20Cr13 马氏体不锈钢管坯及其制造方法 【技术领域】
本发明属于不锈钢材料及其制备技术领域， 具体涉及一种 20Cr13 马氏体不锈钢 管坯， 并且还涉及其制造方法。背景技术
随着石油和天然气的广泛应用， 对于作为输送石油和天然气的载体的输送管道的 要求也日趋严苛， 具体表现为 ： 要求具有理想的机械物理性能、 拔萃的耐腐蚀性能、 出色的 抗氧化性能和优异的力学性能。
马氏体不锈钢无缝管通常被用作输送并不限于前述石油和天然气的管道， 并 且在已公开的中国专利文献中不乏见诸， 略以例举的如 CN100355914C 推荐的马氏体不 锈钢无缝管及其制造方法、 CN100562617C 介绍的马氏体不锈钢无缝管及其制造方法、 CN1891398A 提供的马氏体无缝钢管的制造方法、 CN101845594A 披露的一种马氏体不锈钢 及其制造方法、 CN102191436A 公开的一种综合性能良好的马氏体不锈钢及其制造方法和 CN102134688A 公诸的一种超级高氮马氏体不锈钢及其制备方法， 等等。
并不限于上述例举的专利文献公开的马氏体不锈钢存在着难以满足作为输送特 殊介质的石油和天然气所要求的力学性能和耐腐蚀性能的通弊， 并且由于化学成份组成有 失合理而存在制管冷拉过程中会出现开裂而致成材率偏低的缺憾。
已有技术制备 20Cr13 不锈钢无缝异型钢管的管坯 ( 棒材 ) 的方法是 ： 先由电炉冶 炼， 冶炼后浇铸或加工成电极棒 ； 再经电渣重熔后加工成管坯 ( 棒材 )。 如业界所知之理， 电 渣重熔是利用电流通过熔渣时产生的电阻热作为热源进行熔炼的方法， 其目的是提纯金属 并获得洁净组织均匀致密的钢锭， 其原理是电流液态渣阻热将金属电极熔化， 熔化的金属 汇集成溶滴， 滴落时穿过渣层进入金属熔池， 然后于水冷结晶器中凝固成钢锭。由此而知， 上述制备方法存在以下两处缺憾 ： 一是制备周期长， 在制备过程中需要多次加热， 不仅能耗 高， 而且材料耗损大 ； 二是由于结晶器小制成的管坯 ( 棒材 ) 短， 故无法满足制管厂商的自 动化生产线需求。也就是说， 上述制备方法所得到的管坯料 ( 棒材 ) 难以与制管生产厂商 的自动化生产线匹配， 导致钢管制造效率低下。
鉴于上述已有技术， 本申请人认为不仅有必要对不锈钢管的化学元素配方进行合 理改进， 而且有必要对不锈钢管坯的制造方法加以改进， 下面将要介绍的技术方案便是在 这种背景下产生的。 发明内容
本发明的任务在于提供一种化学元素及其质量百分含量合理的有助于显著改善 机械物理性能而藉以避免在制管冷拉过程中出现开裂并提高钢管成材率的 20Cr13 马氏体 不锈钢管坯。
本发明的另一任务在于提供一种有利于减少工艺环节而藉以体现节约能源、 有 益于减少材耗而藉以体现节约资源和有益于满足制管厂高对钢管所需的定尺长度要求的20Cr13 马氏体不锈钢管坯的制造方法。
本 发 明 的 任 务 是 这 样 来 完 成 的， 一 种 20Cr13 马 氏 体 不 锈 钢 管 坯， 其组成为 ： 0.16 ～ 0.25 质量％的碳、 12.00 ～ 14.00 质量％的铬、 0.35 ～ 0.68 质量％的硅、 0.32 ～ 0.62 质量％的锰、 ＜ 0.028 质量％的硫和＜ 0.032 质量％的磷， 余量为铁。
一种 20Cr13 马氏体不锈钢管坯， 其组成为 ： 0.16 ～ 0.20 质量％的碳、 12.10 ～ 12.50 质量％的铬、 0.50 ～ 0.68 质量％的硅、 0.38 ～ 0.60 质量％的锰、 0.001 ～ 0.003 质 量％的硫和 0.022 ～ 0.026 质量％的磷， 余量为铁。
本发明的另一任务是这样来完成的， 一种 20Cr13 马氏体不锈钢管坯的制造方法， 包括以下步骤 ：
A) 熔炼 ： 将不锈钢废钢、 碳素钢和铁合金投入中频炉内初炼， 得到初炼钢水， 对初 炼钢水取样分析并且调整初炼钢水的化学元素的质量％含量， 而后将初炼钢水转入精炼炉 钢包精炼， 并且在钢水的液面上覆盖渣料， 在电极加热和钢包底吹氩气搅拌下精炼， 控制精 炼温度和时间， 得到经精炼的待浇铸钢水， 并且对精炼的待浇铸钢水取样分析并且进而调 整精炼的待浇铸钢水的化学元素的质量％含量 ；
B) 浇铸 ： 先对钢模预热， 再将待浇铸钢水浇入钢模内， 得到钢锭 ；
C) 热轧管坯 ： 将钢锭装入加热炉中加热， 控制加热温度， 钢锭出炉后送入热轧机 轧制， 得到热轧棒材， 并且控制热轧棒材的外径公差 ；
D) 退火 ： 将热轧管坯料装入退火炉中退火， 控制退火温度和控制退火时间， 而后 随炉冷却， 出炉后自然冷却至常温， 得到用于制造不锈钢管的 20Cr13 马氏体不锈钢管坯。
在本发明的一个具体的实施例中， 步骤 A) 中所述的对初炼钢水取样分析并且调 整初炼钢水的化学元素的质量％含量是将化学元素的质量％含量调整为 ： 0.17 质量％的 碳、 12.30 质量％的铬、 0.65 质量％的硅、 0.45 质量％的锰、 0.003 质量％的硫和 0.032 质 量％的磷， 余量为铁。
在本发明的另一个具体的实施例中， 步骤 A) 中所述的控制精炼温度和时间是将 精炼温度和时间分别控制为 1560-1585℃和 40-45min。
在本发明的又一个具体的实施例中， 步骤 A) 中所述的对精炼的待浇铸钢水取样 分析并且进而调整精炼的待浇铸钢水的化学元素的质量％含量是将化学元素的质量％含 量进而且调整为 ： 0.18 质量％的碳、 12.35 质量％的铬、 0.63 质量％的硅、 0.45 质量％的锰、 0.003 质量％的硫和 0.025 质量％的磷， 余量为铁。
在本发明的再一个具体的实施例中， 步骤 A) 中所述的渣料的覆盖量为钢水重量 的 2.5-3.0％， 所述渣料由氧化钙与氟化钙组成， 氧化钙与氟化钙的重量份比为 4-4.5 ∶ 1， 所述的钢包底吹氩气为连续底吹氩气， 氩气的压力为 0.2-0.4Mpa， Ar 气的流量为 3-4.5m3/ h。
在本发明的还有一个具体的实施例中， 步骤 B) 中所述的对钢模预热的预热温度 为 80-120℃。
在本发明的更而一个具体的实施例中， 步骤 C) 中所述的控制加热温度是将加热 温度控制为 1130-1165℃ ； 所述的控制热轧棒材的外径是将外径公差控制为 +0.05mm。
在本发明的进而一个具体的实施例中， 步骤 D) 中所述的控制退火温度和控制退 火时间是将退火温度和退火时间分别控制为 820-880℃和 8-10h ； 所述的随炉冷却的温度为 400-430℃。
本发明提供的技术方案由于化学元素的选择以及质量％含量合理， 从而能理想地 改善管坯的物理性能， 在后续的冷拉制管过程中不会出现开裂而有助于保障成材率 ； 提供 的制造方法工艺步骤简练， 相对于已有技术无需多次加热而有利于节能并且有益于减少材 料损耗而节约资源 ； 由于摒弃了已有技术中的结晶器制造管坯， 因而有益于满足制管厂商 对钢管的自主定尺长度要求。 具体实施方式
实施例 1 ：
A) 将不锈钢废钢、 碳素钢废钢、 铁合金投入中频炉初炼， 得到初炼的钢水， 对初炼 的钢水取样分析并且将钢水的化学元素的质量％含量调整为 ： 0.17 质量％的碳 (C)、 12.30 质量％的铬 (Cr)、 0.65 质量％的硅 (Si)、 0.45 质量％的锰 (Mn)、 0.003 质量％的硫 (S) 和 0.023 质量％的磷 (P)， 余量为铁 (Fe)。将上述并且经调整化学元素的质量％含量的初炼 的钢水倒入 ( 转入 )LF 炉精炼钢包精炼， 在钢水的表面 ( 液面 ) 上覆盖渣料， 即在钢水的 液面上覆盖渣料层， 渣料由氧化钙 ( 也称生石灰
) 与氟化钙 ( 也称莹石 ) 组 成， CaO 与 CaF2 的重量份配比 4 ∶ 1， 前述的渣料的投量为钢水重量的 2.5％， 在电极加热 和钢包底吹 Ar 气搅拌精炼， 具体是从液态原料即钢水的底部连续向上吹 Ar 气， Ar 气的压 3 力控制为 0.35MPa， Ar 气的流量控制为 3m /h 使钢水中的杂质易于被钢液面上的渣层吸收， 经 1568℃及 42min 的精炼， 得到经精炼的待浇铸钢水， 并且对待浇铸钢水的化学元素的质 量％含量 ： 0.18 质量％的碳 (C)、 12.35 质量％的铬 (Cr)、 0.63 质量％的硅 (Si)、 0.45 质 量％的锰 (Mn)、 0.003 质量％的硫 (S) 和 0.025 质量％的磷 (P)， 余量为铁 (Fe)。在精炼过 程中， 使钢水中的气体、 非金属杂质以及有害化学元素 (S) 等得到有效去除， 并且使钢水的 合金元素和钢水温度更趋于均匀 ；
B) 浇铸 ： 将由步骤 A) 得到的待浇铸钢水浇入经预选预热到 90-110℃的钢锭模内， 得到钢锭 ；
C) 热轧管坯 ( 棒材 ) ： 先将由步骤 B) 得到的钢锭装入加热炉中加热， 加热温度为 1165℃。而后将出加热炉的钢锭送入热轧机轧制成管坯 ( 棒材 ) 料， 即得到热轧棒材， 管坯 的直径 ( 外径 ) 公差控制在 +0.05， -0.00mm。
D) 退火 ： 将步骤 C) 得到的热轧棒材放入退火炉中退火， 加热至 860℃保温 9h。退 火结束后在退火炉中随炉冷却至 430℃时出炉， 出炉后再自然冷却至常温， 得到用于制备不 锈钢管的 20Cr13 马氏体不锈钢管坯。
实施例 2 ：
仅将步骤 A) 中的精炼温度改为 1585 ℃， 精炼时间改为 40min， 将 CaO 与 CaF2 的 重量份比改为 4.5 ∶ 1， 将渣料的重量改为钢水重量的 3％， 将氩气的压力改为 0.2MPa， 流 3 量改为 4.5m /h ； 将步骤 B) 中的钢模预热温度改为 100-120℃ ； 将步骤 C) 的加热温度改为 1135℃ ； 将步骤 D) 中的退火温度和时间分别改为 880℃和 8h。其余均同对实施例 1 的描 述。
实施例 3 ：
仅将步骤 A) 中的精炼温度改为 1560 ℃， 精炼时间改为 45min， 将 CaO 与 CaF2 的重量份比改为 4.2 ∶ 1， 将渣料的重量改为钢水重量的 2.75％， 将氩气的压力改为 0.3MPa， 3 流量改为 4m /h ； 将步骤 B) 中的钢模预热温度改为 80-90 ℃ ； 将步骤 C) 的加热温度改为 1150℃ ； 将步骤 D) 中的退火温度和时间分别改为 820℃和 10h。其余均同对实施例 1 的描 述。
由上述实施方式所得到的本发明的 20Cr13 马氏体不锈钢管坯与已有技术相比具 有下表所示的技术效果
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