专利名称：一种含Cr的管线钢X70热轧平板及生产方法
技术领域：
本发明涉及一种利用低成本的成分体系生产的高强度、高韧性管线钢X70及其生产方法。具体的说是一种含Cr的管线钢X70热轧平板及其生产方法，属于钢铁材料技术领域。
背景技术：
管线钢是指用于输送石油、天然气等的大口经焊接钢管用热轧卷板或宽厚板。管线钢在使用过程中，除要求具有较高的耐压强度外，还要求具有较高的低温韧性和优良的焊接性能。随着石油自然气需求量的不断增加，管道的输送压力和管径也不断地增大，以增加其输送效率。考虑到管道的结构稳定性和安全性，还需增加管壁厚度和进步管材的强度。因此，用作这类输送管的管线钢都向着厚规格和高强度方向发展。21世纪是我国输气管建设的高峰时期。截止2010年底，西气东输两条输气大型管线工程已基本建成，未来几年还有西气东输三线工程、中缅管线工程等重要工程要上马建设，其干线已大批量用上X80级钢， 支线工程和国内大量的城市配套管网工程需要更大批量的X70管线钢，因此管线钢X70的市场需求量会很大。现在市场上生产的管线钢X70的化学成分里都含有Mo、Ni等贵重合金元素，在公开号CN200410066297. 8，发明名称《具有高止裂韧性的针状铁素体型X70管线钢及其制造方法》中介绍的X70管线钢成分体系中含有0. 1(Γ0. 30%的Mo，其它相关专利及相关文献介绍的Χ70管线钢成分体系中，一般也都含有Mo、Ni等贵重合金元素。这些贵重合金元素的加入显著提高了 Χ70的合金成本。一些没有含有Mo、Ni等贵重合金元素的管线钢X70的化学成分体系较为复杂，并且其生产工艺条件要求较严，生产成本也比较高。近年来钢铁行业上游原材料如铁矿石、煤炭的价格大幅上涨，钢铁行业生产成本急剧上升。但是，近年来国内钢铁企业加大研发和生产力度，竞争日趋激烈，在国内的钢材市场形势下，谁能率先开发出高质量和低成本管线钢宽厚板X70的生产技术，谁就会在二十一世纪的国内外管线钢市场竞争中立于不败之地。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明提供了一种含Cr的管线钢X70热轧平板及生产方法。本发明生产的含Cr的管线钢X70热轧平板由于Cr能够显著提高抗拉强度而对屈服强度影响较小，屈强比控制良好，低于0. 88 ；本发明采用较低成本的化学成分体系，生产的含Cr管线钢X70热轧平板，其性能优于标准要求。按0. 15%Mo和0. 20%Ni含量核算，考虑合金吸收率， 吨钢成本降低在700元以上。本发明的技术方案是这样实现的
一种含Cr的管线钢X70热轧平板，按重量百分比配比，包括以下组成成分 C 0. 030 0. 080%, Mn :1. 55 2. 00%, Si :0. 10 0. 40%%, S 彡 0. 0050%, P ^ 0. 015%, Nb 0. 035 0. 060%, Ti :0. 008 0. 025%, Alt :0. 020 0. 060%, Cr :0. 15 0. 30%，其余量为！^ 和不可避免杂质。—种含Cr的管线钢X70热轧平板的生产方法，该方法包括顶底复吹转炉、LF精炼、VD真空脱气、宽板坯连铸、炉卷轧机轧制、层流冷却、热矫和冷矫等工序，其中，所述的宽板坯连铸是利用动态轻压下改善铸坯的中心偏析总压下量2 3mm，压下速率 0. 6 L lmm/min ；
所述的炉卷轧机轧制包括以下步骤
(1)板坯再加热，温度115(Tl280°C；
(2)再结晶轧制，温度110(Tl00(rC，采用一个或多个道次轧制，道次压下率彡15%，总压下率> 50% ；
(3)未再结晶轧制，温度95(T760°C，采用一个或多个道次轧制，道次压下率>10%，累积变形率彡60% ；
(4)终轧，温度:83(T760°C；
所述的层流冷却的终冷温度区间55(T450°C，控制冷却速度1(T30°C /s。本发明的一种含Cr的管线钢X70热轧平板的生产方法适用于炉卷轧机生产线，也适用传统的中板轧机生产线。本发明采用的化学成分体系的理由是
碳(C)随着碳含量增加，钢的强度增加而韧性、焊接性能降低。但由于控轧控冷工艺和微合金化技术的日趋成熟，同时为改善焊接热影响区(HAZ)的性能，钢中的碳含量逐渐降低，X70管线钢碳含量应在0. 08%以下为宜。锰(Mn)=Mn有固溶强化作用，还可降低γ-α相变温度，进而细化铁素体晶粒。当添加1. 59Γ2. 0%Μη时，可获得针状铁素体组织；Mn还可提高韧性、降低韧脆转变温度。硅(Si):在炼钢时一般作为脱氧剂，但也可作为合金元素。Si进入铁素体起固溶强化作用，可显著提高钢的抗拉强度和较小程度提高屈服强度，但同时在一定程度上降低钢的韧性、塑性，Si同时增加钢的时效敏感性，并能提高钢的抗腐蚀能力和抗高温氧化能力。铌(Nb)=Nb可延迟奥氏体再结晶、降低相变温度，通过固溶强化、相变强化、析出强化等机制来获得要求的性能。0. 035、. 060%Nb钢配合合理的轧制工艺，可以获得均勻的针状铁素体组织和良好韧性。铬(Cr )随着Cr的添加，抗拉强度近乎直线上升，而屈服强度变化较小。当Cr含量超过0. 3%时，其低温韧性就会明显下降；为了弥补去Mo带来的强度损失，加入0. 15^0. 30% 的Cr，目的是提高抗拉强度，同时可适当降低屈强比。钛(Ti)微量的Ti在钢液凝固过程中析出的弥散、细小的TiN颗粒可抑制奥氏体晶粒的长大，一来防止板坯再加热时的原始奥氏体晶粒过分长大，为轧制提供相对细小的奥氏体组织；二来在焊接时阻止热影响区奥氏体晶粒长大，改善焊接性能。Ti含量过高时， TiN颗粒长大，失去阻止晶粒长大的作用；其含量控制在0. 008^0. 030%为宜。铝(Al):利用Al在精炼过程中与钢中残留氧结合Al2O3，并在精炼和连铸过程中充分上浮，以尽量降低钢中的氧含量，同时可以防止钢中加入的微量Ti与氧结合，以保证最终钢中有一定量的细小TiN颗粒。杂质元素对管线钢组织性能的危害
硫(S):硫是管线钢中最为有害的元素之一，它严重恶化管线钢的抗HIC和SCC性能。同时，硫还影响管线钢的冲击韧性；另外，硫还导致管线钢各向异性，在横向和厚度方向上韧性恶化；因此，硫含量是管线钢要求最为苛刻的指标，高级别管线钢要求W(S)小于0. 005%。磷(P):磷在管线钢中是一种易偏析元素，尤其是当P)>0 .015%时，磷的偏析急剧增加，并促使偏析带硬度增加，使HIC性能下降，同时，磷还恶化焊接性能，显著降低钢的低温冲击韧性，提高钢的脆性转变温度，使钢管发生冷脆。对于高质量的管线钢应严格控制钢中的磷含量。本发明的生产方法可以细化晶粒，提高管线钢强度和韧性。钢坯加热到充分高的温度使奥氏体组织均勻化，使钢中的铌的碳氮化物充分溶解，细小的氮化钛不溶解，以阻止原始奥氏体晶粒的长大。第一阶段轧制在奥氏体可再结晶的温度范围内，采用一个或多个道次轧制钢坯， 奥氏体累计变形量大于50%，通过奥氏体反复再结晶细化奥氏体晶粒。第二阶段轧制在奥氏体未再结晶温度范围内，利用铌的析出物延迟奥氏体再结晶作用，采用一个或多个道次轧制，奥氏体累计变形量大于60%，形成拉长的奥氏体晶粒，在拉长的奥氏体晶内形成大量的形变带，使得奥氏体向铁素体相变的形核点大幅度增加，充分细化相变后的铁素体晶粒。 奥氏体未再结晶轧制控制终轧温度介于83(T760°C，钢板终轧后以1(T30°C /s的冷却速率在线加速冷却，终冷温度介于55(T450°C，通过加速冷却，降低相变温度，促进铁素体晶内形核，阻止相变后铁素体晶粒长大，进一步细化铁素体晶粒，最终获得晶粒细小、高密度位错结构的针状铁素体组织，同时提高钢板强度和低温冲击韧性。本发明的有益效果
本发明生产的一种含Cr的管线钢X70热轧平板，与现有的管线钢X70相比，具有以下优点
1、采用较低成本的化学成分体系，生产的含Cr的管线钢X70热轧平板的钢板性能能够满足甚至优于标准要求；按0. 15%Mo和0. 20%Ni含量核算，考虑合金吸收率，吨钢可节约镍板2kg和含钼60%的钼铁3kg ；按现行市场价，吨钢成本降低在700元以上。2、由于Cr能够显著提高抗拉强度而对屈服强度影响较小，本发明生产的X70管线钢板屈强比控制良好，低于0. 88，能够满足甚至优于标准要求。3、本发明的生产方法可以细化晶粒，提高管线钢强度和韧性。
具体实施例方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。实施例一
以下用炉卷轧机生产线生产产品规格为19. Imm的含Cr的管线钢X70热轧平板为例， 对本发明作进一步的说明。生产产品规格为19. Imm的含Cr管线钢X70热轧平板，按重量百分比配比，包括以下组成成分c :0. 07%, Si :0. 20%，Mn :1. 80%, P :0. 009%, S :0. 003%, Nb :0. 050%, Ti 0. 012%, Cr 0. 18%, Alt :0. 035%，余量为Fe和不可避免杂质。工艺路线主要包括顶底复吹转炉、LF精炼、VD真空脱气、宽板坯连铸、炉卷轧机轧制、层流冷却、热矫、冷矫等工序；具体生产工艺见表1的实施例一。表1含Cr的管线钢X_0热轧平板的生产工艺(Wt00)
成分 体系规格 PI “ _ Η m铒y m 劍咎动轻 压下 压下 逮率 ， nun mm加热 度 j VwSmgrfmmm ..Ρ再结 愿 i 制道 压下 率再结 悬 $1 制总 压下 率 ？ Cci “ ffi 垂 ^t 擀 _ 卅未 W 结 e 总压 率 9 %终 ψ S. 度 V冷却 速度 f5实施1Ρ.11Π fiΓ VIICSC-1050>15609H106850015例实施 例1Ρ.11.11401085-1G50>1560Q20-S106S49515经本工艺生产的含Cr管线钢X70热轧平板性能检验结果见表2。实施例二
以下用炉卷轧机生产线生产产品规格为19. Imm的含Cr的管线钢X70热轧平板为例， 对本发明作进一步的说明。按重量百分比配比，它包括以下组成成分C :0. 07%，Si :0. 18% ，Mn :1. 78%, P 0. 0010%, S :0. 004%, Nb :0. 052%, Ti :0. 014%, Cr :0. 28%, Alt :0. 040%，余量为
Fe和不可避免杂质。工艺路线主要包括顶底复吹转炉、LF精炼、VD真空脱气、宽板坯连铸、炉卷轧机轧制、层流冷却、热矫、冷矫等工序；具体生产工艺见表1的实施例二。经本工艺生产的含Cr管线钢X70热轧平板性能检验结果见表2。
表2含&的管线钢X70热乳平板的性能(wt° ο)
成CVXc- JDWTT—c %规格 ,mm分体 系SpO— ,^fcaΛ δ ，MpaA ,%RpO.2 Rm1ι3平均1平均1 O 1实施 例64043CL S432634531332SΡ29694xy. ι实施 例(560440.S151052050551PC92Pl标准要求4S5-625570-725>22-""Γι QH>1S0>85
由表2可以看出，实施例一和实施例二生产出来的的含Cr的管线钢X70热轧平板的屈服强度RpO. 2和抗拉强度Rm比标准均有50MPa以上的富余量，伸长率A值远高于标准要求(参照各项要求最严格的西气东输二线标准)，屈强比RpO. 2/Rm明显低于标准要求的 0. 90，-20°C夏比V型缺口冲击功和_15°C落锤试验剪切面积比也优于标准要求。采用本发明方法的化学成分体系和轧制工艺生产的钢板完全能满足并且优于X70管线钢板的标准要求。本发明还可以有其它实施方式，凡采用同等替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。
权利要求
1.一种含Cr的管线钢X70热轧平板，其特征在于按重量百分比配比，包括以下组成成分C 0. 030 0· 080%, Mn :1. 55 2. 00%, Si :0. 10 0· 40%%, S 彡 0. 0050%, P 彡 0. 015%, Nb 0. 035 0. 060%, Ti :0. 008 0. 025%, Alt :0· 020 0· 060%, Cr :0. 15 0· 30%，其余量为 Fe 和不可避免杂质。
2.一种如权利要求1所述的一种含Cr的管线钢X70热轧平板的生产方法，该方法包括顶底复吹转炉、LF精炼、VD真空脱气、宽板坯连铸、炉卷轧机轧制、层流冷却、热矫和冷矫等工序，其特征在于所述的宽板坯连铸是利用动态轻压下改善铸坯的中心偏析总压下量2 3mm，压下速率 0. 6 L lmm/min ；所述的炉卷轧机轧制包括以下步骤(1)板坯再加热，温度115(Tl280°C；(2)再结晶轧制，温度110(Tl00(rC，采用一个或多个道次轧制，道次压下率彡15%，总压下率> 50% ；(3)未再结晶轧制，温度95(T76(TC，采用一个或多个道次轧制，道次压下率>10%，累积变形率彡60% ；(4)终轧，温度:83(T760°C；所述的层流冷却的终冷温度区间55(T450°C，控制冷却速度1(T30°C /s。
全文摘要
本发明涉及一种含Cr的管线钢X70热轧平板及生产方法，属钢铁材料技术领域。按重量百分比配比，它包括以下组成成分C0.030~0.080%，Mn1.55~2.00%，Si0.10~0.40%%，S≤0.0050%，P≤0.015%，Nb0.035~0.060%，Ti0.008~0.025%，Alt0.020~0.060%，Cr0.15~0.30%，其余量为Fe和不可避免杂质。本发明的生产方法是利用炉卷轧机生产线，通过连铸、轧制和冷却的工艺，达到细化晶粒、提高管线钢强度和韧性的目的。按照本发明的生产方法生产热轧平板的性能优于X70管线钢板的标准要求，而且具有明显的成本优势。
文档编号C22C38/38GK102392187SQ20111036985
公开日2012年3月28日 申请日期2011年11月21日 优先权日2011年11月21日
发明者刘海强, 孔德南, 孙斌, 张振申, 李力, 李娜, 李明儒, 李静宇, 欧阳瑜, 王新江, 白锦函, 范丽伟, 郭世宝 申请人:安阳钢铁股份有限公司