专利名称：一种x70或x80抗大变形钢管生产方法
技术领域：
本发明涉及一种X70(横向屈服强度为485 635MPa)大变形钢管或X80 (横向屈服强度为555 705MPa)大变形钢管生产方法。
背景技术：
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不断向高钢级发展。但是一些管线工程建设不得不穿过一些严寒、滑坡、地震带等复杂地质地貌条件地区， 以西气东输二线为例，西二线管道沿线经过相当长的强震区和22条活动断层。当发生地震等灾害时，这些地区的管道将产生较大的位移，必须进行应变控制，即进行基于应变的设计，并同时采用具有较大均勻塑性变形容量的抗大变形管线钢。对于基于应变设计地区使用的抗大变形管线钢管来说，不仅要考虑普通地区使用钢管的强度和韧性等要求，还要对钢管的纵向变形能力做出规定，即对应变时效前后纵向拉伸试验的应力应变曲线和塑性变形容量指标进行规定。通常情况下，钢级越高管线钢要获得较大的塑性变形容量越困难，同时，高钢级管线钢管在防腐涂覆过程中应变时效的作用会产生强度和硬度升高，塑性和韧性下降的现象；此外，钢管在长期的服役过程中的也会产生应变时效现象。这就对抗大变形管线钢板生产工艺提出了更高的挑战。中国专利 20091007666. 8提出了一种生产X80级抗大变形管线钢中厚板的方法。但该工艺生产的 X80抗大变形管线钢只考虑了均勻塑性变形延伸率、屈强比两个因素，对大变形管线钢的概念没有充分理解，因而生产的产品并非真正意义的抗大变形管线钢。中国专利96190145. 4 提出了一种具有低屈强比和优良低温韧性的高强度干线用管钢，该工艺生产的管线钢具有较低的屈强比，但与真正的抗大变形管线钢还存在一定差距。制管工艺的不同也会严重影响抗大变形管线钢的性能。高强度钢管的生产过程包括成型和焊接，其成型方式主要有UOE和JC0E，而焊接方式主要采用埋弧自动焊接。目前国外企业已经通过UOE工艺开发出了 X80大变形钢管，中国专利200710185346. 3通过JCOE 工艺生产的钢管只考虑的成型方便及强度指标达到有关标准的要求，而未考虑到成型工艺对钢管塑性的影响，及钢管成型后涂覆工艺对钢管时效性能及塑性变形容量的影响，不适合生产抗大变形钢管。如何保证成型后钢管的塑性变形性能在容许范围内是抗大变形管线钢开发急需解决的关键问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种X70/X80抗大变形钢管生产方法。该工艺生产的X70和 X80抗大变形钢管能满足普通钢管强度和韧性要求的同时，X80抗大变形钢管应变时效前后纵向拉伸试验的应力应变曲线和塑性变形容量指标均能满足《西气东输二线天然气管道工程基于应变设计地区使用的直缝埋弧焊管补充技术条件》的要求，X70抗大变形钢管应变时效前后纵向拉伸试验的应力应变曲线和塑性变形容量指标均大幅优于
《西气东输二线天然气管道工程基于应变设计地区使用的直缝埋弧焊管补充技术条件》的要求。本发明所述的X70/X80抗大变形钢管生产方法的总体技术方案思路是通过合理的冶金成分设计，采用微合金化技术来保证管线钢的具有足够高的抗拉强度；通过优化控制轧制和控制冷却工艺来确保管线钢具有合适的横向和纵向屈服强度和塑性以及横向低温韧性。本发明所述的X70/X80抗大变形管线钢管生产方法的总体技术方案思路是通过合理的JCO工艺提高钢管成型过程中的尺寸精度，减少扩径量，降低制管过程中造成的预应变量，严格控制防腐涂覆温度，降低时效对钢管性能的影响，确保抗大变形钢管满足普通管线钢管强度和韧性要求的同时，应变时效前后纵向拉伸试验的应力应变曲线和塑性变形容量指标均能满足《西气东输二线天然气管道工程基于应变设计地区使用的直缝埋弧焊管补充技术条件》的要求。具体方案为(1) 一种X70/X80抗大变形管线钢板，其组成成分的重量百分比为C :0. 035 0. 08%,Mn 1. 55 1. 90%,Si :0. 15 0. 3%,S 彡 0. 0030%,P 彡 0. 015%,Nb :0. 025 0. 070 %, Ti 0. 015 0. 035 %, V :0. 02 0. 050 %, Mo :0. 10 0. 30 %, Cu :0. 10 0. 30%,Ni 0. 15 0. 35%,Cr 0 0. 30%，限制元素 B 彡 0. 00050%,Ca 彡 0. 009%,N ^ 0. 008%, 0^ 0. 002%，其余为铁和不可避免杂质。为保证产品的抗拉强度，必须严格控制Mn、Nb、Mo、Cu、Cr、Ti的组分含量在上述范围内，其中X70抗大变形钢板合金元素含量可以取其组分的靠近下限范围，X80抗大变形钢板合金元素含量可以取其组分的靠近上限范围。(2)对上述(1)成分控制范围内的连铸坯进行均勻加热。连铸坯厚度范围为200 300mm，优选沈0讓。加热温度控制在1150 1230°C，保温时间1. 5 2.釙，然后分两阶段进行热轧。第一阶段奥氏体再结晶区轧制，开轧温度控制在1160 1190°C，终轧温度控制在980 1050°C，需要注意的是在该阶段轧制需进行横轧和纵轧，其中横轧总变形量需控制在25%以上，纵轧总变形量应大于45%。第二阶段奥氏体未再结晶区轧制，开轧温度为 880 920°C，终轧温度应为790 830°C，该阶段轧制压缩比控制在5倍以内，需注意的是该阶段轧制压缩比不能太大，最后0 25%变形量范围内轧制过程中不得用机架水除钢板表面氧化铁皮。(3)轧制完成后，钢板进行空冷，对于X80抗大变形管线钢应控制入水前温度在 750 790°C，保证45 75%的奥氏体转变为先共析铁素体组织；对于X70抗大变形管线钢应控制入水前温度在740 780°C，保证55 80%的奥氏体转变为先共析铁素体组织。(4)对空冷后的钢板进行层流冷却，冷却速度控制在15 25°C /s，终冷温度控制在350 530°C，将剩余奥氏体转变为MA或粒状贝氏体其混合组织，然后进行空冷，最终得到先共析铁素体+MA/粒状贝氏体复相组织或先共析铁素体+MA+粒状贝氏体多相组织。相对较高的终冷温度可以有效的实现在线自回火，通过回复作用实现碳原子和位错的优化排布，进一步改善钢的塑性和韧性。(5)钢板经铣边，加工坡口后，利用预弯边机进行弯边，根据管径尺寸要求，使板边具有符合要求的曲率，然后在JCO成型机上进行多次步进冲压，压成“ J”形，再将钢板的另一半同样弯曲，压成“C”形，最后形成开口的“0”型。对于22mm以下厚度的钢板，冲压次数需保证在25次以上；22mm以上厚度的钢板，冲压次数需保证在39次以上，以提高成型过程中钢管尺寸精度。(6)成型后的钢管经焊接和无损探伤后对钢管全长进行扩径，以进一步提高钢管的尺寸精度，并改善钢管内应力分布状态。特别要注意的是钢管扩径量应控制在0. 8%以内，最大程度的减少制管过程中的预应变量。(7)制管合格后的钢管进行防腐涂覆温度应控制在200 °C以内，最大限度的降低应变时效对钢管性能产生严重影响。本发明的技术关键在于通过Mn、Nb、Mo、Cu、Cr、Ti等微合金元素的组分配比来确保管线钢具有足够高的强度；通过加大奥氏体再结晶区总变形量以及合理分配纵横轧比例充分细化奥氏体再结晶晶粒，改善钢板内部第二相析出物及夹杂物分布状态；通过合理控制奥氏体未再结晶区的变形量，使奥氏体晶粒细化到合适尺寸，不能追求过小的晶粒，配合空冷+水冷+空冷的控制冷却工艺，生成晶粒尺寸大小为2 8 μ m的比例合适的先共析铁素体和MA或粒状贝氏体或三者的多相组织，并利用水冷后的预热实现自回火，对碳原子和位错尽心优化排布，进一步改善钢的塑性和韧性；通过小步长多次冲压以及0.8%以内的小扩径量保证钢管成型的尺寸精度，减少制管过程中造成的与应变量，配合较低的涂覆温度，最大限度的降低应变时效对钢管性能的影响，生产出性能优良的X70/X80抗大变形管线钢管。发明效果本发明在合金配方、控轧空冷工艺以及制管工艺等方面做了优化设计，无需对现有冶金设备，轧钢设备，冷却设备和制管设备进行更新，也不需新添加附加设备，可直接进行工业化生产。采用本发明可生产管径711mm 1422mm、壁厚IOmm 33mm的X70和X80抗大变形直缝埋弧焊钢管及制管用钢板，所生产的抗大变形钢管具有优良的强韧性，涂覆后具有优良的纵向塑性变形容量指标，其各项指标均优于《西气东输二线天然气管道工程基于应变设计地区使用的直缝埋弧焊管补充技术条件》的要求。可满足地震断裂带、沉陷带、冻土带、滑坡带等基于应变管道设计地区对该管线钢和钢管的使用要求。本发明生产的X70和X80抗大变形管线钢具有先共析铁素体+MA或粒状贝氏体双相组织，或先共析铁素体+MA+粒状贝氏体的多相组织。X80抗大变形管线钢管200°C 士 5°C 温度下保温5min时效后，钢管管体横向性能可达到如下指标555MPa彡Rto.5彡690MPa, 625MPa ^ Rm ^ 825MPa，Rt0.5/Rm 彡 0. 93，伸长率 > 19 %，-10 °C 的夏比冲击韧性达到200-350J，0 V的DWTT剪切面积达到85 % 100 % ；纵向性能可达到如下指标 530MPa ( Rto. 5 ( 650MPa, 625MPa ^ Rm ^ 77OMPa, Rto.5/Rm ( 0. 86，伸长率> 40%，均勻变形延伸率UEL彡7.0%，RtL5/Rto.5彡1.070, Rt2.0/Rtl.0 ^ 1.033。其中纵、横向应力-应变曲线均为“拱顶型”(Round house)。X70抗大变形管线钢管200°C 士5°C温度下保温5min时效后， 钢管管体横向性能可达到如下指标485MPa彡Rto. 5 ^ 630MPa, 570MPa ^ Rm ^ 760MPa, Rto. 5/ Rm彡0. 90，伸长率> 35%，-10°C的夏比冲击韧性达到230-380J，0°C的DWTT剪切面积达到 85% 100%;纵向性能可达到如下指标450MPa 彡 Rto. 5 彡 600MPa, 570MPa ^ Rm ^ 740MPa, RtoW 0· 84，伸长率彡 45%，均勻变形延伸率 UEL ^ 9.0%, RtL5/Rt0.5 彡 1.09, Rt2.0/D 1· 05。其中纵、横向应力-应变曲线均为“拱顶型”(Round house)。
具体实施例方式实施例1选用厚度为260mm的连铸坯，在1220°C保温lOOmin，其化学成分重量百分比为 C 0. 060%, Mn 1. 58%, Si :0. 26%, S :0. 0018%, P :0. 012%, Nb :0. 037%, Ti :0. 024%, V 0. 029%, Mo 0. 18%, Cu 0. 13%, Ni 0. 16%, Cr 0. 024%，限制元素 B 0. 00040%, Ca 0. 005%, N ^ 0. 0065%, 0 :0. 0018%，其余为铁和不可避免杂质。连铸坯经高压水除磷后进行两阶段轧制。奥氏体再结晶区轧制开轧温度为 1180°C，横轧总变形量38%，纵轧变形量50%，奥氏体再结晶区终轧温度1050°C，中间坯厚度 80mm。中间坯空冷待温至900°C开始奥氏体未再结晶区轧制，控制压缩比为3. 81，达到最终产品厚度21mm，终轧温度控制在810°C。控制最后3道次轧制总变形量为21 %，且轧制过程中不用机架水除钢板表面氧化铁皮。终轧结束后钢板空冷至750°C，立刻进入层流冷却线，以23°C /s的速率水冷至 470°C，然后空冷至室温，最后得到70%先共析铁素体+30%粒状贝氏体双相组织的X70抗大变形钢板。钢板经铣边，加工坡口后，利用预弯边机进行弯边，根据管径尺寸要求，使板边具有符合要求的曲率，然后在JCO成型机上进行27次步进冲压成型，提高成型过程中钢管尺寸精度，形成开口的“0”型。成型后的钢管经焊接和无损探伤后对钢管全长进行扩径，扩径量为0.8%。最后200°C进行防腐涂覆。最终制成管径为1016mm，壁厚为21mm的X70抗大变形钢管。该X70抗大变形管线钢管200°C 士5°C温度下保温5min时效后，钢管管体横向性能如下RtQ.5 = 539MPa，Rm = 625MPa，Rt0.5/Rm = 0. 86，伸长率=41%, _10°C的夏比冲击韧性为 323J，0°C 的 DWTT 剪切面积为 100%;纵向性能如下Rt(1.5 = 466MPa，Rm = 606MPa, Rto. 5/ Rm = 0. 77，伸长率=43%，均勻变形延伸率 UEL = 11. 0%, Rtl.5/Rt0.5 = 1. 136, Rt2.0/RtL0 = 1.075。其中纵、横向应力-应变曲线均为“拱顶型”。实施例2选用厚度为^Omm的连铸坯，在1200°C保温120min，其化学成分重量百分比为C 0. 075%, Mn 1. 78%, Si :0. 20%, S :0. 0019%, P :0. 010%, Nb :0. 048%, Ti :0. 016%, V 0. 029%,MNi 0. 21%, Cr :0. 20%，限制元素 B :0. 00025%, Ca :0. 006%,N ^ 0. 0055%, 0 0. 0015%，其余为铁和不可避免杂质。连铸坯经高压水除磷后进行两阶段轧制。奥氏体再结晶区轧制开轧温度为 1170°C，横轧总变形量观％，纵轧变形量60%，奥氏体再结晶区终轧温度1040°C，中间坯厚度 85mm。中间坯空冷待温至910°C开始奥氏体未再结晶区轧制，控制压缩比为3. 86，达到最终产品厚度22mm，终轧温度控制在810°C。控制最后3道次轧制总变形量为20%，且轧制过程中不用机架水除钢板表面氧化铁皮。
终轧结束后钢板空冷至770°C，立刻进入层流冷却线，以25。C /s的速率水冷至 430°C，然后空冷至室温，最后得到47%先共析铁素体+53%粒状贝氏体双相组织的X80抗大变形钢板。钢板经铣边，加工坡口后，利用预弯边机进行弯边，根据管径尺寸要求，使板边具有符合要求的曲率，然后在JCO成型机上进行四次步进冲压成型，提高成型过程中钢管尺寸精度，形成开口的“0”型。成型后的钢管经焊接和无损探伤后对钢管全长进行扩径，扩径量为0. 8%。最后200°C进行防腐涂覆。最终制成管径为1219mm，壁厚为22mm的X80抗大变形钢管。该X80抗大变形管线钢管200°C 士5°C温度下保温5min时效后，钢管管体横向性能如下RtQ.5 = 615MPa，Rm = 690MPa, Rt0.5/Rm = 0. 89，伸长率=24%, _10°C的夏比冲击韧性为 285J，0°C 的 DWTT 剪切面积为 100%;纵向性能如下:Rt0.5 = 560MPa，Rm = 670MPa, Rto. 5/ Rm = 0. 84，伸长率=41%，均勻变形延伸率 UEL = 9.0%, RtL5/Rt0.5 = 1. 116，Rt2.0/RtL0 = 1.055。其中纵、横向应力-应变曲线均为“拱顶型”。实施例3选用厚度为240mm的连铸坯，在1200°C保温120min，其化学成分重量百分比为 C 0. 065%, Mn :1. 82%, Si :0. 25%, S :0. 0016%, P :0. 008%, Nb :0. 056%, Ti :0. 018%, V 0. 022%, Mo 0. 25%, Cu :0. 24%, Ni :0. 21%, Cr :0. 18%，限制元素 B :0. 00035%, Ca 0. 007%, N ^ 0. 006%, 0 0. 0018%，其余为铁和不可避免杂质。连铸坯经高压水除磷后进行两阶段轧制。奥氏体再结晶区轧制开轧温度为 1180°C，横轧总变形量35%，纵轧总变形量50%，奥氏体再结晶区终轧温度1030°C，中间坯厚度85mm。中间坯空冷待温至920°C开始奥氏体未再结晶区轧制，控制压缩比为3. 86，达到最终产品厚度22mm，终轧温度控制在800°C。控制最后3道次轧制总变形量为23%，且轧制过程中不用机架水除钢板表面氧化铁皮。终轧结束后钢板空冷至780°C，立刻进入层流冷却线，以25°C /s的速率水冷至 410°C，然后空冷至室温，最后得到先共析铁素体+MA+粒状贝氏体复相组织的X80抗大变形钢板。钢板经铣边，加工坡口后，利用预弯边机进行弯边，根据管径尺寸要求，使板边具有符合要求的曲率，然后在JCO成型机上进行四次步进冲压成型，提高成型过程中钢管尺寸精度，形成开口的“0”型。成型后的钢管经焊接和无损探伤后对钢管全长进行扩径，扩径量为0.8%。最后200°C进行防腐涂覆。最终制成管径为1219mm，壁厚为22mm的X80抗大变形钢管。该X80抗大变形管线钢管200°C 士5°C温度下保温5min时效后，钢管管体横向性能如下RtQ.5 = 645MPa，Rm = 735MPa, Rt0.5/Rm = 0. 88，伸长率=23%, _10°C的夏比冲击韧性为 265J，0°C 的 DWTT 剪切面积为 100%;纵向性能如下:Rt0.5 = 590MPa，Rm = 720MPa, Rto. 5/ Rm = 0. 82，伸长率=43%，均勻变形延伸率 UEL = 8.0%, RtL5/Rt0.5 = 1. 121，Rt2.0/RtL0 = 1.058。其中纵、横向应力-应变曲线均为“拱顶型”。
权利要求
1. 一种X70或X80抗大变形钢管生产方法，X70横向屈服强度为485 635Mpa、X80横向屈服强度为555 705MPa，其特征在于(1)组成成分按重量百分比为C:0. 035 0. 08%, Mn :1. 55 1. 90%, Si :0. 15 0. 3%, S ^ 0. 0030 %，P 彡 0. 015 %，Nb :0. 025 0. 070 %，Ti :0. 015 0. 035 %，V 0. 02 0. 050 %, Mo 0. 10 0. 30 %，Cu :0. 10 0. 30 %，Ni :0. 15 0. 35 %，Cr 0 0. 30%，限制元素 B ^ 0. 00050%,Ca ^ 0. 009%,N ^ 0. 008%,0 ^ 0. 002%，其余为铁和不可避免杂质；其中X70抗大变形钢板合金元素含量取其组分的靠近下限范围，X80抗大变形钢板合金元素含量取其组分的靠近上限范围；(2)连铸坯加热温度控制在1150 1230°C，保温时间1.5 2. 5h，然后分两阶段进行热轧；第一阶段奥氏体再结晶区轧制，开轧温度控制在1160 1190°C，终轧温度控制在 980 1050°C，在该阶段轧制需进行横轧和纵轧，其中横轧总变形量控制在> 25%，纵轧总变形量应> 45% ；第二阶段奥氏体未再结晶区轧制，开轧温度为880 920°C，终轧温度应为790 830°C，该阶段轧制压缩比控制在5倍以内，轧制最后3 5道次轧制过程中不得用机架水除钢板表面氧化铁皮；(3)轧制完成后，钢板进行空冷，对于X80抗大变形管线钢应控制入水前温度在750 790°C，保证45 75%的奥氏体转变为先共析铁素体组织；对于X70抗大变形管线钢应控制入水前温度在740 780°C，保证55 80%的奥氏体转变为先共析铁素体组织；(4)对空冷后的钢板进行层流冷却，冷却速度控制在15 25°C/s，终冷温度控制在 350 530°C，将剩余奥氏体转变为MA或粒状贝氏体其混合组织，然后进行空冷，最终得到先共析铁素体+MA/粒状贝氏体复相组织或先共析铁素体+MA+粒状贝氏体多相组织；(5)在JCO成型机上进行多次步进冲压，压成“J”形，再将钢板的另一半同样弯曲，压成 “C”形，最后形成开口的“0”型；对于22mm以下厚度的钢板，冲压次数在彡25次；22mm以上厚度的钢板，冲压次数在> 39次；(6)对钢管全长进行扩径，钢管扩径量应控制在0.8%以内；(7)防腐涂覆温度应控制在200°C以内；(8)钢管在200°C士5°C温度下保温5min。
全文摘要
本发明涉及一种X70或X80大变形钢管生产方法；按重量百分比为C0.035～0.08％，Mn1.55～1.90％，Si0.15～0.3％，S≤0.0030％，P≤0.015％，Nb0.025～0.070％，Ti0.015～0.035％，V0.02～0.050％，Mo0.10～0.30％，Cu0.10～0.30％，Ni0.15～0.35％，Cr0～0.30％，限制元素B≤0.00050％，Ca≤0.009％，N≤0.008％，O≤0.002％，其余为铁；经热轧；空冷，层流冷却，冲压，扩径，防腐涂覆；可满足地震断裂带、沉陷带、冻土带、滑坡带钢管的使用要求。
文档编号C22C38/16GK102465236SQ20101055055
公开日2012年5月23日 申请日期2010年11月18日 优先权日2010年11月18日
发明者付彦宏, 吉玲康, 宫少涛, 张伟卫, 熊庆人, 熊祥江, 罗登, 陈宏远, 陈小伟 申请人:中国石油天然气集团公司, 中国石油天然气集团公司管材研究所