一种低压缩比厚规格x70级输气管线钢及生产方法
【专利摘要】一种低压缩比厚规格X70级输气管线钢，其组分及wt%为：C：0.03?0.075%、Si:0.15~0.35%、Mn:1.30~1.90%、P：≤0.015%、S：≤0.002%、N：≤0.006%、Nb：0.035~0.065%、V：0.025~0.05%、Ti:0.015~0.025%、Cr:0.1~0.40%、Ni：0.1~0.2%、Mo:0.10~0.25%。生产步骤：对厚度为225?235mm的铸坯加热；粗轧；高压水除鳞；精轧；冷却；矫直，待用。本发明用连铸坯厚度为230mm的连铸坯能生产厚度为30mm及以上的X70级管线钢，且产品的Rt0.5 在500~580MPa，Rm在600~650MPa，Rt0.5 /Rm≤0.90，延伸率A50≥24%，；?20℃ 冲击功KV2≥250J，?15℃ DWTT断面剪切率SA≥95%；HV10≤235。
【专利说明】
一种低压缩比厚规格X70级输气管线钢及生产方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种管线钢及其生产方法，具体地属于一种低压缩比厚规格X70级输 气管线钢及生产方法。
【背景技术】
[0002] 中国的天然气资源几乎全部集中于西部地区，与中国的人口密度分布成反比，大 量的煤炭、石油等化石燃料的燃烧给中国环境带来了严重的雾霾问题。中国经济必须在保 持高速增长的同时解决能源危机，为此，国家大力开发西部清洁的天然气，已建成西气东输 一、二线，目前正在建设三线，且已规划了四、五、六线等。高钢级、大口径、大璧厚、高压输送 成了今后管道建设的发展方向。但是在建设中薄璧规格的高钢级X70~X80出现过较多事故， 出于安全性考虑，国家急切需要开发X70-X80级别大璧厚管线钢以满足高效的能源输送。
[0003] 从传统工艺控制的角度出发，管线钢的压缩比必须保证在10倍以上才能满足API 5L的强韧性匹配要求，且钢级越高压缩比要求越大。目前，国内连铸机铸坯尺寸主要有 300mm、250mm、230mm，按照传统工艺仅能生产厚度小于30mm以下管线钢。
[0004] 经检索，本发明申请之前，中国专利公开号为CN103937950A的文献，其公开了"一 种低压缩比厚规格高级别管线钢的生产工艺"，其组分及工艺主要为（C:0.03~0.08%;Si: 0.15-0.35%,Μη:1.5~2.0%；Nb：0.05-0.09%；Ti：0.015-0.025%；Mo < 0.25%；Cu < 0.35%；Ni < 0.30%; Cr: < 0.030%，采用250mm连铸坯通过控制板坯再加热温度，粗、精乳乳制总压下率和 乳制温度及开冷、终冷温度、冷却速度等工艺参数获得厚规格X80管线钢，力学性能为 (RtO · 5:550~591MPa，Rm: 694~732MPa，-20°CKV2/J 2 300J，-15°C，DWTT: 2 90%，其虽然能够 生产壁厚为25~33mm的高钢级管线钢，但其Ni+Cu+Mo 2 0.6%，合金成本较高，同时，专利中描 述的在粗乳阶段满足变形温度下限时最后一道次压下率2 15%，未指明温度下限究竟是多 少，同时，实际生产中由于低温使乳件变形抗力过大，很难做到。
[0005] 另有中国专利公开号为CN10363919A的专利文献，公开了"一种小压缩比条件下使 用连铸坯生产管线钢板的方法"。其采用300mm连铸坯生产40-50mm宽幅达3200-4000mm的特 厚管线钢。其组分及工艺主要为（C:0.05~10% ;Si:(h 15~0·30%;Μη: 1.0~2.0%;Nb: < 0.05%; V: < 0.05%，Ti : < 0.05%，采用300mm铸坯经过再加热、两阶段乳制后进行冷却，力 学性能为（RtO · 5:511~54IMPa; Rm: 603~623MPa，-20°CKV2/J: 2 200~250J，-10°C，DWTT: 50~ 60%)，其虽然能够生产壁厚为40~50mm的管线钢，合金添加量也很少。但存在，冲击韧性不 高，勉强高于200J，特别是-10°CDWTT性能仅50~60%，无法满足工程技术要求。
[0006] 此外，中国专利公开号为CN1927486A的文献，记载了 "低压缩比高级别管线钢的 生产工艺"，指出用150mm连铸坯经炉卷乳机生产17~22mmX70级别管线钢的生产工艺。虽然 其压缩比较低，但是要求钢水纯净度过于严格，其中S的含量小于6ppm，P含量低于70ppm，对 于大多数钢铁冶炼企业来说根本做不到。同时150mm连铸坯国内产线很少，生产设备与常规 产线不同，产品厚度在常规产品范围内，不能满足管道工程对大壁厚（2 30mm)的需求。
[0007] 从现有的通过低压缩比生产厚规格高钢级管线钢的文献报道中来看，，均存在通 过添加大量高昂的合金及牺牲冲击和落锤性能达到的厚规格高级别管线钢的不足;对于采 用过于薄的连铸坯进行乳制，虽在低压比的情况下生产出了高级别管线钢，但是厚度最大 仅22mm，厚度不足的矛盾凸显。
[0008] 本发明主要采用常规230mm连铸坯，避免企业另行投资扩建特厚规格连铸坯，通过 控制冶炼成分，再加热，粗、精乳乳制及控冷工艺达到在压缩比仅6.0~7.7情况下生产30~ 38mm高韧性的X70管线钢的目的。
【发明内容】
[0009] 本发明在于克服上述技术存在的不足，提供一种在保证力学性能及无需添加 Cu的 前提下，采用最常用的230_连铸坯生产厚度达30~38 _管线钢的低压缩比厚规格X70级输 气管线钢及生产方法。
[0010] 实现上述目的的措施： 一种低压缩比厚规格X70级输气管线钢，其组分及重量百分比含量为:C: 0.03-0.075%、 Si:0.15~0·35%、Μη:1·30~1.90%、P: <0.015%、S: <0·002%、Ν: <0.006%、迎：0.035~0.065%、 V:0 ·025~0 ·05%、Ti : 0 · 015~0 · 025%、Cr: 0 · 1~0 ·40%、Ni : 0 · 1~0 · 2%、座：0 · 1(M) · 25%，其余为 Fe及不可避免的杂质；金相组织为：表层：针状铁素体+少量贝氏体，板厚1/4和1/2组织均 为:针状铁素体+少量块状铁素体。
[0011] 生产一种低压缩比厚规格X70级输气管线钢的方法，其步骤： 1) 对组分及重量百分比含量为：C: 0 · 03-0 · 075%、Si : 0 · 15~0 · 35%、Mn: 1 · 30~1 · 90%、P: < 0.015%、S: <0·002%、Ν: <0.006%、迎：0.035~0·065%、ν:0·025~0.05%、Ti:0.015~0.025%、 Cr: 0 · 1~0 · 40%、Ni : 0 · 1~0 · 2%、化：0 · 10~0 · 25%，其余为Fe及不可避免的杂质、厚度为225-235mm的铸坯进行加热，其加热温度控制在1120-1180°C，并使均热段保温时间不低于40分 钟，总加热时间不低于250分钟； 2) 进行粗乳，控制再结晶区乳制温度在1050-1115°C，变形过程中采用最大乳制力乳 制，最大乳制力不低于7500t;变形速率控制在4~5/s;道次间隔时间不超过10s，最后三道次 的累积压下率2 22%;待温中间坯厚度在70-90mm，再结晶区总压下率为60-70%; 3) 常规进行高压水除鳞，控制钢板温度在精乳的开乳温度； 4) 进行精乳，控制其开乳温度在850-950°C，终乳温度在750-850°C，共乳制6~9道次，累 积压下率55-65%，并使倒第三及倒第二道次的累积压下率2 20%; 5) 进行冷却，控制开冷温度在770-830°C，在冷却速率为15-35°C/s下冷却至300~400 °C； 6) 进行矫直，待用。
[0012] 本发明中各元素及主要工艺的作用及机理 C:本发明中碳含量为0.03~0.075%。碳是钢中不可缺少的提高钢材强度的元素之一，同 时可以与钢中Ti、Nb等作用形成微合金碳化物，起到析出强化作用，如其含量超过0.075%， 则会损害钢的韧性，低于0.03又起不到作用， Si :本发明中Si含量为0.15~0.35%。该元素有固溶强化及脱氧作用，含量低于0.15%无 法起作用，但同时若高于0.35%则会恶化管线钢的塑、韧性，特别是对于焊接热影响区的冲 击降低显著。
[0013] Μη:本发明中Μη含量为1.30~1.90%。该元素主要作用为扩大奥氏体稳定区，扩大热 加工温度区域，有利于细化铁素体晶粒尺寸，提高钢的屈服强度和抗拉强度。本发明中，为 要保证材料低温冲击和DWTT性能，Μη的添加量必须高于1.3%才能起到弥补作用，如含量高 于1.9%则显著恶化钢板焊接性能。
[0014] Nb:本发明中Nb含量为0.035~0.065%。铌能显著细化晶粒并提高抗拉强度。铌在本 发明的控乳过程中，在再加热阶段可以起到阻止原奥氏体在高温下迅速长大，在粗乳阶段 显著提高再结晶温度，降低乳机负荷，通过抑制再结晶晶粒长大，可细化奥氏体晶粒尺寸。 在乳后冷却过程中，Nb(C、N)微小质点析出，可起沉淀强化的作用，Nb对晶粒细化和析出作 用随含量的变化而变化，若低于〇. 03%则无法达到细晶强化目的，若高于0.065%则存在浪费 的问题，造成成本过高。
[0015] Ti:本发明中Ti的含量为0.015~0.025%。.钛是一种强烈的碳化物和氮化物形成元 素，在钢重新加热及高温奥氏体区、粗乳过程中会阻止奥氏体晶粒长大，在冷却阶段析出的 细小弥散TiC可以起到显著的析出强化效果，从而有效的提高钢板强度，含量低于0.015%， 则对原奥氏体晶粒细化作用不足，若高于0.025%则可能形成大颗粒TiN，富集于钢板心部， 显著降低钢板韧性。
[0016] N:本发明中N < 0.006%。属于转炉钢中正常残余，可以与钢中钛(Ti )、铌(Nb)结合 形成TiN、NbN析出，起到抑制奥氏体晶粒长大和析出强化作用。过量的N与Ti形成大颗粒 TiN，恶化韧性。
[0017] Cr:本发明中Cr含量为0.1~0.40%，该元素均为固溶强化元素提高钢板淬透性，促 进中温组织组织转变和第二相析出，提升钢板强度。弥补低碳造成的强度不足，若高于 0.40%，一方面造成成本的浪费，另一方面造成碳当量升高，恶化焊接性。
[0018] Ni:本发明中含量为0.1~0.25%，该两种元素均为固溶强化元素提高钢板淬透性， 促进中温组织组织转变和第二相析出，提升钢板强度。弥补低碳造成的强度不足。若其高于 0.25%-方面造成成本的浪费，另一方面造成碳当量升高，恶化焊接性能。
[0019] Mo:本发明中含量为0.10~0.25%，该元素为奥氏体稳定元素及淬透元素，在本发明 中能强烈促进中温组织转变，起到沿板厚度方向均匀由冷却速度不均造成的组织差异过大 的作用。低于〇. 10%属于残余元素，起不到作用，高于〇. 25%强烈细化中温组织转变产物，形 成Μ岛条带，造成钢板强度过高，韧性下降。同时Mo属于贵重元素，成本较高。
[0020] 在工艺方面，本发明在考虑低成本的同时兼顾钢板强韧性匹配，主要创新点在于： 1)较低的再加热温度1120~1180°(3，保证在低(：、低他、低0、附、]\1〇的成分体系下原奥氏体晶 粒细化控制。2)在再结晶区乳制时充分控制乳制温度，利用缩短道次间隔的方法采用多道 次累计压下的方式进行奥氏体的晶粒细化。3)在精乳阶段同样采用累计压下控制方式，让 钢板在相变前奥氏体充分扁平，提高应变积累能和缺陷点，提高形核位置。4)采用较高冷速 (15~35°C/s)实现"以水代金"进行快速冷却至中温组织转变区域，同时以Mo均匀化沿壁厚 方向的组织均匀性。
[0021] 本发明与现有技术相比：可以使用连铸坯厚度为230mm的常规连铸坯生产出厚度 达到30mm及以上的X70级管线钢，使得没有特厚连铸坯的生产线也能生产出厚规格高钢级 管线钢，适应了市场的发展趋势，提升了管线钢的市场竞争能力。且本发明产品的屈服强度 Rto.5 在500~580MPa，抗拉强度Rm在600~650MPa，屈强比Rt〇.5 /Rm<0.90,延伸率A5q2 24%，；- 20°C 冲击功KV2 2 250J，-15°C DWTT断面剪切率SA2 95%;硬度值HVio < 235。
【附图说明】
[0022] 图1为本发明30mm厚产品的表层金相组织图； 图2为本发明30mm厚产品的1/4厚度处金相组织图； 图3为本发明30mm厚产品的1/2厚度处金相组织图。
【具体实施方式】
[0023] 下面对本发明予以详细描述： 表1为本发明各实施例的取值列表； 表2为本发明各实施例的主要工艺参数列表； 表3为本发明各实施例横向主要性能检测统计表。
[0024] 本发明各实施例按照以下步骤生产： 1) 对厚度为225-235mm的铸坯进行加热，其加热温度控制在1120-1180°C，并使均热段 保温时间不低于40分钟，总加热时间不低于250分钟； 2) 进行粗乳，控制再结晶区乳制温度在1050-1115°C，变形过程中采用最大乳制力乳 制，最大乳制力不低于7500t;变形速率控制在4~5/s;道次间隔时间不超过10s，最后三道次 的累积压下率2 22%;待温中间坯厚度在70-90mm，再结晶区总压下率为60-70%; 3) 常规进行高压水除鳞，控制钢板温度在精乳的开乳温度； 4) 进行精乳，控制其开乳温度在850-950°C，终乳温度在750-850°C，共乳制6~9道次，累 积压下率55-65%，并使倒第三及倒第二道次的累积压下率2 20%; 5) 进行冷却，控制开冷温度在770-830°C，在冷却速率为15-35°C/s下冷却至300~400 °C； 6) 进行矫直，待用。
[0025] 表1本发明各实施例和对比例的成分取值列表(wt%)
[0026] 表3本发明各实施例和对比例横向主要性能检测统计表
从表3可以看出，本发明通过230mm连铸坯，在压缩比仅为6.0-7.7的情况下，通过采取 低碳路线，用合金成本较低的Cr作为主要强化元素进行强度弥补，通过控制粗、精乳过程中 的总压下率和道次累积压下过程及乳制温度获得30~38_厚规格的X70级别管线钢，具有优 良的强度和韧性匹配，特别是低温冲击韧性和低温落锤性能。
[0027] 本【具体实施方式】仅为最佳例举，并非对本发明技术方案的限制性实施。
【主权项】
1. 一种低压缩比厚规格X70级输气管线钢，其组分及重量百分比含量为：(：：0.03-0.075%^Si:0.15-0.35%^Mn:l.30-1.90%^P： <0.015%^S： <0.002%^N： <0.006%^Nb:0.035-0 · 065%、V: 0 · 025~0 · 05%、Ti : 0 · 015~0 · 025%、Cr: 0 · I~0 · 40%、Ni : 0 · I~0 · 2%、.： 0 · 10~ 0.25%，其余为Fe及不可避免的杂质；金相组织为:表层:针状铁素体+少量贝氏体，板厚1/4 和1/2组织均为:针状铁素体+少量块状铁素体。2. 生产一种低压缩比厚规格X70级输气管线钢的方法，其步骤： 1) 对组分及重量百分比含量为：C: 0 · 03-0 · 075%、Si : 0 · 15~0 · 35%、Mn: 1 · 30~1 · 90%、P: < 0.015%、S: <0·002%、Ν: <0.006%、迎：0.035~0·065%、ν:0·025~0.05%、Ti:0.015~0.025%、 Cr: 0 · 1~0 · 40%、Ni : 0 · 1~0 · 2%、.： 0 · 10~0 · 25%，其余为Fe及不可避免的杂质、厚度为225-235mm的铸坯进行加热，其加热温度控制在1120-1180°C，并使均热段保温时间不低于40分 钟，总加热时间不低于250分钟； 2) 进行粗乳，控制再结晶区乳制温度在1050-1115°C，变形过程中采用最大乳制力乳 制，最大乳制力不低于7500t;变形速率控制在4~5/s;道次间隔时间不超过IOs，最后三道次 的累积压下率2 22%;待温中间坯厚度在70-90mm，再结晶区总压下率为60-70%; 3) 常规进行高压水除鳞，控制钢板温度在精乳的开乳温度； 4) 进行精乳，控制其开乳温度在850-950°C，终乳温度在750-850°C，共乳制6~9道次，累 积压下率55-65%，并使倒第三及倒第二道次的累积压下率2 20%; 5) 进行冷却，控制开冷温度在770-830°C，在冷却速率为15-35°C/s下冷却至300~400 °C； 6) 进行矫直，待用。
【文档编号】C22C38/18GK105886912SQ201610269204
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年4月27日
【发明人】徐锋, 徐进桥, 郭斌, 孔君华, 李利巍, 崔雷, 邹航, 刘小国
【申请人】武汉钢铁股份有限公司