一种低成本x80管线用钢及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于管线钢生产的技术领域，具体涉及一种低成本X80管线用热轧钢板及 其制造方法。
【背景技术】
[0002] 近年来能源结构的变化以及对能源需求的增长，极大地促进了长距离油气输送管 线的发展。为提高输送效率、降低工程投资，长距离石油天然气输送管线用钢向高钢级发展 已成必然趋势。
[0003] 同样的输送条件下，应用高钢级管线钢产品可以使钢管的壁厚减薄，节省用钢量， 降低工程投资与提高施工效率；或在管道口径、壁厚不变的条件下提高输送压力，达到提高 输送量的目的。管线钢钢级的不断提高已经成为管线钢的发展趋势。目前，世界各国广泛 使用的管线钢的最高钢级已到X80(屈服强度RtO. 5 > 555MPa)，少量试验段采用了 XlOO与 X120钢管。
[0004] X80作为当前主流钢级，存在着合金元素添加量高、需要热处理等不足之处，造 成生产制造成本居高不下。Mo是管线钢中经常添加的合金元素，其价格昂贵，如专利 US5545270A、US5531842、W02009119570、W02009119579 均需要添加可观的 Mo 元素，提高和 产品制造成本。另外，专利US5545270A、US5531842需要对钢坯进行三阶段轧制，增加了轧 制工艺的复杂性，且在双相区轧制，乳制温度低，设备负荷大。
[0005] 专利CN101456034A提供了一种基于应变设计要求的X70、X80管线钢及其制备方 法，其C含量（0.02-0. 05) wt%。C作为廉价的强化元素，适量的提高其含量可以节省其它合 金元素的添加量，有利于降低成本。
[0006] 专利W02009125863提供了一种X80及其以上级别管线用钢制备方法，其钢中添加 了 B、W、Zr、Ta、Mg等元素，增加了钢水冶炼与铸坯连铸难度。
[0007] 专利JP2009161824、JP2009174020、论文Development of a high-deformability linepipe with resistance to strain-aged hardening by HOP(heat-treatment on-line process), JFE Technical Report No. 12 (Oct. 2008)，所公开的 X80 管线钢制备工艺中增加 了在线热处理工序，使工艺复杂化且热处理成本高。
【发明内容】
[0008] 针对上述管线用钢存在韧性低、成本高的问题，本发明提供一种低成本X80管线 用热轧钢板及其生产方法，以降低X80管线钢在合金成本、制造工艺方面的投入，提高产品 的综合性能，实现经济高效的生产。
[0009] 本发明的低成本高性能管线用钢板，其组成成分的重量百分比为： CO. 065%-0. 085%, Mnl. 0%-2. 0%, SiO. 25%-0. 35%, CuO. 10%-0. 25%, MO. 10%-0. 30%， CrO. 10%-0, 50%, NbO.02%-〇, 04%, TiO. 005%-0, 03%, V0. 02%%-〇, 04%, AltO. 02-0. 06%, Ca彡0. 006%P彡0. 015%，S彡0. 003%，N彡0. 012%，余量为Fe和微量不可避免的杂质。
[0010] 本发明优选使用230mm厚连铸坯生产厚度规格不超过25mm的热轧钢板。
[0011] 本发明中主要组成成分的作用如下：
[0012] C :钢中最经济、最基本的强化元素，通过固溶强化和析出强化对提高钢的强度有 明显作用，但是提高C含量对钢的延性、韧性和焊接性有负面影响，为此，本发明将C含量上 限设定为0.085%。近代管线钢的发展过程是不断降低C含量的过程。为了充分发挥Nb等 元素的沉淀强化作用，提高焊接接头强度，本发明C含量的下限设定为0. 065%。
[0013] Si :加入Si是为了炼钢过程中脱氧与提高基体的强度，另外，添加 Si可以减 少珠光体的析出，有利于基体强度与韧性的提高。但是，添加过量的Si,母材的焊接热 影响区的韧性就会显著降低，野外焊接施工性能也会变差。因此，在本发明中Si含量为 0. 25%-0. 35%。
[0014] Mn :通过固溶强化提高钢的强度，是管线钢中补偿因 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。Mn还是扩大Y相区的元素，可降低钢的Y - α相变温 度，有助于获得细小的相变产物，可提高钢的韧性、降低韧脆转变温度。为了保证强度与低 温韧性之间的平衡，Mn的最低含量设定为1. 0%。提高Mn的含量，钢的可淬透性增加，含量 增加到一定程度后，会导致焊接性能下降尤其是严重恶化焊接热影响区的韧性。另外，过高 的Mn含量还会增加连铸坯中心偏析，使钢板性能的各向异性增力口。因此，本发明的Mn含量 上限设计为2. 0%。
[0015] Nb、V :是现代微合金化管线钢中最主要的元素之一，对晶粒细化的作用十分明显。 通过热轧过程中含Nb\V二相粒子应变诱导析出阻碍形变奥氏体的回复、再结晶，经过控制 轧制和控制冷却使非再结晶区轧制的形变奥氏体组织在相变时转变为细小的相变产物，以 使钢具有高强度和高韧性。本发明就是配合C含量添加适量Nb、V发挥析出物的作用，本发 明选取Nb、V含量范围均为0. 02%-0. 04%。
[0016] Ti :是强的固N元素，Ti/N的化学计量比为3. 42,利用0. 01%左右的Ti就可固定 钢中30ppm左右的N，在板坯连铸时可形成细小的高温稳定的TiN析出相。这种细小的TiN 粒子可有效地抑制板坯再加热时的奥氏体晶粒长大，有助于提高Nb在奥氏体中的固溶度， 改善焊接热影响区的冲击韧性。当Als的含量过低(如低于0. 005%), Ti会形成氧化物,这 些内生质点可以起到晶内铁素体形核核心的作用，细化焊接热影响区组织。为了获得这一 效果，至少要添加0. 〇〇5%Ti。当Ti添加量超过某一定值，TiN颗粒就会粗化，TiC的沉淀强 化作用显现，造成低温韧性恶化。因此，本发明选取Ti含量范围0. 005%-0. 03%。
[0017] Cr :是扩大Y相区，推迟Y - α相变时先析出铁素体形成、促进针状铁素体形成 的主要元素，对控制相变组织起重要作用，在一定的冷却条件和终轧温度下超低碳管线钢 中加入，就可获得明显的针状铁素体及贝氏体组织，同时因相变向低温方向转变，可使组织 进一步细化，组织细化有利于低温韧性的改善。为了获得强度与韧性的合理搭配，本发明选 取 Cr 含量范围 CrO. 10%-0· 50%。
[0018] Cu、Ni :可通过固溶强化作用提高钢的强度，同时Cu还可以改善钢的耐蚀性，Ni的 加入主要是改善Cu在钢中易引起的热脆性，且对低温韧性有益。在厚规格管线钢中还可补 偿因厚度的增加而引起的水冷强度不足而造成的强度下降。本发明选取CuO. 10%-0. 25%、 NiO. 10%-0, 30%〇
[0019] P、S :是钢中不可避免的杂质元素，希望越低越好。出于冶炼成本的考虑，又不能 无限制的低。因此，本发明将P、S含量上限设定为0.015%与0.003%。通过超低S (小于 30ppm)及Ca处理对硫化物进行夹杂物形态控制，可使管线钢具有高的冲击韧性。
[0020] 本发明针对