专利名称：含硼高强高韧性厚壁无缝管线管钢及其制造方法
技术领域：
本发明属于冶金领域无缝管线管用钢及其制造技术，涉及一种含硼高强高韧性L485QB厚壁无缝管线钢及其制造方法。
背景技术：
近年来随着陆地储气库的建设以及海洋油气的开采、输送，高强度、高压力、耐腐蚀、抗低温、大规格和厚壁管线管的需求量日益增加。基于上述要求，相应的要求管线长度更长和壁厚更厚，因此管线要求高的强度、高的韧性以及良好焊接性能，更要求用于高压和低温环境。随着陆地储气库的建设和海洋油气的大力开采和输送，性能优越的高强高韧性管线管的需求量日益增加。目前国内此类输气管线大部分依赖进口，因此，加大这类产品的开发及实现其国产化已非常迫切。由于此类输气管线使用环境恶劣和复杂，除对强度、伸长率等有明确规定外，还要求具有较好的低温冲击韧性和焊接性能。 从检索的文献看，国内文献如天津钢管集团股份有限公司发明提供一种高强高韧X70厚壁无缝管线钢，该钢种的组成元素的重量配比为C:0. 04 0. 12%, Si :0. 17 0. 35%,Mn :1. 20 I. 60%,P ^ 0. 015 %,S ^ 0. 010%,Mo :0. 10 0. 30%,Al :0. 005 0. 045%, Nb :0. 02 0. 06 %, V 0. 02 0. 10%, Cu :0. 10 0. 25%, Ni :0. 10 0. 30%,Ti :0. 010 0.030%，Cr 0. 20%, CE 彡 0. 43，Pcm 彡 0. 22，其余为铁，杂质元素微量。还提供一种轧制该无缝管线钢的制造方法。有益效果是采用微合金钢种，适合壁厚36_以下的厚壁管线的生产，管体整体组织为均匀的贝氏体组织，得到的管线钢不但具有更高的强度和很高的低温冲击韧性。已有的一种高铌管线钢，该高铌管线钢包括以下重量百分比的物料C 0. 02—0. 04%, Mn :1. 50—1. 80%, Nb :0. 085—0. 120%, Ti :0. 005—0. 025%,N^O. 006%, 0 ^ 0. 005% ;余量为铁和不可避免的杂质，该高铌管线钢采用增大铌含量以替代价格昂贵的钥和铬，使其制作成本可大大降低，且钢的强度和韧性等特性均附合X70标准。国外文献中公开的NIPPON STEEL CORP的高强管线管，化学成分为C :0.02 0. 09%, Si :0. 001 0. 8%, Mn 0. 5 2. 5%, P 彡 0. 02%, S 彡 0. 005%, Ti :0. 005 to0. 03%, Nb 0. 005 0. 3%, Al: 0. 001 0. 1%，N 0. 001 0. 008%,还有 Ni、Cu、Mo，其余为铁，杂质元素微量。公开的SUMITOMO METAL的无缝厚壁管线管，化学成分为C:0. 02 —0. 08%, Si: ( 0. 5%, Mn: I. 5 —3.0%, Al: 0.001 —0. 10%, Mo: 0.4 1.2%,N: 0. 002 — 0. 015%, Ca: 0.0002 - 0. 007%,其余为铁，杂质元素微量。公开的 SUMITOMOMETAL具优良强度和韧性的无缝管线管，化学成分为C 0. 02 0. 15%, Si ( I. 0%, Mn 0. 3 2. 5%, P 彡 0. 015%, S 彡 0. 010%, Ti 0. 10 0. 05%，Nb :0. 01 0. 10%, V 0. 001 0. 1%，Al ( 0. 006%，其余为铁，杂质元素微量，在彡950°C热轧成管，然后管在炉中加热(Ar3+50°C到1100°C)，随后以彡5°C /秒冷却，并在550°C到Acl的温度范围回火。由于管线钢的碳当量的限制，对于壁厚大于25mm的管线钢，淬火时冷却能力受限，难已保证充分均匀淬透而造成心部组织与外表面不一致，由此造成性能不合，冲击性能不好等问题。上述厚壁管线钢，具有高强度、高韧性和良好的焊接性能，但为了获得高强度，通常添加强化元素V，为了提高淬透性，添加了 Mo，均是通过配加高价格合金元素而实现的，不能经济地生产出高强高韧性管线管钢。
发明内容
本发明的目的是提供一种成本低，强度高，韧性高，焊接性能好的含硼高强度韧性厚壁无缝管线管钢及其制造方法。本发明这样来实现的
含硼高强高韧性厚壁无缝管线管钢，壁厚为25— 40mm，其特征在于其化学成份重量百分比为C 0. 10 0. 14%、Si 0. 17 0. 37%、Mn I. 40 I. 65%、Nb 0. 03 0. 05%、Al
0.02 0. 05%、B 0. 0008 0. 0020%，残余元素和杂质S I. 5%，其余为Fe,
所述残余元素中Cu 彡 0. 20%、Ni ( 0. 30%、Cr ( 0. 30%、Mo ( 0. 10%、V^O. 03%、Ti ( 0. 06%,
所述杂质中P彡0. 015%、S彡0. 008%、N彡0. 010%,
该钢的冷裂纹系数 Pcm 彡 0. 24%, Pcm = C + Si/30+ (Mn+Cr + Cu) /20 +Ni/60+Mo/15+V/10+5B,
该钢的碳当量 CEV ( 0. 43%,CEV = C + Mn/6 + (Cr + Mo + V) /5 + (Ni + Cu) /15。制造方法包括如下步骤
①制坯电炉或转炉冶炼，钢水终点控制C彡0.05%、P彡0. 010% ；LF精炼炉精炼和VD真空处理，将成品中Al含量控制在0. 02—0. 05%内喂Ca-Si丝0. 5 0. Ikg/1,出钢温度1595 1610°C ;连铸机浇注，中间包温度1530 1555°C ;连铸坯清理，
②轧管合格连铸坯经环形炉加热、穿孔和终轧制管，连铸坯出环形炉温度1220 1250 0C，，终轧温度:850 950 0C，
③热处理采用淬火+回火热处理工艺，淬火介质为水，淬火温度900 920°C，回火温度:580 600 0C o本发明的有益效果是，在低碳锰钢中添加微合金化元素Nb，细化晶粒，提高韧性，且作为钢种的必须组分元素，在满足Pcm和CEV的条件下，合理选择C、Mn含量范围，并添加微量的B，提高该钢种的淬透性，解决厚壁(壁厚5 ^ 25mm)内中外的纵、横向高强度问题，管体组织均匀，碳当量低，焊接性能良好，完全满足陆地及海洋油气开采、输送的高压、低温环境对厚壁管线的要求。本发明不配加高价格合金元素，节约稀缺资源，成本低，强度高，韧性高。本发明管钢的性能如下
屈服强度485Mpa，抗拉强度570Mpa，屈强比彡0. 90 ;
夏比V型冲击韧性-50°C横向全尺寸夏比冲击功彡180J
-50°C纵向全尺寸夏比冲击功彡220J
具体实施例方式 下面结合实施例对本发明进一步说明。本发明的含硼高强高韧性L485QB厚壁无缝管线钢，钢种化学成份重量百分比为C 0. 10 0. 14%、Si 0. 17 0. 37%、Mn I. 40 I. 65%,Nb 0. 03 0. 05%、A1 0. 02 0. 05%、B 0. 0008 0. 0020%，其余为Fe和杂质。所述残余元素中Cu( 0. 20%,Ni ( 0. 30%,Cr ( 0. 30%,Mo ( 0. 10%,V ( 0. 03%、、Ti ( 0. 06%o杂质中P 彡 0. 015%、S 彡 0. 008%、N 彡 0. 010%。
该钢的冷裂纹系数Pcm ( 0. 24%, Pcm = C + Si/30+ (Mn+Cr + Cu) /20 +Ni/60+Mo/15+V/10+5B。该钢的碳当量CEV ( 0. 43%, CEV = C + Mn/6 + (Cr + Mo + V) /5 + (Ni + Cu)/15。对主要成份选择理由如下
①C和Mn是钢成分设计中最基本的元素。C是传统的最经济的强化元素，钢的强度几乎是随C%的增加呈直线增加，但它对钢的塑性、韧性十分有害，因此，对钢中的C含量要加以适量控制，既满足屈服强度的要求，又满足冲击韧性的要求；减少钢中C导致的屈服强度降低可以采用增加Mn予以补偿，Mn是弱碳化物形成元素，室温下固溶于铁素体之中，Mn起固溶强化作用，同时还能扩大铁的Y区域的合金元素，增加钢中Mn的含量，使其珠光体团变得细小，可有效改善钢的韧性，从确保最佳强度和韧性匹配角度考虑，C含量控制在 0.11% 0. 14%的范围；Mn含量控制在I. 4% I. 65%的范围。②Nb、Ti是目前应用最广泛的微合金化元素，它们在钢中能够影响的显微组织参数是晶粒尺寸和形状；各种尺寸的析出物；位错密度；非金属夹杂物的尺寸和形状等。在钢中的作用阻止晶粒长大；阻止奥氏体形变再结晶；沉淀强化；改变钢的显微组织。从确保最佳强度和韧性匹配角度考虑，Nb含量控制在0. 03% 0. 05%的范围；本钢种采用微钛处理，优选钛控制在0. 03%。③B是确保淬火性的有效元素，但添加过多时会使韧性下降。从确保最佳淬火性和韧性匹配角度考虑，B含量控制在0. 0008% 0. 0020%的范围。④P、S几乎一致被认为是有害元素，它们具有很强的偏析倾向，易在晶界上聚集。因此，优选尽可能地降低其含量，P彡0. 015%、S彡0. 008%。本发明含硼高强高韧性L485QB厚壁无缝管线钢的其制造方法，包括如下步骤
①制坯电炉或转炉冶炼，钢水终点控制C彡0. 05%、P彡0. 010% ；LF精炼炉精炼和VD
真空处理，将成品中Al含量控制在规定范围内(0. 02 0. 05%)，喂Ca-Si丝0. 5 0. 7kg/t，出钢温度1595 1610°C ;连铸机浇注，中间包温度1530 1555°C ;连铸坯清理。②轧管合格连铸坯经环形炉加热、穿孔和终轧制管。连铸坯出环形炉钢热1220 1250°C，终轧温度850 950°C
③热处理采用淬火+回火热处理工艺，淬火介质为水，淬火温度900 920°C，回火温度:580 600 0C
实施例以0219. 10X30. OOmm L485QB管线为例。①制坯
按上述钢种化学成份重量百分比为C 0. 10 0. 14%、Si 0. 17 0. 37%、Mn I. 40
1.65%,P ( 0. 015%、S ( 0. 008%,Nb 0. 03 0. 05%、A1 0. 02 0. 05%,B 0. 0008 0. 0020%,Cu ( 0. 20%、Ni ( 0. 30%、Cr ( 0. 30%、Mo ( 0. 10%、V ( 0. 03%、Ti ( 0. 06%, Pcm ( 0. 24%,CEV ( 0. 43%，其余为Fe和杂质微量元素。实际控制成分如表I :
钢水经LF精炼炉精炼后，进行微钛处理，通过VD真空脱气并进行钙处理，上连铸平台进行浇注，连铸园坯直径①350mm。表I 化学成分
权利要求
1.含硼高强高韧性厚壁无缝管线管钢，壁厚为25—40mm，其特征在于其化学成份重量百分比为C 0. 10 0. 14%、Si 0. 17 0. 37%、Mn I. 40 I. 65%、Nb 0. 03 0. 05%、Al0.02 0. 05%、B 0. 0008 0. 0020%，残余元素和杂质S I. 5%，其余为Fe, 所述残余元素中Cu 彡 0. 20%、Ni ( 0. 30%、Cr ( 0. 30%、Mo ( 0. 10%、V^O. 03%、Ti ( 0. 06%, 所述杂质中P彡0. 015%、S彡0. 008%、N彡0. 010%, 该钢的冷裂纹系数 Pcm 彡 0. 24%, Pcm = C + Si/30+ (Mn+Cr + Cu) /20 +Ni/60+Mo/15+V/10+5B,该钢的碳当量 CEV ( 0. 43%,CEV = C + Mn/6 + (Cr + Mo + V) /5 + (Ni + Cu) /15。
2.如权利要求I所述的含硼高强高韧性厚壁无缝管线管钢的制造方法，包括如下步骤 ①制坯电炉或转炉冶炼，钢水终点控制C彡0.05%、P彡0. 010% ；LF精炼炉精炼和VD真空处理，将成品中Al含量控制在0. 02—0. 05%内喂Ca-Si丝0. 5 0. Ikg/1,出钢温度1595 1610°C ;连铸机浇注，中间包温度1530 1555°C ;连铸坯清理； ②轧管合格连铸坯经环形炉加热、穿孔和终轧制管，连铸坯出环形炉温度1220 1250°C，终轧温度:850 9500C ； ③热处理采用淬火+回火热处理工艺，淬火介质为水，淬火温度900 920°C，回火温度:580 600。。。
全文摘要
本发明为含硼高强高韧性厚壁无缝管线管钢及其制造方法，解决已有高强高韧性厚壁管钢制造成本高的问题。含硼高强高韧性厚壁无缝管线管钢，壁厚为25—40mm，其化学成份重量百分比为C0.10～0.14%、Si0.17～0.37%、Mn1.40～1.65%、Nb0.03～0.05%、Al0.02～0.05%、B 0.0008～0.0020%，其余为Fe,残余元素和杂质，所述残余元素中Cu≤0.20%、Ni≤0.30%、Cr≤0.30%Mo≤0.10%V≤0.03%Ti≤0.06%，所述杂质中P≤0.015%、S≤0.008%、N≤0.010%，该钢的冷裂纹系数Pcm≤0.24%，Pcm＝C＋Si/30+(Mn+Cr＋Cu)/20＋Ni/60+Mo/15+V/10+5B，该钢的碳当量CEV≤0.43%，CEV＝C＋Mn/6＋(Cr＋Mo＋V)/5＋(Ni＋Cu)/15。
文档编号C22C38/32GK102732798SQ20121009137
公开日2012年10月17日 申请日期2012年3月31日 优先权日2012年3月31日
发明者崔邛, 陈坤 申请人:攀钢集团成都钢钒有限公司