专利名称：一种低成本、高强韧x80抗大变形管线钢及生产方法
技术领域：
本发明属于金属材料轧制领域，涉及一种低成本、高性能钢及其生产工艺，具体的 指低成本、高强韧、高塑性、生产工艺控制适用性强的X80抗大变形管线钢及其生产工艺。
背景技术：
当前，随着国家基础建设投资的加大，管线领域迅猛发展，继西气东输二线后，西 气东输三线、四线工程已纳入规划。按照规划，2014年西三线全线贯穿通气。届时将与西一 线、西二线、陕京一二线、川气东送线等主干管网联网，一个横贯东西、纵贯南北的天然气基 础管网将形成；2015年，包括西四线、中缅管道、陕京三线在内的17项天然气管道项目也将 落成投产。油气管道业蓬勃发展的背后亦面临艰巨的挑战在高寒、深海、沙漠、地震和地质 灾害等恶劣环境下建设长距离、高压、大流量输气管道。在这些地区铺设管线，要求管线具 有较大的均勻伸长率O 10%)和较低的屈强比(<0. 8)，以抵抗地震等自然灾害带来的 大变形所造成的破坏。目前基于应变设计的抗大变形管线钢，是管线钢发展最具挑战的领 域之一。在本发明之前已有的一个X80抗大变形管线钢的申请专利(已公开) CN101456034A,为“一种生产X80抗大变形管线钢中厚板的方法”。该专利公开的钢板虽然 屈强比较低、均勻变形伸长率较高，但其生产工艺温度控制区间较为狭窄(30 50°C)，增 大了生产控制难度；且其成分中Nb、Cr、M的含量较高，增加了生产成本；此外，其生产方法 对坯料的厚度要求较大，该申请中要求“再结晶区轧制的累积变形量>60%”，且“未再结 晶区轧制压缩比控制保持在5倍以上”。根据《西气东输二线管道工程大变形直缝埋弧焊管 用热轧钢板补充技术条件》标准对直缝焊管的公称厚度的要求为22mm/26. 4mm，经计算其在 生产大变形直缝焊管用热轧钢板时，所需的连铸坯厚度至少为275mm/330mm以上，因此按 照该专利所述的工艺，国内大多数钢厂的生产线无法生产出22mm以上规格的标准直缝埋 弧焊管用热轧钢板。
发明内容
本发明的目的是提供一种成本较低、强韧性好，同时工艺控制难度低、适用性强的 适合生产直缝焊管所需的X80抗大变形管线钢钢板，以及这种X80抗大变形管线钢的生产 工艺。一种低成本、高强韧X80抗大变形管线钢及生产方法，其具体步骤如下1)冶炼符合成分要求的原料，其成分控制范围按照质量百分比控制如下C: 0. 02 0. 08%,Si 彡 0. 40%,Mn 1. 2 2· 0%,P 彡 0. 015%,S 彡 0. 004%,Nb 0. 03 0. 08%, Ti 0. 005 0. 025%, Mo 0. 10 0. 30%, Cu 0. 40%, Ni 彡 0. 30%，其余为 Fe ；2)对符合成分要求的冷装连铸坯料，送入均热炉进行均热处理，均热温度为 1200°C 1250°C，均热时间为1501^11 2401^11，以使11、恥等合金元素充分固溶，具体均 热时间根据板坯的厚度确定；
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3)连铸坯经过均热炉均热并出炉后，对其进行高压水除鳞，除去连铸坯表面在加 热过程中产生的氧化铁皮。经高压水除鳞后的连铸坯温度约为1150°C ；4)对除鳞后的坯料进行再结晶区轧制，再结晶区轧制要求道次压下量> 15%，以 实现充分的再结晶细化晶粒。由于再结晶区轧制的最后一道次的压下量与管线钢的冲击韧 性有关，因此要求再结晶区轧制最后道次的压下量> 20%，而总的累计压下量要>60%。 再结晶区轧制终轧温度控制在1000°C 1050°C之间；5)再结晶区轧制过后，中间坯在精轧机前待温到880 950°C，开始未再结晶区轧 制。未再结晶区轧制的开轧温度为880 950°C，终轧温度为780°C 830°C，未再结晶区轧 制的压缩比要控制在3. 5倍以上；6)终轧过后的钢板进行第一阶段空冷冷却，其冷却速度为1 3°C /s，冷却终止温 度为Ar3以下20 80°C，使钢板中获得20% 40%的先共析铁素体；7)经第一阶段空冷冷却后，板坯进入第二阶段层流冷却，层流冷却的冷却速度为 15 30°C /s，层流冷却终止温度为250°C 450°C，层流冷却后的板坯空冷至室温。第二阶 段冷却过程中，剩余的过冷奥氏体转变为贝氏体(粒状贝氏体+板条贝氏体)和M/A，最终 得到铁素体+贝氏体+M/A的复相组织。经过以上控制轧制和控制冷却工艺过程，获得具有铁素体+贝氏体+M/A复相组织 的X80级抗大变形管线钢。其组织中铁素体的含量为20% 40%，M/A岛的含量为 3%，其余为贝氏体；其纵向拉伸力学性能满足屈服强度530MPa 600MPa、抗拉强度 660MPa 800MPa，均勻伸长率彡 10%，屈强比< 0. 8，Rtl.5/Rt0.5 彡 1. 15，Rt2 0/Rtl 0 彡 1. 06。本发明采取了低Mo、Nb的成分设计，以及在该成分设计基础上的两阶段控制轧制 和两阶段控制冷却工艺，不仅有效提高抗大变形管线钢的强韧性，还能够在降低生产过程 对工艺的苛刻要求的同时，扩大铁素体相变区间，有利于在组织中得到特定含量的铁素体， 从而得到优良的综合力学性能，得到低成本、高强韧的X80抗大变形管线钢。本发明具有如下特点1)本发明采用低Mo，Nb的低成本成分设计，有效的降低了成本。此外，由于Mo、Cr 均为奥氏体稳定元素，会扩大奥氏体相区，推迟Y — α转变，而抗大变形管线钢区别于普 通管线钢之处在于需要在组织中获得特定含量的铁素体。因此本发明采用加入低Mo、不 加Cr的成分设计可以减小奥氏体相区，扩大铁素体的相变范围，在最终组织中获得足够含 量的铁素体，显著提高管线钢的抗大变形能力。2)本发明采用含Mo的设计，由于Mo有较强的稳定奥氏体作用，因此使钢中的铁素 体含量和钢的强度对两阶段冷却(空冷+层流冷却)的温度要求苛刻性降低，从而扩大了 第一阶段冷却的温度区间，可使生产工艺更灵活；其次，Mo还使层流冷却的临界冷却速度 降低，降低了对层流冷却设备的要求。此外，由于本发明对第二阶段压缩比的要求较低，压 缩比只需大于3. 5倍皆可，因此可以适应多种规格的连铸坯厚度，如210mm、250mm、270mm、 300mm等等，均可采用本发明所阐述的生产方法生产X80级抗大变形管线钢，从而增大了本 发明的生产工艺控制适用性。
图1本发明实例1中得到的光学显微组织照片
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图2本发明实例1中得到的SEM组织照片图3本发明实例1中得到的M/A的分布图片图4本发明实例1中得到的有效晶粒尺寸分布5本发明实例2中得到的光学显微组织照片图6本发明实例2中得到的SEM组织照片图7本发明实例2中得到的M/A的分布图片图8本发明实例2中得到的有效晶粒尺寸分布9本发明中抗大变形管线钢的TEM组织照片
具体实施例方式以下用实例为本发明作更详细的描述。这些实例仅是本发明最佳实施方式的描 述，并不对本发明的范围有任何限制。实施例1所研制的X80级抗大变形管线钢的化学成分)为C占0. 052，Si占0. 24,Mn 占 1. 77, Nb 占 0. 074, Ti 占 0. 015,Mo 占 0. 17, Ni 占 0. 18, Cu 占 0. 24，P 彡 50ppm，S 彡 50ppm。把符合成分要求的铸坯送至1200°C的均热炉中，保温150min后，通过高压水除 鳞，除去铸坯上的氧化铁皮，然后进入两阶段轧制。第一阶段轧制在再结晶区轧制，轧制开 始温度为110(TC，终轧温度为1050°C;经过多道次轧制，将连铸坯轧至81mm，其中各个道次 的压下量分别为18%，20%，22%，22%，24%，累积总压下量为70%。中间坯在精轧机前待温至900°C，开始第二阶段轧制即未再结晶区轧制，开轧温度 为900°C，终轧温度为800°C，压缩比为3. 7.第二阶段轧制后将板坯空冷至670°C，其所用时间为60s，然后进入层流冷却，冷 却速度为19°C /s，层流冷却的结束温度为360°C。通过空冷+层流冷却的两阶段冷却制度 最终得到铁素体+贝氏体+M/A的复相组织，如图1，图2，图3所示，铁素体含量为26%，M/ A岛含量为1.4%，M/A岛的尺寸为0.8μπι，其余为贝氏体(粒状贝氏体+板条贝氏体)；组 织的有效晶粒尺寸分如图4所示，其有效晶粒尺寸为2. 5 μ m。对试生产的X80抗大变形管线钢进行力学性能检测，其结果如下屈服强度Rta5 570MPa，抗拉强度 Rm :745MPa，屈强比0. 77，均勻伸长率 uEl :13 %，Rtl.0 :620MPa，Rtl.5 650MPa, Rt2.ο :660MPa，RtL5/Rt0.5 1. 15，Rt2.0/RtL0 1. 06，冲击功(-20°C ) 246J实施例2所研制的X80级抗大变形管线钢的化学成分)为C占0. 047，Si占0. 15,Mn 占 1. 71, Nb 占 0. 038, Ti 占 0. 008,Mo 占 0. 21, Ni 占 0. 25, Cu 占 0. 22，P 彡 50ppm，S 彡 50ppm。把符合成分要求的铸坯送至1200°C的均热炉中，保温150min后，通过高压水除 鳞，除去铸坯上的氧化铁皮，然后进入两阶段轧制。第一阶段轧制在再结晶区轧制，轧制开 始温度为110(TC，终轧温度为1050°C;经过多道次轧制，将连铸坯轧至81mm，其中各个道次 的压下量分别为18%，20%，22%，22%，24%，累积总压下量为70%。中间坯在精轧机前待温至900°C，开始第二阶段轧制即未再结晶区轧制，开轧温度 为900°C，终轧温度为806°C，压缩比为3. 7.第二阶段轧制后将板坯空冷至687°C，其所用时间为55s，然后进入层流冷却，冷却速度为23°C /s，层流冷却的结束温度为410°C。通过空冷+层流冷却的两阶段冷却制度 最终获得铁素体+贝氏体+M/A的复相组织，如图5，图6，图7所示，铁素体含量为20%，M/ A岛含量为2.5%，M/A岛尺寸为1. 3 μ m，其余为贝氏体(粒状贝氏体+板条贝氏体)；组织 的有效晶粒尺寸分如图8所示，其有效晶粒尺寸为2. 98 μ m。对试生产的X80抗大变形管线钢进行力学性能检测，其结果如下屈服强度Rta5 535MPa，抗拉强度 Rm :665MPa，屈强比0. 8，均勻伸长率 uEl 10 %，Rtl.0 :600MPa，Rtl.5 630MPa, Rt2.ο :635MPa，RtL5/Rt0.5 1. 18，Rt2.0/RtL0 1. 05，冲击功(-20°C )250J。对比实施例1，实施例2发现，由于实施例2采用的是低Nb，低Mo及无Cr的设计， 因此其屈服强度有所降低，但是根据X80抗大变形管线钢的性能要求，屈服强度为535MPa， 仍然符合要求。试轧钢的TEM组织照片如图9所示。
权利要求
一种低成本、高强韧X80抗大变形管线钢，其特征在于，化学成分按照重量百分比配比如下C0.02～0.08％，Si≤0.40％，Mn1.2～2.0％，P≤0.015％，S≤0.004％，Nb0.03～0.08％，Ti0.005～0.03％，Mo0.10～0.30％，Cu≤0.40％，Ni≤0.30％，其余为Fe。
2.如权利要求1要求所述的低成本、高强韧X80抗大变形管线钢的生产方法，包括转炉 或电炉冶炼、炉外精炼、真空处理、连铸、板坯再加热、控制轧制以及控制冷却工序，其特征 在于1)对符合成分要求的冷装连铸坯料，送入均热炉进行均热处理，均热温度为1200°C 1250°C，均热时间为150min 240min，以使Ti、Nb等合金元素充分固溶，具体均热时间根 据板坯的厚度确定；2)连铸坯经均热炉均热并出炉后，对其进行高压水除鳞，除去连铸坯表面在加热过程 中产生的氧化铁皮；经除鳞后的连铸坯温度约为1100 1200°C ；3)对除鳞后的坯料进行再结晶区轧制，再结晶区轧制每道次压下量>15%、累计压下 量> 60%,以实现充分的再结晶细化晶粒；由于再结晶区轧制的最后一道次压下量与管线 钢的冲击韧性有关，因此再结晶区轧制最后一道次的压下量需> 20% ；再结晶区轧制终轧 温度控制在1000°C 1050°C之间；4)再结晶区轧制过后，中间坯在精轧机前待温至880 950°C，然后开始进行未再结晶 区轧制；未再结晶区轧制的开轧温度为880 950°C，终轧温度为780V 850°C，未再结晶 区轧制压缩比控制在3. 5倍以上；5)对终轧过后的钢板进行控制冷却，控制冷却分为两个阶段，第一阶段为空冷冷却，空 冷冷却的冷却速度为1 3°C /s，空冷冷却终止温度为Ar3以下20 80°C，使钢板中获得 20% 40%的先共析铁素体；6)经第一阶段空冷冷却后，板坯进入第二阶段层流冷却，层流冷却的冷却速度为15 300C /s，层流冷却终止温度为250°C 450°C ；层流冷却后的板坯空冷至室温；第二阶段冷 却过程中，剩余的过冷奥氏体转变为贝氏体和M/A，贝氏体包括粒状贝氏体+板条贝氏体， 最终得到铁素体+贝氏体+M/A的复相组织。
3.如权利要求2要求所述的低成本、高强韧X80抗大变形管线钢的生产方法，其特 征在于经过两阶段控制轧制和两阶段控制冷却工艺过程，获得具有铁素体+贝氏体+M/ A复相组织的X80级抗大变形管线钢；组织中铁素体的含量为20% 40%，M/A的含量为 3%，其余为贝氏体；管线钢纵向拉伸力学性能满足屈服强度为530MPa 630MPa、 抗拉强度为660MPa 800MPa，均勻伸长率彡10%，屈强比彡0. 80，Rtl.5/Rt0.5彡1. 15，Rt2.0/ Ru.o 彡 1.06。
全文摘要
本发明属于金属材料轧制领域，涉及一种低成本、高强韧的X80级抗大变形管线钢及其生产方法。其成分为C0.02～0.08％，Si≤0.40％，Mn1.2～2.0％，P≤0.015％，S≤0.004％，Nb0.03～0.08％，Ti0.005～0.03％，Mo0.10～0.30％，Cu≤0.40％，Ni≤0.30％，其余为Fe；其生产工艺采用板坯再加热、再结晶区和未再结晶区两阶段控制轧制、以及轧后空冷+水冷两阶段控制冷却工序，得到高强韧的X80级抗大变形管线钢。由于本发明采用低Mo、Nb的成分设计，不仅有效的降低了成本、提高了综合力学性能，同时使生产工艺控制的适用性显著提高，大大降低了生产制造难度。
文档编号C22C38/14GK101962733SQ20101053020
公开日2011年2月2日 申请日期2010年10月29日 优先权日2010年10月29日
发明者夏佃秀, 孙浩, 孟德亮, 安守勇, 康永林, 郑晓飞 申请人:北京科技大学