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非调质无缝

阅读:411发布:2020-05-12

专利汇可以提供非调质无缝专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且一种非调质无缝 钢 管,其特征在于:按重量%,含有C:0.10%~低于0.20%、Si:0.05%~1.0%、Mn:0.5%~2.5%、P:0.03%以下、S:0.05%以下、Cr:0.5%~1.5%、V:0.03%~0.3%、Al:0.003%~0.10%、N:0.001%~0.02%、O:0.003%以下,余量由Fe及杂质构成,且按下式定义的 碳 当量Cep.(%)为0.60%~0.85%,Ceq.=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15。,下面是非调质无缝专利的具体信息内容。

1.一种非调质无缝管,其特征在于:按重量%,含有:C:0.10%~低于0.20%、Si:0.05%~1.0%、Mn:0.5%~2.5%、P:0.03%以下、S:0.05%以下、Cr:0.5%~1.5%、V:0.03%~0.3%、Al:0.003%~0.10%、N:0.001%~0.02%、O:0.003%以下;余量由Fe及杂质构成;按下式定义的当量Cep.(%)为0.60%~0.85%,Ceq.=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15。
2.如权利要求1所述的非调质无缝钢管,其特征在于:将部分Fe置换成从Ni:0.05%~1.5%、Mo:0.05%~1.5%、Cu:0.05%~1.5%、B:0.0003%~0.01%中选择的1种或2种以上。
3.如权利要求1所述的非调质无缝钢管,其特征在于:将部分Fe置换成从Ti:0.005%~0.2%、Nb:0.005%~0.2%中选择的1种或2种。
4.如权利要求1所述的非调质无缝钢管,其特征在于:将部分Fe置换成从Ni:0.05%~1.5%、Mo:0.05%~1.5%、Cu:0.05%~1.5%、B:0.0003%~0.01%中选择的1种或2种以上,及从Ti:0.005%~0.2%、Nb:0.005%~0.2%中选择的1种或2种。

说明书全文

非调质无缝

技术领域

发明涉及一种用于机械结构等的非调质无缝钢管,具体涉及一种能够以热轧管状态直接使用的、具有高强度及高韧性并且焊接性优良的非调质无缝钢管。

背景技术

以往,用于高强度下要求韧性的用途的非调质无缝钢管,按以下制造。即,首先,由钢坯,经过热加工的穿孔工序及轧制工序,制造非调质无缝钢管。然后,通过对该钢管进行淬火、回火,形成赋予规定强度平及韧性的制品。
在上述无缝钢管的制造中,由于在制管后需要热处理工序,所以成本高,而且交货期长。为克服如此的问题,强烈要求不进行热处理,即不用调质也能具有高强度高韧性的无缝钢管。
不用调质也能具有高强度高韧性的无缝钢管,例如,已在特开平05-202447号公报、特开平09-25541号公报、特开平10-130783号公报、特开平10-204571号公报、特开平10-324946号公报、特开平11-36017、特开2000-328192号公报、特开2001-323338号公报、特开2001-247931号公报、特开2001-262275号公报等中公开。
特开平05-202447号公报、特开平09-25541号公报、特开平10-130783号公报、特开平10-204571号公报、特开平10-324946号公报、特开平11-36017及特开2000-328192号公报,为了在非调质的情况下兼顾高强度和韧性,都公开了成分调整或热加工的制管方法。此外,在这些公报中公开的技术中,共同处是添加0.2%以上的(C),形成中碳钢系的成分设计。在上述以往的技术中,由于含有0.2%以上的碳,相对于强度级别,韧性不足。特别是在焊接部,经淬火硬化后,或降低韧性,或引起焊接裂纹。
特开2001-323338号公报,公开了以大范围的碳添加量的钢为对象,兼顾热加工性、切削性及韧性的钢管。但是,可以指出,在该公报公开的钢管中,由于未添加(V),不能确保充分的强度。
特开2001-247931号公报及特开2001-262275号公报,公开了以宽范围的碳添加量的钢为对象,通过规定热轧时的制管温度,控制金属组织,确保强度、韧性的技术或热加工性的技术。但是,可以指出,为了实施在上述两公报中提出的低温制管,在以往的设备中,达功率不足,需要进行设备改造。此外,为了在经过一度冷却后,通过再加热进行制管,存在需要再加热炉等设备的问题。
另外,在特开2001-247931号公报中,在权利要求的范围,虽规定宽范围的碳添加量,但在实施例中,碳添加量也达到0.2%以上。

发明内容

本发明的目的是提供一种非调质无缝钢管,能够非调质地兼顾高强度和高韧性,并能够确保良好的焊接性。具体的目标是,即使不严格规定途中的制管加工度或制管温度,也能够兼顾高强度和韧性,能够防止焊接部的裂纹或韧性的降低。
本发明者发现,要达到上述目的,以下措施是有效的。
(1)降低碳含有量。此外,为补充伴随碳含有量降低的强度,复合添加锰(Mn)、铬(Cr)和钒(V)。由此,能够得到高强度,并且包括焊接部也能够得到良好的韧性。
(2)在降低碳含有量的基础上,将碳当量(Ceq.)调整到规定的范围。
关于非调质的金属组织,标准的是素体·珠光体钢,但是,判明,如果为了适应高强度化的要求而进行高碳化,会降低韧性。为此,本发明者,为了降低碳含有量,补充强度,复合添加了Mn、Cr、V。由此,得到的非调质钢的金属组织,形成贝氏体为主体的组织,能够确保高强度和高韧性。另外,所谓的“贝氏体为主体的组织”,当然是包括100%存在贝氏体的组织,但也可以是在贝氏体和铁素体的混合组织中,含有50体积%以下铁素体的组织。
本发明的构架如下。
(1)抑制碳含有量低于0.2%。
(2)复合添加锰(Mn)、铬(Cr)和钒(V)。
(3)金属组织形成贝氏体为主体的组织,其中,作为能够兼顾高强度和高韧性,按下式规定的碳当量Cep.(%)满足在0.60以上0.85以下。
Cep.=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15为了确保强度,Ceq.(%)在0.60~0.85的范围就可以,作为满足该范围的方法,可以调整各种合金元素的添加量。本发明者发现,其中,特别是关于Mn、Cr及V,如果同时复合添加,能够达到强度和韧性的良好平衡。即,在相同碳含有量时,与通过只添加Mn和Cr达到目标碳当量Ceq.时相比,通过在降低Mn和Cr的添加量的同时添加V来达到目标碳当量Ceq.时,能够得到良好的韧性。所以,关于Mn、Cr及V,重要的是要复合添加。
根据以上观点,按照本发明的非调质无缝钢管,其特征在于:按重量%,含有C:0.10%~0.20%(低于)、Si:0.05%~1.0%、Mn:0.5%~2.5%、P:0.03%以下、S:0.05%以下、Cr:0.5%~1.5%、V:0.03%~0.3%、Al:0.003%~0.10%、N:0.001%~0.02%、o:0.003%以下,余量由Fe及杂质构成,按下式定义的碳当量Cep.(%)为0.60%~0.85%。
Ceq.=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15也可以将部分Fe置换成从Ni:0.05%~1.5%、Mo:0.05%~1.5%、Cu:0.05%~1.5%、B:0.0003%~0.01%中选择的1种或2种以上。
或,也可以将部分Fe置换成从Ti:0.005%~0.2%、Nb:0.005%~0.2%中选择的1种或2种。
此外,也可以将部分Fe置换成从Ni:0.05%~1.5%、Mo:0.05%~1.5%、Cu:0.05%~1.5%、B:0.0003%~0.01%中选择的1种或2种以上,及从Ti:0.005%~0.2%、Nb:0.005%~0.2%中选择的1种或2种。
以下说明上述限定的理由。
C:0.10%~0.20%(低于)
C是增加强度的元素,但也是降低焊接性的元素。因此,要在高强度水平确保韧性及焊接性,需要将C含有量控制在低于0.20%。如果从韧性及焊接性方面考虑,C含有量越低越好,但是,如果低于0.10%,很难保证强度。基于上述理由,将C含有量限定在0.10%~0.20%(低于)。从确保最佳的强度-韧性平衡的度考虑,优选将C含有量控制在0.13%~0.17%的范围。
Si:0.05%~1.0%Si具有作为剂同时提高强度的作用。但是,如果低于0.05%,得不到其效果,相反如果超过1.0%,降低韧性。基于上述理由,将Si含有量限定在0.05%~1.0%的范围。从确保最佳的强度-韧性平衡的角度考虑,优选将Si含有量控制在0.1%~0.4%的范围。
Mn:0.5%~2.5%Mn,是在降低了C的钢中,通过与Cr、V一并复合添加,能在不降低韧性的情况下增加强度的元素。另外,如果超过2.5%,降低焊接性及韧性。基于上述理由,将Mn含有量限定在0.5%~2.5%的范围内。从确保最佳的强度-韧性平衡的角度考虑,优选将Mn含有量控制在1.5%~2.0%的范围。
P:0.03%以下P,是在凝固时浓化在最终凝固位置附近,并且在晶界偏析,降低热加工性或韧性的杂质元素。因此,优选尽量降低其含有量。但由于能够允许到0.03%,所以将P的含有量设定在0.03%以下。但是,为进一步确保高韧性,优选在0.02%以下,更优选在0.01%以下。
S:0.05%以下S与P同样,是在凝固时,在晶界偏析,降低热加工性或韧性的杂质元素。因此,优选尽量降低其含有量。但由于能够允许到0.05%,所以将P的含有量设定在0.05%以下。但是,如果过分降低,由于降低切削性,所以,在重视切削性时的S的下限值优选设定在0.01%。另外,在与切削性相比更重视韧性时,S含有量优选在0.02%以下,更优选在0.01%以下。
Cr:0.5%~1.5%Cr,是在降低了C的钢中,通过与Cr、V一并复合添加,能在不降低韧性的情况下增加强度的元素。为确保规定的强度,需要0.5%以上的含有量。另外,如果超过1.5%,降低焊接性及韧性。基于上述理由,将Cr含有量限定在0.5%~1.5%的范围。从确保最佳的强度-韧性平衡的角度考虑,优选将Cr含有量控制在0.9%~1.4%的范围。
V:0.03%~0.3%由于V析出微细的钒碳化物,增加强度,所以才添加V。如果与Cr、V一并复合添加,能够在高强度的同时抑制降低韧性。要得到此效果,需要添加0.03%以上。另外,如果超过0.3%,由于降低韧性,所以,将V含有量限定在0.03%~0.3%的范围内。从确保最佳的强度-韧性平衡的角度考虑,优选将V含有量控制在0.05%~0.15%的范围。
Al:0.003%~0.10%Al具有作为脱氧剂的作用。要得到该效果,需要0.003%以上的含有量。如果超过0.10%,增加氧化系夹杂物,易产生表面缺陷。基于上述理由,将Al含有量限定在0.003%~0.10%的范围。另外,为确保稳定的表面质量,优选0.003%~0.05%的范围。
N:0.001%~0.02%N与Al、Ti共存,可使结晶粒微细化,具有提高韧性的作用。但是,如果低于0.001%,其效果小,如果超过0.02%,反而降低韧性。基于上述理由,将N含有量限定在0.001%~0.02%的范围。
O:0.003%以下O如果超过0.003%,降低韧性及疲劳强度。因此,将O含有量设定在0.003%以下。
从Ni:0.05%~1.5%、Mo:0.05%~1.5%、Cu:0.05%~1.5%、B:0.0003%~0.01%中选择的1种或2种以上Ni、Mo、Cu、B,都是提高回火性增加钢强度的元素,根据需要,可以添加1种或2种以上。在添加时,对于Ni、Mo、Cu在0.05%以上,对于B在0.0003%以上,可发挥效果。另外,对于Ni、Mo、Cu,如果添加超过1.5%,Ni提高强度的效果饱和,同时也增加成本,Mo降低焊接性、韧性,Cu降低热加工性能。因此,Ni、Mo、Cu的上限值分别设定在1.5%。B如果添加超过0.01%,由于降低韧性,所以将0.01%作为上限。
从Ti:0.005%~0.2%、Nb:0.005%~0.2%中选择的1种或2种以上Ti、Nb,都是形成碳化物,使组织微细化,从而提高韧性,同时通过在基体中析出增加强度,有助于高强度化的元素。因此,根据需要,可以添加上述中的1种或2种。另外,如果添加超过0.2%,降低韧性。基于上述理由,将其范围都限定在0.005%~0.2%的范围。
碳当量Cep.(%):0.60%~0.85%。
Ceq.=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15合金元素,分别按质量%定义。除上述的成分组成的限定外,从保证良好的强度、韧性和焊接性的角度考虑,优选将Ceq.限定在0.60%~0.85%的范围。如果Ceq.低于0.60%,不能确保强度,如果Ceq.超过0.85%,降低韧性,同时容易产生焊接裂纹。另外,从高强度的角度考虑,优选0.60%~0.85%,更优选0.70%~0.85%。
余量为Fe及杂质。
在杂质中,以0.01%作为上限,可以分别含有Ca、Mg、REM(稀土类金属)。这些元素对强度、韧性及焊接性无大的影响,但在铸造时,特别是在铸成圆钢锭时,有时也添加,以防止堵塞中间罐的喷嘴。这些元素的含有量如果超过0.01%,表面性状恶化,降低成品率。所以,作为杂质,也可以按上限分别含有0.01%。
按照本发明的无缝钢管,可以按以下制造。即,用转炉、电炉或真空熔炼炉熔炼上述组成的钢,采用连铸法或铸法凝固。将该凝固物直接或分块形成钢管坯料,在经过通常的无缝钢管的制造工序,形成钢管后,通过空气冷却得到无缝钢管。
热轧后的冷却,优选利用自然放冷的空气冷却,但也可以实施鼓(一边覆盖用风挡罩,一边冷却)等的暖冷却或风冷(一边送一些风,一边冷却)。

具体实施方式

熔炼表1所示的化学组成的钢,铸成锭后,经锻造制成钢坯,将上述钢坯加热到1250℃,用曼内斯曼芯棒式无缝钢管轧机造管,形成外径150mm×壁厚24.2mm的无缝钢管。在轧制后,空气冷却上述钢管。以造管本身状态,调查了上述钢管的机械性能(抗拉特性、采用夏氏试验的冲击特性)及焊接裂纹。
另外,焊接裂纹性,按照JIS Z3158“Y形焊接裂纹试验”,采用入热20kJ/cm的涂药电焊法进行焊接,调查有无裂纹。上述试验结果也对照地示于表1。在表1中,TS(MPa)表示强度。此外,2uE20(J),作为韧性指标,表示基于JIS Z2202及JIS Z2242的夏氏破断能值,与采用相对于2mm的U缺口试验片的20℃试验的夏氏破断能量值(J)对应。
表1
表1中,试样序号1~21是本发明例,抗拉强度最低也要超过700MPa,最高达到接近900MPa。如此,即使是高强度,以冲击值评价的韧性也能够确保在50J以上,此外,也未发生焊接裂纹。
试样序号22~28是比较例。试样22、23是形成以往的铁素体·珠光体钢的中碳系成分的例子。此时,虽能够确保强度,但产生焊接裂纹。此外,试样24~27是未复合添加Mn、Cr、V或超出范围的例子。未引起焊接裂纹,但韧性不足。试样28,是虽满足成分组成范围,但碳当量Ceq.低的例子。强度从700MPa大幅度下降,不能用于高强度非调质无缝钢管的用途。
如上所述,如果采用本发明,即使不严格规定过程中的制管加工度或制管温度,也能够兼顾高强度和韧性,并能够得到能够确保良好焊接性的非调质无缝钢管。
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