专利名称：含Cr高强度管线钢热轧平板及其生产方法
技术领域：
本发明属于一种高强度高韧性金属材料及其制备方法，主要适用于制造高压、大口径石油天然气输送管道用高强管线钢热轧平板钢及其生产方法。
背景技术：
石油天然气输送管道是能源建设的重要部分。随着世界工业的发展和冶金技术的发展，为降低管道建设成本及运营成本，提高石油、天然气输送效率，输送管道已迅速向大管径、被输送介质向高压和高密度方向发展。在近两年，X65、X70成为输送干线的主要钢级之后，X80的也在逐步扩大应用范围，为了满足介质向更高压、高密度长距离输送的发展要求，需要开发更高级别的X100管线钢，所要求使用的管线钢X100的屈服强度达到690MPa以上，同时还要求较高的低温韧性，-20℃的低温韧性在175J以上。如《宽厚板》第3卷第5期第33页《X100管线钢的开发》寺田好男等，文章介绍X100设计成分(重量百分比)为C0.043％～0.067％、Si0.06％～0.27％、Mn1.60％～2.00％、Mo0.00％～0.39％、Nb0.032％～0.045％、Ti0.012％～0.019％、B0.000％～0.0016％，其它含有Ni、Cu。采用TMCP工艺加热1150～1250℃，初轧未提及，终轧880～720℃，终冷450℃～室温。生产后，得到的X100的性能屈服强度437～633MPa，抗张强度619～805MPa，其不足之处是屈服强度不够。《宽厚板》第6卷第5期·43·《X80-X100级管线钢的开发》陆岳璋、周玉红，文章介绍的X100设计成分(重量百分比)为C0.06％～0.08％、Si0.20％～0.40％、Mn1.80％～2.00％、Mo0.10％～0.30％、Nb0.04％～0.06％、Ti0.015％～0.025％、Ni0.00％～0.25％、Cu0.00％～0.25％，具体工艺未提及，得到的X100的性能屈服强度圆棒试样739～755MPa、板状试样665～681MPa、抗张强度圆棒试样792～820MPa，板状试样785～816MPa，其不足之处是交货状态采用的板状试样的屈服强度不够。在公开号为CN1148416A，发明名称为《具有低屈服比和优良低温韧性的高强度干线用管钢》中介绍的钢的组织是由马氏体/贝氏体及20％～90％的铁素体构成，其轧制工艺为两相区累计轧制压下比为10％～70％，热轧终止温度为650～800℃，其缺点为对轧机的轧制力要求比较高，一般轧机难以适应，而且两相区轧制，存在性能上各相异性。
发明内容
为克服上述问题，本发明的目的在于提供一种能够使板状和圆棒试样的屈服强度达到690MPa以上，含有下贝氏体+马氏体复相组织的高强管线钢热轧平板及其生产方法，以避免轧制过程中轧机的轧制力受到限制的问题。
本发明的目的是这样实现的，一种含Cr高强度管线钢热轧平板，其化学成分(重量百分比)为Cr 0.30％～0.60％，C 0.04％～0.08％，Si 0.10％～0.35％，Mn 1.80％～2.20％， P 0.005％～0.020％，S≤0.003％， Nb 0.04％～0.10％，Ti0.008％～0.030％，Ni 0.15％～0.60％，Mo 0.15％～0.45％，Cu 0.15％～0.30％，其余为铁和不可避免杂质，具有73％～87％的下贝氏体和余下的岛状马氏体的复相组织。
本发明的含Cr高强度管线钢热轧平板，还可以在采用上述成分的基础上，化学成分(重量百分比)还包含N≤0.008％，Als0.015％～0.045％。
本发明采用上述技术方案的理由是铬(Cr)可以拓宽下贝氏体的形成温度区间，获得足够的下贝氏体，从而提高强度，另外Cr与Nb同时使用，可以促进Nb的析出，提高析出强化的作用。随着Cr的添加，强度近乎直线上升。但如加入量太大，显著降低焊接热影响区(HAZ)韧性和可焊性，所以上限为0.60％。低于0.30％，Cr的作用不明显。
碳(C)随着碳含量增加，钢的强度增加而韧性、焊接性能降低。但由于控轧控冷工艺和微合金化技术的日趋成熟，同时为改善焊接热影响区(HAZ)的性能，钢中的碳含量逐渐降低，高强管线钢碳含量应在0.04％～0.08％为宜。
锰(Mn)有固溶强化作用，还可降低γ-α相变温度，进而细化铁素体晶粒。研究表明添加1.80％～2.20％Mn，γ-α相变温度降低50℃，可细化铁素体晶粒并保持多边形；当添加1.5％～2.0％Mn时，可获得针状铁素体组织。Mn还可提高韧性、降低韧脆转变温度，所以早期的管线钢以C-Mn为主。但是，Mn含量过大会加速控轧钢板的中心偏析，从而引起钢板和钢管力学性能的各向异性，且导致抗HIC性能的降低。因而，在高钢级管线钢中，Mn的含量应保持在一个合理的范围内(1.80％～2.20％)，而且Mn/C比值也应适宜。由于Mn抑制珠光体的形成，同时促进下贝氏体形成，因而要获得X100钢级，Mn含量应达到1.80％可以有效控制下贝氏体形状。
铌(Nb)可延迟奥氏体再结晶、降低相变温度，通过固溶强化、相变强化、析出强化等机制来获得要求的性能。0.04％～0.10％Nb钢，配合合理的轧制工艺，可以获得均匀的以下贝氏体组织为主的复合相和良好韧性。
钛(Ti)添加微量Ti后，脆化温度区消失。这是因为在奥氏体高温区，TiN比Nb(N，C)更易生成，所以N被TiN固定在奥氏体高温区，形成细小的TiN，改善焊接HAZ的低温韧性，Ti含量过高时，易形成粗化的TiN，低温韧性降低。因此，Ti 0.008％～0.030％。
钼(Mo)能够降低相变温度、抑制块状铁素体的形成、促进贝氏体转变，并能提高Nb(C、N)的沉淀强化效果，这种合金体系的管线钢具有含高密度位错的细小下贝氏体组织，强度高(达到X100)、冲击韧性好。在X100管线钢中，Mo含量在0.15％～0.45％比较理想。
铜(Cu)通过沉淀强化，使强度大大提高，而且能提高腐蚀抗力及抗氢致开裂能力。铜含量低，不起作用，太高时，又会引起基体金属和HAZ韧性下降，并在热加工时产生铜裂。因此，Cu 0.15％～0.30％。
镍(Ni)目的是提高强度而又不降低低温韧性和现场可焊性，还可以避免连铸和热轧过程中的铜裂。从提高强度和改善HAZ韧性方面而言，特别有效的Ni的加入量为0.15％～0.60％，太多了不仅不经济而且会降低HAZ韧性和现场可焊性。
本发明制备上述含Cr高强度管线钢热轧平板的生产方法，采用TMCP工艺，板坯加热温度1160～1220℃，粗轧温度区间1010～1150℃，精轧温度区间830～950℃，然后水冷，终冷温度区间300～450℃，控制冷却速度15～30℃/S。
本发明按上述方法生产含Cr高强度管线钢热轧平板时，粗轧阶段至少保证有三个压下道次≥15％，精轧阶段累积变形量≥60％。
本发明生产的含Cr高强度管线钢与现有X100管线钢相比具有如下优点1.板状和圆棒试样的屈服强度完全达到690MPa以上的设计要求，抗张强度完全达到780MPa以上的设计要求。
2.本发明可以获得以下贝氏体为主，余下为岛状马氏体的复合组织，具有良好的低温韧性，其-20℃冲击功大于200J。-15℃DWTT的剪切面积达到90％以上。
3.本发明工艺的精轧温度区间较宽(120℃)，为单张轧制的管线钢热轧平板完成精轧区间的位错积累和晶粒细化任务创造了可能，适合于管线钢热轧平板不同于热轧卷板的精轧期间温降较大的特点。
4.本发明精轧温度区间为830～950℃，避免了两相区轧制，解决了由两相区轧制引起的钢板的各向异性，同时解放了两相区轧制对轧机大轧制力的要求。
图1为本发明含Cr高强度管线钢热轧平板试样的透射电镜组织照片；图2为本发明含Cr高强度管线钢热轧平板另一试样的透射电镜组织照片。
具体实施例方式
本发明含Cr高强度管线钢热轧平板的化学成分见表1。
表1含Cr高强度管线钢热轧平板化学成分(wt％)
本发明的含Cr高强度管线钢热轧平板的生产方法见表2。
表2含Cr高强度管线钢热轧平板生产方法
本发明的含Cr高强度管线钢热轧平板检验结果见表3。
表3含Cr高强度管线钢热轧平板性能
如图1、2所示，本发明的含Cr高强度管线钢热轧平板的组织以下贝氏体为主，其余为岛状马氏体。通过定量金相统计、计算，图1所示试样的下贝氏体含量为87％，图2所示试样的下贝氏体含量为80％。
权利要求
1.一种含Cr高强度管线钢热轧平板，其特征在于化学成分(重量百分比)为Cr 0.30％～0.60％，C 0.04％～0.08％，Si 0.10％～0.35％，Mn 1.80％～2.20％，P 0.005％～0.020％，S≤0.003％，Nb 0.04％～0.10％，Ti 0.008％～0.030％，Ni 0.15％～0.60％，Mo 0.15％～0.45％，Cu 0.15％～0.30％，其余为铁和不可避免杂质，具有73％～87％的下贝氏体和余下的岛状马氏体的复相组织。
2.根据权利要求1所述的含Cr高强度管线钢热轧平板，其特征在于化学成分(重量百分比)还包含N≤0.008％，Als0.015％～0.045％。
3.制备权利要求1所述一种含Cr高强度管线钢热轧平板的生产方法，其特征在于板坯加热温度1160～1220℃，粗轧温度区间1010～1150℃，精轧温度区间830～950℃，然后水冷，终冷温度区间300～450℃，控制冷却速度15～30℃/S。
4.根据权利要求3所述的一种制备含Cr高强度管线钢热轧平板的生产方法，其特征在于粗轧阶段至少保证有三个压下道次≥15％，精轧阶段累积变形量≥60％。
全文摘要
本发明公开了一种含Cr高强度管线钢热轧平板及其生产方法，其化学成分(重量百分比)为Cr 0.30％～0.60％，C 0.04％～0.08％，Si 0.10％～0.35％，Mn 1.80％～2.20％，P 0.005％～0.020％，S≤0.003％，Nb 0.04％～0.10％，Ti0.008％～0.030％，Ni 0.15％～0.60％，Mo 0.15％～0.45％，Cu 0.15％～0.30％，其余为铁和不可避免杂质，具有73％～ 87％的下贝氏体和余下的岛状马氏体的复相组织。制备方法为加热温度1160～1220℃，粗轧温度区间1010～1150℃，精轧温度区间830～950℃，然后水冷，终冷温度区间300～ 450℃，控制冷却速度15～30℃/S。本发明能够获得以下贝氏体LB为主的复相组织。它能使管线钢热轧平板的屈服强度达到690～825MPa，抗张强度达到780～960MPa，－20℃冲击功≥200J，－15℃DWTT的剪切面积≥85％。解决了由两相区轧制引起的钢板的各向异性，同时解放了两相区轧制对轧机大轧制力的要求。
文档编号C21D8/02GK1978695SQ200510047879
公开日2007年6月13日 申请日期2005年11月30日 优先权日2005年11月30日
发明者任毅, 张禄林, 郝森, 于功利, 隋轶 申请人:鞍钢股份有限公司