一种稀土处理低温用管道及其生产方法与流程

1.本发明涉及黑色金属冶炼及金属压力加工领域，尤其涉及一种稀土处理低温用管道及其生产方法。


背景技术：

2.通常将各种液化石油气、液氨、液氧、液氮等生产、储存容器和输送管道以及在寒冷地区服役的设备，称为低温容器，制造这些容器所用的钢，统称为低温钢。低温钢一般分为无镍钢和有镍钢，无镍钢一般指细晶粒钢和低温高强度钢，其使用温度在-60℃以上；有镍钢是指在钢中加入合金元素镍，使其固溶于铁素体，使基体的低温韧性得到显著的改善。随着石化工业的发展，新工艺、新设备不断出现，气体的液化、分离、贮运及应用在各国已很普遍，这些低温技术和设备的开发促进了低温压力容器用钢的发展。
3.近年来国际市场原油价格快速上扬,能源消耗大国纷纷考虑使用其他替代能源,以减轻对石油的依赖,于是液化天然气再次成为关注的焦点。除了高油价的影响以及出于对能源使用安全因素的考虑之外,另一个促使液化天然气成为市场新宠的原因在于其环保因素。随着我国经济的高速发展，国内石油、化工等能源行业需要大量低温用钢来制造各种液化石油气、液氨、液氧、液氮的生产及存储设备。对于低温容器而言,所储存的介质温度越低,容器所需承受的压力就越小,因而安全可靠性越好。对于液化天燃气储存装置,需要使用低温钢。而石油化工、化肥等行业的低温装置,在-80℃以下使气体液化,需要使用3.5ni低温钢。
4.目前有能力生产含镍低温钢的主要有日本、美国等少数国家。能源行业-70℃～-196℃条件下使用的材料多为ni系低温钢，含ni量在0.5％～9％之间。随着ni含量的增加，钢的冶炼及轧制难度增大。随着国内冶金工艺及装备的进步，太钢、舞钢及鞍钢等企业均已着手开发3.5％ni和5％ni钢。目前，虽然国内已有企业能生产5％ni及9％ni等高ni钢，但是产品的性能还不够稳定，不能完全取得用户的认可。a333gr.3低温用无缝钢管是目前市场上的高盈利产品，可工作于-100℃左右的低温深冷系统，可代替不锈钢广泛应用于石油化工、冶金、医药等行业，是输送低温液体介质的理想管道。它的价格也仅为不锈钢管的1/3左右，故其经济效益十分显著。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种稀土处理低温用管道及其生产方法，微合金元素的合理选择，恰当的元素含量配比，添加适量的稀土合金，使钢种具有节约能源、成材率高、成品性能优良、生产周期短、成本低、减少环境污染等众多优点，通过合理的冶炼工艺、控轧控冷工艺、合理的热处理工艺使得钢管在具有较高的强度、塑性同时还具有优异的低温冲击韧性，是一种科技含量高、应用范围广的高技术绿色钢种。
6.为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
7.本发明一种稀土处理低温用管道，其材料的化学成分及百分含量设计为：c 0.05
～0.12％；si 0.10～0.35％；mn 0.40～0.60％；p≤0.020％；s≤0.010％；ni 3.20～3.80％；ti≤0.02％；nb≤0.05％；n≤80ppm；h≤2.5ppm；o≤30ppm；re≤10ppm；其余为fe和不可避免的杂质，质量分数共计为100％。
8.进一步的，其材料的化学成分及百分含量设计为：c 0.10％；si 0.27％；mn 0.50％；p 0.010％；s 0.002％；ni 3.58％；ti 0.014％；nb 0.032％；n 42ppm；h 0.8ppm；o 27ppm；re 0.01％；其余为fe和不可避免的杂质，质量分数共计为100％。
9.一种稀土处理低温用管道的生产方法，包括：以高炉铁水为原料，将铁水预处理后进入转炉冶炼，采用单渣工艺冶炼，采用硅锰、锰铁进行脱氧合金化，终脱氧采用有铝脱氧工艺，转炉出钢前加镍板后进入lf炉精炼，添加微合金元素、添加稀土合金进入vd炉，进行连铸，连铸过热度为20-30℃，连铸拉速为0.75-1.05m/min，选择合适的保护渣、电磁搅拌工艺、严格控制拉速，保证恒拉速浇铸；铸坯下线后，送入加热炉加热，进行高压水除鳞，然后进行轧制，钢坯开轧温度为1220-1280℃；加热好的管坯在连轧管机组上轧制成无缝钢管，之后进行正火加回火热处理，回火后进行带温矫直，对矫直后的钢管逐支进行探伤检测和水压试验，检查入库。
10.进一步的，保证热处理后材料性能的稳定性，热处理制度为：890
±
10℃保温30min，出炉空冷；650
±
10℃保温35min，出炉空冷，回火后进行带温矫直，矫直温度≥450℃。
11.与现有技术相比，本发明的有益技术效果：
12.在低温结构管的材质中通过加入适当的稀土合金，有利于脱氧、脱硫、除去气体，减少有害元素的影响，显著提高钢的韧性、抗蚀性、改善钢的焊接性能和低温性能；降低碳的含量,其强度损失要通过增加适量的mn来弥补；同时添加一定量的合金元素ni，一方面既可以强烈提高钢的强度，另方面又始终使铁的韧性保持极高的水平，使其变脆温度则极低；添加一定量的微合金元素nb、ti，通过微合金化处理,可以细化晶粒，在提高韧性的同时兼顾强度的要求，同时抑制了珠光体的形成，使产品在-100℃时仍具有良好的韧性，稳定了低温无缝管的强度，提高了低温管的塑性和低温韧性，提高使用寿命。它适用于制造各种液化石油气、液氨、液氧、液氮的生产及存储设备，有着广阔的应用前景。
具体实施方式
13.一种稀土处理低温用管道，以高炉铁水为原料，控制好铁水脱硫终点硫含量，终点[s]≤0.003％。将铁水预处理后进入转炉冶炼，出钢温度为1620-1680℃，出钢碳含量为0.10-0.12wt％，镍板可在最后一次加石灰时加入，加镍板后进入lf炉精炼，添加微量元素nb、ti，随后添加稀土铈铁进入vd炉，进行连铸，连铸过热度为20-30℃，连铸拉速为0.50-1.05m/min，圆坯进行堆垛冷却，随后加热后进行高压水除鳞，然后进行轧制，钢坯开轧温度为1210-1280℃；加热好的管坯在连轧管机组上轧制成无缝钢管，之后进行热处理，正火后进行回火，回火后进行带温矫直，对矫直后的钢管逐支进行探伤检测后检查入库。
[0014]
生产工艺流程简述为：铁水预处理
→
顶底复吹转炉冶炼
→
lf炉精炼
→
vd炉真空处理
→
圆坯连铸
→
管坯加热
→
穿孔
→
连轧管
→
定张减径
→
冷床
→
锯切
→
热处理
→
矫直
→
探伤。
[0015]
热处理工艺为：正火 回火
[0016]
本发明的性能效果如下：
[0017]
1、在钢中加入适当的稀土合金，有利于脱氧、脱硫、除去气体，减少有害元素的影响，显著提高钢的韧性、耐磨性、抗蚀性、改善钢的焊接性能和低温性能，既可以提高钢管的纵向低温冲击也可以提高钢管的横向性能。
[0018]
2、添加微合金元素nb、ti可以细化晶粒，在提高钢的强度的同时提高钢的低温韧性。ti能形成很强固的tic，可稳定到1300℃，有此稳定到高温的高度分散的tic质点，可以细化晶粒，降低钢的过热倾向性。nb能生成高度分散的强固碳化物nbc(熔点3500℃)，所以也可以细化晶粒，直加热至于1100～1200℃，仍可阻止晶粒长大。固溶强化作用很明显，提高钢的淬透性(溶于奥氏体时)，增加回火稳定性，有二次硬化作用，提高钢的强度、冲击韧性，
[0019]
3、添加合金元素ni一方面既强烈提高钢的强度，另方面又始终使钢的韧性保持极高的水平。其变脆温度则极低。(当镍＜0.3％时，其韧脆转变温度即达-100℃以下，所以能同时提高结构钢的强度和塑性。
[0020]
3、由于以高炉铁水为原料，采用欲脱硫工艺，降低钢中硫含量，低温管有害杂质元素含量显著降低(越低越好)，情况见下表：
[0021]
表1有害元素要求
[0022][0023]
4、低温管的低温冲击性能较好、由于添加稀土横向冲击显著提高。
[0024]
表2低温冲击性能
[0025][0026]
5、强度性能稳定，延伸率较高，综合性能好，具体情况见下表所示。
[0027]
表3力学性能检验结果
[0028][0029]
本发明的有益技术效果为：在低温结构管的材质中通过加入适当的稀土合金，有利于脱氧、脱硫、除去气体，减少有害元素的影响，显著提高钢的韧性、抗蚀性、改善钢的焊接性能和低温性能；降低碳的含量,其强度损失要通过增加适量的mn来弥补；同时添加一定量的合金元素ni，一方面既可以强烈提高钢的强度，另方面又始终使铁的韧性保持极高的水平，使其变脆温度则极低；添加一定量的微合金元素nb、ti，通过微合金化处理,细化晶粒，在提高韧性的同时兼顾强度的要求，同时抑制了珠光体的形成，使产品在-100℃时仍具有良好的韧性，稳定了低温无缝管的强度，提高了低温管的塑性和低温韧性，提高使用寿命。它适用于制造各种液化石油气、液氨、液氧、液氮的生产及存储设备，有着广阔的应用前景。
[0030]
试验钢具体工艺如下：
[0031]
表4铸坯的化学成分及含量见下表(wt％)：
[0032][0033]
1、冶炼
[0034]
转炉终点钢水的碳含量、磷含量及出钢温度如下表所示。
[0035]
表5转炉出钢情况
[0036][0037]
转炉出钢前加入镍板，经lf炉精炼加入nb、ti合金，vd前加入稀土合金。
[0038]
表6连铸过热度及拉速控制
[0039][0040]
2、轧制
[0041]
制管过程如下；
[0042]
为了使管坯具有良好的轧制性能，要连续检测并控制加热管坯的环形炉的预热段、加热段、均热段等各段的温度，环形炉各段温度的控制范围见下表：
[0043]
表7环形加热炉各段温度
[0044][0045]
计算机系统在线记录各段加热温度，要求控制好预热段、均热段温度，保证加热透彻均匀而不过烧。热工具在使用前必须测量，轧前检查、处理辊道，避免划伤。钢坯在加热炉内加热时间大于3小时，试验钢的钢坯开轧温度为1270℃。加热好的管坯在mpm连轧管机组轧制成无缝钢管，每批至少进行一次热取样，检查几何尺寸。
[0046]
轧制后进行热处理：严格控制炉温、加热稳定性，保证正火加回火稳定性；热处理制度为：890
±
10℃保温30min，出炉空冷；650
±
10℃保温35min，出炉空冷，回火后进行带温矫直，矫直温度≥450℃。对矫直后的钢管逐支进行探伤检测。
[0047]
经过上述工艺过程，合格者即成为本发明所述的“稀土处理超低温用管道”。
[0048]
经过检验，所生产稀土处理超低温用管道的力学性能见下表：
[0049]
表8实际检验性能
[0050][0051]
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。