本发明涉及建筑用钢管制造方法， 特别是一种焊接性能优良的屈服强度 500MPa级低屈强比直缝焊钢管及其制造方法。 背景技术

我国的建筑用钢结构长期使用屈服强度 235〜345MPa 的低碳钢和低合金 钢。 目前《钢结构设计规范》 GB50017-2003中低合金钢的屈服强度等级已经拓 展至 460MPa。 采用高强度等级建筑用钢管， 目的是减薄钢结构断面尺寸并节 省投资， 但是薄断面钢结构容易出现局部和整体屈服失 稳问题， 从而限制了钢 结构断面尺寸的减薄， 使高强度等级建筑用钢材的优势不能得到发挥 ， 因此发 展高强度等级建筑用钢的当务之急是解决薄断 面钢结构屈服失稳问题。 在薄断 面高强度等级钢管内填充混凝土形成钢管和混 凝土共同工作的高强度钢管混 凝土结构， 可以显著提高其刚度， 解决结构屈服失稳问题。 由于高强度钢管混 凝土结构可以发挥高强度钢材和高强度混凝土 的优势， 节省投资、 加快施工进 度， 是开拓高强度等级的建筑用钢市场有发展潜力 的技术生长点。

相对于无缝管而言， 焊管具有生产效率高、 尺寸精度好、 规格范围宽、 成 本低等显著特点， 因此是生产厂家与油田用户的首选品种， 一直受到市场的青 睐。 ERW套管的生产工艺是： 炼钢一连铸一热轧成板卷一板卷头尾剪切对焊 一 板带成型一在线焊接一焊缝热处理或整管热处 理一管加工一出厂检验等。 板卷 头尾剪切对焊工序是实现多卷连续生产、体现 ERW焊管生产效率的关键工序。 但是由于板卷头尾对焊要求材料的碳当量须低 ， 否则容易造成钢板断带， 严重 影响生产效率。 不仅如此， 高强度钢管离心混凝土构件用做建筑用桩基往 往承 受极大的冲击载荷， 因此在要求钢管具有良好的强韧性、 低屈强比的同时， 还 要要求焊缝具有优良的力学性能， 这样材料的碳当量 Ceq要求不能大于 0.4。

曰本专利 JP56035749A提出了 ERW套管的一种方法， 该套管成分中不含 Ti、 Nb、 V、 Cr等强化元素上述元素， 虽然可以实现高强度的要求， 而 Si高达 1%, 焊接时焊缝容易形成灰斑， 严重影响焊缝质量， 并且碳当量高达 0.8无法 实现剪切对焊。 日本专利 JP09029460A、 JP54097523A, JP56069354A 、 JP59047364A均 添加了 Cu, 也可能实现生产高强度套管的要求， 但是由于 Cu在室温基本不溶 于铁素体而以 ε -Cu 或面心立方 α -Cu 的形式析出， 使得钢的强化效果对于冷 却速度的敏感性很大， 在热轧板生产的控轧控冷过程中， 热轧板的性能难以稳 定控制；

曰本专利 JP57131346A提供一种抗沟槽腐蚀的焊管， 为了减少 MnS的生 成， 在控制低的 S含量的基础上， 添加一种以上 Cu、 Ni、 Al、 Cr甚至有害元 素 As、 Sb、 Sn、 Bi等， 或进一步添加一种以上 Ti、 Nb、 Zr、 V等， 根本不能 实现本发明 500MPa 高强韧性的要求。 日本专利 JP58093855A, JP59096244A 都含有昂贵的 Ni 元素， 合金成本较高， 另外日本专利 JP57131346A、 JP58093855A 的 Si 含量较高， 难以获得优良的焊缝性能。 而中国专利 CN200710038400.1、 CN200310104863 所涉及的钢种虽然也能实现高强度、 低 屈强比的性能要求， 但是由于 C含量高， 碳当量大于 0.4, 仅能满足剪切对焊 的要求， 使得生产能够连续进行， 但难以获得优良的焊缝性能， 无法抵抗桩管 所承受的极大的冲击载荷。 中国专利 CN200310104863 提供的钢种也能达到 500MPa, 但是由于成分过于简单， 只能在 430-470°C的卷取温度下达到所需的 力学性能。 在这么低的卷取温度下， 热轧板的性能更难以实现稳定控制。 发明概述

本发明的目的在于提供一种 500MPa级低屈强比直缝焊钢管及其制造方法， 满足建筑用桩基所承受载荷的特点， 具有焊接性能优良、 高强韧性、 低屈强比 等特点， 其屈服强度大于 500MPa, 屈强比小于 0. 85。

为达到上述目的， 本发明的技术方案是：

本发明在材料设计上采用低碳含量， 保持适当的 Mn含量， 添加适量 、 Ti、 Nb等微合金元素， 通过其在控轧控冷过程中的作用来提高强度， 最终获得高强 韧性、 低屈强比的钢管。

具体的， 本发明的一种 500MPa级低屈强比直缝焊钢管用钢， 其成分重量百 分比如下：

C 0. 1广 0. 16% Si 0. 15 0. 35%

Mn 0· 8〜1· 5%

V 0. 06〜0. 15%

Al 0. 002〜0· 04%

Ti 0 〜0· 05%

Nb 0〜0· 05%

其余为 Fe和不可避免杂质； 且， 碳当量 Ceq不大于 0. 4%。

在本发明成分设计中：

设计成分碳当量 Ceq不大于 0. 4%, 不仅可以满足剪切对焊的要求， 而且还 可以获得优良的焊缝性能。

C: 随 C含量的增高， 焊接性能降低， 按重量百分比， C含量不宜大于 0. 16%, 但是 C含量太低将有损材料的强度， 宜采用含碳量 0. 11-0. 16%。

Si : 固溶于铁素体以提高钢的屈服强度， 其含量不宜过高， 应控制在 0. 15-0. 35%。

Mn: 主要溶于铁素体起强化作用， 用来提高铁素体的强度， 但含量太高时 偏析严重， 局部会产生马氏体， 按重量百分比， 宜采用 Mn含量为 0. 8-1. 5%。

V： 钒的碳氮化物在铁素体中析出， 具有稳定铁素体推迟贝氏体相变的作 用， 可以在控制冷却的过程中提高材料的强度， 同时提高焊缝的力学性能， 按 重量百分比， 宜采用含量 0. 06-0. 15%。

A1: 传统脱氧固氮元素， 形成 A1N, 可以细化奥氏体晶粒， 有利于提高材 料的韧性， 按重量百分比， 宜采用含量 0. 002-0. 04%。

Ti : 强碳氮化物形成元素， 形成 TiN、 TiC在均热和再加热过程中均可以细 化奥氏体晶粒， 提高焊缝的力学性能； 若含量太高， 易形成粗大的 TiN, 达不 到添加的目的。 按重量百分比， 宜采用含量 0-0. 05%。

Nb: 强碳氮化物形成元素， 热轧时可以推迟奥氏体再结晶而达到细化晶粒 在再加热过程中， 可以阻碍奥氏体晶粒长大， 提高材料强韧性， 按重量百分比， 宜采用含量 0-0. 05%。

根据上述合金设计方案， 钢水经转炉或电炉冶炼， 并浇铸制成板坯； 板坯 经 1200-130CTC加热后轧成板带， 板带的终轧温度在 840 ~ 940 °C之间； 轧后板 带经水帘层流冷却， 层流冷却采取后段冷却方式， 前段不开的冷却水阀门数量 占总冷却水阀门数量的 15%- 40% , 30 s内冷却到 50CT560 °C温度区间卷取成板卷 后堆垛緩冷； 焊接成型后， 经焊缝热处理， 加热温度为 950 ± 50 °C。

本发明的化学成分是微合金化的碳锰钢， 合金元素在 130(T840 °C的轧制温 度范围的充分固溶于奥氏体内， 后段冷却方式有利于奥氏体晶粒的长大， 水帘 快速冷却抑制了碳化物的析出以及奥氏体向铁 素体珠光体相变的发生， 使得过 冷奥氏体在 50(T560 °C的卷取温度集中发生相变和析出碳化物， 从而获得了铁 素体 +弥散分布的细小的碳化物的微观组织， 保证了材料在获得高强度的同时， 还具有低屈强比的特征。

本发明的有益效果：

本发明合金成分碳当量低， 而且合金含量低， 不含 Mo、 Ni等吊贵的合金元 素， 仅经焊缝热处理， 钢管生产成本不高， 具有重大的经济和社会效益。 发明的详细说明

下面结合实施例对本发明做进一步说明。

本发明实施例成分参见表 1 , 其中 Fe为余量。 本发明实施例制造方法及性 能参见表 2。

表 1 单位： wt.%

表 2 前段不 开的冷 终轧 水帘冷 卷取 0°C全尺 水阀 t 0.5 tm 屈强

却时间 寸冲击 门数量

MPa MPa 比

。c s 。c 功 /J 占总冷 水阀 门数量 实施例 1 940 28 550 510 655 0.78 1 15 15% 实施例 2 900 15 560 545 660 0.83 120 24% 实施例 3 880 23 510 535 680 0.79 105 29% 实施例 4 850 12 540 540 645 0.84 1 10 37% 实施例 5 840 15 500 550 670 0.82 130 40% 对比例 1 870 22 500 430 500 0.86 120

对比例 2 900 25 550 580 710 0.82 40

如表 2所示， 采用本发明的化学成分设计以及生产工艺制度 ， 材料的屈服 强度大于 500MPa, 屈强比小于 0.85 , 0 °C全尺寸冲击功大于 100J, 力学性能稳 定。

经剪切对焊、板卷成型、 ERW制管后，经焊缝热处理等工艺步骤生产 ERW 高强度钢管， 实施例 1 -5的强度均可满足屈服强度大于 500MPa的要求。 比较 例 1的成分简单， 不含 V元素， 在本发明的卷取温度下远达不到屈服强度大于 500MPa的要求； 比较例 2的 C含量较高， 材料的冲击韧性显著下降， 不能满 足建筑桩基用钢对冲击载荷的苛刻要求。 可见， 采用本发明所设计的化学成分 和工艺制度，可以稳定生产出满足屈服强度大 于 500 MPa的高性能要求的 ERW 钢管。