用控轧代替正火生产中厚壁20G无缝钢管的制造方法

摘要

本发明提供一种用控轧代替正火生产中厚壁20G无缝钢管的制造方法，该方法制造16mm～40mm壁厚的20G无缝钢管，用于高压锅炉用无缝钢管、化肥用无缝钢管及氧化铝溶出管道用无缝钢管等领域。有益效果是在20G钢中添加0.03～0.07％V，同时将20G钢化学成分中的C、Mn等的范围调整为0.17~0.21％C、0.50~0.65％Mn，P≤0.015％，S≤0.010％，P+S≤0.020％，以提高厚壁热轧管的屈服强度和改善冲击韧性，同时控制终轧温度为850～950℃。采用该钢控制热轧生产的16mm～40mm壁厚的20G无缝钢管不用正火热处理其各项性能指标完全达到GB5310高压锅炉管20G的要求，提高了生产效率，降低了成本。

说明书

技术领域

本发明涉及一种无缝钢管制造方法，特别是一种用控轧代替正火生产中厚壁20G无缝钢管的制造方法。

背景技术

20G是一种应用广泛的碳钢钢种，主要用于生产各种规格的高压锅炉用无缝钢管、化肥用无缝钢管及氧化铝溶出管道用无缝钢管。目前，壁厚小于16mm的无缝钢管可以用控轧方法生产，不用进行正火热处理其性能也能够达到技术要求的性能指标。而壁厚大于等于16mm的无缝钢管则必须对其进行正火热处理，否则不是屈服强度达不到技术要求规定的最小值，就是冲击性能不合格。其次，进行正火热处理能耗大，等待热处理时间长，同时热处理后还需要除去因热处理而生成的氧化皮，因此生产效率低，生产成本高。

发明内容

针对现有中厚壁20G无缝钢管生产技术中需要正火热处理才能使其性能达到标准规定的不足，本发明的目的是提供一种用控轧代替正火生产中厚壁20G无缝钢管的制造方法，以满足不用正火处理即能生产出性能达到标准要求的20G无缝钢管。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种用控轧代替正火生产中厚壁20G无缝钢管的制造方法，采用该方法生产的中厚壁20G无缝钢管的性能完全满足高压锅炉用20G无缝钢管的性能要求。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种用控轧代替正火生产中厚壁20G无缝钢管的制造方法，该方法包括以下步骤：

①配料冶炼、连铸

按20G钢钢种元素的重量配比为：C：0.17~0.21％，Si：0.17～0.37％，Mn：0.50～0.65％，P≤0.015％，S≤0.010％，P+S≤0.020％，Mo≤0.15％，Cr≤0.30％，Cu≤0.25％，Ni≤0.25％，V：0.030～0.070％，其余为铁，杂质元素微量；

配料后经电炉或转炉炼钢，出钢过程中加入硅钙钡进行预脱氧处理，钢水进行LF精炼，喂硅钙丝脱氧，精炼完后的钢水经过VD或RH真空除气处理并加入适量铝丝，随后上连铸平台进行连铸制坯；

②轧制

检验合格后的定尺连铸坯在环形加热炉内加热，加热炉炉温控制为1250～1290℃，穿孔温度控制为1200～1250℃，终轧温度850～950℃，冷却，锯切制成20G无缝钢管；

对于直径小于等于的20G无缝钢管，采用PQF热连轧机组轧制；对于直径大于的20G无缝钢管，采用PQF热连轧＋720斜轧扩径轧管机组轧制；

上述控轧的壁厚为16～40mm的20G无缝钢管的力学性的指标如下：

屈服强度Rel：≥245MPa，

450℃的屈服强度Rel：≥150MPa，

抗拉强度Rm：410～550MPa，

夏比V型冲击韧性：20℃纵向全尺寸夏比冲击功≥40J，20℃横向全尺寸夏比冲击功≥27J，

延伸率：≥24％，

晶粒度：5级以上。

本发明的效果是使用该方法的优点：

（1）在20G钢种中添加微量0.03～0.07％V，以提高厚壁热轧管的屈服强度，同时将C、Mn等的范围调整为0.17~0.21％C、0.50~0.65％Mn，P≤0.015％，S≤0.010％，P+S≤0.020％，以改善冲击韧性。采用该钢种生产的壁厚无缝钢管各项性能指标完全达到高压锅炉管的要求；

（2）终轧温度在850～950℃，提高了钢管的机械性能；

（3）控轧与常规热轧+正火热处理工艺相比，去掉了正火热处理、去除氧化皮等工序，缩短了生产流程和时间，因此提高了生产效率，降低了制造成本。

具体实施方式

结合实施例对本发明的用控轧代替正火生产中厚壁20G无缝钢管的制造方法加以说明。

本发明的用控轧代替正火生产中厚壁20G无缝钢管的制造方法，该方法包括以下步骤：

①配料冶炼、连铸

按20G钢钢种元素的重量配比为：C：0.17~0.21％，Si：0.17～0.37％，Mn：0.50～0.65％，P≤0.015％，S≤0.010％，P+S≤0.020％，Mo≤0.15％，Cr≤0.30％，Cu≤0.25％，Ni≤0.25％，V：0.030～0.070％，其余为铁，杂质元素微量；

配料后经电炉或转炉炼钢，出钢过程中加入硅钙钡进行预脱氧处理，钢水进行LF精炼，喂硅钙丝脱氧，精炼完后的钢水经过VD或RH真空除气处理并加入适量铝丝，随后上连铸平台进行连铸；

②轧制

检验合格后的定尺连铸坯在环形加热炉内加热，加热炉炉温控制为1250～1290℃，穿孔温度控制为1200～1250℃，终轧温度850～950℃，冷却，锯切；

对于直径小于等于的20G钢管，采用PQF热连轧机组轧制；对于直径大于的20G钢管，采用PQF热连轧＋720斜轧扩径轧管机组轧制；

上述控轧的壁厚为16～40mm的20G无缝钢管的力学性的指标如下：

屈服强度Rel：≥245MPa，

450℃的屈服强度Rel：≥150MPa，

抗拉强度Rm：410～550MPa，

夏比V型冲击韧性：20℃纵向全尺寸夏比冲击功≥40J，20℃横向全尺寸夏比冲击功≥27J，

延伸率：≥24％，

晶粒度：5级以上。

本发明的用控轧代替正火生产中厚壁20G无缝钢管的制造方法中的20G钢，钢种组成元素的重量配比为C：0.17~0.21％，Si：0.17～0.37％，Mn：0.50～0.65％，P≤0.015％，S≤0.010％，P+S≤0.020％，Mo≤0.15％，Cr≤0.30％，Cu≤0.25％，Ni≤0.25％，V：0.030～0.070％，其余为铁，杂质元素微量。

对主要组成成分选取理由如下：

碳：是主要的强化元素，具有成本低、调控敏感性好的优点。含碳量高低与钢的强度成正比关系，但钢的冲击韧性则明显降低，综合考虑各方面的因素，碳含量控制在0.16～0.22％之间，最佳范围为0.17～0.21％。

锰：在钢中以固溶强化作用为主。研究表明，在钢中锰含量多少和强度成正比关系，其冲击韧性下降率较小，还不影响其脆性转变温度。为提高控轧20G韧性，本设计的20G最佳锰含量为0.55～0.65％。

钒：钒是本钢的主要添加的微量元素。钒在轧制过程中应变诱导析出的V(C,N)可阻止形变奥氏体的再结晶，并可阻止再结晶奥氏体晶粒的粗化，但这种作用随钢中氮含量的降低而减弱，普通氮含量的钒微合金钢在800℃以下温度会产生较为明显的沉淀强化作用。钒最重要的作用是在铁素体中大量沉淀析出而产生强烈的沉淀强化效果，即使在热轧钢材中这一作用也十分明显。为此本钢种设计V的含量为0.03～0.07％，最佳为0.04～0.06％。

铬钼：碳钢中微量的铬钼一般固溶在铁素体内，增加钢的基体强度，阻碍位错运动，提高持久强度，但含量过多有形成贝氏体风险，所以Cr、Mo含量分别控制在≤0.15%。

铜镍：镍降低铁素体层错能，改善低温韧性，含量大于0.5％又对持久性能有害，因此镍的含量控制在≤0.30％。铜可以提高钢的强度和耐腐蚀性，但铜的偏聚将引起的热脆现象，为此其残余量控制为≤0.25％。

铝：钢中残留铝主要来源于脱氧产物，多余的铝与氮结合，细化晶粒。然而Al元素促使碳钢石墨化，而石墨化损害钢的持久性能。因此，本设计的20G钢中Al含量控制为≤0.025％。

硫磷：硫、磷损害钢的韧性，较低的硫磷含量控制保证了钢的低温韧性。因此，P含量控制在≤0.015％，S含量控制在≤0.010，最佳S含量控制在≤0.005％，P+S≤0.020％。

本发明的用控轧代替正火生产中厚壁20G无缝钢管的制造方法，其步骤包括有：

①配料冶炼、连铸

按上述钢种组成元素重量成分为：C：0.17~0.21％，Si：0.17～0.37％，Mn：0.50～0.65％，P≤0.015％，S≤0.010％，P+S≤0.020％，Mo≤0.15％，Cr≤0.30％，Cu≤0.25％，Ni≤0.25％，V：0.030～0.070％，其余为铁，杂质元素微量。具体如表1所示。

表1化学成分表(wt%)

配料后经电炉或转炉炼钢，出钢过程中加入硅钙钡进行预脱氧处理，钢水进行LF精炼，喂硅钙丝脱氧，精炼完后的钢水经过VD或RH真空除气处理并加入适量铝丝，随后上连铸平台进行连铸。

②轧制

检验合格后的定尺连铸坯在环形加热炉内加热，加热炉炉温控制为1250～1290℃，穿孔温度控制为1200～1250℃，终轧温度850～950℃，冷却，锯切。

对于直径小于等于的20G钢管，采用PQF热连轧机组轧制；对于直径大于的20G钢管，采用PQF热连轧＋720斜轧扩径轧管机组轧制。

上述控轧的壁厚为16～40mm的20G无缝钢管的力学性的指标如下：

屈服强度Rel：≥245MPa，

450℃的屈服强度Rel：≥150MPa，

抗拉强度Rm：410～550MPa，

夏比V型冲击韧性：20℃纵向全尺寸夏比冲击功≥40J，20℃横向全尺寸夏比冲击功≥27J，

延伸率：≥24％，

晶粒度：5级以上。

实施例1Φ377*25mm20G无缝钢管

1、配料冶炼、连铸

按上述钢种组成元素重量成分为：C：0.18％，Si：0.25％，Mn：0.55％，P≤0.015％，S≤0.005％，P+S≤0.020％，Mo≤0.15％，Cr≤0.30％，Cu≤0.25％，Ni≤0.25％，V：0.05％，其余为铁，杂质元素微量。实际控制合金成分如下表2所示。

配料后经电炉或转炉炼钢，出钢过程中加入硅钙钡进行预脱氧处理，钢水进行LF精炼，喂硅钙丝脱氧，精炼完后的钢水经过VD或RH真空除气处理并加入适量铝丝，随后上连铸平台进行连铸。连铸圆坯直径Φ310mm。

表2化学成分

②轧制

检验合格后的定尺连铸坯在环形加热炉内加热，加热炉炉温控制为1260℃，穿孔温度控制为1230℃，终轧温度850℃，然后冷床冷却，锯切。产品性能测试结果如下表3所示。其中序号1的金相组织为F+P，晶粒度为7.5级；序号2的金相组织为F+P。晶粒度为7.0级。20℃全尺寸夏比冲击功大于27J。

表3Φ377*25mm成品性能

实例2Φ325*32mm20G无缝钢管

1、配料冶炼、连铸

按上述钢种组成元素重量成分为：C：0.19％，Si：0.25％，Mn：0.58％，P≤0.010％，S≤0.010％，P+S≤0.020％，Mo≤0.15％，Cr≤0.30％，Cu≤0.25％，Ni≤0.25％，V：0.06％，其余为铁，杂质元素微量。实际控制合金成分如下表4所示。

配料后经电炉或转炉炼钢，出钢过程中加入硅钙钡进行预脱氧处理，钢水进行LF精炼，喂硅钙丝脱氧，精炼完后的钢水经过VD或RH真空除气处理并加入适量铝丝，随后上连铸平台进行连铸。连铸圆坯直径Φ310mm。

表4化学成分

②轧制

检验合格后的定尺连铸坯在环形加热炉内加热，加热炉炉温控制为1230℃，穿孔温度控制为1200℃，终轧温度950℃，然后冷床冷却，锯切。

产品性能测试结果如下表5所示。金相组织为F+P，晶粒度为7.0级，20℃全尺寸夏比冲击功大于27J。

表5Φ325*32mm成品性能

实例3Φ273*40mm20G无缝钢管

1、配料冶炼、连铸

按上述钢种组成元素重量成分为：C：0.18％，Si：0.25％，Mn：0.56％，P≤0.015％，S≤0.005％，P+S≤0.020％，Mo≤0.15％，Cr≤0.30％，Cu≤0.25％，Ni≤0.25％，V：0.04％，其余为铁，杂质元素微量。实际控制合金成分如下表6所示。

配料后经电炉或转炉炼钢，出钢过程中加入硅钙钡进行预脱氧处理，钢水进行LF精炼，喂硅钙丝脱氧，精炼完后的钢水经过VD或RH真空除气处理并加入适量铝丝，随后上连铸平台进行连铸。连铸圆坯直径Φ310mm。

表6化学成分

②轧制

检验合格后的定尺连铸坯在环形加热炉内加热，加热炉炉温控制为1230℃，穿孔温度控制为1180℃，终轧温度950℃，然后冷床冷却，锯切。

产品性能测试结果如下表7所示。金相组织为F+P，晶粒度为7.0级，20℃全尺寸夏比冲击功大于27J。

表7Φ274*40mm成品性能

本发明的中厚壁无缝钢管性能完全满足20G无缝钢管的要求，内中外硬度均匀，组织均匀，为铁素体＋珠光体组织。

根据本发明的实施例，可以预计本发明生产操作容易进行，不用正火热处理，缩短了生产流程和时间，因此提高了生产效率。其次，相对于添加的微量钒的成本来讲，钢管总的制造成本仍然有很大的降低，具有很好的推广应用前景。