专利名称：一种低温韧性优良的x100管线钢板及其制备方法
技术领域：
本发明属于高强度管线钢生产技术领域，特别是涉及一种低温韧性优良的XlOO 管线钢板及其制备方法。
背景技术：
天然气作为一种高效清洁的能源正日益受到人们的重视。由于天然气田一般位于偏僻的远离市场的荒漠地区，如何安全、经济地将天然气输送到消费市场一直是天然气产业发展的关键问题之一。通过技术创新以及采用更高压力和更高强度的管道，是降低天然气长距离输送成本最有效的途径。提高输送压力是天然气长输管线发展最明显的趋势。天然气管道输送压力在50年间从最初的0. 2MPa提高到14MPa。输送压力的提高要求采用更高强度的管线钢。如今，世界范围内的天然气长输管道建设已从过去采用的X52、X60和X65 管线钢发展到以X70和X80为主导的管线钢，并且正在开发XlOO X120超高强度管线钢。XlOO与X80的开发几乎是同时开始的，但是其实际应用的结果却大相径庭。X80 已在世界上获得了广泛的应用，特别是进入本世纪以来，在北美和亚洲相继建设了三条X80 天然气长输管线(美国的夏延平原管道、落基管道和我国的西气东输二线管道)，使X80天然气长输管线有了飞越式的增长，但XlOO管道至今尚停留在试验段建设阶段。在2006年国际管道会议前后一段时间里，XlOO和X120的研究开发一度成为热点，世界各地的管线钢研究者一致将注意力聚焦在XlOO的研究开发上，XlOO管线钢的工艺技术和产品性能取得了一定的进步。但到目前为止，查阅世界上关于XlOO管线钢的文献或专利，XlOO的低温韧性指标都偏低，-20°C夏比冲击功多数分布在150 之间，因此管线钢行业的专家们一度认为，XlOO管线钢不能依靠钢管自身韧性止裂，都要加止裂器，工程成本将会大大提高。如果 XlOO管线钢母材的夏比冲击韧性达不到300J以上的话，XlOO产品的大规模工程应用前景， 将会大打折扣，不切实际。因此具有优良低温韧性的XlOO管线钢及其工艺技术，亟待开发。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低温韧性优良的XlOO管线钢板及其制备方法，解决了以上现有技术中XlOO低温韧性指标偏低的缺点，产品具有自止裂能力。本发明的所述钢板化学成分为=C :0. 03 0. 07%, Si :0. 10 0. 45%,Mn 1. 50 — 1. 79%, P 彡 0. 012%, S 彡 0. 003%, Alt :0. 02 0. 06%, Nb :0. 05 0. 10%, V :0. 02 0. 08%, Ti 0. 005 0. 040%, Ni :0. 20 0. 50%, Mo :0. 20 0. 50%, N 彡 0. 008%, H (0. 0002%，余量为Fe和不可避免杂质元素；均为重量百分数。采用上述化学成分设计，通过RH真空处理+强化控轧控冷，本发明制备出了屈服强度达到690MPa以上，抗拉强度在760MPa以上，屈强比在0. 92以下；夏比冲击韧性-20 °C，全尺寸IOX 10X55mm V型缺口试样，夏比冲击功 (CNV)彡330J，夏比冲击剪切面积彡90%。
本发明的制备方法包括铁水脱硫、转炉冶炼、炉外精炼、连铸、加热、轧制、冷却、矫直工序；在工艺中控制如下技术参数(I)RH精炼氩气流量800 1200NL/min，真空处理时间15 !35min。(2)加热制度将钢坯加热到1150-1250°C，均热段时间40 60min。(3)轧制工艺钢坯分两阶段进行轧制，中间进行待温，第一阶段终轧温度980-1060°C，中间坯待温厚度控制在成品厚度的3-5倍，第二阶段开轧温度控制在 840-890 V，终轧温度控制在760-820 °C范围。(4)冷却工艺热轧后快速进行水冷，入水温度控制在750-810°C，终冷温度控制在90-190°C，冷却速度控制在15-25°C /s。本发明内容的构成要点立足于以下认识Mn通过固溶强化提高强度，还可降低 Υ-α相变温度，进而细化铁素体晶粒。但众所周知，Mn是易偏析元素，会造成铸坯中心偏析严重，而导致钢板心部带状组织严重，引起各向异性，导致冲击断口出现分层或脆断，大大降低钢板的低温韧性性能和抗HIC性能。本发明进行了大量试验，通过添加不同的Mn含量，发现当Mn的含量大于1.90%时，钢板的抗拉强度很高，但冲击韧性较差；当Mn的含量低于1.80%时，通过合理的工艺控制，钢板的强韧性能达到一个较好的匹配，见附图2所示。因此本发明中Mn含量控制在1. 50 1. 79%范围，获得了 XlOO管线钢良好的强韧性能。Nb是现代微合金化管线钢中最主要的元素之一，固溶强化和晶粒细化作用显著。 通过热轧过程中Nb(NC)的应变诱导析出阻碍形变奥氏体的回复、再结晶，经控轧控冷使精轧阶段非再结晶区轧制的变形奥氏体在相变时转变为细小的相变产物，从而提高钢的强韧性。另外，相变后析出的纳米级Nb(NC)也起到沉淀析出强化效果，进一步提高大壁厚管线钢的强韧性能。在成分设计上添加了适量的钒，主要是和Nb复合添加使用，通过加热过程中NbV(CN)在奥氏体中的微细析出物来抑制奥氏体晶粒的长大，同时，适量钒合金的添加可提高XlOO强度稳定性。Mo 较强的贝氏体相变控制元素。在高强度微合金钢中，添加适量的Mo元素就可以获得明显的贝氏体组织，同时因相变向低温方向转变，可使相变组织进一步细化，大幅提高钢的强韧性能，同时还可有效降低屈强比。在超高强Xioo管线钢中，通过添加一定量的 Mo合金，实现相变强化效果，提高XlOO管线钢的强度稳定性和提高其低温冲击韧性。因此本发明中Mo含量控制在0. 20 0. 50%范围，得到了细小均勻的板条贝氏体组织和优良的强韧性能。Ni 镍合金可通过固溶强化作用提高钢的强度，弥补厚规格钢材中因厚度的增加引起的强度下降，同时提高厚规格管线钢的低温韧性。在超高强XlOO管线钢中，M合金被用来提高XlOO的强度稳定性和低温韧性性能。本发明通过大量试验证明，当m含量控制在0. 20%以下时，钢板的夏比冲击功基本变化不大，当添加0. 20%以上的Ni合金时，随着 Ni含量的增加，可大幅度提高XlOO钢板的低温韧性。采用该生产工艺的依据是在RH精炼炉深真空、强搅拌的条件下，钢中的氮原子、 氢原子易于向钢水中的Ar气泡扩散，这样随着Ar气泡在钢中的上浮，钢中的氮含量和氢含量不断降低，通过加大氩气流量和延长真空处理时间，使得钢水中气体含量低、夹杂物少、 钢水洁净度高，为提高产品的低温韧性打下基础。通过控制板坯加热温度和钢坯均热时间，保证第二相的充分溶解，并有效抑制原始奥氏体晶粒长大；同时控制第一阶段终轧温度和中间坯待温厚度，使奥氏体晶粒充分细化和均勻化；第二阶段采用低温控轧工艺，其关键是在较低的轧制温度下完成第二阶段的变形，开轧温度控制在840-890°C范围，并保证终止轧制温度在760-820°C范围，充分利用低温控轧效果，在硬化的奥氏体内部积累位错，为后续相变提供更多的形核点，最终通过轧后快速入水，在相变以前开始加速冷却，得到细化、均勻、扁平的贝氏体相变组织，提高XlOO钢板的强度和低温韧性。本发明进行了大量试验，通过采用不同的终冷温度，发现当终冷温度大于300°C时，钢板的抗拉强度基本达到XlOO标准要求，但夏比冲击韧性较差；当终冷温度小于200°C时，钢板的强韧性能达到一个较好的匹配，抗拉强度高，并且夏比冲击韧性优良，见附图3所示。因此本发明中终冷温度控制在 90 190°C范围，获得了 XlOO管线钢良好的低温韧性。本发明的优点在于本发明制备的低温韧性优良的XlOO管线钢板采用了独特的成分设计和生产工艺制度，产品具有可自止裂的夏比冲击韧性。成分设计中通过大量的试验，限制了对低温韧性有影响的易偏析元素Mn、P、S等，提高了对晶粒细化和相变强化有宜的合金元素Nb、Mo、Ni等，提高了产品的强度和低温韧性。其生产工艺采用RH精炼技术和优化的控制控冷技术，降低了钢水中对低温韧性有害的气体元素N、H等，细化了奥氏体晶粒和贝氏体组织，产品具有较高的强韧性匹配。按照本专利所述的技术方案生产出的XlOO 管线钢中厚板性能达到以下水平(1)拉伸性能屈服强度达到彡690MPa，抗拉强度达到彡760MPa，屈强比达到彡0. 92范围。 (2)韧性性能-20 V的10X10X 55mm试样夏比V型缺口冲击功在330J以上，_20°C的落锤性能(DWTT)平均剪切面积彡85%。
图1为本发明金相组织图。图2为本发明中不同Mn含量对钢板强韧性的影响。图3为本发明中不同终冷温度对钢板强韧性的影响。
具体实施例方式根据本发明一种低温韧性优良的XlOO管线钢板及其制备方法，在100吨转炉上冶炼，在100吨RH精炼炉上精炼，在4300mm生产线上进行控轧控冷生产。下面通过实施例对本发明作进一步的描述。实施例中钢板化学成分见表1，实施例工艺制度见下面描述，实施例力学性能见表2 实施例化学成分表1.本发明低温韧性优良XlOO管线钢板实施例化学成分)
权利要求
1.一种低温韧性优良的XlOO管线钢板，其特征在于所述钢板化学成分为C :0. 03 0. 07%，Si :0. 10 0. 45%，Mn :1· 50 1. 79%，P 彡 0. 012%，S 彡 0. 003%,Alt :0. 02 0. 06%, Nb 0. 05 0. 10%, V :0. 02 0. 08%, Ti :0. 005 0. 040%, Ni :0. 20 0. 50%, Mo :0. 20 0. 50 %，N 彡0. 008 %，H 彡0. 0002 %，余量为!^e和不可避免杂质元素；均为重量百分数。
2.如权利要求1所述的低温韧性优良的XlOO管线钢板，其特征在于钢板的性能为 屈服强度达到690MPa以上，抗拉强度在760MPa以上，屈强比在0. 92以下；夏比冲击韧性-20°C，*Ril0X10X55mm V型缺口试样，夏比冲击功(CNV)彡330J， 夏比冲击剪切面积彡90% ；落锤性能-20°C，全壁厚试样落锤剪切面积(DWTT SA) >85%。
3.—种权利要求1所述的低温韧性优良的XlOO管线钢板的制备方法，包括铁水脱硫、 转炉冶炼、炉外精炼、连铸、加热、轧制、冷却、矫直工序，其特征在于工艺中控制如下技术参数(1)RH精炼氩气流量800 1200NL/min，真空处理时间15 35min；(2)加热制度将钢坯加热到1150-1250°C，均热段时间40 60min；(3)轧制工艺钢坯分两阶段进行轧制，中间进行待温，第一阶段终轧温度 980-1060°C，中间坯待温厚度控制在成品厚度的3-5倍，第二阶段开轧温度控制在 840-890°C，终轧温度控制在760-820°C范围；(4)冷却工艺热轧后快速进行水冷，入水温度控制在750-810°C，终冷温度控制在 90-190°C，冷却速度控制在15-25°C /s。
全文摘要
一种低温韧性优良的X100管线钢板及其制备方法，属于高强度管线钢生产技术领域。钢的化学成分质量百分比为C0.03～0.07％，Si0.10～0.45％，Mn1.50～1.79％，P≤0.012％，S≤0.003％，Alt0.02～0.06％，Nb0.05～0.10％，V0.02～0.08％，Ti0.005～0.040％，Ni0.20～0.50％，Mo0.20～0.50％，N≤0.008％，H≤0.0002％，余量为Fe和不可避免杂质元素。制备方法，包括铁水脱硫、转炉冶炼、炉外精炼、连铸、加热、轧制、冷却、矫直工序。优点在于，X100钢板具有优良的低温韧性，夏比冲击韧性-20℃，全尺寸10×10×55mmV型缺口试样，夏比冲击功(CNV)≥330J，夏比冲击剪切面积≥90％；落锤性能-20℃，全壁厚试样落锤剪切面积(DWTT SA)≥85％。
文档编号C21D8/02GK102304667SQ20111028296
公开日2012年1月4日 申请日期2011年9月22日 优先权日2011年9月22日
发明者丁文华, 周德光, 姜中行, 张国栋, 李家鼎, 李少坡, 李永东, 查春和, 王文军, 白学军, 赵民革, 顾章飞, 麻庆申 申请人:首钢总公司