低焊接裂紋敏感性高強(qiáng)度無縫鋼管及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及低焊接裂紋敏感性高強(qiáng)度無縫鋼管及其制造方法，屬于低合金鋼制造 領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 為滿足鋼結(jié)構(gòu)對(duì)低焊接裂紋敏感性鋼的需求，自20世紀(jì)70年代，國(guó)際上開始研制 CF鋼一一低焊接裂紋敏感性鋼。該鋼種大量應(yīng)用于鋼板的生產(chǎn)，并通過采用淬火+回火或 采用TMCP\TPCP+回火工藝保證產(chǎn)品性能滿足高強(qiáng)度及低焊接裂紋敏感性的要求。
[0003] 申請(qǐng)?zhí)枮?00510047196. 0的中國(guó)專利申請(qǐng)公開了一種高強(qiáng)度低焊接裂紋敏感性 鋼厚板及其生產(chǎn)方式。該發(fā)明中的成分是在C、Mn、Nb、V元素基礎(chǔ)上考慮加入了一定量Cu、 Ni、Mo元素來保證性能。然而該生產(chǎn)采用的是控軋方式加離線回火，進(jìn)一步的，加入B元素 會(huì)引起鋼沖擊韌性的波動(dòng)，使鋼的韌性變差，因此其未加入B元素。
[0004] 申請(qǐng)?zhí)枮?00610018010. 3的中國(guó)專利申請(qǐng)公開了一種低焊接裂紋敏感性鋼板及 其生產(chǎn)方式。該發(fā)明成分中的C合理設(shè)計(jì)是考慮C < 0. 07%，然后通過加入Ni、Mo、B元素 來保證性能。生產(chǎn)工藝采用的是控軋+在線水冷淬火+離線回火工藝。
[0005] 申請(qǐng)?zhí)枮?00810224730. 4的中國(guó)專利申請(qǐng)公開了一種低焊接裂紋敏感性調(diào)質(zhì)高 強(qiáng)度鋼板及其制造方法。該發(fā)明成分中的C要求控制在0. 07~0. 09%，并通過加入Ni、Mo 等元素進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理來保證性能，其成分中不含有Nb和Cr。
[0006] 然而上述專利申請(qǐng)都公開的是鋼板的生產(chǎn)方法，對(duì)于無縫鋼管這種中空件的生 產(chǎn)，其淬火處理時(shí)冷卻的效果與板材不同，因此不能簡(jiǎn)單的采用鋼板的生產(chǎn)方法。
[0007] 申請(qǐng)?zhí)枮?01210422745.8的中國(guó)專利申請(qǐng)公開了一種低焊接裂紋敏感性高 強(qiáng)鋼，并具體公開其由以重量百分?jǐn)?shù)計(jì)的下列組分組成：C 0.18~0.23%，Ni 1.4~ I. 7% ,Mn L 5 ~1.8% ;Si 彡 0.5%，P 彡 0.040%，S 彡 0.015%，V 0.03 ~0.05%，Ti 0.04~0.06%，Cr 0.6~0.8%，余量為Fe及不可避免雜質(zhì)。由于其中C含量較高，因此 其也具有較高的PCM。
[0008] 申請(qǐng)?zhí)枮?01010523107. 6的中國(guó)專利申請(qǐng)公開了一種生產(chǎn)42CrMo鋼無縫鋼管的 方法，并具體公開了所述熱處理步驟中淬火加熱至800~900°C，然后用水冷卻，其中，鋼管 的外表面以噴淋的方式冷卻，鋼管的內(nèi)表面以內(nèi)軸流的方式冷卻，冷卻時(shí)先開始內(nèi)軸流，然 后進(jìn)行鋼管外表面噴淋，冷卻結(jié)束時(shí)先停止內(nèi)軸流，然后停止鋼管外表面噴淋；鋼管冷卻至 室溫后進(jìn)行回火，回火加熱溫度為520~620°C。然而上述工藝是由于42CrMo鋼的特殊性 決定的，為避免出現(xiàn)淬火裂紋，淬火時(shí)選擇先開始內(nèi)軸流，然后進(jìn)行鋼管外表面噴淋，冷卻 結(jié)束時(shí)先停止內(nèi)軸流，然后停止鋼管外表面噴淋的方式。
[0009] 申請(qǐng)?zhí)枮?01310239179. 1的中國(guó)專利申請(qǐng)公開了一種X90Q中厚壁無縫鋼管及其 制造方法，并具體公開了所述鋼水的成分按重量百分比計(jì)為：C 0. 11~0. 15%，Si 0. 17~ 0· 37%，MnL 4 ~L 6%，P 0 ~0· 018%，S 0 ~0· 008%，Al 0· 02 ~0· 05%，Nb 0· 03 ~ 0· 05%，N 0 ~0· 01%，B0. 0008 ~0· 0018%，Cu 彡 0· 2%，V 彡 0· 1%，Ti 彡 0· 06%，余量 為Fe及不可避免雜質(zhì)；其成分中不含有Cr。所述制造方法中包括淬火和回火處理步驟，淬 火加熱溫度為890~950°C，采用外噴淋加內(nèi)軸流的方式水淬冷卻至室溫，并且先進(jìn)行外噴 淋然后進(jìn)行內(nèi)軸流，停止時(shí)同時(shí)結(jié)束外噴淋和內(nèi)軸流，然后進(jìn)行回火處理，回火加熱溫度為 500~560°C，回火后空冷。然而其成分中不含有Cr，且淬火時(shí)未明確提出內(nèi)軸流水量的要 求。
[0010] 申請(qǐng)?zhí)枮?01310236531.6的中國(guó)專利申請(qǐng)公開了一種大口徑特厚壁無縫鋼管 及其制造方法，所述管坯的化學(xué)成分為：C彡0. 2%、Si 0. 1~0. 55%、MnL 1~1. 7%、 P 彡 0. 02%、S 彡 0. 015%、Nb 彡 0. 05%、V 彡 0. l%、Ti0.00 7 ~0. 05%、Cr 0. 1 ~0. 6%、 Ni0.2~1.4%、Cu<0.35%、Mo0.08~0.6%、A10.015~0.05%、B 0.0005~0.003% 以及余量的鐵和不可避免的雜質(zhì)。由于其壁厚較厚，為30~70mm，因此，其為保證產(chǎn)品的 強(qiáng)度指標(biāo)和一40°C低溫沖擊指標(biāo)滿足要求，在成分設(shè)計(jì)時(shí)C的最佳控制范圍應(yīng)在0. 14~ 0. 20%，同時(shí)根據(jù)生產(chǎn)鋼管的不同壁厚還加入了 0. 2~1. 4%的Ni元素保證低溫沖擊指標(biāo) 滿足要求。進(jìn)一步的，由于所述無縫鋼管不具有低焊接裂紋敏感性要求，因此焊接時(shí)必須預(yù) 熱、且焊后需熱處理。
[0011] 綜上，隨著我國(guó)海洋工程裝備等領(lǐng)域的不斷發(fā)展，對(duì)低焊接裂紋敏感性高強(qiáng)無縫 鋼管的需求也逐漸增加。為滿足海洋工程用管的需求，急需開發(fā)出一種具有較高強(qiáng)度、良好 低溫沖擊韌性的低焊接裂紋敏感性無縫鋼管的制造方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種低焊接裂紋敏感性高強(qiáng)度無縫鋼管，滿足用 戶在焊接時(shí)不預(yù)熱、不焊后熱處理的需求。
[0013] 本發(fā)明低焊接裂紋敏感性高強(qiáng)度無縫鋼管，由以下重量百分比組分組成：C 0· 08 ~0· 11 %，Si 0· 15 ~0· 40 %，Mn L 20 ~L 60 %，P 彡 0· 013 %，S 彡 0· 008 %， Nb 0· 030 ~0· 080 %，V 0· 03 ~0· 08 %，Ti 0· 025 ~0· 040 %，Cr 0· 10 ~0· 30 %， Ni 彡 0· 10%，Cu 彡 0· 30%，B 0· 0008 ~0· 0020%，M〇 彡 0· 10%，A1 0· 015 ~0· 050%，余 量為Fe和不可避免的雜質(zhì)；PCM彡0. 21。
[0014] 進(jìn)一步的，作為優(yōu)選方案，B含量為0.0010~0.0020%。
[0015] 作為更優(yōu)選方案，本發(fā)明低焊接裂紋敏感性高強(qiáng)度無縫鋼管，由以下重量百分 比組分組成：C 0.08 ~0.09%，Si 0.19 ~0.28%，Mn L 24 ~L 35%，P 彡 0.013%， S 彡 0. 008%，Nb 0. 031 ~0. 038%，V 0. 036 ~0. 046%，Ti 0. 028 ~0. 035%，Cr 0. 17 ~ 0. 21%，Ni 彡 0. 10%，Cu 彡 0. 30%，B0. 00013 ~0. 00014%，Mo 彡 0. 10%，Al 0. 023 ~ 0. 043%。
[0016] 優(yōu)選地，本發(fā)明低焊接裂紋敏感性高強(qiáng)度無縫鋼管的屈強(qiáng)比為0. 85~0. 90,優(yōu)選 為 0· 85 ~0· 87。
[0017] 進(jìn)一步的，本發(fā)明所述低焊接裂紋敏感性高強(qiáng)度無縫鋼管壁厚優(yōu)選< 25mm，更優(yōu) 選為16~25mm。
[0018] 進(jìn)一步的，本發(fā)明還公開了上述低焊接裂紋敏感性高強(qiáng)度無縫鋼管的制造方法， 包括鋼水冶煉、鑄坯、熱軋和調(diào)質(zhì)熱處理步驟，所述調(diào)質(zhì)熱處理步驟包括對(duì)熱軋得到的無縫 鋼管順序進(jìn)行淬火和回火處理，淬火出爐管溫為940~960°C，淬火的冷卻方式為浸淬加內(nèi) 軸流，回火出爐管溫為630~670°C。
[0019] 優(yōu)選地，所述淬火過程使用的專管器轉(zhuǎn)速為60~70轉(zhuǎn)/分鐘。
[0020] 進(jìn)一步的，所述內(nèi)軸流水量（m3/h)優(yōu)選彡（(D-2S)+2)2X0.0113XL，其中，D為鋼 管外徑，單位為mm，S為鋼管壁厚，單位為mm ;其中，當(dāng)鋼管長(zhǎng)度< 12m時(shí)，L = 12,當(dāng)鋼管長(zhǎng) 度> 12m時(shí)，L =鋼管長(zhǎng)度。
[0021] 本發(fā)明有益效果：
[0022] 1、通過降低C含量（C彡0. 11%)和添加 Ti元素來提高鋼管的焊接性能。使其具 有良好的低焊接裂紋敏感性。
[0023] 2、只考慮加入適量的Cr、Nb、V、B、Ti元素細(xì)化晶粒、提高鋼管淬透性，而不考慮加 入Mo、Ni等較貴重合金元素，通過采用浸淬+內(nèi)軸流的方式進(jìn)行淬火和回火熱處理，保證鋼 管在Pcm < 0. 21 %的情況下鋼管具有較高的強(qiáng)度指標(biāo)和優(yōu)良的一 20°C低溫沖擊韌性，實(shí)現(xiàn) 低成本生產(chǎn)低焊接裂紋敏感性高強(qiáng)度無縫鋼管的目的。同時(shí)鋼管的屈強(qiáng)比控制在0. 85~ 0.90范圍，在充分挖掘材料潛力的前提下，避免了過高的屈強(qiáng)比帶來的材料使用安全性的 問題。
[0024] 3、合理的成分設(shè)計(jì)，使本發(fā)明低焊接裂紋敏感性高強(qiáng)度無縫鋼在630°C~670°C 溫度范圍內(nèi)具有良好的回火穩(wěn)定性。
[0025] 4、本發(fā)明低焊接裂紋敏感性高強(qiáng)度無縫鋼管的抗張強(qiáng)度多620MPa、一 40°C低溫 沖擊功多47J，可滿足海洋工程用管的需求。
【附圖說明】
[0026] 圖1Φ325*25無縫鋼管金相組織圖（調(diào)質(zhì)態(tài)500X)。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 本發(fā)明低焊接裂紋敏感性高強(qiáng)度無縫鋼管，由以下重量百分比組分組成：C 0· 08 ~0· 11 %，Si 0· 15 ~0· 40 %，Mn L 20 ~L 60 %，P 彡 0· 013 %，S 彡 0· 008 %， Nb 0· 030 ~0· 080 %，V 0· 03 ~0· 08 %，Ti 0· 025 ~0· 040 %，Cr 0· 10 ~0· 30 %， Ni 彡 0· 10%，Cu 彡 0· 30%，B 0· 0008 ~0· 0020%，M〇 彡 0· 10%，A1 0· 015 ~0· 050%，余 量為Fe和不可避免的雜質(zhì)；PCM彡0. 21。
[0028] 進(jìn)一步的，作為優(yōu)選方案，本發(fā)明低焊接裂紋敏感性高強(qiáng)度無縫鋼管，由以下重量 百分比組分組成：C 0· 08 ~0· 09%，Si 0· 19 ~0· 28%，Mn L 24 ~I. 35%，P 彡 0· 013%， S 彡 0· 008%，Nb0.0 31 ~0· 038%，V 0· 036 ~0· 046%，Ti 0· 028 ~0· 035%，Cr 0· 17 ~ 0. 21%，Ni 彡