570MPa级特厚高韧低温服役管件钢板及生产方法与流程

本发明属于冶金
技术领域：
，具体涉及一种570mpa级特厚高韧低温服役管件钢板及生产方法。
背景技术：
：中俄东线天然气管道工程国内起点位于黑龙江省黑河市，站场用管服役环境较低，中石油已立项研制中俄东线站场用低温（-45℃）钢管、管件及焊接技术。目前鞍钢、钢研总院与渤海石油装备制造有限公司合作进行该项目管件的试制，-45℃低温x80管件为国内适用温度最低，是下步管件钢发展趋势，因此研制该级别低温管件钢意义重大。管件钢通常用来制作天然气管道三通、弯头等，用于管道分支和站场的管接头部位，长期处于高压、强腐蚀和复杂的流动应力工作环境，且制作需经过复杂的冷卷、焊接和多次热冲压成型，最终还需整体调质处理，因而对管件三通用钢的强度、韧度、抗水压、焊接、耐腐蚀等性能指标有着严格的要求。技术实现要素：本发明要解决的技术问题是提供一种570mpa级特厚高韧低温服役管件钢板；本发明还提供一种570mpa级特厚高韧低温服役管件钢板的生产方法。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种屈服570mpa级特厚高韧低温服役管件钢板，所述钢板化学成分组成及其质量百分含量为：c：0.06-0.08%，si：0.20-0.40%，mn：1.60-1.70%，p≤0.010%，s≤0.002%，nb：0.050-0.060%，v：0.048-0.058%，ni：0.48-0.58%，cr：0.13-0.23%，mo：0.26-0.32%，cu：0.15-0.20%，alt：0.020-0.040%，余量为fe和不可避免的杂质。本发明钢板最大厚度可达到57mm；钢板组织为贝氏体和铁素体的复合组织。本发明钢板的力学性能：屈服强度600～650mpa，抗拉强度670～760mpa，屈强比0.87～0.91，-45℃冲击功平均≥200j。本发明还提供了一种屈服570mpa级特厚高韧低温服役管件钢板的生产方法，所述方法包括冶炼、连铸、加热、轧制、试样淬火、试样回火工序；所述轧制工序采用再结晶区＋未再结晶区两阶段控轧控冷工艺。本发明所述轧制工序，第一阶段轧制温度为1000～1100℃，单道次压下量为10～20%，累计压下率为30～50％。本发明所述轧制工序，第二阶段轧制温度为850～880℃，累计压下率为30～50%；轧后进行acc水冷，入水温度为760-780℃，返红温度600～650℃。本发明所述试样淬火工序，淬火加热温度870-880℃，保温时间系数2.0min/mm。本发明所述试样回火工序，回火加热温度590-600℃，保温时间系数4.0min/mm。本发明所述加热工序，钢坯的最高加热温度1240-1250℃，均热温度1200-1220℃，总加热时间≥330min，均热段在炉时间≥60min。本发明所述冶炼工序，钢水先经电炉冶炼，送入lf精炼炉精炼，精炼时喂入al线；钢水温度达到1530-1550℃后，转入vd炉真空脱气处理，真空脱气处理前加入casi块≥1kg/吨钢，改变夹杂物形态，真空脱气处理的真空度≤66.6pa，真空保持时间≥20min；所述连铸工序，采用300mm厚度连铸坯成材。本发明设计思路如下：碳、锰固溶强化；加入适量的nb、v、ni、cr、mo、cu细化晶粒，其碳氮化物起到弥散强化作用；通过后续精准的控轧控冷和试样调质工艺，使钢板具有良好的力学性能。其中，各组分及含量在本发明中的作用是：c：碳对钢的屈服、抗拉强度、焊接性能产生显著影响；碳通过间隙固溶能显著提高钢板强度，但碳含量过高，又会影响钢的焊接性能及韧性。si：在炼钢过程中作为还原剂和脱氧剂，同时si也能起到固溶强化作用，但超过0.5%时，会造成钢的韧性下降，降低钢的焊接性能。mn：锰成本低廉，能增加钢的韧性、强度和硬度，提高钢的淬透性，改善钢的热加工性能；锰量过高，对于大厚度钢板易出现中心偏析。p、s：在一般情况下，磷和硫都是钢中有害元素，增加钢的脆性；磷使焊接性能变坏，降低塑性；硫降低钢的延展性和韧性，在轧制时造成裂纹；因此应尽量减少磷和硫在钢中的含量。al：铝是钢中常用的脱氧剂，钢中加入少量的铝，可细化晶粒，提高冲击韧性；铝还具有抗氧化性和抗腐蚀性能，过高则影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能。nb：为了促进钢轧制显微组织的晶粒细化，可同时提高强度和韧性，铌可在控轧过程中通过抑制奥氏体再结晶，有效的细化显微组织，并通过析出强化基体。焊接过程中，铌原子的偏聚及析出可以阻碍加热时奥氏体晶粒的粗化，并保证焊接后得到比较细小的热影响区组织，改善焊接性能。v：主要作用是γ-α转变过程中的相间析出和在铁素体中的析出强化。ni：主要作用是保证钢板低温韧性。cr：能提高淬透性和固溶强化，能够提高钢在热处理状态下的强度和硬度。但也使钢板韧性有所降低，并增加回火脆性。因此可以根据强韧性要求，确定合理的cr含量。mo：主要作用提高高温回火稳定性，显著提高钢的高温强度。cu:是低碳贝氏体钢中常添加的元素，在大厚度高强度钢中加入cu可以显著改善因低碳、轧制压下量不足、轧后冷速低等因素导致的钢中奥氏体晶粒粗大带来的粗大贝氏体以致强度降低现象，尤其是钢板回火后，有较强的析出强化作用，为了防止铜在晶界偏析引起铸坯及钢板开裂，一般加入一定量的镍。本发明屈服570mpa级特厚高韧低温服役管件钢板产品标准参考《中俄东线站场低温环境（-45℃）用d1422x80管材、管件技术条件——单炉试制》。采用上述技术方案所产生的有益效果在于：1、本发明化学成分设计采用低c，保证钢板良好的焊接性；采用nb、v微合金化设计，辅以mo、cu等合金元素，确保钢板强度、韧性匹配。2、本发明方法通过控轧控冷＋淬火+回火工艺生产钢板，所得屈服570mpa级x80钢板具有良好的焊接性，ceq：0.47～0.50%；屈服强度600～650mpa，抗拉强度670～760mpa，屈强比在0.87-0.91，-45℃冲击功≥200j；钢板最大厚度可达到57mm；具有贝氏体、铁素体的复合组织。附图说明图1为实施例1钢板的显微组织图；图2为实施例2钢板的显微组织图；图3为实施例3钢板的显微组织图；图4为实施例4钢板的显微组织图；图5为实施例5钢板的显微组织图；图6为实施例6钢板的显微组织图；图7为实施例7钢板的显微组织图；图8为实施例8钢板的显微组织图。具体实施方式下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细的说明。实施例1本实施例屈服570mpa级特厚高韧低温服役管件钢板厚度为57mm，钢板化学成分组成及质量百分含量见表1。570mpa级特厚高韧低温服役管件钢板生产方法包括冶炼、连铸、加热、轧制、试样淬火、试样回火工序，具体生产工艺如下所述：（1）冶炼工序：钢水先经电炉冶炼，送入lf精炼炉精炼，钢水温度达到1540℃转入vd炉真空脱气处理，vd前加入casi块1.0kg/吨钢；真空脱气处理的真空度66.6pa，真空保持时间20min；出钢钢水化学成分组成及质量百分含量见表1；（2）连铸工序：采用300mm厚度连铸坯成材；（3）加热工序：最高加热温度1250℃，均热温度1220℃，总加热时间331min，均热段在炉时间63min；（4）轧制工序：第一阶段轧制温度为1030℃，单道次压下量为20%，累计压下率为50％；第二阶段轧制温度为860℃，累计压下率为30％；轧后进行acc水冷，入水温度780℃，返红温度650℃；（5）淬火工序：试样淬火加热温度871℃，保温时间系数2min/mm；（6）回火工序：试样回火加热温度591℃，保温时间系数4min/mm。本实施例所得570mpa级特厚高韧低温服役管件钢板的力学性能：屈服强度635mpa，抗拉强度715mpa，屈强比0.89，-45℃冲击功平均268j；钢板的显微组织见图1，由图1可见其组织为贝氏体和铁素体的复合组织。实施例2本实施例屈服570mpa级特厚高韧低温服役管件钢板厚度为27mm，钢板化学成分组成及质量百分含量见表1。570mpa级特厚高韧低温服役管件钢板生产方法包括冶炼、连铸、加热、轧制、试样淬火、试样回火工序，具体生产工艺如下所述：（1）冶炼工序：钢水先经电炉冶炼，送入lf精炼炉精炼，钢水温度1550℃转入vd炉真空脱气处理，vd前加入casi块1.2kg/吨钢改变夹杂物形态；真空脱气处理的真空度66pa，真空保持时间24min；出钢钢水化学成分组成及质量百分含量见表1；（2）连铸工序：采用300mm厚度连铸坯成材；（3）加热工序：钢坯加热温度最高1245℃，均热温度1218℃，总加热时间335min，均热段在炉时间65min；（4）轧制工序：第一阶段轧制温度为1100℃，单道次压下量为10%，累计压下率为30％；第二阶段轧制温度为870℃，累计压下率为30％，轧后进行acc水冷，入水温度780℃，返红温度600℃；（5）淬火工序：试样淬火加热温度875℃，保温时间2min/mm；（6）回火工序：试样回火加热温度593℃，保温时间系数4min/mm。本实施例所得570mpa级特厚高韧低温服役管件钢板的力学性能：屈服强度645mpa，抗拉强度712mpa，屈强比0.91，-45℃冲击功平均227j；钢板的显微组织见图2，由图2可见其组织为贝氏体和铁素体的复合组织。实施例3本实施例屈服570mpa级特厚高韧低温服役管件钢板厚度为44mm，钢板化学成分组成及质量百分含量见表1。570mpa级特厚高韧低温服役管件钢板生产方法包括冶炼、连铸、加热、轧制、试样淬火、试样回火工序，具体生产工艺如下所述：（1）冶炼工序：钢水先经电炉冶炼，送入lf精炼炉精炼，钢水温度1530℃转入vd炉真空脱气处理，vd前加入casi块1.1kg/吨钢改变夹杂物形态；真空脱气处理的真空度60pa，真空保持时间25min；出钢钢水化学成分组成及质量百分含量见表1；（2）连铸工序：采用300mm厚度连铸坯成材；（3）加热：最高加热温度1240℃，均热温度1220℃，总加热时间337min，均热段在炉时间62min；（4）轧制工序：第一阶段轧制温度为1050℃，单道次压下量为15%，累计压下率为38％；第二阶段轧制温度为880℃，累计压下率为40％；轧后进行acc水冷，入水温度780℃，返红温度650℃；（5）淬火工序：试样淬火加热温度877℃，保温时间系数2min/mm；（6）回火工序：试样回火加热温度599℃，保温时间系数4min/mm。本实施例所得570mpa级特厚高韧低温服役管件钢板的力学性能：屈服强度600mpa，抗拉强度687mpa，屈强比0.87，-45℃冲击功平均223j；钢板的显微组织见图3，由图3可见其组织为贝氏体和铁素体的复合组织。实施例4本实施例屈服570mpa级特厚高韧低温服役管件钢板厚度为38mm，钢板化学成分组成及质量百分含量见表1。570mpa级特厚高韧低温服役管件钢板生产方法包括冶炼、连铸、加热、轧制、试样淬火、试样回火工序，具体生产工艺如下所述：（1）冶炼工序：钢水先经电炉冶炼，送入lf精炼炉精炼，钢水温度1535℃转入vd炉真空脱气处理，vd前加入casi块1.3kg/吨钢改变夹杂物形态；真空脱气处理的真空度62pa，真空保持时间26min；出钢钢水化学成分组成及质量百分含量见表1；（2）连铸工序：采用300mm厚度连铸坯成材；（3）加热工序：最高加热温度1250℃，均热温度1220℃，总加热时间339min，均热段在炉时间68min；（4）轧制工序：第一阶段轧制温度为1000℃，此阶段单道次压下量为18%，累计压下率为40％；第二阶段轧制温度为860℃，累计压下率为42％，轧后进行acc水冷，入水温度780℃，返红温度650℃；（5）淬火工序：试样淬火加热温度877℃，保温时间系数2min/mm；（6）回火工序：试样回火加热温度600℃，保温时间系数4min/mm。本实施例所得570mpa级特厚高韧低温服役管件钢板的力学性能：屈服强度622mpa，抗拉强度710mpa，屈强比0.88，-46℃冲击功平均252j；钢板的显微组织见图4，由图4可见其组织为贝氏体和铁素体的复合组织。实施例5本实施例屈服570mpa级特厚高韧低温服役管件钢板厚度为25mm，钢板化学成分组成及质量百分含量见表1。570mpa级特厚高韧低温服役管件钢板生产方法包括冶炼、连铸、加热、轧制、试样淬火、试样回火工序，具体生产工艺如下所述：（1）冶炼工序：钢水先经电炉冶炼，送入lf精炼炉精炼，钢水温度达到1545℃转入vd炉真空脱气处理，vd前加入casi块1.2kg/吨钢；真空脱气处理的真空度65pa，真空保持时间30min；出钢钢水化学成分组成及质量百分含量见表1；（2）连铸工序：采用300mm厚度连铸坯成材；（3）加热工序：最高加热温度1248℃，均热温度1220℃，总加热时间340min，均热段在炉时间65min；（4）轧制工序：第一阶段轧制温度为1080℃，单道次压下量为12%，累计压下率为32％；第二阶段轧制温度为860℃，累计压下率为50％；轧后进行acc水冷，入水温度780℃，返红温度620℃；（5）淬火工序：试样淬火加热温度880℃，加热时间系数2min/mm；（6）回火工序：试样回火加热温度600℃，保温时间系数4min/mm。本实施例所得570mpa级特厚高韧低温服役管件钢板的力学性能：屈服强度605mpa，抗拉强度670mpa，屈强比0.90，-45℃冲击功平均267j；钢板的显微组织见图5，由图5可见其组织为贝氏体和铁素体的复合组织。实施例6本实施例屈服570mpa级特厚高韧低温服役管件钢板厚度为18mm，钢板化学成分组成及质量百分含量见表1。570mpa级特厚高韧低温服役管件钢板生产方法包括冶炼、连铸、加热、轧制、试样淬火、试样回火工序，具体生产工艺如下所述：（1）冶炼工序：钢水先经电炉冶炼，送入lf精炼炉精炼，钢水温度达到1540℃转入vd炉真空脱气处理，vd前加入casi块1.4kg/吨钢；真空脱气处理的真空度64pa，真空保持时间25min；出钢钢水化学成分组成及质量百分含量见表1；（2）连铸工序：采用300mm厚度连铸坯成材；（3）加热工序：最高加热温度1243℃，均热温度1220℃，总加热时间338min，均热段在炉时间65min；（4）轧制工序：第一阶段轧制温度为1040℃，单道次压下量为14%，累计压下率为45％；第二阶段轧制温度为870℃，累计压下率为36％；轧后进行acc水冷，入水温度780℃，返红温度630℃；（5）淬火工序：试样淬火加热温度875℃，加热时间系数2min/mm；（6）回火工序：试样回火加热温度599℃，保温时间系数4min/mm。本实施例所得570mpa级特厚高韧低温服役管件钢板的力学性能：屈服强度629mpa，抗拉强度688mpa，屈强比0.91，-45℃冲击功平均207j；钢板的显微组织见图6，由图6可见其组织为贝氏体和铁素体的复合组织。实施例7本实施例屈服570mpa级特厚高韧低温服役管件钢板厚度为30mm，钢板化学成分组成及质量百分含量见表1。570mpa级特厚高韧低温服役管件钢板生产方法包括冶炼、连铸、加热、轧制、试样淬火、试样回火工序，具体生产工艺如下所述：（1）冶炼工序：钢水先经电炉冶炼，送入lf精炼炉精炼，钢水温度达到1535℃转入vd炉真空脱气处理，vd前加入casi块1.3kg/吨钢；真空脱气处理的真空度60pa，真空保持时间30min；出钢钢水化学成分组成及质量百分含量见表1；（2）连铸工序：采用300mm厚度连铸坯成材；（3）加热工序：最高加热温度1245℃，均热温度1200℃，总加热时间330min，均热段在炉时间60min；（4）轧制工序：第一阶段轧制温度为1070℃，单道次压下量为17%，累计压下率为40％；第二阶段轧制温度为870℃，累计压下率为45％；轧后进行acc水冷，入水温度760℃，返红温度630℃；（5）淬火工序：试样淬火加热温度870℃，加热时间系数2min/mm；（6）回火工序：试样回火加热温度590℃，保温时间系数4min/mm。本实施例所得570mpa级特厚高韧低温服役管件钢板的力学性能：屈服强度650mpa，抗拉强度747mpa，屈强比0.87，-45℃冲击功平均200j；钢板的显微组织见图7，由图7可见其组织为贝氏体和铁素体的复合组织。实施例8本实施例屈服570mpa级特厚高韧低温服役管件钢板厚度为55mm，钢板化学成分组成及质量百分含量见表1。570mpa级特厚高韧低温服役管件钢板生产方法包括冶炼、连铸、加热、轧制、试样淬火、试样回火工序，具体生产工艺如下所述：（1）冶炼工序：钢水先经电炉冶炼，送入lf精炼炉精炼，钢水温度达到1540℃转入vd炉真空脱气处理，vd前加入casi块1.4kg/吨钢；真空脱气处理的真空度61pa，真空保持时间28min；出钢钢水化学成分组成及质量百分含量见表1；（2）连铸工序：采用300mm厚度连铸坯成材；（3）加热工序：最高加热温度1247℃，均热温度1205℃，总加热时间332min，均热段在炉时间61min；（4）轧制工序：第一阶段轧制温度为1040℃，单道次压下量为14%，累计压下率为45％；第二阶段轧制温度为870℃，累计压下率为37％；轧后进行acc水冷，入水温度780℃，返红温度630℃；（5）淬火工序：试样淬火加热温度875℃，加热时间系数2min/mm；（6）回火工序：试样回火加热温度595℃，保温时间系数4min/mm。本实施例所得570mpa级特厚高韧低温服役管件钢板的力学性能：屈服强度610mpa，抗拉强度675mpa，屈强比0.90，-45℃冲击功平均205j；钢板的显微组织见图8，由图8可见其组织为贝氏体和铁素体的复合组织。表1各实施例中钢板化学成分的质量百分含量（%）实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5实施例6实施例7实施例8c(%)0.070.070.080.080.060.070.060.08si(%)0.250.250.270.260.280.250.200.40mn(%)1.611.621.631.641.651.631.601.70p(%)0.0060.0050.0070.0090.0080.0060.0100.004s(%)0.0010.0020.0020.0010.0010.0010.00150.0018v(%)0.0500.0490.0500.0530.0520.0510.0480.058ni(%)0.510.500.500.490.500.510.480.58cu(%)0.180.150.160.180.180.190.150.20cr(%)0.140.140.150.170.190.140.130.23nb(%)0.0510.0510.0520.0520.0530.0530.0500.060al(%)0.0220.0250.0240.0220.0250.0220.0200.040mo(%)0.260.270.280.290.290.280.260.32ceq(%)0.470.480.490.500.490.480.470.50pcm(%)0.210.210.220.220.200.210.200.22表1中，化学成分的余量为fe和不可避免的杂质。由上述实施例可知，本方法生产的屈服570mpa级特厚高韧抗酸调质型管件钢板具有低的碳当量、低屈强比、低温冲韧性优良、焊接性良好等特点。以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。当前第1页12