均匀变形伸长率UEL≥5%d的X90管线钢管及其制备方法
【专利摘要】均匀变形伸长率UEL≥5%d的X90管线钢管，其化学成分的重量百分比为：C：0.040～0.060％、Mn：1.60～1.80％、Cr：0.35～0.65％、Mo：0.05～0.15％、Ni：0.15～0.25％，Nb：0.060～0.080％，P≤0.009%,S≤0.00095%；制备步骤：经深脱硫及脱磷等；板坯加热；粗轧；精轧；冷却；空冷至室温；进行制管工艺：经折弯成型、及大线能量焊接成直缝埋弧焊管后对钢管进行扩径，其扩径率控制为0.20-0.60%。本发明其在满足力学性能为RP0.2≥650MPa，Rm≥730MPa，-20℃KV2≥280J，-15℃DWTTSA≥85％的前提下，还能使钢管塑性即均匀变形伸长率UEL≥5%，从而获得超高强韧性和高塑性的良好匹配。
【专利说明】均匀变形伸长率UEL ^ 5%d的X90管线钢管及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种管线钢管及其制备方法，具体地属于一种高塑性即均匀变形伸长率UEL≥5%的X90管线钢管及制备方法。
【背景技术】
[0002]世界新一轮干线天然气管线正在规划研究中，其单管输送能力将由300亿m3/a进一步提高到450-500亿m3/a。超大输气量高压管道工程将采用大口径厚壁的超高强度X90或XlOO管线钢，其要求管体冲击韧性达到KV2 (-20°C)^ 280J。此外，为保障地震、滑坡带等地质条件恶劣地区输气管道的安全性，还要求钢管应具有较高的塑性变形能力。本发明提供一种高韧性高塑性X90管线钢及其生产方法。
[0003]通过地震和地质灾害多发区的管道需承受压缩变形、拉伸变形以及局部扭曲变形等情况的观察分析，其原因主要为失效模式由于过量塑性变形而失效。该地区管道在受到较大的冲击力后，即使发生一定程度的变形，仍然能够安全运行，因此采用基于应变的设计方法，选用抗大变形的管线钢。抗大变形的管线钢主要特征为无屈服平台、屈强比低、形变强化指数高、均匀变形伸长率大。中国西气东输二线应变设计地区用抗大变形X80管线钢的技术条件要求均匀变形伸长率UEL ^ 5%，抗大变形X90管线钢目前仍没有相关报道。
[0004]经检索:中国专利申请号为201310169449.6的专利文献，其公开了“一种X90管线用钢及其生产方法 ”。其通过添加B:0.0006~0.0023%，并结合TMCP工艺生产X90级管线钢板。该钢组织为下贝氏体+少量的MA组织，其存在不足是缺少软相F组织，韧性(_20°CKV2 ^ 240J)稍低，易出现波动，生产控制难度大，不能应用于抗大变形的管线钢。
[0005]中国专利申请号为201210050624.5的文献，其公开了一种“高强度低屈强比X90热轧钢板及其生产方法”。其采用低C、低Mn、高Nb、高Cr、高Mo的成分设计，结合TMCP工艺生产X90级管线钢板的方法。该文献虽能够达到X90级管线钢的高强度、高韧性和良好的焊接性能，但由于添加较多的Nb、Mo等贵重金属，导致生产成本较高，且不能保证为均匀变形伸长率。
[0006]中国专利申请号为CN201110359356.0的文献，其公开了 “一种X90管线钢直缝埋弧焊管制造方法”阐述了一种采用低C、高Mn、高Nb、高Cr、高Mo的成分设计的X90制管方法。该方法合金设计复杂，且添加较高含量的Nb、N1、Mo等贵重金属，生产成本较高，也不能保证均匀变形伸长率。
[0007]中国专利申请号为200710045314.3的文献，其公开了 “一种高强度X90管线钢及其生产方法”和申请号为CN201080029455.6的“低温韧性优良的高强度管线管用钢板及高强度管线管用钢管”文献，分别公开了宝山钢铁公司、日本新日铁钢铁公司采用TMCP工艺生产高强度X90管线钢板的方法，但该两项专利成分范围太过宽泛(Cu〈l.2%或〈1.0%、Ni〈l.5% 或 <2.0%、Cr〈l.2% 或〈1.0%、Mo〈0.6%,Nb:0.015~0.120% 或 0.01 ~0.05% 等)，无法确定该成分体系是否能够满足超高强度X90管线钢的性能要求，对实际生产亦无任何参考价值，没有可操作性，未提及均匀变形伸长率，也不知是否可应用于应变设计的管线。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于克服现有技术存在的塑性低的不足，提供一种在满足力学性能为 Rpa2 ≤ 650MPa, Rm ≤ 730MPa, -20°C KV2 ≤ 280J, -15°C DffTT SA ≤ 85%的前提下，使塑性即均匀变形伸长率UEL ^ 5%的X90管线钢及制备方法。
[0009]本申请为了实现上述目的，对实现本申请的目的的起影响或者关键作用的合金元素及工艺进行了深入的研究其结果，为了即使在保证超高强度的前提下，还能实现超高韧性、高塑性，因此提出了采用在成分方面主要是采用了低C、高Mn合金设计，其次还添加了Cr、Mo、Nb、Ni元素能进一步达到超高强韧性、高塑性；成分的优化，还需要匹配的工艺才行，因此，本申请经研究，工艺方面主要主要是采取了洁净钢冶炼、奥氏体全流程细化控制轧制、控制冷却、钢管控制变形等技术。
[0010]实现上述目的的措施:
均匀变形伸长率UEL≤5%d的X90管线钢管，其化学成分的重量百分比为:C:0.040~
0.060%,Mn:1.60 ~1.80%,Cr:0.35 ~0.65%,Mo:0.05 ~0.15%,N1:0.15 ~0.25%,Nb:0.060 ~ 0.080%, P ^ 0.009%, S≤0.00095%,其余为Fe和不可避免的杂质；并满足Cr/Mo 不低于 3.0，CE=C+Mn/6+ (Cr+Mo+V) /5+ (Cu+Ni)/15 ≤ 0.50% ;金相组织为:铁素体 + 贝氏体+马氏体与奥氏体组元，且铁素体体积分数不低于10%。
[0011]制备均匀变形伸长率UEL ^ 5%d的X90管线钢管的方法，采用控轧制控冷工艺，其步骤: O经深脱硫及脱磷、进行S1-Ca处理后浇注成坯，控制钢水终点S ( 0.0008%,P≤0.010%，板坯质量优于C0.5级；
2)将板坯加热，控制加热温度不低于1150°C，末三道道次变形量不低于15%；
3)进行粗轧，控制粗轧结束温度<1020°C ；
4)进行精轧，控制其开轧温度<950°C ；
5)进行冷却，控制开冷温度为700~750°C，在冷却速率为25~35°C/s下冷却至300 ~400。。；
6)空冷至室温；
7)进行制管工艺:经折弯成型、及大线能量焊接成直缝埋弧焊管后对钢管进行扩径，其扩径率控制为0.20-0.60%。
[0012]本发明中各元素及主要工序的作用
碳(C)含量为0.040~0.060%，加入一定量的碳，可以大幅提高钢的强度，但是碳含量超过一定程度时，钢的低温韧性显著恶化，因而将碳含量限定为0.040~0.060%。
[0013]锰(Mn)含量为1.60~1.80%，加入锰，可以显著提高钢的强度，此外，锰还可以在一定程度上细化晶粒，改善钢的冲击韧性，但是过量的锰易形成偏聚，导致钢的成分和组织不均。
[0014]铌(Nb)含量为0.060~0.080%，铌可以显著提高钢的奥氏体再结晶温度，扩大未再结晶区范围，便于实现高温控轧，降低轧机负荷，同时铌还可以抑制奥氏体晶粒长大，具有显著的细晶强化和析出强化作用。另，在高强度贝氏体钢中，添加适量的铌会促进适量的M-A岛生成，达到既获得低屈强比、高加工硬化能力，又不降低焊接热影响区的韧性，因此，将铌的含量限定为0.060~0.080%。
[0015]镍(Ni)含量为0.15~0.25%，具有一定的固溶强化作用，还能显著改善钢的低温韧性。
[0016]铬(Cr)的含量为0.35~0.65%，铬能显著提高钢的淬透性，并具有一定的固溶强化作用，可以在很大程度上替代贵重合金元素Mo。此外，加入一定的铬还能改善钢的耐候、耐腐蚀性能。
[0017]钥(Mo)含量为0.05%~0.15%。钥降低Y — α转变温度，抑制多边形铁素体和珠光体形核，促进高密度位错亚结构的针状铁素体的形成；在钢板轧后控冷可避免形成马氏体，而形成微细结构的贝氏体和针状铁素体，从而保证良好的强韧性。
[0018]此外，保证Cr/Mo≤3.0。铬提高淬透性的能力弱于Mo，冷却时促进贝氏体形成时，形成MA组元的数量明显多于Mo，即铬可以促进B+MA组元双向组织的形成，提高钢的塑性，为抗大变形管线钢常用元素。而Mo可促进微细结构的贝氏体和针状铁素体，保证钢良好的强韧性。因此，适量的Cr与Mo匹配，在保证超高韧性的前提下，又可获得高的塑性。
[0019]保证CE ( 0.50%,保证钢板具有良好的焊接性能。
[0020]本发明之所以粗扎末三道道次变形量≤15%是为了充分细化再结晶奥氏体；控制开冷温度为700~750°C，冷却速率为25~35°C /s，是为了获得一定比例的F+B+MA组员复合组织，从而使钢具备超高强韧性、高塑性；控制扩径率为0.20-0.60%，是为了控制钢管的冷加工变形量，从而使钢管强度稍有增加，韧性、塑性不至于大幅降低。
[0021]本发明与现有技术相 比，其在满足力学性能为Rpa2≤650MPa, Rm≤730MPa，_20°CKV2≤280J，-15°C DffTT SA≤85%的前提下，还能使钢管塑性即均匀变形伸长率UEL≤5%，从而获得超高强韧性和高塑性的良好匹配。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]附图为本发明的金相组织图。
【具体实施方式】
[0023]下面对本发明予以详细描述:
表1为本发明各实施例及对比例的取值列表；
表2为本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表；
表3为本发明各实施例及对比例横向力学性能检验结果。
[0024]本发明各实施例按照以下步骤生产:
O经深脱硫及脱磷、进行S1-Ca处理后浇注成坯，控制钢水终点S ( 0.0008%,P≤0.010%，板坯质量优于C0.5级；
2)将板坯加热，控制加热温度不低于1150°C，末三道道次变形量不低于15%；
3)进行粗轧，控制粗轧结束温度<1020°C ；
4)进行精轧，控制其开轧温度<950°C ；
5)进行冷却，控制开冷温度为700~750°C，在冷却速率为25~35°C/s下冷却至300 ~400。。；
6)空冷至室温；7)进行制管工艺:经折弯成型、及大线能量焊接成直缝埋弧焊管后对钢管进行扩径，其扩径率控制为0.20-0.60%。
[0025]表1本发明各实施例及对比例化学成分含量列表(Wt%)
【权利要求】
1.均匀变形伸长率UEL≥5%d的X90管线钢管，其化学成分的重量百分比为:C:0.040 ~0.060%,Mn:1.60 ~1.80%,Cr:0.35 ~0.65%,Mo:0.05 ~0.15%,N1:0.15 ~0.25%, Nb:0.060~0.080%，P≤0.009%, S≤0.00095%,其余为Fe和不可避免的杂质；并满足 Cr/Mo 不低于 3.0, CE=C+Mn/6+ (Cr+Mo+V) /5+ (Cu+Ni) /15 ≤0.50% ;金相组织为:铁素体+贝氏体+马氏体与奥氏体组元，且铁素体体积分数不低于10%。
2.制备如权利要求1所述的均匀变形伸长率UEL≥ 5%d的X90管线钢管的方法，采用控轧制控冷工艺，其步骤: O经深脱硫及脱磷、进行S1-Ca处理后浇注成坯，控制钢水终点S ≤ 0.0008%,P≤0.010%，板坯质量优于C0.5级； 2)将板坯加热，控制加热温度不低于1150°C，末三道道次变形量不低于15%； 3)进行粗轧，控制粗轧结束温度≤1020°C ； 4)进行精轧，控制其开轧温度≤950°C ； 5)进行冷却，控制开冷温度为700~750°C，在冷却速率为25~35°C/s下冷却至.300 ~400。。； 6)空冷至室温； 7)进行制管工艺:经折弯成型、及大线能量焊接成直缝埋弧焊管后对钢管进行扩径，其扩径率控制为0.20-0.60%。
【文档编号】C22C38/58GK104018099SQ201410266532
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年6月16日 优先权日:2014年6月16日
【发明者】郭斌, 徐进桥, 崔雷, 郑琳, 李利巍, 邹航 申请人:武汉钢铁(集团)公司