本發(fā)明涉及冶金材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高淬透性儲(chǔ)氣庫(kù)用無(wú)縫鋼管及其生產(chǎn)方法。

背景技術(shù)：

地下儲(chǔ)氣庫(kù)是將天然氣重新注入地下空間而形成的一種人工氣田或氣藏，其目的在于天然氣消費(fèi)調(diào)峰及國(guó)家戰(zhàn)略儲(chǔ)備，優(yōu)點(diǎn)在于儲(chǔ)存量大，機(jī)動(dòng)性強(qiáng)，雖然造價(jià)高，但是經(jīng)久耐用，使用年限長(zhǎng)達(dá)30～50年或更長(zhǎng)，安全系數(shù)大，安全性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于地面設(shè)施。考慮到儲(chǔ)氣庫(kù)的特殊工況，儲(chǔ)氣庫(kù)用管需要高的抗壓抗擠能力，同時(shí)還需要較高的抗蠕變性能及循環(huán)疲勞強(qiáng)度，為達(dá)到以上技術(shù)要求，需要產(chǎn)品經(jīng)過(guò)熱處理后有良好的綜合機(jī)械性能，而穩(wěn)定的組織是保證材料性能的必要手段。作為調(diào)質(zhì)處理鋼，要想獲得穩(wěn)定的組織，需要材料有良好的淬透性，淬火后獲得較為單一的馬氏體，通過(guò)高溫回火獲得索氏體組織。近年來(lái)，隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和對(duì)能源需求的日益增長(zhǎng)，地下儲(chǔ)氣庫(kù)將在中國(guó)的油氣消費(fèi)、油氣安全領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用。因此，儲(chǔ)氣庫(kù)用管的設(shè)計(jì)與制造，將為儲(chǔ)氣庫(kù)開(kāi)發(fā)與維護(hù)運(yùn)行保駕護(hù)航。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供一種高淬透性儲(chǔ)氣庫(kù)用無(wú)縫鋼管及其生產(chǎn)方法。

本發(fā)明提供一種高淬透性儲(chǔ)氣庫(kù)用無(wú)縫鋼管，其化學(xué)成分按照重量百分比計(jì)包括：c0.29～0.31；si0.25～0.30；mn1.15～1.30；cr0.5～0.6；mo0.15～0.20；p≤0.015；s≤0.010；al0.015～0.025；ti0.02～0.04；其余為fe。

本發(fā)明還提供一種上述高淬透性儲(chǔ)氣庫(kù)用無(wú)縫鋼管的生產(chǎn)方法，其依次包括：冶煉連鑄，穿孔軋制和熱處理；

所述冶煉連鑄依次包括：準(zhǔn)備鐵水，鐵水預(yù)處理，轉(zhuǎn)爐冶煉，lf精煉，vd脫氣，圓坯連鑄；

所述穿孔軋制依次包括：圓坯鋸切，加熱，定心，穿孔，軋管，張力減徑，冷卻，切頭尾，矯直，檢查；其中，圓坯穿孔時(shí)溫度為1220～1250℃；軋管時(shí)溫度為1110～1150℃；定張減時(shí)溫度為810～860℃。

所述熱處理包括：淬火和回火；其中，淬火溫度為900℃±10℃，保溫50～60分鐘；回火溫度為690℃±10℃，保溫80～90分鐘。

進(jìn)一步地，所述冶煉連鑄工序中：

硅錳、錳鐵、鉻鐵、鉬鐵及鈦鐵在加入之前進(jìn)行脫氧合金化；

轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)控制目標(biāo)：c≥0.06％，p≤0.015％；

采用單渣工藝冶煉，出鋼前加入300kg白灰造渣，終渣堿度≥3.0；

vd深真空度目標(biāo)值≤0.06kpa，深真空時(shí)間≥15分鐘，軟吹ar不小于15分鐘；

連鑄過(guò)程采用電磁攪拌工藝，坯型為φ210mm，恒定拉速控制在1.6m/min，鋼水過(guò)熱度δt≤30℃，采用堆垛方式進(jìn)行冷卻，同時(shí)應(yīng)避開(kāi)風(fēng)口。

本發(fā)明提供一種高淬透性儲(chǔ)氣庫(kù)用無(wú)縫鋼管及其生產(chǎn)方法，通過(guò)設(shè)計(jì)合理的化學(xué)成分、冶煉連鑄工藝、軋制工藝及熱處理工藝使得材料具有較高淬透性、均勻穩(wěn)定的顯微組織、高強(qiáng)高韌、良好的強(qiáng)韌性匹配，本發(fā)明提供的高淬透性儲(chǔ)氣庫(kù)用管的制備工藝及方法，生產(chǎn)效率高成本低，經(jīng)濟(jì)效益好，具有良好的推廣價(jià)值。實(shí)驗(yàn)證明，采用本發(fā)明提供的生產(chǎn)方法，使得材料淬火后90％馬氏體淬透層深度達(dá)到20mm以上，通過(guò)冶煉連鑄、穿孔軋制、調(diào)質(zhì)工藝生產(chǎn)出屈服強(qiáng)度高達(dá)110psi以上、0℃實(shí)驗(yàn)環(huán)境下v型全尺寸(其他尺寸根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)換算為全尺寸)沖擊韌性高于100j的儲(chǔ)氣庫(kù)用管。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明公開(kāi)了一種高淬透性儲(chǔ)氣庫(kù)用無(wú)縫鋼管及其生產(chǎn)方法，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以借鑒本文內(nèi)容，適當(dāng)改進(jìn)工藝參數(shù)實(shí)現(xiàn)。特別需要指出的是，所有類似的替換和改動(dòng)對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯而易見(jiàn)的，它們都被視為包括在本發(fā)明。本發(fā)明的方法及應(yīng)用已經(jīng)通過(guò)較佳實(shí)施例進(jìn)行了描述，相關(guān)人員明顯能在不脫離本發(fā)明內(nèi)容、精神和范圍內(nèi)對(duì)本文所述的方法和應(yīng)用進(jìn)行改動(dòng)或適當(dāng)變更與組合，來(lái)實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用本發(fā)明技術(shù)。

從市場(chǎng)需求與工況使用條件出發(fā)，本發(fā)明結(jié)合各元素在材料中的作用設(shè)計(jì)了合理的化學(xué)成分，使得材料淬火后90％馬氏體淬透層深度達(dá)到15mm以上，通過(guò)冶煉連鑄、軋制、調(diào)質(zhì)工藝生產(chǎn)出屈服強(qiáng)度高達(dá)110psi以上、0℃實(shí)驗(yàn)環(huán)境下v型全尺寸(其他尺寸根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)換算為全尺寸)沖擊韌性高于100j的儲(chǔ)氣庫(kù)用管。

本發(fā)明提供一種高淬透性儲(chǔ)氣庫(kù)用無(wú)縫鋼管，其化學(xué)成分按照重量百分比計(jì)包括：c0.29～0.31；si0.25～0.30；mn1.15～1.30；cr0.5～0.6；mo0.15～0.20；p≤0.015；s≤0.010；al0.015～0.025；ti0.02～0.04；其余為fe。

對(duì)于該無(wú)縫鋼管的化學(xué)成分，碳是提高強(qiáng)度及淬透性最有效的元素，但碳過(guò)高對(duì)材料的韌性不利，而且碳高易引起淬火變形及開(kāi)裂；硅作為還原劑和脫氧劑，硅能顯著提高鋼的屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度，但硅能促使鑄鋼中的柱狀晶成長(zhǎng)，降低塑性，硅易使鋼中形成帶狀組織，降低橫縱沖擊比；錳是提高淬透性最有效的合金元素，但錳屬于過(guò)熱敏感性大的元素，同時(shí)錳對(duì)抗氧化性有不利的影響；磷雖然能提高鋼的強(qiáng)度和硬度，最大的害處是偏析嚴(yán)重，增加回火脆性，顯著降低鋼的塑性和韌性，致使鋼在冷加工時(shí)容易脆裂；硫使鋼產(chǎn)生熱脆性，降低鋼的延展性和韌性，在軋制時(shí)造成裂紋；能顯著提高強(qiáng)度、硬度和耐磨性，但同時(shí)降低塑性和韌性。鉻和錳同時(shí)加入鋼中，可急劇提高鋼的淬透性并具有一定的抗回火性，鉻能在鋼的表面形成致密的鈍化膜，具有抗腐蝕性及抗氧化性；鉬能使鋼的晶粒細(xì)化，提高淬透性和熱強(qiáng)性能，在高溫時(shí)保持足夠的強(qiáng)度。在調(diào)質(zhì)鋼中，鉬能提高鋼的抗回火性或回火穩(wěn)定性，使零件可以在較高溫度下回火，從而更有效地消除殘余應(yīng)力，提高塑性，鈦有明顯的細(xì)晶強(qiáng)化作用，與鋼液中的氮結(jié)合形成氮化鈦，有一定的固氮作用。

相應(yīng)的，本發(fā)明還提供一種上述高淬透性儲(chǔ)氣庫(kù)用無(wú)縫鋼管的生產(chǎn)方法，其依次包括：冶煉連鑄，穿孔軋制和熱處理；

所述冶煉連鑄依次包括：準(zhǔn)備鐵水，鐵水預(yù)處理，轉(zhuǎn)爐冶煉，lf精煉，vd脫氣，圓坯連鑄；

所述穿孔軋制依次包括：圓坯鋸切，加熱，定心，穿孔，軋管，張力減徑，冷卻，切頭尾，矯直，檢查；其中，圓坯穿孔時(shí)溫度為1220～1250℃；軋管時(shí)溫度為1110～1150℃；定張減時(shí)溫度為810～860℃。

所述熱處理包括：淬火和回火；其中，淬火溫度為900℃±10℃，保溫50～60分鐘；回火溫度為690℃±10℃，保溫80～90分鐘。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述煉鐵工序中：

硅錳、錳鐵、鉻鐵、鉬鐵及鈦鐵在加入之前進(jìn)行脫氧合金化；其作用在不抑制材料中氣體含量；

轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)控制目標(biāo)：c≥0.06％，p≤0.015％；

采用單渣工藝冶煉，出鋼前加入300kg白灰造渣，終渣堿度≥3.0；進(jìn)一步地，為保證材料的潔凈度，出鋼時(shí)進(jìn)行擋渣，若擋渣失敗則進(jìn)行扒渣；

進(jìn)一步地，在lf精煉環(huán)節(jié)中，根據(jù)轉(zhuǎn)爐鋼水成分及溫度進(jìn)行造渣脫硫、成分調(diào)整及升溫操作

vd深真空度目標(biāo)值≤0.06kpa，深真空時(shí)間≥15分鐘，軟吹ar不小于15分鐘；其作用在于保證材料中較低的氣體含量；

連鑄過(guò)程采用電磁攪拌工藝，坯型為φ210mm，恒定拉速控制在1.6m/min，鋼水過(guò)熱度δt≤30℃，采用堆垛方式進(jìn)行冷卻，同時(shí)應(yīng)避開(kāi)風(fēng)口。

本發(fā)明提供一種高淬透性儲(chǔ)氣庫(kù)用無(wú)縫鋼管及其生產(chǎn)方法，通過(guò)設(shè)計(jì)合理的化學(xué)成分、冶煉連鑄工藝、軋制工藝及熱處理工藝使得材料具有較高淬透性、均勻穩(wěn)定的顯微組織、高強(qiáng)高韌、良好的強(qiáng)韌性匹配，本發(fā)明提供的高淬透性儲(chǔ)氣庫(kù)用管的制備工藝及方法，生產(chǎn)效率高成本低，經(jīng)濟(jì)效益好，具有良好的推廣價(jià)值。

下面結(jié)合實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明：

實(shí)施例1-6

鋼材的冶煉連鑄生產(chǎn)工藝為：鐵水→鐵水預(yù)處理→轉(zhuǎn)爐冶煉→lf精煉→vd真空脫氣→圓坯連鑄

轉(zhuǎn)爐采用脫硫鐵水冶煉，硅錳、錳鐵、鉻鐵、鉬鐵加入前脫氧合金化，加入量根據(jù)其收得率、鐵合金中合金含量、鋼材中成分設(shè)計(jì)含量要求計(jì)算得出，真空度目標(biāo)值≤0.06kpa，深真空時(shí)間≥15min，過(guò)冷度δt≤30℃。各實(shí)例化學(xué)成分如表1所示。

表1各實(shí)施例成分(質(zhì)量百分?jǐn)?shù)/％)

穿孔軋制工藝：圓坯→鋸切→加熱→穿孔→軋管→張力減徑→冷卻→切頭尾→矯直→檢查→中間庫(kù)。其圓坯穿孔時(shí)溫度為1250～1280℃；軋管時(shí)溫度為1160～1180℃；定張減時(shí)溫度為780～840℃。應(yīng)用ф159mmpqf機(jī)組軋制規(guī)格為φ139.7mm×10.54mm的無(wú)縫鋼管。

熱處理工藝為：淬火+回火，淬火溫度為900℃±10℃，保溫60～70分鐘；回火溫度為610℃±10℃，保溫90～100分鐘。淬火后進(jìn)行hrc硬度測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表2所示。熱處理后金相組織檢驗(yàn)結(jié)果如表3所示，熱處理后的力學(xué)性能如表4所示。

表2各測(cè)試點(diǎn)hrc硬度

材料淬透性要求90％馬氏體對(duì)應(yīng)最低洛氏硬度為hrcmin＝58×(％c)+27，從實(shí)例成分可以看出碳含量約為0.3％，保證材料90％以上馬氏體，hrc硬度不小于44.4，從表2可以看出，設(shè)計(jì)的鋼種淬透層深度可達(dá)到15mm。

表3各實(shí)例金相組織

表4各實(shí)例力學(xué)性能

從表3可以發(fā)現(xiàn)，各實(shí)施例夾雜物細(xì)小、分布均勻，組織結(jié)構(gòu)適宜，晶粒為超細(xì)晶粒，可達(dá)到9級(jí)。從表4可以看出，各實(shí)例具有良好強(qiáng)度、較高的韌性，用其制備的無(wú)縫鋼管，具有很好的高強(qiáng)性和高韌性。

由上述內(nèi)容可知，采用本發(fā)明提供的生產(chǎn)方法，使得材料淬火后90％馬氏體淬透層深度達(dá)到15mm以上，通過(guò)冶煉連鑄、軋制、調(diào)質(zhì)工藝生產(chǎn)出屈服強(qiáng)度高達(dá)110psi以上、0℃實(shí)驗(yàn)環(huán)境下v型全尺寸(其他尺寸根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)換算為全尺寸)沖擊韌性高于100j的儲(chǔ)氣庫(kù)用管。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。