專利名稱：一種低包申格效應及低應變時效效應的鋼管及其制造方法
技術領域：
本發明屬于鋼鐵材料及其制造技術領域，具體涉及一種低包申格效應及低應變時效效應的鋼管及其制造方法。
背景技術：
管道運輸是石油和天然氣運輸最經濟、最合理的的方式。近年來，隨著我國的油氣管道技術的迅速發展，高壓輸送和高鋼級焊管的工程實踐方面已經達到國際先進水平。隨著國內外眾多大項管道工程的規劃以及建設，管道的鋪設服役環境將日益殘酷，對基于應變設計的大變形管線鋼的需求會越來越多。開發大變形管線鋼等高附加值產品已經引起了國內的關注，這可促進企業技術改造、產品升級。實現大變形管線鋼的國產化具有非?？捎^的社會效益和經濟效益。屈服強度是描述管線鋼力學性能的一個重要參數，但是當鋼板制成鋼管的過程中，會由于發生包申格效應而使鋼管屈服強度降低，性能不合格。包申格效應是金屬材料所具有的普遍現象，即預先加載產生微量塑性變形后，反向加載屈服強度降低。已有的研究表明包申格效應大小主要是受鋼的化學成分、晶粒度、析出物和位錯等影響。鋼管在成形過程中，會發生應變硬化和包申格效應兩種機制，應變硬化提高屈服強度，包申格效應降低屈服強度，兩種機制相互競爭使制管后的屈服強度或升高或降低。油氣輸送管線通常采用外防腐技術對鋼管進行外部涂層防腐處理。涂層防腐工藝過程中，采用中頻感應加熱，使鋼管外表面溫度達到20(T25(TC，使環氧粉末、膠粘結、聚乙烯熔化并粘附于鋼管表面。鋼管成形、擴徑及防腐處理前的拋丸處理使管線鋼產生塑性變形，而之后的鋼管防腐層涂敷過程中受到高于200°C以上的溫度影響，從而容易誘發應變時效，使鋼管的屈強比升高，均勻變形伸長率降低，韌性下降，從而使變形能力變差。因此，鋼中包申格效應會使制管后鋼的強度降低，而應變時效效應會使鋼管的變形能力下降。

發明內容
本發明的目的在于提供一種低包申格效應及低應變時效效應的鋼管及其制造方法。為實現上述目的，本發明采取的技術方案如下
一種低包申格效應及低應變時效效應的鋼管該鋼管的組份及質量百分比為c0. 02 0. 06%、Si 0. 05 0. 42%、Mn 1. 61 1. 99%、P^O. 020%、S^O. 010%、Nb ^ 0. 11%、V <= 0. 06%, Ti ( 0. 05%,N 0. 0010 0· 0080%、Cu ( 0. 50%, Cr 0. 60 1· 00%、Ca ( 0. 010%，余
量為Fe和不可避免的雜質。進一步優化，該鋼管的組份及質量百分比為C 0. 02 0. 04%、Si 0. 05 0. 30%、Mn 1. 6Γ1. 91%、P <= 0. 010%、S <= 0. 005%、Nb <= 0. 11%、V <= 0. 06%、Ti <= 0. 030%、N0. 0010 0· 0060%,Cu <= 0. 50%,Cr 0. 61 0. 90%,Ca <= 0. 008%，余量為 Fe 和不可避免的雜質。
本發明提供了兩種鋼管的制備方法，具體為第一種方法，包含以下步驟
a)經鐵水預處理、冶煉、精煉、連鑄及熱機械控制軋制控制冷卻過程制備所述各組份及質量百分比的鋼板(針狀鐵素體組織)；
b)將鋼板采用JCO工藝(“J”成形+“C”成形+ “0”成形)成形成鋼管；
c)采用直縫埋弧焊焊接；
d)僅將鋼管焊縫以外的管體加熱至奧氏體加鐵素體兩相區70(T90(TC，保溫時間為6^15min,以1(T50°C /s的速率冷卻到室溫，得到鐵素體加馬氏體/貝氏體組織；
e)進行擴徑；
f)進行涂敷處理。較好地，步驟(b)中，JCO工藝成形步數為1廣21 ；步驟(c)中，焊接時，焊接線能量為l(T60kJ/cm，焊接速度為1. 00 2. 00m/min ；步驟(e)中，擴徑量為0. 5 1. 5% ；步驟(f)中，涂敷溫度為17(T300°C。第二種方法，包含以下步驟
a)經鐵水預處理、冶煉、精煉、連鑄及熱機械控制軋制控制冷卻過程制備所述各組份及質量百分比的鋼板(針狀鐵素體組織)；
b)將鋼板加熱至奧氏體加鐵素體兩相區70(T9000C，保溫時間為6 15min，以1(T50°C /s的速率冷卻到室溫，得到鐵素體加馬氏體/貝氏體組織；
c)將鋼板采用JCO工藝(“J”成形+“C”成形+ “O”成形)成形成鋼管；
d)采用直縫埋弧焊焊接；
e)進行擴徑；
f)進行涂敷處理。較好地，步驟(c)中，JCO工藝成形步數為1廣21 ；步驟(d)中，焊接時，焊接線能量為l(T60kJ/cm，焊接速度為1. 00 2. OOm/min ；步驟(e)中，擴徑量為0. 5 1. 5% ；步驟(f)中，涂敷溫度為17(T300°C。本發明鋼C及N含量較低，明顯降低鋼的應變時效效應。本發明鋼沒有添加昂貴的Mo及Ni元素，成本較低。本發明鋼通過提高Cr、Mn含量增加鋼的淬透性，熱處理過程中較低的冷速就可得到鐵素體加馬氏體/貝氏體雙相組織，具有優異的變形性能，同時也滿足了鋼的強度要求。本發明鋼不加B，熱機械控軋控冷工藝容易制備成針狀鐵素體管線鋼板，該組織做為臨界區熱處理的前期組織使鋼具有優異的性能。本發明鋼臨界區熱處理前的組織為針狀鐵素體組織，晶粒平均直徑小于10 μ m,晶內具有高密度位錯，晶粒以隨機取向雜亂方式分布。在控軋過程非再結晶區軋制階段，Nb、Ti在變形基體中偏聚與析出使再結晶難以進行，終軋后鋼中存在大量變形帶、位錯及微合金元素析出物，成為針狀鐵素體有效形核核心，顯著細化晶粒。在之后的臨界區熱處理保溫過程中，奧氏體在針狀鐵素體晶界、晶內板條界及碳化物、碳氮化物上形核，較多的奧氏體核心使奧氏體分布細小、均勻，奧氏體長大所需C的擴散距離較小，有利于鐵素體中碳向奧氏體擴散和富集，同時固溶C、N在臨界區保溫過程中繼續析出碳化物。以上因素使本發明鋼的鐵素體中固溶C、N含量降低，抗應變時效能力增強，涂敷后優異變形能力得以保持。本發明鋼臨界區熱處理后的組織為鐵素體加馬氏體/貝氏體雙相組織，該類型組織鋼具有優異的變形性能及強韌性結合。第一種方法，鋼板成形并焊接成鋼管后再進行臨界區熱處理，整個管體均為鐵素體加馬氏體/貝氏體雙相組織，不存在軟化區，并且臨界區熱處理過程使鋼管的變形應力得到釋放，應變時效效應及包申格效應進一步降低，鋼管的性能更優越。第二種方法，先把鋼板通過臨界區熱處理成雙相組織，直縫埋弧焊焊接后在熱影響區附近管體中的馬氏體/貝氏體發生回復和再結晶，強度降低，這是該方法的不利之處，但鋼板熱處理不需要額外添加昂貴的設備，工廠現有的熱處理設備就可以實現。本發明制造的鐵素體加馬氏體/貝氏體大變形管線鋼拉伸曲線呈“拱頂型”，具有較高的初始應變硬化速率和應變硬化指數，制管后屈服強度明顯增加。本發明配方及制造方法設計合理，制管后包申格效應低，應變時效效應低，使其仍保持優異的變形性能及優異的強韌性配合。


圖1為實施例1所得針狀鐵素體組織照片；
圖2為實施例1所得鐵素體加馬氏體/貝氏體組織照片。
具體實施例方式
以下結合具體實施例對本發明的技術方案做進一步詳細介紹，但本發明的保護范圍并不局限于此
一種低包申格效應及低應變時效效應的鋼管，該鋼管的組份及質量百分比見表1。
權利要求
1.一種低包申格效應及低應變時效效應的鋼管，其特征在于該鋼管的組份及質量百分比為:C 0. 02 0. 06%、Si 0. 05 0. 42%、Mn 1. 61 1. 99%、P 彡 0. 020%、S 彡 0. 010%、Nb 彡 0. 11%、V 彡 0. 06%、Ti 彡 0. 05%、N 0. 0010 0. 0080%、Cu 彡 0. 50%、Cr 0. 60 1. 00%、Ca ( 0. 010%，余量為!^e和不可避免的雜質。
2.如權利要求1所述的低包申格效應及低應變時效效應的鋼管，其特征在于該鋼管的組份及質量百分比為:C 0. 02 0. 04%、Si 0. 05 0. 30%、Mn 1. 61 1. 91%、P彡0. 010%、S 彡 0. 005%、Nb 彡 0. 11%、V 彡 0. 06%、Ti 彡 0. 030%、N 0. 0010 0. 0060%、Cu 彡 0. 50%、Cr0. 61 0. 90%、Ca ^ 0. 008%，余量為Fe和不可避免的雜質。
3.—種制造如權利要求1或2所述的低包申格效應及低應變時效效應的鋼管的方法，其特征在于包含以下步驟a)經鐵水預處理、冶煉、精煉、連鑄及熱機械控制軋制控制冷卻過程制備所述各組份及質量百分比的鋼板；b)將鋼板采用JCO工藝成形成鋼管；c)采用直縫埋弧焊焊接；d)僅將鋼管焊縫以外的管體加熱至70(T90(TC，保溫時間為6 15min，以1(T50°C/s的速率冷卻到室溫；e)進行擴徑；f)進行涂敷處理。
4.如權利要求3所述的制造方法，其特征在于步驟(b)中，JCO工藝成形步數為11 21 ；步驟(c)中，焊接時，焊接線能量為l(T60kJ/cm，焊接速度為1. 00 2· OOm/min ；步驟(e)中，擴徑量為0. 5 1. 5% ；步驟(f)中，涂敷溫度為170^300 0C 0
5.一種制造如權利要求1或2所述的低包申格效應及低應變時效效應的鋼管的方法，其特征在于包含以下步驟a)經鐵水預處理、冶煉、精煉、連鑄及熱機械控制軋制控制冷卻過程制備所述各組份及質量百分比的鋼板；b)將鋼板加熱至70(T900°C，保溫時間為6 15min，以1(T50°C/s的速率冷卻到室溫；c)將鋼板采用JCO工藝成形成鋼管；d)采用直縫埋弧焊焊接；e)進行擴徑；f)進行涂敷處理。
6.如權利要求5所述的制造方法，其特征在于步驟(c)中，JCO工藝成形步數為11 21 ；步驟(d)中，焊接時，焊接線能量為l(T60kJ/cm，焊接速度為1. 00 2· OOm/min ；步驟(e)中，擴徑量為0. 5 1. 5% ；步驟(f)中，涂敷溫度為170^300 0C 0
全文摘要
本發明屬于鋼鐵材料及其制造技術領域，公開了一種低包申格效應及低應變時效效應的鋼管及其制造方法。該鋼管的組份及質量百分比為C0.02~0.06%、Si0.05~0.42%、Mn1.61~1.99%、P≤0.020%、S≤0.010%、Nb≤0.11%、V≤0.06%、Ti≤0.05%、N0.0010~0.0080%、Cu≤0.50%、Cr0.60~1.00%、Ca≤0.010%，余量為Fe和不可避免的雜質。本發明配方及制造方法設計合理，制管后包申格效應低，應變時效效應低，使其仍保持優異的變形性能及優異的強韌性配合。
文檔編號B23P15/00GK102560254SQ201210018129
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月20日 優先權日2012年1月20日
發明者姜金星, 左秀榮, 張展展, 張志明, 李如濤, 胡躍躍, 趙新, 霍松波 申請人:南京鋼鐵股份有限公司, 鄭州大學