本发明涉及一种钢铁冶金技术，具体说，涉及一种X120高钢级管线钢及其制备方法。
背景技术：
石油天然气是国民经济的重要战略和储备物资，随着国民经济的高速发展，对于石油及天然气等能源的需求量越来越大，能源需求的不断增长、结构调整和优化，带动了石油天然气工业的全面发展，到2030年世界的天然气需求将翻一番。管道输送具有输送量大、成本低、安全性高、便捷、高效等优点。
随着石油天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，油气输送钢管也相应迅速向高钢级方向发展。随着X120级管线的研发，其经济效益逐渐明显，使长距离天然气资源商业化成为可能。当输送量恒定时，采用X120高强钢钢管输送，可提高输送压力，从而使管径减小、管壁减薄，这使得焊材的使用费、焊缝的施工费、钢管的运输费等也相应的减少。X120管线钢相比较于X70、X80管线钢，其强度上升幅度大，有助于天然气长距离高压输送。使用X120级钢管可节省工程总成本5％～15％。鉴于以上所述经济效益和性能优势的驱动，X120高强度管线钢将会有广泛的应用前景。
专利申请号200610117239.2的文献公布了超高强度高韧性X120管线钢及其制造方法，成分设计以低C、高Mn，通过加入Nb、V、Ti等微合金元素，少量Mo、Cr、B及Cu、Ni合金元素，结合控轧控冷工艺，获得贝氏体和马氏体组织，以保证管线钢具有高强度高韧性的性能。不足之处为控制轧制温度较低，容易产生混晶。
专利申请号201310687007.0的文献公布了X120高钢级管线钢热轧钢板及其制备方法，采用双机架可逆式宽厚板轧机轧制和在线DQ处理工艺，该管线钢热轧钢板具有高强韧性、低屈强比，合金用量少、成本低，由于减少了合金元素含量而降低了碳当量，改善了焊接性能。
专利申请号200910063905.2的文献公布了低裂纹敏感性高韧性X120管线钢及其制造方法，化学成分以C、Mn、Nb、Ti、Mo、Cr，并加入Cu、Ni、B合金元素，结合控轧控冷两阶段轧制工艺，得到具有高强度和高韧性，宜于大规模生产的低裂纹敏感性高韧性X120级管线钢。
技术实现要素：
本发明所解决的技术问题是提供一种X120高钢级管线钢，具有高强度、高韧性、低屈强比的优点。
技术方案如下：
一种X120高钢级管线钢，按重量百分比包括：C 0.04～0.06％、Si 0.20～0.30％、Mn 1.80～2.00％、P≤0.015％、S≤0.005％、Nb 0.075～0.090％、V≤0.030％、Ti 0.010～0.020％、Al≤0.050％、Cr 0.25～0.35％、Mo 0.25～0.35％、Ni 0.30～0.40％、Cu 0.25～0.35％、B 0.0008～0.0015、N≤80ppm、Pcm 0.15～0.25％，余量为Fe和杂质。
进一步：C 0.055％，Si 0.25％，Mn 2.00％，P 0.010％，S 0.002％，Nb 0.085％，Ti 0.020％，Cr 0.34％，Mo 0.32％，Ni 0.38％，Cu 0.28％，B 0.0015％，N 0.0045％。
进一步：C 0.048％，Si 0.22％，Mn 1.90％，P 0.008％，S 0.002％，Nb 0.082％，Ti 0.018％，Cr 0.28％，Mo 0.27％，Ni 0.36％，Cu 0.32％，B 0.0012％，N 0.0048％。
进一步：C 0.050％，Si 0.27％，Mn 1.85％，P 0.008％，S 0.002％，Nb 0.078％，Ti 0.013％，Cr 0.30％，Mo 0.25％，Ni 0.33％，Cu 0.28％，B 0.0009％，N 0.0036％。
本发明所解决的另一个技术问题是提供一种X120高钢级管线钢制备方法，生产的钢板具有高强度、高韧性、低屈强比的优点。
一种X120高钢级管线钢制备方法，包括：
冶炼和浇铸；
加热和轧制；钢坯装入高温电阻炉中，加热温度1180～1220℃，总在炉时间≥240min，轧制为热轧两阶段控制进行，全部为纵轧，第一阶段为奥氏体再结晶区轧制，第二阶段为奥氏体未再结晶区轧制；
冷却和卷取；钢板进入层流冷却区域，以20～50℃/s的冷却速度冷却至250～400℃，之后卷取；获取的板材化学成分按重量百分比包括：按重量百分比包括：C 0.04～0.06％、Si 0.20～0.30％、Mn 1.80～2.00％、P≤0.015％、S≤0.005％、Nb 0.075～0.090％、V≤0.030％、Ti 0.010～0.020％、Al≤0.050％、Cr 0.25～0.35％、Mo 0.25～0.35％、Ni 0.30～0.40％、Cu 0.25～0.35％、B 0.0008～0.0015、N≤80ppm、Pcm 0.15～0.25％，余量为Fe和杂质。
进一步：在奥氏体再结晶区轧制时，开轧温度为1160～1200℃，单道次压下率＞10％，末道次压下率≥25％，用以充分细化原始奥氏体晶粒；在奥氏体未再结晶区轧制时，采用7道次轧制，精轧开轧温度≤950℃，终轧温度为790～830℃，精轧压缩比≥3，累计压下率≥70％。
进一步：冶炼时，将废钢与合金真空冶炼炉，抽真空后启动进行熔化冶炼，待熔化后浇铸到矩形钢模中，浇铸成矩形钢坯；废钢中，磷≤0.015％，硫≤0.005％，氧≤0.0030％，氮≤0.0050％。
与现有技术相比，本发明技术效果包括：
1、本发明通过精确控制精轧开轧温度，保证组织均匀性，且列出了轧制道次压下制度。
2、本发明中，管线钢在热连轧生产线生产，省去热处理工艺，既节约了工艺成本，又提高了生产效率。
3、本发明通过合理的化学成分设计，并采取控轧控冷工艺，得到一种显微组织为贝氏体和板条马氏体，高强度、高韧性、低屈强比X120高钢级管线钢。
4、随着石油天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，油气输送钢管也相应迅速向高钢级方向发展。X120管线钢相比较于X70、X80管线钢，其强度上升幅度大，有助于天然气长距离高压输送。当输送量恒定时，采用X120高强钢钢管输送，可提高输送压力，从而使管径减小、管壁减薄，这使得焊材的使用费、焊缝的施工费、钢管的运输费等也相应的减少。使用X120级钢管可节省工程总成本5％～15％。鉴于以上所述经济效益和性能优势的驱动，X120高强度管线钢将会有广泛的应用前景。
附图说明
图1为本发明中实施例1钢板的金相组织图。
具体实施方式
下面参考示例实施方式对本发明技术方案作详细说明。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明更全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。
X120高钢级管线钢制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1：冶炼和浇铸；
将准备好的低磷(≤0.015％)、低硫(≤0.005％)、低氧(≤0.0030％)、低氮(≤0.0050％)优质废钢和计算配好的其他合金加入实验室100kg真空冶炼炉，抽真空后启动进行熔化冶炼，待熔化后浇铸到矩形钢模中，浇铸成尺寸为150×200×250mm的矩形钢坯。
步骤2：加热和轧制；
用机械手将钢坯装入高温电阻炉中。加热温度1180～1220℃，总在炉时间≥240min，确保钢坯温度均匀，待钢坯达到加热要求时，用机械手将钢坯送往φ750×550mm实验轧机。制造工艺为热轧两阶段控制进行，全部为纵轧，第一阶段为奥氏体再结晶区轧制，即粗轧阶段；第二阶段为奥氏体未再结晶区轧制，即精轧阶段。
在奥氏体再结晶区轧制时，开轧温度为1160～1200℃，单道次压下率＞10％，末道次压下率≥25％，用以充分细化原始奥氏体晶粒。
在奥氏体未再结晶区轧制时，此阶段的轧制使奥氏体伸长。采用7道次轧制，精轧开轧温度≤950℃，终轧温度为790～830℃，精轧压缩比≥3，累计压下率≥70％。
步骤3：冷却和卷取。
控制轧制结束后，钢板进入层流冷却区域，以20～50℃/s的冷却速度冷却至250～400℃，之后装入模拟卷取炉。最终得到贝氏体和板条马氏体组织。
X120高钢级管线钢的化学成分按重量百分比包括：C：0.04～0.06％、Si：0.20～0.30％、Mn：1.80～2.00％、P：≤0.015％、S：≤0.005％、Nb：0.075～0.090％、V：≤0.030％、Ti：0.010～0.020％、Al：≤0.050％、Cr：0.25～0.35％、Mo：0.25～0.35％、Ni：0.30～0.40％、Cu：0.25～0.35％、B：0.0008～0.0015、N：≤80ppm、Pcm(冷裂敏感指数)：0.15～0.25％，余量为Fe和不可避免的杂质。
实施例1
按表1所示的化学成分冶炼，并浇铸成钢锭，将钢锭加热至1202℃，总在炉时间245min。在实验轧机上进行第一阶段轧制，即奥氏体再结晶区轧制，开轧温度为1180℃，单道次压下率＞10％，末道次压下率≥25％，当轧件厚度为45mm时，在辊道上待温至945℃，随后进行第二阶段轧制，即奥氏体未再结晶区轧制。终轧温度为800℃，轧制结束后，钢板进入层流冷却装置，以40℃/s的速度冷却至285℃，之后装入模拟卷取炉。最后即可得到钢板。
如图1所示，为本发明中实施例1钢板的金相组织图。钢板为贝氏体和板条马氏体组织。
实施例2
实施方式同实施例1，其中加热温度为1205℃，总在炉时间246min。第一阶段轧制的开轧温度为1182℃，中间坯厚度为45mm，第二阶段轧制的开轧温度为948℃，终轧温度为805℃，轧制结束后，钢板进入层流冷却装置，以35℃/s的速度冷却至330℃，之后装入模拟卷取炉。最后即可得到所述钢板。
实施例3
实施方式同实施例1，其中加热温度为1200℃，总在炉时间248min。第一阶段轧制的开轧温度为1185℃，中间坯厚度为45mm；第二阶段轧制的开轧温度为942℃，终轧温度为806℃，轧制结束后，钢板进入层流冷却装置，以30℃/s的速度冷却至380℃，之后装入模拟卷取炉。最后即可得到所述钢板。
表1本发明实施例1～3的化学成分(wt％)
对本发明实施例1～3的钢板进行力学性能检验，检验结果见表2。
表2本发明实施例1～3的钢板的力学性能
本发明所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。