一种无Mo低NbX80管线钢热轧钢板的制造方法

文档序号:3091769阅读:156来源:国知局
专利名称:一种无Mo低Nb X80管线钢热轧钢板的制造方法
技术领域
本发明涉及一种无Mo低Nb X80管线钢热轧钢板的制造方法。
背景技术
天然气作为能源的需求愈加迫切,将取代石油而成为主要的能量来源,利用长距 离的管线将天然气从生产地运送到用户是一种安全和经济的方法。为了减少管线长距离运 输的成本,特别是超过1000公里的长距离输运,高压力薄壁管道将可以有效地(1)减少所 需要的钢材的总量;(2)降低输运管道的成本;(3)降低管道铺设的成本。因此高强度高韧 性X80管线钢在世界众多的输气管道工程中得到了广泛的应用,例如我国的西气东输二线 工程等。EUR0PIPE公司在RUHRGAS的项目中表明,使用X80管线钢与X70相比,通过将管壁 从X70的20. 8mm厚降低到X80的18. 3mm厚,节省了约20,000吨的钢材。同时,由于重量 的降低也减少了运送管道的成本以及由于薄壁焊接降低了焊接的时间。X80管线钢,特别是 低成本、高性能的X80管线钢,将是未来国际输气管道工程的首选材料。目前普遍使用的X80管线钢的生产成本都较为昂贵,为了得到较好的性能,加入 了较多的贵重合金元素Mo及Nb。本发明之前已有多个关于X80管线钢的发明专利,检索得 到的专利文献,与本发明比较接近的有专利CN1715434A(申请日20040630),名称为高强 度高韧性X80管线钢及其热轧板制造方法,其合金元素Nb的含量为0. 02 0. 08,Mo的含 量小于0. 2 0. 4,均为重量%。专利CN101270441A(申请日20070323),名称为一种经济 型X80管线钢及其生产方法,其合金元素Nb的含量为0. 04 0. 15,Mo的含量小于0.5,均 为重量%。专利CN101008068A(申请日20070125),名称为一种管线钢及其成分控制方法, 其合金元素Nb的含量为0. 05 0. 07,Mo的含量小于0. 24 0. 29,均为重量%。以上专利文献公开的X80管线钢的强度和韧性均达到了 API Spec5L标准规定的 X80钢级要求,但其合金成分中的Mo及Nb元素含量较高,因而生产成本较高。在保证材料的各项性能满足技术标准要求的基础上,基于现有较为成熟的冶炼和 轧制技术,为降低生产成本,开发一种无Mo低Nb合金元素的低成本X80管线钢,并开发针 对这种低成本X80管线钢的生产方法。

发明内容
本发明的目的是提供一种无Mo低Nb X80管线钢热轧钢板的制造方法。主要解决 现有X80管线钢生产成本较高、制造难度较大以及工艺稳定性等技术问题。本发明的技术方案为一种无Mo低Nb X80管线钢,其组成成分的重量百分比为 C 0. 04 0. 07%, Mn 1. 70 1. 90%, Si 0. 15 0. 30%, S ≤ 0. 003%, P ≤ 0. 012%, Ni 0. 15 0. 30 %,Ti ≤ 0. 020 %, Alt 0. 015 0. 040 %, Nb 0. 010 0. 035 %,N ≤ 0. 005 %,0 ≤ 0. 003 %,Cu ≤0. 30 %,Cr :0. 10 0. 25 %,B ≤ 0. 0005 %, Ca ≤0. 005%,其余为铁和不可避免杂质。本发明无Mo低Nb X80管线钢成分设计思想是以超低C、高Mn,通过加入微量Ni、Cr、Cu、Ti等微合金元素,少量Nb、A1合金元素,结合TMCP工艺,获得针状铁素体+贝氏体 为主的组织,以保证管线钢具有优良的力学性能。其主要组成成分的作用如下碳是钢中最经济、最基本的强化元素,通过固溶强化和析出强化对提高钢的强度 有明显作用,但是提高C含量对钢的延性、韧性和焊接性能有负面影响,因此近代管线钢的 发展过程是不断降低C含量的过程。降低C含量一方面有助于提高钢的韧性,另一方面可改 善钢的焊接性能。根据钢中c含量、碳当量与钢焊接性关系的Graville曲线图我们知道, 当C含量低于0.11%时管线钢可具有良好的焊接性。所以,目前管线钢的C含量一般小于 0. 11%,对于本发明的无Mo低Nb X80管线钢则采用C为0. 04 0. 07%的C含量设计。锰通过固溶强化提高钢的强度,是管线钢中补偿因C含量降低而引起强度损失 的最主要且最经济的强化元素。Mn还是扩大、相区的元素,可降低钢的、—a相变温 度,有助于获得细小的相变产物,可提高钢的韧性、降低韧脆转变温度。因此对无Mo低Nb X80管线钢的Mn含量设计在1.70 1.90%范围。铬是扩大Y相区,推迟Y — a相变时先析出铁素体形成、促进针状铁素体形成 的主要元素,对控制相变组织起重要作用,在一定的冷却条件和终止轧制温度下超低碳管 线钢中低于0. 35%的Cr就可获得明显的针状铁素体及贝氏体组织,同时因相变向低温方 向转变,可使组织进一步细化,主要是通过组织的相变强化提高钢的强度。本发明选取铬 0. 10 0. 25%。铜、镍可通过固溶强化作用提高钢的强度,同时Cu还可以改善钢的耐蚀性,Ni的 加入主要是改善Cu在钢中易引起的热脆性,且对韧性有益。在厚规格管线钢中还可补偿因 厚度的增加而引起的强度下降。本发明选取铜彡0. 30%、镍0. 15 0. 30%。钛是强的固N元素,Ti/N的化学计量比为3. 42,利用0. 02%左右的Ti就可以固 定钢中60ppm以下的N,在板坯连铸时可形成细小的高温稳定的TiN析出相。这种细小的 TiN粒子可有效地阻碍板坯再加热时的奥氏体晶粒长大,同时对改善焊接热影响区的冲击 韧性有明显作用。本发明选取< 0.020%。铌是现代微合金化管线钢中最主要的元素之一,对晶粒细化的作用十分明显。 通过热轧过程NbC应变诱导析出阻碍形变奥氏体的回复、再结晶,经过控制轧制和控制冷 却使非再结晶区轧制的形变奥氏体组织在相变时转变为细小的相变产物,以使钢具有高强 度和高韧性。本专利就是配合适当的C含量提高Nb的含量发挥NbC的作用,本发明选取 0. 010 0. 035%。铝是为了脱氧而加入钢中的元素,添加适量的A1有利于细化晶粒,改善钢材的 强韧性能。本发明选取铝0. 015 0.040%。硫、磷是钢中不可避免的杂质元素,希望越低越好。通过超低硫及Ca处理对硫化 物进行夹杂物形态控制,可使管线钢具有高的冲击韧性及良好的抗HIC性能。因此,针对微合金化针状铁素体和贝氏体组织具有高强度高韧性和良好的焊接性 能等特点,以细晶强化、析出强化和位错强化等材料强化理论为基础,对具有针状铁素体和 贝氏体组织无Mo低Nb X80管线钢的成分设计采用了较低的碳含量、超低硫及磷、Nb、Ti微 合金化、控制组织的Ni、Cr、Cu合金化及适当加入A1的成分设计。热轧工艺采用了控轧控 冷的热机械处理技术,通过合理的成分和工艺进行最终产品的组织控制,以获得具有高强 度高韧性的针状铁素体+碳贝氏体组织。
表1显示了本发明钢与文献中述及的钢在化学成分上的不同。表1本发明钢与现有技术化学成分的比较 分析本发明与现有技术的区别与专利文献1、2及3相比,本发明的成分相对简 单,采用以C、Mn、Ni、Cr、Cu、Ti合金为主,加入少量的Nb、A1等合金元素,不加入Mo、V等 合金元素,简化了炼钢工序,降低了成本。本发明的无Mo低Nb X80管线钢热轧板制造方法的工艺路线如下按技术方案备 料、转炉活电炉冶炼、炉外精炼、铸造、板坯再加热、控制轧制、控制冷却。热轧工艺进行如下
控制
(1)板坯加热温度1100 1250°C ;
⑵再结晶区控制轧制的开始温度1080 --1200°C
⑶再结晶区控制轧制的终止温度950 1080 °C ;
⑷非再结晶区控制轧制的开始温度860 950 °C
(5)非再结晶区控制轧制压缩比≥75% ;
(6)终止轧制温度730 860°C ;
(7)终止冷却温度300 550°C ;
⑶冷却速度10 35°C /s。
发明效果与以往的管线钢成分相比,本发明在合金配方上具有较低的C含量(0.04 0. 07% )、较低的Nb含量(0.010 0. 035% ),不加入Mo及V元素,成分设计简单且成本 较低;较高Ni (0. 15 0. 30)、Cr (0. 10 0. 25)含量,的充分利用了 Ni元素的沉淀强化作 用和Cr元素的相变强化和固溶强化作用,配合控轧工艺,不仅提高了产品的综合性能,而 且能够采取灵活的热轧生产工艺,提高生产率,同时考虑适当加入Cu、Ti、A1等元素,这种 元素配合所生产的产品具有较高的强度、低温韧性和良好的焊接性能,并有一定的耐腐蚀 性能,使管线钢具有良好的止裂能力,生产出的钢具有针状铁素体+贝氏体组织,完全满足 API SPEC 5L对X90管线钢性能的要求,并可降低生产制造成本和增加了生产可制造性。
具体实施例方式实施例1 3的化学成分、工艺参数和性能结果如下 化学成分 热轧工艺工艺路线如下按技术方案备料、转炉活电炉冶炼、炉外精炼、铸造、板坯再加热、 控制轧制、控制冷却。工艺参数如下(1)板坯加热温度1120 1210°C ;(2)再结晶区控制轧制的开始温度1080 1170°C ;(3)再结晶区控制轧制的终止温度950 1050°C ;(4)非再结晶区控制轧制的开始温度860 930°C ;(5)非再结晶区控制轧制压缩比》75% ;(6)终止轧制温度730 860°C ;(7)终止冷却温度300 500°C ;(8)冷却速度12 30°C /s。 性能结果本发明热轧钢板的金相组织为针状铁素体+贝氏体,分别进行力学、夏比冲击、 DWTT实验,实验结果如下试制热轧钢板性能检验结果 (注拉伸、冲击为横向;拉伸试样宽度38mm,标距长度50.8mm ;夏比冲击试样尺 寸为10X10X55mm;横向冷弯d = 2a,180°,结果完好。)按照上述技术方案生产出的管线钢的性能达到以下要求(1)拉伸性能,目标Rt。5 = 555 690MPa,Rm = 625 825MPa。(2)V型缺口夏比冲击性能,目标试验温度-20°C,10mm X 10mm X 55mm试样的冲击 功单个彡170J,平均值彡220J ;剪切面积单个彡80%,平均彡90%。(3)DWTT(落锤撕裂试验)性能,目标试验温度-15 °C,平均剪切面试SA % 彡 85%,单个70%。(4)横向冷弯性能,目标d = 2a(d为弯曲直径,a为钢板厚度),180°,完好。(5)金相组织,目标晶粒度(ASTM E112) 10级或更细。组织为针状铁素体+贝 氏体组织。
权利要求
一种无Mo低Nb X80管线钢热轧钢板的制造方法,其特征在于组成成分按重量百分比为C0.04~0.07%,Mn1.70~1.90%,Si0.15~0.30%,S≤0.003%,P≤0.012%,Ni0.15~0.30%,Ti≤0.020%,Alt0.015~0.040%,Nb0.010~0.035%,N≤0.005%,O≤0.003%,Cu≤0.30%,Cr0.10~0.25%,B≤0.0005%,Ca≤0.005%,其余为铁和不可避免杂质;按配比备料,然后进行转炉或电炉冶炼,炉外精炼,铸造,板坯再加热,控制轧制和控制冷却,其特征在于板坯加热温度1100~1250℃;再结晶区控制轧制的开始温度1080~1200℃;再结晶区控制轧制的终止温度950~1080℃;非再结晶区控制轧制的开始温度860~950℃;非再结晶区控制轧制压缩比≥75%;终止轧制温度730~860℃;终止冷却温度300~550℃;冷却速度10~35℃/s。
全文摘要
本发明涉及一种无Mo低Nb X80管线钢热轧钢板的制造方法,按配比备料,然后进行转炉或电炉冶炼,炉外精炼,铸造,板坯再加热,控制轧制和控制冷却,其特征板坯加热温度1100~1250℃;再结晶区控制轧制的开始温度1080~1200℃;再结晶区控制轧制的终止温度950~1080℃;非再结晶区控制轧制的开始温度860~950℃;非再结晶区控制轧制压缩比≥75%;终止轧制温度730~860℃;终止冷却温度300~550℃;冷却速度10~35℃/s;生产出的钢具有针状铁素体+贝氏体组织,满足API SPEC 5L对X90管线钢性能的要求,生产制造成本低。
文档编号B21B37/74GK101857945SQ20091008148
公开日2010年10月13日 申请日期2009年4月8日 优先权日2009年4月8日
发明者吉玲康, 张伟卫, 李洋, 熊庆人 申请人:中国石油天然气集团公司;中国石油天然气集团公司管材研究所
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