专利名称：一种低屈强比x80级管线钢及其制造方法
技术领域：
本发明属于冶金技术领域，特别涉及一种低屈强比X80级管线钢及其制造方法。
背景技术：
管道运输是长距离输送石油、天然气的重要方式。为提高管道输送的运营效率，降 低成本，管道运输正向大口径、高压输送方向发展。在高压、大口径输送条件下，对材料强 度、韧性和焊接性提出了更加严格的要求。 21世纪石油、天然气管道的发展趋势主要体现在炼钢的高纯净化，高的强度和 韧性，良好的焊接性能和优良的的抗腐蚀性能；然而，随着能源的不断耗尽，管线发展最具 挑战性的领域之一是地震区和永冻带，这些地区的埋地管线管可能发生大的塑性变形。因 此管道的失效不再由应力控制，而是由应变控制。近年来国外提出了"基于应变设计法"的 新概念，这样，管线管需要更高的抗压縮和拉伸应变的性能。 目前，X80级管线钢(屈服强度^ 555MPa的管线钢)都为典型的针状铁素体或者 是贝氏体，这样的组织大都具有较高的强度，但屈强比一般也均较高(高于0. 9)，所以在特 殊的地质条件下，这种高钢级管线钢的抗变形能力相对较弱。 钢管的可变形性可通过提高应变硬化性能(降低屈强比)得到提高，而钢材的应 变硬化性能受到显微组织的强烈影响，由硬相和相对软的相组成的多相显微组织可获得较 大的应变强化性能。 唐荻等提出了 "一种生产X80级抗大变形管线钢中厚板的生产方法"，其基本思想 是两阶段轧制后，钢板经空冷驰豫到铁素体相变温度以下30 5(TC，最终生成铁素体+贝 氏体双相组织。因此，这种方法得到的铁素体是在奥氏体向铁素体相变的高温区生成的。如 何通过调整管线钢的组织比例，获得更低屈强比并具有良好综合性能的适用于地震区和永 冻带的管线钢是目前急需解决的问题。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种低屈强比X80级管线钢及其制造方法。 本发明的低屈强比X80级管线钢的成分按重量百分比为C 0.02 0.06%， Si
0. 22 0. 29%， Mn 1. 6 1. 9%， S《0. 002%， P《0. 012%， Al《0. 045%， Cu 0. 15
0. 25%， Cr 0. 08 0. 26%， NiO. 2 0. 3%， Nb 0. 07 0. 11%， V 0. 03 0. 057%， Ti
0. 012 0. 022%，Mo 0. 22 0. 32%，N《0. 0043%，Ca《0. 0018%，余量为Fe，屈服强度
565 685MPa，抗拉强度745 860MPa，屈强比0. 748 0. 845。 本发明的低屈强比X80级管线钢的组织为针状铁素体+贝氏体+MA岛。 本发明的低屈强比X80级管线钢组织中针状铁素体占体积百分比为68 81X，贝
氏体占体积百分比2 30%， MA岛占体积百分比为2 20%。 本发明的低屈强比X80级管线钢的断后伸长率为18 24X，-2(TC冲击功225 356. 5J。
3
本发明的方法按以下步骤进行 1、按上述成分冶炼、浇注成铸坯，将铸坯加热至1180 122(TC，保温1 2h，使其 充分奥氏体化，且保证微合金元素完全固溶。 2、将铸坯进行两段轧制，第一段轧制开轧温度为1100 115(TC，使原始粗大的奥 氏体发生充分的再结晶，细化奥氏体晶粒；第二段轧制开轧温度为920 94(TC，终轧温度 为800 856t:，第二阶段的总压下量控制在68. 4 72% ，奥氏体的未再结晶区轧制得到 了硬化的奥氏体，组织中保存了大量的晶界、孪晶界、位错和变形带。 3、轧制完成后以80 150°C /s的冷却速度冷却到600 71(TC，再空冷4 85 秒，然后以5 30°C /s的冷却速度冷却至340 49(TC，获得低屈强比X80级管线钢。
上述方法中，以80 150°C /s的冷却速度冷却时采用的冷却设备为超快速冷却装置。 本发明的方法通过两段轧制使细化晶粒提高强度的同时，大大提高了产品的低温 韧性；第一段冷却通过超快冷固定了硬化的奥氏体组织，使得Nb、 Ti的析出物粒子细小弥 散地在针状铁素体相变中析出，提高了管线钢的强度。短时间的空冷使得针状铁素体相变 得以发生，产生了一定量的软相，Nb、 Ti的析出粒子也在此阶段大量地析出，第二阶段的冷 却生成了硬相贝氏体组织和弥散分布的MA岛，提高了管线钢的抗拉强度。
本发明的产品组织为细小的针状铁素体+贝氏体+MA岛，当第二阶段的冷却速度 较大时(不小于24t:/s)，贝氏体成为组织中的主要硬相(MA岛较少)；当第二阶段冷却速 度较小时(不大于6°C /s) ， MA岛成为组织中的主要硬相(贝氏体较少)；该硬相组织贝氏 体和MA岛与软相组织针状铁素体形成对比对降低钢材屈强比具有重要意义。本发明的产 品具备较高强度的同时具有较低的屈强比即优良的抗大变形能力，并且縮短了板坯的待温 时间，提高了轧制节奏。本发明的制造方法生产的X80级管线钢，可用于地震多发带和永冻 带油气的正常运输和供应，具有广阔的发展前景。
图1为本发明实施例3中的X80级管线钢采用4%的硝酸酒精试剂腐蚀法处理后 的金相组织图。 图2为本发明实施例3中的X80级管线钢采用L印ra试剂法腐蚀法处理后的金相 组织图。 图3为本发明实施例3中的X80级管线钢透射电镜照片图。
图4为本发明实施例3中的X80级管线钢透射电镜照片图。 图5为本发明实施例4中的X80级管线钢采用L印ra试剂法腐蚀法处理后的金相 组织图。
具体实施例方式
本发明实施例中采用的超快速冷却装置为东北大学轧制技术及连轧自动化国家 重点实验室开发的超快速冷却装置，对厚度3mm钢板冷却速度可达400°C /s。
本发明实施例中，第一阶段的总压下量控制在62 76%。
实施例1
4
按设定成分冶炼、浇注成铸坯，铸坯的成分按重量百分比为C 0.047 %， Si 0. 22%，Mnl. 89%， S 0. 002%，P 0. 004%，A1 0. 04%，Cu 0. 22%，Cr 0. 26%，Ni 0.25%， Nb 0. 1%， V 0. 057%， Ti 0. 022%， Mo 0. 23%， N 0. 0035%，其余为Fe。
将铸坯加热至1180。C，保温lh。 将铸坯进行两段轧制，第一段轧制开轧温度为115(TC，总压下量为62. 5%;第二段 轧制开轧温度为92rC，终轧温度为856t:，第二阶段的总压下量控制在72%。
轧制完成后以80°C /s的冷却速度冷却到710°C ，空冷4秒，然后以24°C /s的冷却 速度冷却至46(TC ;空冷至室温。 X80级管线钢成品厚度16mm，屈服强度585MPa，抗拉强度740MPa，屈强比O. 790，断 后伸长率为18. 9%， -2(TC冲击功356. 5J。 X80级管线钢组织中针状铁素体占体积百分比为68X，贝氏体占体积百分比 30%，區岛占体积百分比为2%。
实施例2 按设定成分冶炼、浇注成铸坯，铸坯的成分按重量百分比为C 0.024%， Si 0. 24%，Mnl. 89%，S 0.002%，P 0.012%，A1 0.035%，Cu 0.22%，Cr 0.08%，Ni 0.24%， Nb 0.081%，V 0.03%，Ti 0.012%， Mo 0.29%，N 0.003%，Ca 0. 0018%，其余为Fe。
将铸坯加热至1200°C，保温1. 5h。 将铸坯进行两段轧制，第一段轧制开轧温度为113(TC，总压下量为62^;第二段轧 制开轧温度为94(TC，终轧温度为84(TC，第二阶段的总压下量控制在68. 4%。
轧制完成后以96°C /s的冷却速度冷却到600°C ，空冷5秒，然后以18°C /s的冷却 速度冷却至49(TC ;空冷至室温。 X80级管线钢成品厚度12mm，屈服强度595MPa，抗拉强度745MPa，屈强比0. 799，断 后伸长率为21. 1%， -2(TC冲击功328J。 X80级管线钢组织中针状铁素体占体积百分比为73X，贝氏体占体积百分比 22%，區岛占体积百分比为5%。
实施例3 按设定成分冶炼、浇注成铸坯，铸坯的成分按重量百分比为C 0.06%， Si 0. 27 %， Mnl. 62 %， S 0. 0019 %， P 0. 0049 %， A10. 045 %， Cu 0. 15 %， Cr 0. 11 %， Ni 0.25%，Nb 0.072%，V 0.045%，Ti 0.022%， Mo 0.22%，N 0. 0043%，其余为Fe。
将铸坯加热至1220°C ，保温2h。 将铸坯进行两段轧制，第一段轧制开轧温度为110(TC，总压下量为62^;第二段轧 制开轧温度为93(TC，终轧温度为845t:，第二阶段的总压下量控制在68. 4%。
轧制完成后以98°C /s的冷却速度冷却到610°C ，空冷18秒，然后以30°C /s的冷 却速度冷却至34(TC ;空冷至室温。 X80级管线钢成品厚度12mm，屈服强度685MPa，抗拉强度860MPa，屈强比0. 797，断 后伸长率为18. 0%， -2(TC冲击功225J。 X80级管线钢组织中针状铁素体占体积百分比为74X，贝氏体占体积百分比 22. 5%， MA岛占体积百分比为3. 5%。 采用4%的硝酸酒精试剂腐蚀法处理低屈强比X80级管线钢，其金相组织如图1所不。 采用L印ra试剂法腐蚀法处理X80级管线钢，其金相组织如图2所示，图中白色为 MA岛。 X80级管线钢透射电镜照片分别如图3和4所示。
实施例4 按设定成分冶炼、浇注成铸坯，铸坯的成分按重量百分比为C 0.06%， Si 0. 27 %， Mnl. 62 %， S 0. 0019 %， P 0. 0049 %， A10. 045 %， Cu 0. 15 %， Cr 0. 11 %， Ni 0.25%，Nb 0.072%，V 0.045%，Ti 0.022%， Mo 0.22%，N 0. 0043%，其余为Fe。
将铸坯加热至1220°C ，保温2h。 将铸坯进行两段轧制，第一段轧制开轧温度为110(TC，总压下量为62^;第二段轧 制开轧温度为93(TC，终轧温度为845t:，第二阶段的总压下量控制在68. 4%。
轧制完成后以95°C /s的冷却速度冷却到650°C ，空冷20秒，然后以5°C /s的冷却 速度冷却至45(TC ;空冷至室温。 X80级管线钢产品厚度12mm，屈服强度565MPa，抗拉强度755MPa，屈强比0. 748，断 后伸长率为21. 2%， -2(TC冲击功250J。 X80级管线钢组织中针状铁素体占体积百分比为78X，贝氏体占体积百分比2X， MA岛占体积百分比为20%。 采用L印ra试剂法腐蚀法处理X80级管线钢，其金相组织如图5所示，图中白色为 MA岛。 实施例5 按设定成分冶炼、浇注成铸坯，铸坯的成分按重量百分比为C 0.036 %， Si 0. 29%， Mnl. 88%， S 0. 001%， P 0. 005%， Al 0. 04%， Cu 0. 25%， Cr 0. 12%， Ni 0. 2%， Nb 0.087%，V 0.03%，Ti 0.014%， Mo 0.32%，N 0. 0035%，其余为Fe。
将铸坯加热至1200°C ，保温lh。 将铸坯进行两段轧制，第一段轧制开轧温度为1125t:，总压下量为76、第二段轧 制开轧温度为93(TC，终轧温度为80(TC，第二阶段的总压下量控制在70. 8%。
轧制完成后以150°C /s的冷却速度冷却到675°C ，空冷25秒，然后以6°C /s的冷 却速度冷却至47(TC ;空冷至室温。 X80级管线钢产品厚度7mm，屈服强度615MPa，抗拉强度805MPa，屈强比0. 764，断 后伸长率为23. 1%， -2(TC冲击功240J。 X80级管线钢组织中针状铁素体占体积百分比为81%，贝氏体占体积百分比2%， MA岛占体积百分比为17%。
实施例6 按设定成分冶炼、浇注成铸坯，铸坯的成分按重量百分比为C 0.036 %， Si 0. 29%， Mnl. 88%， S 0. 001%， P 0. 005%， Al 0. 04%， Cu 0. 25%， Cr 0. 12%， Ni 0. 2%， Nb 0.087%，V 0.03%，Ti 0.014%， Mo 0.32%，N 0. 0035%，其余为Fe。
将铸坯加热至1200°C ，保温lh。 将铸坯进行两段轧制，第一段轧制开轧温度为1125t:，总压下量为76、第二段轧 制开轧温度为93(TC，终轧温度为80(TC，第二阶段的总压下量控制在70. 8%。
6
轧制完成后以150°C /s的冷却速度冷却到650°C，空冷85秒，然后以27°C /s的冷 却速度冷却至395°C ;空冷至室温。 X80级管线钢产品厚度7mm，屈服强度680MPa，抗拉强度805MPa，屈强比0. 845，断 后伸长率为21. 4%， -2(TC冲击功231J。 X80级管线钢组织中针状铁素体占体积百分比为80X，贝氏体占体积百分比 11 % ， MA岛占体积百分比为9 % 。
权利要求
一种低屈强比X80级管线钢，其特征在于该管线钢的成分按重量百分比为C0.02～0.06％，Si 0.22～0.29％，Mn 1.6～1.9％，S≤0.002％，P≤0.012％，Al≤0.045％，Cu0.15～0.25％，Cr 0.08～0.26％，Ni 0.2～0.3％，Nb 0.07～0.11％，V 0.03～0.057％，Ti 0.012～0.022％，Mo 0.22～0.32％，N≤0.0043％，Ca≤0.0018％，余量为Fe，屈服强度565～685MPa，抗拉强度745～860MPa，屈强比0.748～0.845；管线钢的组织为针状铁素体+贝氏体+MA岛。
2. 根据权利要求1所述的一种低屈强比X80级管线钢，其特征在于所述的管线钢的断 后伸长率为18 24%， -2(TC冲击功225 356. 5J。
3. 根据权利要求1所述的一种低屈强比X80级管线钢，其特征在于所述的管线钢中针 状铁素体的体积百分比为68 81%，贝氏体的体积百分比2 30%， MA岛的体积百分比 为2 20%。
4. 权利要求1所述的低屈强比X80级管线钢的制造方法，其特征在于按以下步骤进行(1) 冶炼、浇注成铸坯，铸坯的成分按重量百分比为C 0.02 0.06%， Si 0. 22 0. 29%， Mn 1. 6 1. 9%， S《0. 002%， P《0. 012%， Al《0. 045%， Cu 0. 15 0. 25%， Cr 0. 08 0. 26%， NiO. 2 0. 3%， Nb 0. 07 0. 11%， V 0. 03 0. 057%， Ti 0. 012 0. 022%， Mo 0. 22 0. 32%， N《0. 0043%， Ca《0. 0018%，余量为Fe，将铸还加热至 1180 1220。C，保温1 2h ;(2) 将铸坯进行两段轧制，第一段轧制开轧温度为1100 1150°C ;第二段轧制开轧温 度为920 940。C，终轧温度为800 856°C ，第二阶段的总压下量控制在68. 4 72% ;(3) 轧制完成后以80 150°C /s的冷却速度冷却到600 71(TC，再空冷4 85秒， 然后以5 30°C /s的冷却速度冷却至340 490°C。
全文摘要
一种低屈强比X80级管线钢及其制造方法，属于冶金技术领域，该管线钢的成分按重量百分比为C 0.02～0.06％，Si 0.22～0.29％，Mn 1.6～1.9％，S≤0.002％，P≤0.012％，Al≤0.045％，Cu 0.15～0.25％，Cr 0.08～0.26％，Ni 0.2～0.3％，Nb 0.07～0.11％，V 0.03～0.057％，Ti 0.012～0.022％，Mo 0.22～0.32％，N≤0.0043％，Ca≤0.0018％，余量为Fe。制造方法为冶炼、浇注成铸坯，加热保温后进行两段轧制，第一段轧制开轧温度为1100～1150℃；第二段轧制开轧温度为920～940℃，第二阶段的总压下量68.4～72％；轧制完成后快速冷却，再空冷后以5～30℃/s的冷却速度冷却至340～490℃。本发明的产品具备较高强度的同时具有较低的屈强比即优良的抗大变形能力，可用于地震多发带和永冻带油气的正常运输和供应，具有广阔的发展前景。
文档编号C22C38/58GK101768703SQ20101010110
公开日2010年7月7日 申请日期2010年1月26日 优先权日2010年1月26日
发明者刘振宇, 卢敏, 吴迪, 周晓光, 王国栋 申请人:东北大学