专利名称：一种管线钢及其生产方法
技术领域：
本发明属于低屈强比管线钢生产技术领域，具体涉及一种管线钢及其生产方法。
背景技术：
屈强比是管线钢安全性的重要指标，低屈强比意味着钢管在外力作用下发生变形时更加不易破裂。但在从钢板到制成钢管的过程中屈强比会随制管工艺的变化而波动。因此，钢管生产企业为了保证钢管的屈强比符合要求，都对原材料的屈强比提出了更加严格的要求。这是管线钢大批量生产中必须解决的难题。屈强比的高低由屈服强度和抗拉强度两个因素共同决定。目前世界范围内生产的高级别管线钢一般通过添加Nb、V、Ti等微合金元素以及TMCP (控轧控冷)工艺提高基体强度。Nb、V、Ti微合金元素主要通过析出强化和细晶强化等作用机理提高钢板的强度，其中析出强化作用占主导地位。TMCP工艺与微合金元素配合，发挥微合金元素的最大潜力，尤其是析出强化作用。因此一般微合金管线钢的终冷温度在550 650°C之间，保证析出强化的效果。而析出强化对屈服强度的提高要显著高于对抗拉强度的贡献。因此析出强化的最终结果是导致管线钢的屈强比升高。而在12m以下薄规格管线钢的生产中，这一问题尤为突出。现场实际生产经验表明，相同成分、不同厚度的管线钢板，薄规格钢板的屈服强度和屈强比明显高于厚规格钢板。这主要是由于薄规格的变形量更大，冷速更高，控轧控冷效果更好，因此微合金强韧化作用发挥的更加充分导致的。实际生产中，薄规格管线钢板的屈强比往往容易超标。因此， 屈强比的控制成为大批量生产薄规格微合金管线钢的一大瓶颈。同时，在现有的公开专利中，针对厚规格钢板的居多，在相对较薄的管线钢生产中的应用效果很不理想。比如公开号为CN101979166A的专利《一种低屈强比微合金管线钢热轧卷板的生产方法》，通过两阶段控冷和低温卷取实现低屈强比管线钢的生产。其不足之处在于薄规格管线钢在冷却至500°C以下时，钢带在输送辊道上即出现严重的浪形，造成卷取困难以及无法生产钢管。公开号为CN1978082A的专利《一种控制管线钢热轧平板屈强比的生产方法》，通过控制热轧加热温度、粗轧温度区间、精轧温度区间、道次压下率和冷速来获取较低的屈强比。其不足之处在于该方法对于卷板这类较薄规格的钢板并不适用，该工艺会导致卷板屈强比在0. 88 0. 96间波动。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有薄规格管线钢生产过程屈强比克服难度大的问题， 提供了一种屈强比低的管线钢及其生产方法。本发明提供的一种管线钢，其化学成分质量百分比为C :0. 04 0. 12% ； Si 彡 0. 40%;Mn :0. 8 1.6%;Cr :0. 10 0. 40%;Nb :0. 02 0. 08%;Ti :0. 010 0. 025%； P彡0. 025% ；S彡0. 015% ；Al :0. 015 0. 060% ；其它为铁及不可避免的杂质元素。根据本发明的另一个方面提供一种生产上述管线钢的方法，包括
将铁水通过预处理后，再通过转炉冶炼、LF炉或LF+RH炉精炼获得所需成分的钢液，在所述铁水通过转炉冶炼、LF炉或LF+RH炉精炼时，采用Crfe调整Cr元素含量，从而使钢液中Cr元素含量控制在0. 10 0. 40%范围内；将所述钢液经连铸获得板坯；将所述板坯经过加热炉进行加热后，再经过粗轧、精轧获得热轧钢带；将所述热轧钢带进行层流冷却后，再利用卷取机卷取成热轧板卷；将所述热轧板卷直接制成成品或经开平剪切成钢板后再制成成品。进一步，将所述板坯经过加热炉进行加热时，加热段温度控制在1180 1280°C， 均热段温度控制在1160 1260°C，出钢温度控制在1160 1250°C，加热时间控制在2. 5 5. 5h。进一步，将所述加热后的板坯在经过粗轧时，要求在完全再结晶区轧制。进一步，将所述粗轧后的板坯在经过精轧时，要求在未再结晶区轧制。进一步，所述终轧温度控制在800 860 V。进一步，将所述热轧钢带进行层流冷却后终冷温度控制在520 640°C。本发明提供的一种管线钢及其生产方法，采用少量Cr合金化的成分设计配合 TMCP工艺轧制，避免了薄规格管线钢屈强比控制难度大的问题，同时，由于去掉了贵金属元素V，可在一定程度上降低合金成本。
具体实施例方式本发明的目的在于提供一种管线钢及其生产方法，用于制造薄规格低屈强比管线钢管。通过添加少量Cr元素的成分设计，配合常规的两阶段控轧+控冷工艺，在稳定实现低屈强比的同时保证钢带的板形等质量，非常适合大批量稳定生产。本发明提供的一种管线钢，其化学成分(熔炼分析)质量百分比为C :0.04 0. 12%;Si 彡 0. 40%;Mn :0. 8 1.6%;Cr :0. 10 0. 40%;Nb :0. 02 0. 08%;Ti :0. 010 0. 025% ；P彡0. 025% ；S彡0. 015% ；Al :0. 015 0. 060% ；其它为铁及不可避免的杂质元
ο其中各主要合金元素的作用为C :0. 04 0. 12%。C元素是钢的主要固溶强化元素，并与钢种微合金元素结合形成析出相强化钢基体。但C含量过高将恶化钢的组织、焊接性能和冲击性能。因此本发明将C含量控制在较低的范围，既发挥其强化作用，又不降低其韧性性能和使用性能。Mn :0.8 1.6%。Mn元素为奥氏体形成元素，降低奥氏体-铁素体相变点，细化组织改善韧性，同时还有较明显的固溶强化作用，含量过低无法保证钢的强韧性能。但含量过高将导致明显的偏析和组织恶化，影响韧性性能。Cr :0. 10 0.40%。Cr元素为铁素体形成元素，在Cr元素含量低于5%时降低奥氏体-铁素体相变点，细化组织。Cr元素还提高钢的淬透性，在相同冷却条件下更容易得到低温组织。同时，Cr元素还能与C元素形成碳化物析出相。由于Cr元素对淬透性的提高对焊接性能不利，因此要求钢中Cr元素的含量在0. 40%以下。Nb 0. 02 0. 08%。铌是目前公认的最重要最典型的微合金元素，微合金元素在钢中的所有重要作用都具备。铌最重要的作用是阻止形变奥氏体的再结晶，获得极度拉长的形变储能很高的扁平状奥氏体晶粒，并在随后的Y — α相变后得到非常细小的铁素体晶粒；同时还可显著促进形变诱导铁素体相变，并由于在铁素体中沉淀析出的Nb(C，N)阻止晶粒长大，而得到更为细小的铁素体晶粒。Ti 0. 010 0. 025%。Ti为强氮化物形成元素，高温下TiN能有效钉扎奥氏体晶界，抑制高温下奥氏体晶粒粗化。过低的Ti导致TiN固溶温度过低，无法有效阻止奥氏体粗化。过高的Ti导致TiN在钢液中析出并粗化，恶化钢的冲击韧性。本发明另一方面提供一种生产上述管线钢的方法，包括步骤Sl 将铁水通过预处理后，再通过转炉冶炼、LF炉或LF+RH炉精炼获得所需成分的钢液，将所述铁水通过转炉冶炼、LF炉或LF+RH炉精炼时调整Cr元素含量；在将铁水通过转炉冶炼、LF炉或LF+RH精炼时采用Crfe调整Cr元素的含量，从而使钢液中Cr元素的含量控制在0. 10 0.40%范围内。步骤S2 将钢液经连铸获得板坯；步骤S3 将板坯经过加热炉进行加热；将板坯经过加热炉进行加热时，加热段温度控制在1180 1280°C，均热段温度控制在1160 1260°C，出钢温度控制在1160 1250°C，加热时间控制在2. 5 5. 5h。步骤S4 将加热后的板坯经过粗轧、精轧获得热轧钢带，将热轧钢带进行层流冷却后再利用卷取机卷取成热轧板卷。将加热后的板坯经过粗轧时，要求在完全再结晶区轧制。经过精轧时，要求在未再结晶区轧制，终轧温度控制在800 860°C。将热轧钢带进行层流冷却后终冷温度控制在520 640°C。步骤S5 将热轧板卷直接制成成品或经开平剪切成钢板后再制成成品。通过TMCP工艺可以使钢材达到高强度和高韧性，基本上是通过控轧细化奥氏体晶粒、加工应变和之后的控冷组合起来的相变组织控制和相变组织细化而实现的。它不仅能提高强度和韧性，而且能降低合金元素的添加量。由于TMCP工艺在不添加过多合金元素，也不需要复杂的后续热处理的条件下生产出高强度高韧性的钢材，被认为是一项节约合金和能源、并有利于环保的工艺，故自20 世纪80年代开发以来，已经成为低成本生产高性能钢铁材料不可或缺的技术。随着市场对 TMCP钢的要求不断提高，TMCP工艺本身也在应用中不断发展。目前TMCP研究的重点在于控制冷却，尤其是加速冷却方面。加速冷却工艺的目的主要是在尽可能提高冷却速度的同时防止冷却过程中产生的钢板变形，其关键在于保证钢板的温度均勻性。本发明提供的一种生产管线钢的方法采用少量Cr合金化的成分设计配合TMCP工艺轧制，避免了薄规格管线钢屈强比控制难度大的问题，为该类钢的稳定大批量生产提供了可行的技术方案。同时，由于去掉了贵金属元素V，可在一定程度上降低合金成本。实施例表1为实施例中试验钢的化学成分，将其按规定的热轧工艺轧制成管线钢板或卷，力学性能见表2。由表2可以看出，采用本发明所述的成分和工艺，生产的试验钢的屈服强度全部在485MPa以上，考虑制管后的包申格效应后仍能符合X60和X65管线钢的要求，且屈强比均满足常规要求(一般要求不大于0. 90)，能够保证稳定批量生产。
表1实施例中试验钢的化学成分，wt. %
权利要求
1.一种管线钢，其特征在于，其化学成分质量百分比为C 0. 04 0. 12% ；Si ( 0. 40% ；Mn 0. 8 1. 6% ；Cr 0. 10 0· 40% ；Nb 0. 02 0. 08% ；Ti 0. 010 0· 025% ；P ( 0. 025% ；S ( 0. 015% ；Al :0. 015 0. 060% ；其它为铁及不可避免的杂质元ο
2.—种生产如权利要求1所述的管线钢方法，其特征在于，包括将铁水通过预处理后，再通过转炉冶炼、LF炉或LF+RH炉精炼获得所需成分的钢液，在所述铁水通过转炉冶炼、LF炉或LF+RH炉精炼时，采用Crfe调整Cr元素含量，从而使钢液中Cr元素含量控制在0. 10 0· 40%范围内； 将所述钢液经连铸获得板坯；将所述板坯经过加热炉进行加热后，再经过粗轧、精轧获得热轧钢带； 将所述热轧钢带进行层流冷却后，再利用卷取机卷取成热轧板卷； 将所述热轧板卷直接制成成品或经开平剪切成钢板后再制成成品。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于将所述板坯经过加热炉进行加热时，加热段温度控制在118(T128(TC，均热段温度控制在116(Tl260°C，出钢温度控制在116(Tl250°C，加热时间控制在2. 5 5. 5h。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于将所述加热后的板坯在经过粗轧时，要求在完全再结晶区轧制。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于将所述粗轧后的板坯在经过精轧时，要求在未再结晶区轧制。
6.如权利要求2所述的方法，其特征在于 所述终轧温度控制在80(T86(TC。
7.如权利要求2所述的一种管线钢的生产方法，其特征在于 将所述热轧钢带进行层流冷却后终冷温度控制在52(T640°C。
全文摘要
公开了一种管线钢及其生产方法，所述管线钢的化学成分质量百分比为C0.04~0.12%；Si≤0.40%；Mn0.8~1.6%；Cr0.10~0.40%；Nb0.02~0.08%；Ti0.010~0.025%；P≤0.025%；S≤0.015%；Al0.015~0.060%；其它为铁及不可避免的杂质元素。还公开了一种生产所述管线钢的方法。依据本发明提供的化学成分和生产方法生产的管线钢采用少量Cr合金化的成分设计配合TMCP工艺轧制，避免了薄规格管线钢屈强比控制难度大的问题，同时，由于去掉了贵金属元素V，可在一定程度上降低合金成本。
文档编号C21D8/02GK102363868SQ201110337828
公开日2012年2月29日 申请日期2011年10月31日 优先权日2011年10月31日
发明者刘伟, 刘木刚, 孙大庆, 张宏艳, 张文能, 方圆, 朱立新, 朱防修, 李敏, 王全礼, 王文广, 王松涛, 王自亭, 田志红, 艾矫健, 范红妹, 阳代军 申请人:首钢总公司