具有良好抗应变时效性能的x80管线钢、管线管及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种钢材，尤其涉及一种管线钢。本发明还涉及了一种由该管线钢制 成的管线管及其制造方法。
【背景技术】
[0002] 由于极寒冷地区的温度十分低，因此，应用于该地区的管线管需要具备良好的低 温韧性，例如，需要通过-45°c的落锤撕裂试验（Drop-WeightTearTest，DWTT)，以满足极 低温度下抗韧性断裂的要求。同时，由于极寒地区存在着永久冻土带，地面随着气候的变化 会有起伏升降，埋设于这种地区的管道通常需要根据管道的应变来进行设计，也就是说，在 这一地区内的管道必须具有良好的抗应变性能。
[0003] 在管线管生产过程中，一般先由钢板冷成型制成钢管，然后进行热涂防腐层。涂覆 过程一般在180-250°c温度下进行5-10min，这个过程中会发生应变时效，即钢中溶质元素 容易扩散并与位错交互所用，形成柯氏气团钉扎位错，造成钢的韧性和塑性的降低，因此应 变时效会改变钢管的性能，使得钢板的抗应变能力下降。为此，冻土地区基于应变设计的管 线管还要具有良好的抗应变时效能力。
[0004][0005]
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供一种具有良好抗应变时效性能的X80管线钢，其具有优异 的抗低温断裂韧性，优良的基于应变设计的抗大变形性能和良好的抗应变时效性能。
[0007]为了实现上述目的，本发明提出了一种具有良好抗应变时效性能的X80管线钢， 其化学元素质量百分比含量为：
[0008] C：0. 02-0. 05% ；
[0009]Mn：1. 30-1. 70% ；
[0010] Ni：0. 35-0. 60% ；
[0011] Ti：0. 005-0. 020% ；
[0012] Nb：0. 06-0. 09% ；
[0013]Si：0. 10-0. 30% ；
[0014]A1 ：0. 01-0. 04%；
[0015]N 彡0.008%;
[0016] P彡 0.012%;
[0017]S 彡0.006%;
[0018] Ca：0. 001-0. 003%；
[0019] 其余为Fe和其他不可避免的杂质。
[0020] 本发明所述的具有良好抗应变时效性能的X80管线钢中的各化学元素的设计原 理为：
[0021] 碳：C元素作为间隙原子在钢中固溶，其能够起固溶强化的作用。由C元素所形成 的碳化物，还能够起到沉淀强化的作用。但是在本技术方案中，含量过高的C会对钢的韧性 和焊接性能产生不利的影响。为了保证优良的低温韧性，本发明所述的X80管线钢中的C 含量应该控制在0. 02-0. 05%范围之间。
[0022] 锰：Mn是低合金高强钢的基本合金元素，其能够通过固溶强化来提高钢材的强 度，其还可以补偿钢中因C含量降低而引起的强度损失。Mn还是扩大Y相区的元素，可降 低钢的Y-a相变温度，有助于钢板在冷却时获得细小的相变产物，从而提高钢的韧性。 因此，在本发明的技术方案中，需要控制Mn的质量百分比含量为1. 30-1. 70%。
[0023] 镍：Ni是重要的韧化元素。添加一定量的Ni元素可以提高钢的强度，更重要的是， Ni还可以降低钢的韧脆转变温度点，从而提高钢在低温条件下的韧性。为此，本发明所述的 X80管线钢中的Ni的含量限定为0. 35-0. 60%。
[0024] 钛：Ti是重要的微合金元素。Ti可以与钢水中游离态的N元素结合形成TiN，同 时，Ti在固相钢中还可以形成Ti的碳氮化物，以阻碍奥氏体晶粒的长大，从而有利于细化 组织。正因为如此，Ti元素可以改善钢的焊接热影响区的冲击韧性，有利于钢的焊接性能。 但是Ti的含量过高会增加碳氮化钛的固溶度积，使得析出粒子粗大而不利于细化组织。因 而，基于本发明的技术方案，需要将Ti的含量控制为0. 005-0. 020%。
[0025] 铌：Nb能够显著地提高钢的再结晶终止温度，为非再结晶区轧制提供更宽的变形 温度范围，使得形变奥氏体组织在相变时转变成更为细小的相变产物，以有效地细化晶粒， 从而提高钢板的强度和韧性。在轧后冷却阶段，Nb以碳氮化物的形式弥散析出，在提高钢 的强度的前提下还不损失钢的韧性。故将本发明的X80管线钢中的Nb的质量百分比含量 控制在0.06-0. 09%之间。
[0026] 硅：Si是炼钢脱氧的必要元素，其在钢中具有一定的固溶强化作用。可是，过高含 量的Si会影响钢的韧性，并使得钢的焊接性能变差。基于本发明的技术方案，需要将X80 管线钢中的Si的添加量控制为0. 10-0. 30%。
[0027] 铝：A1是炼钢的脱氧元素。此外，添加适量的A1有利于细化钢中的晶粒，从 而改善钢材的强韧性能。鉴于此，在本发明的技术方案中需要将A1元素的含量设定为 0. 010-0. 040%。
[0028] 钙：通过Ca处理可以控制钢中硫化物的形态，以提高钢的低温韧性。在本发明的 技术方案中，当Ca含量少于0.OOlwt. %时，其不能起到提高低温韧性的效果，而当Ca含量 过高时，则会使得Ca的夹杂物增多且夹杂物的尺寸增大，对钢的韧性造成损害。因此，本发 明所述的X80管线钢中的Ca含量为0. 001-0. 003wt. %。
[0029] 氮、磷、硫：在本发明的技术方案中，由于N、P和S容易在钢中形成偏析、夹杂等缺 陷，进而恶化管线钢的焊接性能、冲击韧性和抗HIC性能。因此，其均属于杂质元素。为了 保证钢板具有良好的低温韧性，需要将以上杂质元素控制在相对较低的水平，其中，N控制 为彡0? 008%，P控制为彡0? 012%，S控制为彡0? 006%。
[0030] 本发明的技术方案采用了C-Mn-Cr-Ni-Nb系的成分设计，即采用了低含量的C结 合高含量的Ni和Nb的成分体系。其中，低含量的C可以提高钢管的低温韧性，高含量的Ni 在提高钢板强度的同时还可以提高钢的韧性，并大大降低钢板的韧脆转变温度。高含量的 Nb则可以提高钢的再结晶温度，并可以形成Nb(C，N)的沉淀粒子，从而细化组织，进而在提 高强度的同时也相应地提高钢的韧性。
[0031] 相较于现有的X80管线钢通常都加入Mo元素，本发明的管线钢中并没有添加Mo， 关键原因是：虽然在管线钢中Mo元素能有效提高钢的强度，但是其也容易在钢的组织中形 成MA马奥组元，从而影响钢在低温状态下的DWTT性能。本发明的技术方案通过高含量的 Nb和Ni的成分设计，充分补偿了钢的强度，从而使得本发明的X80管线钢在保证一定强度 的同时，还具备了优良的低温DWTT性能。
[0032] 进一步地，本发明所述的具有良好抗应变时效性能的X80管线钢中还含有0 <Cr< 0. 30wt. %。
[0033] 铬：Cr是合金钢的重要的强化元素。对于较厚规格的管线钢来说，Cr元素可代替 贵元素Mo来提高钢板的淬透性，这样，有助于在钢中得到强度较高的贝氏体组织。可是，Cr 的添加量过多会不利于钢材的焊接性能和低温韧性。鉴于此，本发明的X80管线钢中可以 添加一定含量的Cr元素，其质量百分比含量需要控制为：0<Cr<0. 30wt%。
[0034] 进一步地，本发明所述的具有良好抗应变时效性能的X80管线钢的微观组织为多 边形铁素体+针状铁素体+贝氏体。
[0035] 上述管线钢的微观组织可以看作是"双相复合组织"，其中细小的多边形铁素体为 软相组织，而细小的针状铁素体+贝氏体构成了硬相组织。因此，在钢管变形时会发生"软 相优先发生塑变一强化一应力集中一硬相随后发生塑变"的过程。这一过程可以通过钢 的微观组织的连续屈服来避免