐蚀无缝钢管的制造方法，该方法包括以下步骤a.所述直径为Φ460 720mm大口径高钢级耐腐蚀无缝钢管的钢种成分重量％ 为C 0. 06 0. 14%, Si 0. 15 0. 30%,Mn 1. 10 1. 65%，P 彡 0. 015%，S 彡 0. 003%,Al 0. 015 0. 050%,N 0. 003 0. 012%,NbO. 020 0. 05%, V 0. 02 0. 09%，Cu 彡 0. 20%， Ni ( 0. 30%, CEnff ( 39，CEpcm ( 22，余量为Fe和不可避免的杂质；b.炼钢采用按步骤a无缝钢管的钢种成分的优质废钢、海绵铁、铁水和合金母液 配制熔化成钢水后，通过短流程工艺路线电炉、精炼、真空炉、喂丝处理、连铸并结合微合金化、纯净钢冶炼、夹杂物变性，连铸机铸成圆形钢坯；c.热轧将冷却后的连铸坯冷定心后，在环形加热炉内加热，炉温为1230 1290°C，管坯加热温度偏差士 10°C，热穿孔温度1220 1260°C，0 460PQF连轧机组连轧温 度940 1200°C，定径温度880 980°C，冷却，为热扩工艺提供毛管；d.热扩将所述毛管在加热炉内加热，炉温为1120 1190°C，管坯加热温度偏差 士 10°C，通过旋扩和均整控制管体壁厚，通过再加热炉控温保外径，温度控制范围680 780°C，温差为士 10°C，四组冷轧辊冷定径，钢管外径控制精度为士0. 75% D，壁厚控制精 度为士 10% t ；e.钢管热处理和加工上述钢管在淬火加热炉中加热到900 980°C，进行淬火， 保温15 45min后水冷，然后在回火加热炉中加热到510 710°C，进行回火；采用500 630°C高温定径和热矫直，直度整体小于0. 15%L，不圆度小于通过无损探伤，成品管 再进行静水压试验，加工API标准坡口，钢管的两管端头上保护环，进行喷标、涂漆。所述的步骤a中根据管体的不同壁厚，添加提高淬透性合金Cr、Mo，Cr ( 0. 50%, Mo 彡 0. 30%。所述的步骤b中采用RH真空脱气、喂丝和夹杂物变性，CaSi丝喂入量彡IOOm/炉。所述的步骤c中毛管的轧制精度，外径控制精度士0.75% D，壁厚控制精度 士 12. 5% t。所述的步骤e中，经热处理的钢管的力学性能指标为屈服强度415 635MPa抗拉强度520 760MPa屈强比彡0.93延伸率彡20%冲击功0°C横向全尺寸夏比冲击功彡200J硬度彡248HV10金相双相组织F+B回，晶粒度8. 0级及以上。提供一种采用权利要求1所述的制造方法生产直径为Φ460 720. Omm大口径高 钢级耐腐蚀无缝管线管。本发明的有益效果是1)采用低碳高锰微合金化钢种，炼钢工艺严格要求P、S 含量，采用硅钙丝夹杂物球化处理，从源头减少硫化物的不利影响，短流程成本较低；2) c5460PQF轧机组提供毛管，Φ720斜轧热扩连轧机组结合高端热轧控制技术得到不同尺 寸的优质管体，穿孔和轧制工艺制定的合理，最大限度地提高了管线管的机械性能；3)调 质工艺保证管体性能，选择合理热矫直温度，最大限度地降低了管线管的残余应力；4)大 口径加工设备保证管端坡口质量和精度。本发明的管线管机械性能指标要求高于API标 准。
图1为本发明的X65QS钢级管线管的韧性曲线；图2为本发明的X65QS钢级管线管的金相组织。
具体实施例方式结合附图及实施例对本发明的直径为Φ460. 0 720. Omm大口径高钢级耐腐蚀无 缝钢管的制造方法加以说明。本发明的直径为Φ460 720mm大口径高钢级耐腐蚀无缝钢管的制造方法，该方 法包括以下步骤a.所述直径为Φ460 720mm大口径高钢级耐腐蚀无缝钢管的钢种成分重量％ 为C 0. 06 0. 14%, Si 0. 15 0. 30%,Mn 1. 10 1. 65%，P 彡 0. 015%，S 彡 0. 003%,Al 0. 015 0. 050%,N 0. 003 0. 012%,NbO. 020 0. 05%, V 0. 02 0. 09%，Cu 彡 0. 20%， Ni ( 0. 30%, CEnff ( 39，CEpcm ( 22，余量为Fe和不可避免的杂质；b.炼钢采用按步骤a无缝钢管的钢种成分的优质废钢、海绵铁、铁水和合金母液 配制熔化成钢水后，通过短流程工艺路线电炉、精炼、真空炉、喂丝处理、连铸并结合微合金 化、纯净钢冶炼、夹杂物变性，连铸机铸成圆形钢坯；c.热轧将冷却后的连铸坯冷定心后，在环形加热炉内加热，炉温为1230 1290°C，管坯加热温度偏差士 10°C，热穿孔温度1220 1260°C，0 460PQF连轧机组连轧温 度940 1200°C，定径温度880 980°C，冷却，为热扩工艺提供毛管；d.热扩将所述毛管在加热炉内加热，炉温为1120 1190°C，管坯加热温度偏差 士 10°C，通过旋扩和均整控制管体壁厚，通过再加热炉控温保外径，温度控制范围680 780°C，温差为士 10°C，四组冷轧辊冷定径，钢管外径控制精度为士0. 75% D，壁厚控制精度 为 士 10% t ；e.钢管热处理和加工上述钢管在淬火加热炉中加热到900 980°C，进行淬火， 保温15 45min后水冷，然后在回火加热炉中加热到510 710°C，进行回火；采用500 630°C高温定径和热矫直，直度整体小于0. 15%L，不圆度小于通过无损探伤，成品管 再进行静水压试验，加工API标准坡口，钢管的两管端头上保护环，进行喷标、涂漆。所述的步骤a中根据管体的不同壁厚，添加提高淬透性合金Cr、Mo，Cr ( 0. 50%, Mo ( 0. 30%。所述的步骤c中毛管的轧制精度，外径控制精度士0. 75% D，壁厚控制精度 士 12. 5% t。所述的步骤b中采用RH真空脱气、喂丝和夹杂物变性，CaSi丝喂入量彡IOOm/炉。所述的步骤e中，经热处理的钢管的力学性能指标为屈服强度415 635MPa抗拉强度520 760MPa屈强比彡0.93延伸率彡20%冲击功0°C横向全尺寸夏比冲击功彡200J硬度彡248HV10金相双相组织F+B回，晶粒度8. 0级及以上。通过上述制造方法生产直径为Φ460 720. Omm大口径高钢级耐腐蚀无缝管线管。本发明的直径为Φ460 720mm大口径高钢级耐腐蚀无缝钢管的制造方法通过以 下步骤实现
1、炼钢采用优质废钢、海绵铁、铁水和合金母液配制熔化成钢水后，通过短流程工艺路线 电炉、精炼、真空炉、喂丝处理、连铸并结合微合金化、纯净钢冶炼、夹杂物变性，连铸机铸成 圆形钢坯；配置的钢种成分重量％为C 0. 06 0. 14%，SiO. 15 0. 30 %，Mn 1. 10 1. 65%, P 彡 0. 015%, S 彡 0. 003%, Cu 彡 0. 20%, Ni 彡 0. 30%, Al 0. 015 0. 050%, N 0. 003 0. 012%, Nb 0. 020 0. 05%, V 0. 02 0. 09%, CEnff 彡 39，CEpcm 彡 22。余量 为Fe和不可避免的杂质适当增加了铁水的比例，保证高纯净钢。根据管体的不同壁厚，适 当添加提高淬透性合金Cr、Mo，Cr彡0. 50%、Mo彡0. 50%。泡沫渣冶炼，Ar气搅拌，埋弧加热，具有良好的脱氧、脱硫效果，减少夹杂物。合理 的初渣碱度，石灰活性度彡300ml，高真空度66. 7Pa以下，保持5min以上。夹杂物变性通过 钙处理，CaSi喂入量彡IOOm/炉，喂丝后弱搅时间彡5min。连铸(CCM)采用带有Ar气密封 的保护钢管，中包覆盖剂，浸入式水口和结晶器保护渣的保护浇铸先进技术，使钢水和空气 完全隔离，防止钢水在浇铸过程中的二次氧化，控制二冷区水温和拉速，保证管体的表面质 量。2、热轧冷却后的连铸坯冷定心后，在环形加热炉内加热，炉温为1230 1290°C，管坯 加热温度偏差士 10°c，热穿孔温度1220 1260°C，0 460PQF连轧机组连轧温度940 12000C，定径温度880 980°C，冷却，为热扩工艺提供毛管；3、热扩将毛管在加热炉内加热，炉温为1120 1190°C，管坯加热温度偏差 士 10°C，通过旋扩和均整控制管体壁厚，通过再加热炉控温保外径，温度控制范围680 780°C，温差为士 10°C，4组冷轧辊冷定径，外径控制精度为士0. 75%，壁厚控制精度为 士 10%。4、钢管热处理和加工上述钢管在淬火加热炉中加热到900 980°C，进行淬火，保温15 45min后水 冷，然后在回火加热炉中加热到510 710°C，进行回火；采用500 630°C高温定径和热矫 直，直度整体小于0. 15%L，不圆度小于；通过无损探伤，成品管再进行静水压试验，加 工API标准坡口，两管端头上保护环，进行喷标、涂漆热处理生产线通过精确控制淬火炉和回火炉温度对钢管进行调质处理以保管线 管的性能，采用高温定径和高温矫直的工艺技术，不但保证了钢管的外径及圆度的精度，而 且是控制钢管低残余应力的关键。逐支进行内外，横纵L2级别超声波探伤。逐支水压试验， 试验静水压为最小名义屈服强度的90%，保压时间彡IOs0本方法为了得到即有高强度又有高耐腐蚀性能的管线管，在成分设计上采用超低 的P、S含量，以利于抗腐蚀性能；同时根据管体的不同壁厚，适当添加提高淬透性合金Cr、 Mo,Cr ^ 0. 50%,Mo ^ 0. 50%。为了得到具有较少偏析的微观组织，提高Nb含量配合低的 碳含量，得到NbC颗粒，细化微观组织提高再结晶终止温度，减少组织偏析，既保证高强度 和韧性又保证抗HIC性能。此钢种的化学成分和热处理制度经过多次试验优化选择最终确 定的。按照本方法生产出的管线钢管的性能达到以下要求
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屈服强度415 635MPa抗拉强度520 760MPa屈强比彡0.93延伸率彡20%冲击功横向全尺寸夏比冲击功彡200J。如图1所示。硬度彡248HV10金相双相组织F+B回，晶粒度8. 0级及以上。如图2所示。抗HIC 性能按NACE TM0284-2003标准，分别在A溶液和B溶液试验条件下浸泡96小时检验 试样，均未出现裂纹，均满足裂纹长度率< 15%、裂纹厚度率< 5，裂纹敏感率< 2%标准的 要求，具有优异的抗HIC性能，完全满足酸性条件下对输送管的耐腐蚀性能要求。对配制钢种成分的化学成分说明C:是钢中最经济、最基本的强化元素，综合考虑碳含量对钢的强度和韧性的影响 和成本，把C含量控制在0.06 0. 14%之间。如表1中的实施例中的C含量。Si =Si是脱氧所必要的元素，也能提高钢的强度，但加入大量的硅会降低韧性和 耐蚀性，所以将其含量限止在0. 15 0. 30%范围内。如表1中的实施例中的Si含量。Mn =Mn是必须的强化元素，Mn添加的多少要与C匹配，保证管体的性能，因Mn易产 生偏析对抗腐蚀性能不利。所以将其含量限止在1.10 1.65%范围内。如表1中的实施 例中的Mn含量。P、S :P和S是杂质元素。为提高韧性和耐蚀性，要尽量降低其含量。但又不能不 考虑炼钢的成本，可是为了得到更好的抗腐蚀性能，最好规定PS0. 015%,S ( 0. 003%。Al =Al是镇静钢所必须添加的元素，细化晶粒，但其含量过高时，易导致夹杂物增 多，产生发纹，降低韧性和加工性能，因此将其含量限止在Al 0. 015 0. 050%范围内。Nb :Nb是加入的微合金化元素，对晶粒度细化的作用十分明显。Nb的量加入太高， 在轧制过程中易出现轧制缺欠，影响钢的表面质量。控制NbO. 025 0.050%之间。如表1 中的实施例中的Nb含量。V :V具有较高的析出强化作用和晶粒细化作用，在Nb、V微合金元素复合使用时，V 是同通过铁素体中以VC析出强化来提高钢的强度。控制V0. 02 0.09%之间。如表1中 的实施例中的V含量。N :N元素为钢中气体元素，一般N含量超过0. 12%对抗腐蚀性能有影响，控制其含 量在有效0. 003 0. 012%范围内。Cu、Ni 为钢种中残余元素，对冲击韧性和抗腐蚀性能有利，但考虑成本和碳当量 的贡献，将其含量控制在Cu < 0. 20%、Ni < 0. 30%范围内。Cr、Mo :Cr, Mo元素可以提高材料的淬透性，从而保证大口径厚壁管体的性能，根 据管体的不同壁厚，适当添加提高淬透性合金Cr、Mo, Cr ^ 0. 50%, Mo ^ 0. 30%。如表1 中的实施例中的Cr、Mo元素的含量。钢管成分特点是低碳Nb系合金，根据管体的不同壁厚，适当添加提高淬透性合金 Cr,Mo, Cr ^ 0. 50%,Mo彡0. 30%。微量元素Nb、V合金化，限制Cu、Ni及杂质元素P、S的 含量，并规定C含量和N含量，通过大量试验选择合理的成分配比，赋予高纯净钢以良好的综耐腐蚀性能。按上述大口径高钢级耐腐蚀无缝钢管所列成分通过短流程炼钢工艺冶炼得到圆 坯，经过热轧得到规定的几何尺寸，经过调质热处理得到权力要求2、3所述的无缝管线管， 以X65QS钢级，规格Φ508Χ26. 19mm为例，其化学成分如下表1。力学性能如下表2。抗 HIC性能见表3。管材化学成分完全满足权利要求1的要求，S和P含量较低，满足了成分设计的要 求，而且从统计分布结果表1可以看出各炉成分含量偏差很小，稳定的成分含量有利于热 处理时进行温度控制，从而为管材具有良好的组织和性能提供了前提条件。从表2中可以 看出，本发明能很好地满足X60QS管线管性能要求，屈强比很小，具有很高的韧性，很低的 硬度值，从而保证具有很高的耐腐蚀能力。从抗HIC试验结果表3看，不论在酸性溶液和人 工合成海水的溶液中都具有很强的抗HIC性能，均未发现氢致开裂裂纹和氢鼓泡，具有明 显的特征是在屈服强度>415MPa下具有良好的抗HIC性能，裂纹敏感率(CSR) <2%，裂纹 长度率< 10%，裂纹厚度率(CTR) <3%。表1本发明管线管的实施例化学成分 注当C含量彡 0. 12%，碳当量CEpcm C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+ V/10+5B, B彡0. 0005%，公式中B含量为0。当 C 含量> 0. 12%计算碳当量，碳当量 CEiiw = C+Mn/6+Cu/15+Ni/15+Cr/5+Mo/5+ V/5表2本发明管线管实施例的力学性能和金相 表3本发明管线管实施例的抗HIC试验结果
权利要求
一种直径为Φ460～720mm大口径高钢级耐腐蚀无缝钢管的制造方法，该方法包括以下步骤a.所述直径为Φ460～720mm大口径高钢级耐腐蚀无缝钢管的钢种成分重量％为C 0.06～0.14％，Si 0.15～0.30％，Mn 1.10～1.65％，P≤0.015％，S≤0.003％，Al 0.015～0.050％，N 0.003～0.012％，Nb0.020～0.05％，V 0.02～0.09％，Cu≤0.20％，Ni≤0.30％，CEIIW≤39，CEpcm≤22，余量为Fe和不可避免的杂质；b.炼钢采用按步骤a无缝钢管的钢种成分的优质废钢、海绵铁、铁水和合金母液配制熔化成钢水后，通过短流程工艺路线电炉、精炼、真空炉、喂丝处理、连铸并结合微合金化、纯净钢冶炼、夹杂物变性，连铸机铸成圆形钢坯；c.热轧将冷却后的连铸坯冷定心后，在环形加热炉内加热，炉温为1230～1290℃，管坯加热温度偏差±10℃，热穿孔温度1220～1260℃，Φ460PQF连轧机组连轧温度940～1200℃，定径温度880～980℃，冷却，为热扩工艺提供毛管；d.热扩将所述毛管在加热炉内加热，炉温为1120～1190℃，管坯加热温度偏差±10℃，通过旋扩和均整控制管体壁厚，通过再加热炉控温保外径，温度控制范围680～780℃，温差为±10℃，四组冷轧辊冷定径，钢管外径控制精度为±0.75％D，壁厚控制精度为±10％t；e.钢管热处理和加工上述钢管在淬火加热炉中加热到900～980℃，进行淬火，保温15～45min后水冷，然后在回火加热炉中加热到510～710℃，进行回火；采用500～630℃高温定径和热矫直，直度整体小于0.15％L，不圆度小于1％D；通过无损探伤，成品管再进行静水压试验，加工API标准坡口，钢管的两管端头上保护环，进行喷标、涂漆。
2.按照权利要求1所述的制造方法，其特征是所述的步骤a中根据管体的不同壁厚， 添加提高淬透性合金Cr、Mo，Cr彡0. 50%、Mo彡0. 30%。
3.按照权利要求1所述的制造方法，其特征是所述的步骤b中采用RH真空脱气、喂 丝和夹杂物变性，CaSi丝喂入量彡IOOm/炉。
4.按照权利要求1所述的制造方法，其特征是所述的步骤c中毛管的轧制精度，外径 控制精度士0. 75% D，壁厚控制精度士 12. 5% t。
5.按照权利要求1所述的制造方法，其特征是所述的步骤e中，经热处理的钢管的力 学性能指标为屈服强度415 635MPa抗拉强度520 760MPa屈强比^ 0. 93延伸率^ 20%冲击功横向全尺寸夏比冲击功> 200J硬度彡248HV10金相双相组织F+B目，晶粒度8. 0级及以上。
6.一种采用权利要求1所述的制造方法生产直径为Φ 460 720. Omm大口径高钢级耐腐蚀无缝管线管。
全文摘要
本发明提供直径为Φ460～720mm大口径高钢级耐腐蚀无缝钢管的制造方法，该方法包括步骤有钢种合理配比、炼钢、热轧、斜轧热扩、钢管热处理和加工工艺，生产直径为Φ460～720mm大口径高钢级耐腐蚀无缝钢管。本方法的效果是解决了P、S等有害元素对石油专用管耐腐蚀不利的影响，得到高质量低成本的圆坯，经合理的热处理技术，控制钢管力学性能和管体尺寸，降低残余应力技术，得到表面质量和综合性能合格的大口径管线管，其不但具有高强度和卓越的抗腐蚀性能，而且还具有良好的韧性。该钢管具有良好的理化性能，管体尺寸精度高，便于应用和利于长距离输送管道的安全，可广泛应用于含硫化氢的酸性油气田中。
文档编号C22C38/12GK101921957SQ20101022184
公开日2010年12月22日 申请日期2010年7月9日 优先权日2010年7月9日
发明者吕传涛, 孙宇, 李毅, 李艳, 王庆国, 许文妍, 赵兴亮, 郑飞 申请人:天津钢管集团股份有限公司