一种高强度钢、钢管及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种钢，其按重量百分比的化学成分为：C：0.12-0.18％；Si：0.1-0.5％；Mn：1.0-2.0％；S＜0.005％；Cr：0.3-1.0％；Mo：0.10-0.60％；W：0.10-0.80％；N≤0.005％；Nb：0.01-0.1％；V：0.01-0.2％；Ni：0.10-0.40％；O≤0.0030％；Ca+Mg：0.001-0.005％；B：0.0003-0.0020％；Ti：0.001-0.010％；其余由Fe和不可避免的杂质组成。本发明专利技术还涉及由所述钢制造的低温韧性好、焊接性能优良的高强度钢管，其制造方法包括将满足上述化学成分要求的钢坯加热穿孔后轧制成无缝钢管，将上述无缝钢管加热至890-940℃范围内保温10-30分钟后水冷，然后在580-670℃的温度间进行回火处理，回火时间为40-80分钟。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及钢、钢管，特别是涉及一种具有960MPa以上抗拉强度、低温韧性好、焊接性能优良的超高强度钢、钢管及其制造方法，本专利技术的钢管可广泛应用于工程机械结构件、钢结构部件以及建筑结构件。
技术介绍
当今工程机械及钢结构件向大承重、轻量化方向发展。对于承受高载荷的钢结构部件来说，减少结构的自重不但节省材料，也有利于提高结构承载能力。但减轻结构自重，同时保证其安全性，是一个两难问题。尤其是当钢结构件采用焊接加工时，高强高韧的结构件母材在较大热输入量下保证焊接接头强度和韧性成为一大难题。高强钢的焊接难点是必须保证焊接部件热影响区的韧性。尤其对于钢结构件，由于加工组装过程主要依靠焊接加工，焊接占用的工作量大，为了提高工作效率，必须采用较 大线能量的焊接工艺提高熔敷率。CN1146784A提出了一种低温韧性、现场可焊性优良的抗拉强度为950MPa以上的超高强度钢，它的主要特征是复合添加Ni-Nb-Mo-微量Ti的低碳高锰钢，且其规定了显微组织是由平均奥氏体粒径为IOum以下的未再结晶奥氏体转变而成的细微马氏体及贝氏体组成。尽管碳当量较低，但其实施例中标注的焊接热输入量仅为5kJ/cm以下。钢结构件实际生产中焊接热输入量远远大于该值，一般都达到15kJ/cm以上。因此尽管其母材强度达到950MPa，-40°C低温韧性能达到100J以上，但相对大热输入条件下，热影响区晶粒会明显长大，由于其母材强度的提高主要依靠平均奥氏体粒径为IOym以下的未再结晶奥氏体转变而成的细微马氏体及贝氏体来实现，一旦热影响区晶粒明显长大后，其强度会急剧降低至950MPa以下。目前，还未发现能同时满足抗拉强度大于960MPa，_40°C低温冲击韧性大于45J，在15kJ/cm以上焊接热输入量下焊接后焊接接头及热影响区强韧性能达到上述母材性能要求的相关文献及专利。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种具有960MPa以上抗拉强度、低温韧性好、焊接性能优良的超高强度钢及钢管。在此所用的“焊接性能优良”是指大热输入，例如焊接热输入量为15kJ/cm以上，焊接后热影响区具有足够高强度和低温韧性。在此所用的“足够高强度”是指抗拉强度为960MPa以上。针对目前现有专利及产品，本专利技术的特征是添加适量Mn、Cr、Mo、W等合金元素，通过调质热处理得到细晶钢，从而提闻材料母材强度，在此基础上，减少0、S,添加Ca、Mg等兀素来减少夹杂物数量并控制夹杂物形状，同时复合添加Ti、B元素，降低N元素含量，形成大量弥散析出物，这些析出相的固溶温度较高，能有效阻止焊接过程中热影响区晶粒快速长大，从而得到一种具有960MPa以上抗拉强度，低温韧性好、焊接性能优良的超高强度钢及钢管。为实现上述目的，本专利技术的具有960MPa以上抗拉强度、低温韧性好、焊接性能优良的超高强度钢管，其按重量百分比成分为c 0. 12-0. 18%, Si :0. 1-0.5%, Mn:I.0-2. 0%, S < 0. 005%, Cr 0. 3-1. 0%,Mo 0. 10-0. 60%,ff 0. 10-0. 80%,0. 005%,Nb 0. 01-0. 1%, V 0. 01-0. 2%, Ni :0. 10-0. 40%, 0^ 0. 0030%, Ca+Mg :0. 001-0. 005%,B 0. 0003-0. 0020%, Ti :0. 001-0. 010%,同时还满足如下关系式(B+Ti)/N > 1，Ceq =C+Mn/6+ (Cr+Mo+V)/5+Ni/15 < 0. 68，其余由Fe和不可避免的杂质组成。以下说明成份元素的限定理由C是确保基体强度的必要化学成分，低于0. 12%的含量不能得到所希望的强度。另一方面，高于0. 18%的含量将影响可焊性并在受热影响的部分中导致较低韧性。因此，本专利技术中控制C含量为0. 12-0. 18%，优选地为0. 12-0. 17%，更优选为0. 13-0. 16%。Si在钢中作为脱氧剂。为了达到效果，至少需加入0.1%的Si。但假如过多会降低钢的可焊性和韧性，因此，本专利技术中控制Si含量为0. 1-50%，优选地为0. 1-0. 45%，更优选为 0. 13-0. 42%。Mn也是一种脱氧剂，同时可以使本专利技术钢的显微组织成为马氏体主体组织，是确保优良的强度、低温韧性平衡所不可缺少的元素，其下限为1.0%，然而，过多的Mn元素则会增加钢的可淬透性，以致不仅会降低HAZ (热影响区)韧性和可焊性，而且会助长连续铸造的中心偏析，母材的低温韧性也会恶化，因此，本专利技术中控制Mn含量为I. 0-2.0%，优选为 I. 2-2. 0%，更优选为 I. 25-1. 95%。Ni可以提高材料的低温韧性和现场可焊性。添加Ni，与添加Mn或Cr、Mo相比较，不仅在轧制组织中形成的有害于低温韧性的硬化组织较少，而且0. I %以上的微量Ni添加对于提高HAZ韧性的改善也是有效的。但添加量过多，不仅不经济，而且会恶化HAZ韧性和现场可焊性，因此，本专利技术中控制Ni含量为0. 1-0. 50%，优选为0. 1-0. 4%，更优选为0. 15-0. 35%。Mo可以提高钢的可淬性，获得马氏体主体的微观组织。在添加B的钢中Mo的可淬性提高效果更大。同时Mo也是强化元素，可以提高材料的强度。为了获得很高的强度，Mo最低需要0. 15%。然而，过多地添加Mo会使HAZ韧性降低，因此，本专利技术中控制Mo含量为0. 15-0. 60%，优选为 0. 2-0. 5%，更优选为 0. 25-0. 4% Cr可以增加母材、焊接部位的强度，提高淬透性，但含量太多影响焊接开裂敏感性，降低焊接热影响区的韧性，所以加入量最多为0. 8%W可以提闻钢的可洋性,提闻材料的强度，更为关键的是其在提闻强度的同时，相比于Mo等元素，其降低焊接性能的程度较低。因此为了达到强化效果，限定其下限为0. 10%，过多地添加W会使HAZ韧性降低，因此，本专利技术中控制W含量为0. 10-0. 80%，优选为 0. 15-0. 75 %，更优选为 0. 20-0. 70 %。V具有和Nb大致相同的效果，但其效果比Nb弱一些。然而，超高强度钢中的V的添加效果大，Nb和V的复合添加使本专利技术的优良特征更加明显。考虑到热影响区韧性，现场可焊性，Nb和V的含量不能过高。本专利技术中限定Nb含量控制范围为0.01-0. 1%;V含量控制范围为0. 01-0. 2%，优选地，Nb含量为0. 02-0. 09%，V含量为0. 02-0. 18%，更优选Nb含量为 0. 03-0. 08%，V 含量为 0. 03-0. 15%。Ti、B、N是本专利技术最为关键的几个元素，通过添加适量的Ti、B元素，可以提高材料的焊接性能，微量的B元素可以提高材料的淬透性，在焊接冷却过程析出的BN可以细化热影响区组织，提高材料的韧性。TiN的固溶温度可以达到1400°C以上，高温下仍然细小弥散，焊接过程中TiN夹杂物钉扎可以阻止奥氏体晶粒在高温下的长大。钢中的自由氮对材料韧性是有害的，在近熔合线处TiN不可避免地会有所固溶并释放出一些自由N。添加B、Ti可以限制材料中的自由N，但过量的B、Ti会诱导晶内铁素体形核，从而降低热影响本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钢，其按重量百分比计的化学成分为：C：0.12？0.18％；Si：0.1？0.5％；Mn：1.0？2.0％；S＜0.005％；Cr：0.3？1.0％；Mo：0.10？0.60％；W：0.10？0.80％；N≤0.005％；Nb：0.01？0.1％；V：0.01？0.2％；Ni：0.10？0.40％；O≤0.0030％；Ca+Mg：0.001？0.005％；B：0.0003？0.0020％；Ti：0.001？0.010％；其余由Fe和不可避免的杂质组成。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：洪杰，王起江，许轲，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：