专利名称：：低碳高铌铬系高强度高韧性管线钢卷及其制造方法
技术领域：
：本发明涉及微合金化钢的制造领域，特别是指一种低碳高铌铬系高强度高韧性管线钢巻及其制造方法。用该管线钢可制造出适应于石油天然气管道工程的螺埋弧焊管。尔汉不随着国民经济的高速发展，石油天然气需求出现供不应求的局面，这极大促进了管道输送和高等级管线钢的发展。从目前国外管线工程用钢的情况来看，高钢级管线钢已经逐步成为主导力量，近10年来X70级钢管用量已占输气管首位，并继续向更高级别发展。现有的X70级或更高级别的管线钢通常采用钼(Mo)作为主要的强化元属，如专利号为200410066297.8的中国发明专利说明书中记载的"具有高止裂韧性的针状铁素体型X70管线钢及其制造方法"，专利号为200410013265.1的中国发明专利说明书中记载的"高强度高韧性输送管线钢及其制备方法"，以及专利号为JP082771991日本发明专利说明书中记载的"高强度电阻焊管用热轧钢板"；上述工艺均采用Mo作为主要强化元素，并辅助添加铜(Cu)、镍(Ni)、钒(V)等元素制造出具有高强度和高韧性的管线钢巻。而日本发明专利JP2004277809、JP2003231940、以及"Bae，CSPark,SHRo，KSKwon,OJPark,JH，DevelopmentofHigh-StrengthLinepipe(API-X80Grade)Steels,Dec.1992，RESEARCHINSTITUTEOFINDUSTRIALSCIENCEANDTECHNOLOGY(POHANGCITY)TECHNICALRESEARCHREPORT"文献介绍的APIX80级管线钢；其工艺中钼(Mo)的添加量均大于等于0.20%，且辅助添加铜(Cu)、镍(Ni)等元素，制造出具有高强度和高韧性的管线钢巻。然而上述这些微合金化钢，由于钼(Mo)的添加量较大，且辅助添加了镍(Ni)、钒(V)等元素，不但合金成本很高，而且需要低的轧制温度，轧制难度也很大。为了解决上述问题，科研人员对高钢级管线钢的组织转变及性能进行了深入研究，试图通过添加高含量Nb来替代Mo，在管线钢巻生产工艺中采用C-Mn-Cr-高Nb成分体系，配合其他合金元素的强化可以得到良好的机械性能。.但上述工艺中未添加强韧化元素钼(Mo)，完全忽略了强韧化元素钼(Mo)的作用，所制造出的管线钢巻韧性明显不足，实际上无法用于制造适于石油天然气管道工程的螺埋弧焊管。
发明内容本发明的目的就是要提供一种昂贵微合金元素含量少、生产成本低廉的低碳高铌铬系高强度高韧性管线钢巻及其制造方法，以满足石油天然气管道工程的螺埋弧焊管的制造需求。为实现上述目的，本发明所设计的低碳高铌铬系高强度高韧性管线钢巻，该管线钢巻的化学成份按重量百分数计为C=0.01~0.06、Si=0.100.40、Mn=1.00~1.80、P《0.018、S《0.004、Ti=0.0050.030、Nb=0.08~0.18、Cu《0.30、Mo=0.080.20、Cr=0.100.35、A1=0.(M~0.06、N=0.002~0.008，其余为Fe及不可避免的夹杂。进一步地，该管线钢巻的优选化学成份按重量百分数计为C=0.043~0.046、Si=0.10~0.40、Mn=1.519~1.596、P《0.018、S《0,004、Ti=0.0050.030、Nb=0.0860.0928、Cu《0.30、Mo=0.0940.134、Cr=0.2080.264、A1=0.(H0.06、N=0.0020.008，其余为Fe及不可避免的夹杂。.上述低碳高铌铬系高强度高韧性管线钢巻的制造方法，包括按超纯净钢工艺进行冶炼、铁水深脱硫、转炉顶底复合吹炼、钢包吹氩精炼、真空处理、浇注成200300mm厚的板坯、热连轧机控轧控冷处理的工艺，其特殊之处在于所述热连轧机控轧控冷处理工艺中，先将所浇注成的板坯加热至1180~1250°C;然后迸行粗轧加工，粗轧结束温度控制在1000~1100°C;再进行精轧加工，精轧终轧温度控制在720840°C;精轧结束后进行层流冷却处理；最后对冷却的钢板进行巻取，巻取温度控制在400580°C，即可制得818mm的管线钢巻。进一步地，所述热连轧机控轧控冷处理工艺中，终轧温度优选控制在790~830。C。更进一步地，所述热连轧机控轧控冷处理工艺中，巻取温度优选控制在530550°C。本发明各合金成份的作用机理如下本发明的碳(C)含量为0.01%0.06%。降低碳含量，可防止碳化铌的生成，板坯加热时有更多铌含量溶解到奥氏体中，从而允许添加高于常规使用的铌含量。低的碳含量可以保证钢具有高的韧性、塑性、优良的焊接性能和抗HIC及抗SSC能力。低碳还可以减少偏析。本发明的铌(Nb)含量为0.08%~0.18%。高铌显著提高奥氏体再结晶温度，实现高温轧制，这样可以减少轧机负荷和提高生产效率。这样可以通过延迟奥氏体向铁素体转变，提高贝氏体的体积分数和铁素体中NbC析出来获得附加的强化效果，最终获得高强度、高韧性配合的机械性能。本发明的铬(Cr)含量为0.10%0.35%。铬抑制先共析铁素体的形成，延长铁素体形核的孕育期，降低铁素体晶粒的长大速率，而对贝氏体转变的推迟较小，降低贝氏体最大转变速度的温度，使得在相同的冷却条件下更容易发生贝氏体转变，此方面的作用仅次于钼、鸨。因此，为节约成本，以铬代钼是发展趋势。另铬还有固溶强化，酸性条件降低腐蚀速度的作用。本发明的锰(Mn)含量为1.00%1.80%的锰。高Mn促进针状铁素体形核，高的Mn/C比可提高屈服强度和冲击韧性，降低析出碳化物的尺寸，促进沉淀强化效应。本发明的钼(Mo)含量为0.080.20%。钼降低a转变温度，抑制多边形铁素体和珠光体形核，促进高密度位错亚结构的针状铁素体的形成；在轧后空冷过程中可避免形成马氏体，而形成微细结构的贝氏体6和针状铁素体，从而导致良好的延性；抵消包辛格效应，提高管材屈服强度。本发明的磷(P)含量《0.018%、硫(S)含量《0.004%。为了保证钢板的韧性，需要钢种具有较高的纯净度和均质度。而P、S均是影响性能的有害元素，P高易导致偏析，从而影响钢板组织均匀性；S常以锰的硫化物形态存在，这种硫化物夹杂对钢的冲击韧性，特别是横向韧性是十分不利的，并造成性能的各向异性和增大氢诱导裂纹敏感性。本发明的硅(Si)含量为0.100.40%。起固溶强化和提高钢抗张强度的作用。本发明的钛(Ti)含量为0.01~0.020%。加入一定的Ti，可细化晶粒，提高钢的屈服强度和韧性，还可以在高温下与N结合，形成TiN质点，有利于焊接时热影响区的晶粒控制，改善焊接热影响区的韧性。本发明的铝(Al)含量为0.01~0.06%，起到脱氧作用，减少钢中氧含量；形成A1N，细化晶粒。本发明的氮(N)含量0.002~0.008%，属于转炉钢中正常残余，可以与钢中钛(Ti)、铌(Nb)结合形成TiN、NbN析出，起到抑制奥氏体晶粒长大和析出强化作用。本发明的铜(Cu)含量为《0.30%。提高钢的强韧性、耐腐蚀性能。试验表明，本发明的低碳高铌络系高强度高韧性管线钢巻的屈服强度可达Rto.5^530MPa，-20°CAKV》240J，-l(TCDWTTSA》90%。与现有技术相比，在具有较高的强度和韧性，完全能够满足石油天然气管道工程螺旋埋弧焊管用高强度高韧性管线钢巻的需求的前提下，用廉价的铬(Cr)部分代替了昂贵的钼(Mo)，并且未加入镍(Ni)、钒(V)等元素，有效降低了合金成本；同时，采用这样的合金组分能够获得较高的轧制温度需求，降低了轧制难度。具体实施例方式以下结合具体实施例对本发明低碳高铌铬系高强度高韧性管线钢巻及其制造方法作进一步的详细描述7本发明低碳高铌铬系高强度高韧性管线钢巻的三种具体实施例和三种比较例的化学成份、相应的轧制参数及性能参数列于表1中；其中比较例3采用了与本发明钢相同的化学组分，但轧制工艺采用更高的轧制温度，用作与本发明低碳高铌铬系高强度高韧性管线钢巻的制造方法对比，而比较例1和比较例2为现有X70级管线钢，作为本发明低碳高铌铬系高强度高韧性管线钢巻的比较例。这几种低碳高铌铬系高强度高韧性管线钢巻的制造方法如下包括按超纯净钢工艺进行冶炼、铁水深脱硫、转炉顶底复合吹炼、钢包吹氩精炼、真空处理、浇注成200~300mm厚的板坯、热连轧机控轧控冷处理的工艺。其中所述热连轧机控轧控冷处理工艺中，先将所浇注成的板坯加热至1180~1250°C;然后进行粗轧加工，粗轧结束温度控制在1000~1100°C;再进行精轧加工，精轧终轧温度控制在72084(TC;精轧结束后进行层流冷却处理；最后对冷却的钢板进行巻取，巻取温度控制在400580°C，即可制得8~18mm的管线钢巻。对于本发明的低碳高铌铬系高强度高韧性管线钢巻的热轧钢巻，终轧温度优选控制在79083(TC;而巻取温度优选控制在530~550°C，最好为540°C。将终轧温度优选控制在79083(TC，巻取温度优选控制在530550°C，最好控制在540°C，可使轧制出的管线钢巻具有更好的强度和韧性。由表1可知，本发明钢相对于比较例1和比较例2而言，在保持性能与现有X70管线钢基本相同的情况下，极大地降低了昂贵的Mo、Cu两种元素的添加量，而且未添加Ni、V这两种较为昂贵的金属元素，采用可从工业废料中提取的廉价的Cr替代上述元素，极大地降低了合金成本。本发明钢满足屈服强度Rto.5>530MPa，-20°CAKV>240J，-l(TCDWTTSA》90%，完全能够满足石油天然气管道工程的螺埋弧焊管的制造需求。而根据发明实施例与比较例3对比可看出，采用本发明低碳高铌铬系高强度高韧性管线钢巻的制造方法，具有比现有X70级管线钢的轧制温度稍高、比比较例3的轧制温度稍低，不但达到了降低轧制难度的目的，而且保证了轧制出的管线钢巻具有更好的性能，其强度、韧性都得到了大幅的提高。表l.本发明实施例及比较例的化学成分、热连轧生产工艺参数和试验结果列表<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>权利要求1.一种低碳高铌铬系高强度高韧性管线钢卷，其特征在于该管线钢卷的化学成份按重量百分数计为C＝0.01～0.06、Si＝0.10～0.40、Mn＝1.00～1.80、P≤0.018、S≤0.004、Ti＝0.005～0.030、Nb＝0.08～0.18、Cu≤0.30、Mo＝0.08～0.20、Cr＝0.10～0.35、Al＝0.01～0.06、N＝0.002～0.008，其余为Fe及不可避免的夹杂。2.根据权利要求1所述的低碳高铌铬系高强度高韧性管线钢巻，其特征在于该管线钢巻的化学成份按重量百分数计为C=0.043~0.046、Si=0.10~0.40、Mn=1.519~1.596、P《0.018、S《0.004、Ti=0.0050.030、Nb=0.0860.093、Cu《0.30、Mo=0.0940.134、Cr=0.208~0.264、Al=0.010.06、N=0.0020.008，其余为Fe及不可避免的夹杂。3.根据权利要求1所述的低碳高铌铬系高强度高韧性管线钢巻，其特征在于该管线钢巻的化学成份按重量百分数计为C=0.043、Si=0.100.40、Mn=1.596、P-0.018、S《0.004、Ti=0.005~0.030、Nb=0.093、Cu《0.30、Mo=0.094、Cr=0.208、Al=0.01~0.06、N=0.002~0.008，其余为Fe及不可避免的夹杂。4.根据权利要求1所述的低碳高铌铬系高强度高韧性管线钢巻，其特征在于该管线钢巻的化学成份按重量百分数计为C=0.046、Si=0.100.40、Mn=1.519、P《0.018、S《0.004、Ti=0.0050.030、Nb=0.086、Cu《0.30、Mo=0.134、Cr=0.264、Al=0.01~0.06、N=0.002-0.008，其余为Fe及不可避免的夹杂。5.—种权利要求1所述的低碳高铌铬系高强度高韧性管线钢巻的制造方法，包括按超纯净钢工艺进行冶炼、铁水深脱硫、转炉顶底复合吹炼、钢包吹氩精炼、真空处理、浇注成200300mm厚的板坯、热连轧机控轧控冷处理的工艺，其特征在于所述热连轧机控轧控冷处理工艺中，先将所浇注成的板坯加热至11801250°C;然后进行粗轧加工，粗轧结束温度控制在10001100°C;再进行精轧加工，精轧终轧温度控制在720~840°C;精轧结束后进行层流冷却处理；最后对冷却的钢板进行巻取，巻取温度控制在400~580°C，即可制得8~18mm的管线钢巻。6.根据权利要求5所述的低碳高铌铬系高强度高韧性管线钢巻的制造方法，其特征在于所述热连轧机控轧控冷处理工艺中，精轧终轧温度控制在7卯830。C。7.根据权利要求5或6所述的低碳高铌铬系高强度高韧性管线钢巻的制造方法，其特征在于所述热连轧机控轧控冷处理工艺中，巻取温度控制在530550°C。8.根据权利要求5或6所述的低碳高铌铬系高强度高韧性管线钢巻的制造方法，其特征在于所述热连轧机控轧控冷处理工艺中，巻取温度控制在540°C。全文摘要本发明公开了一种低碳高铌铬系高强度高韧性管线钢卷及其制造方法。该管线钢卷的化学成份按重量百分数计为C＝0.01～0.06、Si＝0.10～0.40、Mn＝1.00～1.80、P≤0.018、S≤0.004、Ti＝0.005～0.030、Nb＝0.08～0.18、Cu≤0.30、Mo＝0.08～0.20、Cr＝0.10～0.35、Al＝0.01～0.06、N＝0.002～0.008，其余为Fe及不可避免的夹杂。该管线钢卷的制造方法包括按超纯净钢工艺进行冶炼、铁水深脱硫、转炉顶底复合吹炼、钢包吹氩精炼、真空处理、浇注成200～300mm厚的板坯、热连轧机控轧控冷处理的工艺。在所述热连轧机控轧控冷处理工艺中，精轧终轧温度控制在720～840℃，卷取温度控制在400～580℃。该钢满足屈服强度R<sub>t0.5</sub>≥530MPa，-20℃A<sub>KV</sub>≥240J，-10℃DWTTSA≥90％，并且采用更为廉价的金属元素制得，尤其适合于制造石油天然气管道工程的螺埋弧焊管。文档编号C22C33/00GK101519752SQ200910061568公开日2009年9月2日申请日期2009年4月10日优先权日2009年4月10日发明者刘昌明,孔君华,徐进桥,董中波,琳郑,斌郭,陈洪伟,黄为民申请人:武汉钢铁(集团)公司