本發明涉及黑色金屬冶煉及金屬壓力加工領域，特別是涉及一種含稀土海洋鉆井平臺樁腿用600mpa無縫鋼管及其生產方法
背景技術：
：海洋鉆井平臺樁腿用無縫鋼管，長期處于地層蠕動、高壓海水的沖刷和腐蝕等惡劣環境下服役，因此，鋼管面臨著腐蝕開裂及疲勞斷裂等破壞性事故的困擾。這兩種破壞形式通常都是災難性的，均會帶來人、財、物等多方面的巨大損失，為適應海洋環境這種苛刻的服役工況，特開發一種含稀土海洋鉆井平臺樁腿用600mpa無縫鋼管。經檢索，相似的
背景技術：
有：“疲勞強度≥560mpa的海洋鉆井平臺用鋼及其生產方法”(專利申請號：201410197337.6)，其存在以下問題和缺點：由于鋼中含有貴重元素ni和cu，生產成本相對較高、生產工藝相對復雜、生產難度相對較大；經檢索，相似的
背景技術：
還有：“一種海洋鉆井平臺用鋼”(專利申請號：201210435768.2)，其存在以下問題和缺點：由于鋼中含有貴重元素ni和cu，生產成本相對較高；經檢索，相似的
背景技術：
還有：“一種海洋鉆井平臺用鋼的制備方法”(專利申請號：201210435770.x)，其存在以下問題和缺點：由于鋼中含有貴重元素ni和cu，生產工藝相對復雜、生產難度相對較大。技術實現要素：為了解決以上技術問題，本發明提供含稀土海洋鉆井平臺樁腿用600mpa無縫鋼管及其生產方法。本發明提供一種含稀土海洋鉆井平臺樁腿用600mpa無縫鋼管，其原料由重量百分比為90％的高爐鐵水和10％的重型廢鋼組成；管坯的化學成分按重量百分比計分別為：c0.07-0.13；si0.20-0.40；mn1.20-1.40；p≤0.015；s≤0.005；cr1.30-1.50；mo0.30-0.50；nb0.02-0.06；ti0.01-0.03；al0.01-0.04；稀土元素re0.0005-0.0030；cu<0.10；ni<0.10；余量為基體fe和無法檢測的微量雜質元素。進一步地，所述re為ce與la的混合稀土金屬：它們的重量百分比分別為ce占67％、la占33％。本發明還提供一種上述含稀土海洋鉆井平臺樁腿用600mpa無縫鋼管的生產方法，其依次包括如下步驟：鐵水預處理，頂底復吹轉爐冶煉，lf爐精煉，vd真空處理，圓坯連鑄，切割，管坯加熱，穿孔，連軋管，定徑，冷卻，鋸切，熱處理，矯直，探傷。進一步地，所述鐵水預處理的工序中：將高爐鐵水進行預處理，使得鐵水中s降低到0.010％以下；頂底復吹轉爐冶煉的工序中：將預處理后的鐵水和重型廢鋼分別按設計比例加入頂底復吹轉爐，采用單渣工藝冶煉，控制終渣堿度和終點目標；加入合金進行脫氧合金化，終脫氧采用有鋁脫氧工藝，出鋼過程進行擋渣或扒渣，出鋼過程中合金加完以后加入白灰塊。進一步地，lf爐精煉的工序中：精煉全過程吹氬氣，采用從低級數到高級數逐漸提高升溫速度的方式加熱提溫；根據轉爐鋼水成分及溫度進行造渣脫硫、成分調整及升溫操作；采用造白渣操作。進一步地，lf爐精煉結束后保持底部軟吹氬氣，按預定加入量喂入稀土絲。進一步地，進行vd真空處理的工序中：設置真空度≤0.10kpa，深真空時間≥13分鐘。進一步地，vd真空處理結束后喂入定長硅鈣絲，喂絲后進行10～15分鐘軟吹氬氣。進一步地，將經過vd真空處理后的鋼水進行圓坯連鑄的工序中：采用低拉速的恒拉速控制和電磁攪拌工藝，控制鋼水過熱度，鑄坯經過矯直后，切割為圓管坯。進一步地，所述熱處理工藝具體為：900±10℃保溫40～60min后出爐進行水淬，690±20℃保溫70～90min后出爐進行空冷；回火后執行帶溫矯直，矯直溫度≥500℃。相對于現有技術，本發明提供的含稀土海洋鉆井平臺樁腿用600mpa無縫鋼管具有如下優點：1)、由于不含有貴重元素ni和cu，因此生產成本相對較低、生產難度相對較小；2)、由于在500℃以上進行帶溫矯直，鋼管的殘余應力較低，殘余應力：≤30mpa(采用環切法)；3)、由于含稀土元素的獨特成分設計結合成熟生產工藝，使得鋼管的各項性能優異，具體性能指標如下：屈服強度630～700mpa；抗拉強度700～800mpa；疲勞強度400～450mpa；延伸率≥21％；0℃時的橫向沖擊值akv≥130j/cm2；晶粒度≥9.0級。4)、按照nacestandardtm0177-2005標準a方法，對一組光滑拉伸試樣進行硫化物應力腐蝕開裂(sscc)試驗，本發明基于屈服強度為600mpa鋼級設計，試驗恒定應力為0.8rt0.6(480mpa)，經過h2s飽和的a溶液連續720小時浸泡，試樣未開裂、也未出現裂紋。具體實施方式為了使本
技術領域：
的人員更好地理解本發明方案，下面結合具體實施方式對本發明作進一步的詳細說明。本發明提供一種含稀土海洋鉆井平臺樁腿用600mpa無縫鋼管，其原料由重量百分比為90％的高爐鐵水和10％的重型廢鋼組成；管坯的化學成分按重量百分比計分別為：c0.07-0.13；si0.20-0.40；mn1.20-1.40；p≤0.015；s≤0.005；cr1.30-1.50；mo0.30-0.50；nb0.02-0.06；ti0.01-0.03；al0.01-0.04；稀土元素re0.0005-0.0030；cu<0.10；ni<0.10；余量為基體fe和無法檢測的微量雜質元素。優選地，所述re為ce與la的混合稀土金屬：它們的重量百分比分別為ce占67％、la占33％。相應的，本發明還提供一種上述含稀土海洋鉆井平臺樁腿用600mpa無縫鋼管的生產方法，其依次包括如下步驟：鐵水預處理，頂底復吹轉爐冶煉，lf爐精煉，vd真空處理，圓坯連鑄，切割，管坯加熱，穿孔，連軋管，定徑，冷卻，鋸切，熱處理，矯直，探傷。進一步地，所述鐵水預處理的工序中：將高爐鐵水進行預處理，使得鐵水中s降低到0.010％以下；頂底復吹轉爐冶煉的工序中：將預處理后的鐵水和重型廢鋼分別按設計比例加入頂底復吹轉爐，采用單渣工藝冶煉，控制終渣堿度和終點目標；加入合金進行脫氧合金化，終脫氧采用有鋁脫氧工藝，出鋼過程進行擋渣或扒渣，出鋼過程中合金加完以后加入白灰塊。優選地，lf爐精煉的工序中：精煉全過程吹氬氣，采用從低級數到高級數逐漸提高升溫速度的方式加熱提溫；根據轉爐鋼水成分及溫度進行造渣脫硫、成分調整及升溫操作；采用造白渣操作。優選地，lf爐精煉結束后保持底部軟吹氬氣，按預定加入量喂入稀土絲。優選地，進行vd真空處理的工序中：設置真空度≤0.10kpa，深真空時間≥13分鐘。進一步地，vd真空處理結束后喂入定長硅鈣絲，喂絲后進行10～15分鐘軟吹氬氣。進一步地，將經過vd真空處理后的鋼水進行圓坯連鑄的工序中：采用低拉速的恒拉速控制和電磁攪拌工藝，控制鋼水過熱度，鑄坯經過矯直后，切割為圓管坯。作為本發明的優選方案，所述熱處理工藝具體為：900±10℃保溫40～60min后出爐進行水淬，690±20℃保溫70～90min后出爐進行空冷；回火后執行帶溫矯直，矯直溫度≥500℃。本發明提供的含稀土海洋鉆井平臺樁腿用600mpa無縫鋼管以重量百分比90％的高爐鐵水與10％的重型廢鋼作為原料。其生產工藝流程為：首先對上述高爐鐵水進行預處理，然后與上述重型廢鋼一同加入頂底復吹轉爐進行冶煉，再將冶煉好的鋼水裝入鋼水包進入lf爐工位進行精煉，精煉完成后進入vd工位進行真空脫氣處理，再進行圓坯連鑄，并將連鑄坯切割成管坯，然后對連鑄管坯進行加熱，對加熱好的管坯進行穿孔和連軋使其成為連軋管，對軋管進行定徑后送入冷床冷卻，然后實施鋸切，對切好的鋼管進行熱處理，然后進行矯直，最后經探傷檢測，合格者即為鋼管成品。上述工藝流程簡述為：鐵水預處理→頂底復吹轉爐冶煉→lf爐精煉→vd真空處理→圓坯連鑄→切割→管坯加熱→穿孔→連軋管→定徑→冷卻→鋸切→熱處理→矯直→探傷。其具體工藝過程詳述如下：1、將高爐鐵水進行預處理，使得鐵水中的含s量(重量百分比)降低到0.010％以下；2、將預處理后的鐵水兌入頂底復吹轉爐，加入(重量百分比)10％重型廢鋼，采用單渣工藝冶煉，控制終渣堿度和終點目標，加入合金進行脫氧合金化，終脫氧采用有鋁脫氧工藝，出鋼過程必須擋渣或扒渣，出鋼過程中合金加完以后加入白灰塊；3、在lf爐進行精練：精煉全過程按要求正常吹氬氣，采用從低級數到高級數逐漸提高升溫速度的方式加熱提溫；根據轉爐鋼水成分及溫度進行造渣脫硫、成分調整及升溫操作；采用造白渣操作；4、lf爐精煉結束后保持底部軟吹氬氣，按預定加入量喂入稀土絲。5、進行vd真空處理：真空度≤0.10kpa，深真空時間≥13分鐘；6、喂入定長硅鈣絲，喂絲后進行10～15分鐘吹氬氣。將經過vd真空處理后的鋼水進行圓坯連鑄，采用低拉速的恒拉速控制和電磁攪拌工藝；控制鋼水過熱度；鑄坯經過矯直后，切割為圓管坯。對管坯進行化學成分化驗，管坯的化學成分應符合下述要求(重量百分比％)：c0.07-0.13；si0.20-0.40；mn1.20-1.40；p≤0.015；s≤0.005；cr1.30-1.50；mo0.30-0.50；nb0.02-0.06；ti0.01-0.03；al0.01-0.04；稀土元素re0.0005-0.0030；cu<0.10；ni<0.10；余量為基體fe和無法檢測的微量雜質元素。鋼種成分設計依據如下：c是提高強度和淬透性最有效的元素之一，考慮鋼管耐硫化氫腐蝕性能和沖擊性能的要求，盡量提高mn/c比，c含量控制在0.07～0.13％之間；si有脫氧的作用，但含量超過0.40％時不利于抗硫化氫腐蝕，因此si含量控制在0.20～0.40％之間；mn有固溶強化的作用，可擴大奧氏體區、降低奧氏體向鐵素體的轉變溫度，進而細化鐵素體晶粒、提高鋼的強韌性能，并可補償低c所造成的強度損失，但mn含量過高會產生偏析，容易產生對hic裂紋敏感的mns夾雜物，因此，mn含量控制在1.20～1.40％之間；cr能提高鋼的強度和淬透性，并能在鋼表面形成一層鈍化膜，具有抗硫化氫腐蝕和抗氧化能力，同時cr可提高耐二氧化碳腐蝕，并能抑制s的吸附，因此，添加1.30～1.50％的cr；mo能增加淬透性、提高回火穩定性，同時還能在表面形成致密的鈍化膜，具有抗硫化氫腐蝕的能力，并可改善點腐蝕，因此，添加0.30～0.50％的mo；nb會以nb(cn)顆粒的形式集中析出，抑制了奧氏體的再結晶，同時誘變形核，產生位錯亞結構，達到細晶強化；ti是強烈的氮化物形成元素，ti可以捕捉鋼中游離的n，以tin質點的形式彌散析出，強烈釘扎奧氏體晶界，從而達到細晶強化的功效，提高熱影響區的韌性，改善鋼的焊接性能；p會造成微觀偏析，容易導致淬火馬氏體形成顯微裂紋，成為氫的聚集源，因此，將p含量控制在0.015％以下；s含量的增加會顯著增加hic的敏感性，為了達到理想的抗硫化氫腐蝕效果，鋼中s含量應控制在0.005％以下；al具有良好的脫氧能力，并可細化奧氏體晶粒，提高鋼的耐腐蝕能力，將al含量控制在0.01～0.04％之間；加入re元素能夠起到凈化鋼液、改善非金屬夾雜物形態、減少點腐蝕和強化晶界等作用，從而取得提高鋼材的沖擊韌性和抗硫化氫腐蝕性能的效果。所述稀土元素為ce、la的混合稀土金屬：它們的重量百分比分別為：ce占67％、la占33％。將成分化驗合格及硫印不大于2.0級的連鑄圓管坯進行制管，制管過程如下：將管坯放入加熱爐進行加熱，連續檢查并控制好加熱爐各加熱段的溫度，各段溫度的控制范圍見表1：表1環形加熱爐各段溫度控制(℃)加熱一段加熱二段加熱三段加熱四段加熱五段加熱六段1050～11201150～12501250～12901240～13001240～13001240～1300用微機對加熱爐各段溫度進行自動控制并自動記錄。熱工具在使用前必須測量，軋前必須檢查、處理輥道，避免劃傷管壁。將加熱好的管坯穿孔后在相應的連軋管機組軋制成所需規格的無縫鋼管，軋制時每批至少進行一次熱取樣，檢查幾何尺寸；在冷床上冷卻之后進行定尺鋸切，尺寸精度檢查合格的鋼管再進行熱處理；控制淬火加熱爐的爐溫、加熱穩定性和冷卻水流量，以保證淬火質量；控制回火加熱爐的爐溫和加熱穩定性，以保證回火質量。熱處理制度為：900±10℃保溫40～60min進行水淬，690±20℃保溫70～90min進行空冷，回火后執行帶溫矯直，矯直溫度≥500℃。鋼管進行逐支探傷檢驗。經過上述工藝過程，可以生產出本發明所述的含稀土海洋鉆井平臺樁腿用600mpa無縫鋼管。相對于現有技術，本發明提供的含稀土海洋鉆井平臺樁腿用600mpa無縫鋼管具有如下優點：1)、由于不含有貴重元素ni和cu，因此生產成本相對較低、生產難度相對較小；2)、由于在500℃以上進行帶溫矯直，鋼管的殘余應力較低，殘余應力：≤30mpa(采用環切法)；3)、由于含稀土元素的獨特成分設計結合成熟生產工藝，使得鋼管的各項性能優異，具體性能指標如下：屈服強度630～700mpa；抗拉強度700～800mpa；疲勞強度400～450mpa；延伸率≥21％；0℃時的橫向沖擊值akv≥130j/cm2；晶粒度≥9.0級。4)、按照nacestandardtm0177-2005標準a方法，對一組光滑拉伸試樣進行硫化物應力腐蝕開裂(sscc)試驗，本發明基于屈服強度為600mpa鋼級設計，試驗恒定應力為0.8rt0.6(480mpa)，經過h2s飽和的a溶液連續720小時浸泡，試樣未開裂、也未出現裂紋。下面結合實施例，進一步闡述本發明：實施例1-3按重量百分比原料為：高爐鐵水90％，重型廢鋼10％。生產工藝流程順序為：鐵水預處理→頂底復吹轉爐冶煉→lf爐精煉→vd真空處理→圓坯連鑄→切割→管坯加熱→穿孔→連軋管→定徑→冷卻→鋸切→熱處理→矯直→探傷。具體生產工藝流程如下所述：將90噸高爐鐵水用“金屬鎂粉”作脫硫脫氧預處理，使鐵水中的含s量降低到(重量百分比)0.010％以下。將所述的90噸預處理鐵水兌入100噸級的頂底復吹轉爐中，再加入10噸重型廢鋼，然后采用單渣工藝進行冶煉，終渣堿度按3.0控制，采用硅錳、錳鐵和鉻鐵進行脫氧合金化，終脫氧采用鋁鐵合金，并在出鋼過程中加入，出鋼過程必須擋渣，擋渣失敗必須扒渣，出鋼過程中鋁鐵合金加完以后加入200kg白灰塊。將冶煉好的鋼水裝入鋼水包進入lf爐工位進行精煉：精煉時按要求正常吹氬氣，采用從低級數到高級數逐漸提高升溫速度的方式加熱升溫；根據轉爐鋼水成分及溫度進行造渣脫硫、成分調整及升溫操作；采用造白渣操作，鈮鐵、鉬鐵和鈦鐵合金在中后期加入。當lf爐精煉結束后要保持底部軟吹氬氣，按預定的加入量喂入一定長度的稀土絲。然后對精煉好的鋼水再進行vd真空處理：深真空度≤0.10kpa，深真空時間≥13分鐘；再喂入一定長度的硅鈣線，喂絲后保持12分鐘軟吹氬氣。將經過vd真空處理后的鋼水大包吊上鋼包回轉臺進行5機5流圓坯連鑄，連鑄時采用低拉速的恒速控制和電磁攪拌工藝；鋼水過熱度δt≤30℃；鑄坯出二次冷卻區域后進行矯直，然后用火焰切割為圓管坯。對規格為管坯取樣進行化、檢驗，其化學成分化驗結果(重量百分比含量)見表2。表2化學成分檢測結果(重量％)所述稀土元素re按重量百分比計為：67％的ce+33％的la構成的混合稀土金屬，其化學成分及其含量合格。硫印：均不超過1.0級，低倍檢驗合格。將化、檢驗合格的管坯進行制管，制管過程如下：為了使管坯具有良好的軋制性能，要連續檢測并控制加熱爐的各加熱段溫度，保證加熱透徹均勻而不過熱，環形爐各段的溫度見表1。用微機對加熱爐各段溫度進行自動控制并自動記錄。熱工具在使用前必須測量，軋前必須檢查、處理輥道，避免劃傷管壁。將加熱好的管坯穿孔后在連軋管機組上軋制成規格為的無縫鋼管，每批進行一次熱取樣，檢查幾何尺寸；在冷床上冷卻之后進行定尺鋸切；尺寸精度檢查合格的鋼管再進行熱處理：控制淬火加熱爐的爐溫、加熱穩定性和冷卻水流量，以保證淬火質量；控制回火加熱爐的爐溫和加熱穩定性，以保證回火質量。熱處理制度為：900℃保溫50min后出爐進行水淬，690℃保溫80min后出爐進行空冷。鋼管回火后進行帶溫矯直，矯直溫度控制在530～550℃。對矯直后的鋼管逐支進行探傷檢驗。經過上述工藝生產及無損探傷檢驗，合格者即成為本發明所述的“含稀土海洋鉆井平臺樁腿用600mpa無縫鋼管”的成品，用其制取試樣進行力學性能和金相檢驗。經過檢驗，實施例1～實施例3所產無縫鋼管的力學性能和金相檢驗結果見表3。硫化物應力腐蝕開裂性能(sscc性能)檢驗結果見表4。表3鋼管的力學性能和金相檢驗結果rt0.6(mpa)rm(mpa)a(％)kv(j/cm2)疲勞強度(mpa)殘余應力組織晶粒度實施例16437262416441122mpa回火s+b10級實施例26627512315242324mpa回火s+b10級實施例36837752214343627mpa回火s+b10級對比樣6597312210540331mpa回火s9.5級注：沖擊試樣均為橫向、試驗溫度為0℃；對比樣與實施例1～實施例3所產無縫鋼管的規格和熱處理工藝完全相同。表4硫化物應力腐蝕開裂性能(sscc性能)檢驗結果實施例1恒定應力480mpa、經過h2s飽和a溶液連續720小時浸泡、光滑拉伸試樣不開裂實施例2恒定應力480mpa、經過h2s飽和a溶液連續720小時浸泡、光滑拉伸試樣不開裂實施例3恒定應力480mpa、經過h2s飽和a溶液連續720小時浸泡、光滑拉伸試樣不開裂對比樣恒定應力480mpa、經過h2s飽和a溶液連續352小時浸泡、光滑拉伸試樣開裂由上述內容可知，采用本發明提供的方法制備的含稀土海洋鉆井平臺樁腿用600mpa無縫鋼管的屈服強度為630～700mpa、疲勞強度為400～450mpa、0℃時的橫向沖擊值≥130j/cm2。本發明的產品具有生產成本低、強韌性能匹配高、組織均勻細小、殘余應力低、耐硫化氫腐蝕的特點。以上對本發明所提供的含稀土海洋鉆井平臺樁腿用600mpa無縫鋼管及其生產方法進行了詳細介紹。本文中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發明的方法及其核心思想。應當指出，對于本
技術領域：
的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以對本發明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發明權利要求的保護范圍內。當前第1頁12