专利名称：一种erw-x80热轧卷板及其制造方法
技术领域：
本发明属于高强度低合金钢技术领域，涉及一种油气输送用管线钢及其热轧卷板的制造方法，尤其是一种高频直缝电阻焊管用X80 (即ERW-X80)管线钢及其热轧卷板的制造方法。
背景技术：
管道运输是目前长距离输送石油天然气等最经济合理的方式，特别是高强高韧X80管线钢已成为国际长输管线工程的主流钢级。目前国内油气管道工程中使用的管材可分为无缝钢管、高频电阻焊钢管(ERW或HFW)、埋弧焊钢管三大类8种，主要使用的有无缝钢管(SML)、螺旋缝埋弧焊管(SSAW)、直缝埋弧焊管(LSAW)、高频直缝电阻焊管(ERW)等4种。
高频直缝电阻焊管是将热轧卷板经过成型机后，利用高频电流的集肤效应和邻近效应，使管缘加热熔化，在挤压辊的作用下进行压力焊接来生产的。高频电阻焊方法于20世纪50年代开始应用焊管生产，20世纪末国际上ERW钢管的生产已经比较成熟。ERW钢管无论在陆地还是海洋的油井管、油气输送管方面都得到了较为普遍的使用。除常规的油气输送外，新开发的ERW钢管已经使用在极地寒冷地区和酸性介质条件下，俄罗斯甚至将于西伯利亚的极低气温下输送天然气。本发明的ERW-X80管线钢热轧卷板研制的技术关键是保证产品的高强度和高低温断裂韧性，以及低成本生产。X80管线钢一般均采用针状铁素体组织设计，以保证优异的综合性能。在本发明之前，已有很多X80管线钢的文献和发明专利，但ERW-X80管线钢报导很少，以下简单介绍与本发明较为接近的文献和专利I)日本专利，JP 10102184，制造高强度电阻焊钢管用热轧钢板。用于直缝电阻焊，成分(wt%) C O. 04%-0. 08%、Si O. 10%-0. 30%、Mn I. 20%-1. 70%、Ti 0. 020%_0· 070%、Nb 0. 030%-0. 080%、Mo 0. 10%-0. 50%,可添加 Cu O. 20%_0· 50%、Ni O. 10%-0. 40%、V
O.010%-0. 030%。该专利成分中含Mo无Cr。2) Navid Pourkia, PiroozMarash. The Effect of Weld Metal ManganeseContent on the Microstructure, JFE Technical Report, 2008, No. 8。该论文涉及制造X80高频电阻焊管，成分中含Mo，连铸坯厚度215mm。3)中国专利，CN 101270441A，一种经济型X80管线钢及其生产方法。该专利中碳当量(Ceg)均在0. 32%以下，但其并没有采取特殊的工艺处理方式，生产实践中以如此低的碳当量来获得可用X80的强度显然是不合理的，另外该专利合金设计与本专利显然不同，在实施例中没有一例钢合金设计为含Cr、Cu且无Mo、Ni。4)中国专利，CN 1715434A，高强度高韧性X80管线钢及其热轧卷板制造方法。连铸坯厚250mm，成分含Mo 0. 20%-0. 40%，用于螺旋焊管。5)张小立，X80高钢级管线钢组织及力学性能，中原工学院学报，2010，24 (4)。该论文中的 X80 管线钢合金设计(wt%):Mn I. 87%,Mo 0. 27%,Ni 0. 23%,Cu 0. 13%,Nb 0. 06%,贵重元素多、合金含量大。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，提供一种采用中薄板坯连铸连轧生产工艺、经济地生产ERW-X80管线钢及其热轧卷板的制造方法，解决现有技术中合金设计添加大量贵重合金元素，碳当量设计不合理，制造过程中采用厚规格连铸板坯及连铸坯再加热前板坯需下线精整，热能损失较大、生产周期较长、生产成本高等诸多问题。为达到以上目的，本发明采用的技术方案为本发明的技术方案之一是，提出一种具有针状铁素体组织的ERW-X80管线钢，其组成成分的重量百分比(％ )为C O. 04%-0. 07%、Si O. 10%-0. 35%、Mn I. 60%-1. 80%、Nb
O.04%-0. 06%、Cr O. 20%_0· 35%、Cu O. 10%-0. 20%、Ti O. 005%-0. 025%、Als O. 015%_0· 045%、P 彡 O. 018%、S 彡 O. 004%,余量为 Fe 和不可避免杂质，且 Ceq O. 37%_0· 43%, Pcm ( O. 19% 。ERW-X80管线钢的成分采用C-Mn-Nb-Cr系设计，同时少量加入Cu、Ti等元素、结合热机械控制轧制生产工艺获得细小的针状铁素体组织，以保证产品具优异的综合性能，其主要元素的选择理由如下C :碳是钢中最经济、最基本、最有效的强化元素，通过固溶强化和析出强化对提高钢的强度有明显作用，但过高的碳含量对产品的冲击韧性和焊接性能有负面影响，低碳可保证管线钢具有良好的低温韧性、可焊性和抗腐蚀性能。本发明的碳含量为O. 04%-0. 07%。Si :脱氧元素，固溶于铁素体以提高钢的强度，但同时要损失塑性和韧性，本发明的 Si 含量为 O. 10%-0. 35%。Mn :锰具有固溶强化作用，还可降低Y - α相变温度，进而细化铁素体晶粒，同时补偿因C含量降低而引起强度损失的最主要且最经济的强化元素。高锰促进针状铁素体形核，高Mn/C可提高钢材屈服强度和冲击韧性，降低韧脆转变温度，细化碳氮化物析出尺寸，促进沉淀强化效果，但锰含量过高偏析严重。本发明的锰含量为1.60%-1.80%。Nb :是现代微合金化管线钢中进行控制轧制的最主要元素，NbC应变诱导析出阻碍形变奥氏体的回复、再结晶，降低相变温度，促进针状铁素体组织和M-A岛的形成。Nb可通过细晶强化、析出强化、沉淀强化、相变强化等多中强化机制提高钢的性能，但Nb为贵重元素且加入到一定量后强化效果不再明显，故本发明的铌含量为O. 04%-0. 06%。Cr :铬可有效提高淬透性，抑制多边形铁素体和珠光体的产生，促进在中温和低温区内形成晶内有大量位错分布的铁素体或贝氏体，与Mo的作用类似，但价格上要远远低于Mo，本发明的铬含量为O. 20%-0. 35%。Cu:铜可通过固溶强化作用提高钢的强度，还可以改善钢的耐蚀性，但Cu在钢中易引起热脆，加入量不易过多，本发明的铜含量为O. 10% O. 20%。Ti :钛是强的固氮元素，Ti/N的化学计量比为3. 42。加入O. 015%左右Ti时，可在板坯连铸时形成高温稳定细小的TiN析出相，这种析出相可有效阻止连铸坯在加热过程中奥氏体晶粒的长大，同时对改善钢焊接时热影响区的断裂韧性有明显作用。本发明的Ti含量控制在 O. 005%-0. 025%。Als:脱氧元素，添加适量的铝有利于细化晶粒，提高钢的强韧性能，本发明的Als含量控制在O. 015%-0. 045%。
P、S :是钢中不可避免的杂质元素，希望越低越好，但要求过低会增加生产成本，本发明的 P 彡 O. 018%、S 彡 O. 004%OCeq:碳当量过低产品无法达到强度指标，过高则不利于产品的韧性，本发明的Ceq 控制在 O. 37%-0. 43%。Pcm:控制冷裂纹敏感系数有利于保障产品的焊接性能，本发明的Pcm控制在
O.19%以下。本发明的技术方案之二是，提出一种采用中薄板坯连铸连轧生产工艺经济地生产制造ERW-X80管线钢热轧卷板的制造方法。其生产工艺流程涉及铁水预处理一转炉冶炼一炉外精炼(RH+LF+钙处理)一连铸一板坯加热一轧制一层流冷却一卷取。其特征是I)冶炼连铸工艺铁水预处理,转炉冶炼-经顶吹或顶底复合吹炼，炉外精
炼一经RH真空处理、LF炉轻脱硫处理及进行钙处理以控制夹杂物形态和提高钢的延展性、韧性和冷弯性能，板坯连铸制成连铸板坯一连铸采用电磁搅拌或动态轻压下、以提高连铸板坯的质量，铸坯厚度200_以下，其凝固冷却速率远远大于传统的厚板坯，二次枝晶间距大幅度减小。2)轧制工艺连铸板坯在500-85(TC温度直接进行热装炉加热，连铸板坯经步进式加热炉加热至1150-1200°C出炉，随后经粗轧及精轧机组两阶段控制轧制，粗轧的终轧温度为960-1030°C，精轧温度为770-950°C，精轧的压缩比大于75%，随后卷板采用层流冷却方式以8-25°C /s的速度进行快速冷却，在500-580°C进行卷取。本发明的ERW-X80热轧卷板经成形制成钢管，管体屈服强度为570_630MPa，抗拉强度680-740MPa，伸长率彡28%，_20°C夏比冲击功(3个试样平均)Akv彡350J, -15°C落锤撕裂试验剪切面积(2个试样平均)^ 90%ο本发明技术方案的特别之处在于I)合金设计简单、成本低，以低碳C-Mn-Nb-Cr系设计,并添加少量的Cu、Ti,贵重金属加入少，大幅度降低生产成本。2) Ceq范围控制合理，保证产品高强度高韧性，低Pcm保证产品可焊性。3)采用连铸板坯的厚度小于200mm。4)连铸板坯无需下线精整，且采用热装轧制技术，连铸板坯在500-850°C温度直接热装炉，提高了热能使用效率，缩短了生产周期，大大降低生产成本。本发明采用C-Mn-Nb-Cr系设计的ERW-X80管线钢，贵重元素少量添加或不添加，结合中薄板坯短流程连铸连轧生产工艺轧制成卷板，生产成本低，通过ERW方式制成焊管，可广泛应用到油气输送管道建设上，产品各项指标均满足API SPEC 5L规范中要求。
图I是实施例I光学显微组织(针状铁素体+M-A组元)。
具体实施例方式下面列举本发明的实施例，这些实施例仅对本发明最佳实施方式的描述，但并不对本发明的范围有任何限制。表I为实施例钢的化学成分。其工艺流程为铁水预处理一转炉冶炼一炉外精炼(RH+LF +钙处理)一连铸一板坯加热一轧制一层流冷却一卷取，实施例钢具体工艺制度见表2。表3为实施例钢的力学性能。表I实施例钢化学成分(wt，%)
权利要求
1.一种ERW-X80热轧卷板，其特征在于成分的重量百分比为C O. 04%-0. 07%、SiO. 10%-0. 35%、Mn I. 60%-1. 80%、Nb O. 04%-0. 06%、Cr O. 20%_0· 35%、Cu O. 10%-0. 20%、TiO. 005%-0. 025%,Als O. 015%_0· 045%,P ( O. 018%,S ( O. 004%，余量为 Fe 和不可避免杂质，且 Ceq O. 37%-0. 43%, Pcm ( O. 19%。
2.一种根据权利要求I所述的ERW-X80热轧卷板的制造方法，铁水预处理一转炉冶炼一炉外精炼一连铸一板坯加热一轧制一层流冷却一卷取，其特征在于轧制工艺为连铸板坯在500-85(TC温度直接进行热装炉加热，连铸板坯经步进式加热炉加热至1150-1200°C出炉，随后经粗轧及精轧机组两阶段控制轧制，粗轧的终轧温度为960-1030°C，精轧温度为770-950°C，精轧的压缩比大于75%，随后卷板采用层流冷却方式以8_25°C /s的速度进行快速冷却，在500-580°C进行卷取。
3.根据权利要求2所述的ERW-X80热轧卷板的制造方法，其特征在于铁水预处理和转炉冶炼经顶吹或顶底复合吹炼，炉外精炼经RH真空处理、LF炉轻脱硫处理及进行钙处理；连铸采用电磁搅拌或动态轻压下铸坯厚度200mm以下。
全文摘要
本发明公开一种ERW-X80热轧卷板，其特征在于成分的重量百分比为C 0.04%-0.07%、Si 0.10%-0.35%、Mn 1.60%-1.80%、Nb 0.04%-0.06%、Cr 0.20%-0.35%、Cu 0.10%-0.20%、Ti 0.005%-0.025%、Als 0.015%-0.045%、P≤0.018%、S≤0.004%，余量为Fe和不可避免杂质，且Ceq 0.37%-0.43%，Pcm≤0.19%。本发明贵重元素少量添加或不添加，结合中薄板坯短流程连铸连轧生产工艺轧制成卷板，生产成本低，通过ERW方式制成焊管，可广泛应用到油气输送管道建设上，产品各项指标均满足API SPEC 5L规范中要求。
文档编号C22C38/38GK102912243SQ20121040835
公开日2013年2月6日 申请日期2012年10月23日 优先权日2012年10月23日
发明者孔祥磊, 黄国建, 黄明浩, 徐烽, 张英慧 申请人:鞍钢股份有限公司