一种无钼低温断裂韧性优良的管线卷板及其生产方法与流程

本发明属于高强度低合金钢领域，具体的说是涉及一种无钼、具有良好的低温断裂韧性L485MB热轧卷板及其生产方法。

背景技术：
天然气作为一种高燃烧值和相对清洁环保的气体燃料，是国民经济的重要能源支柱之一。近年来，随着天然气的开发、开采向沙漠、极地和海洋等偏远地区延伸，长输管道不仅要经过冻土带、滑坡带、地震带等地质和气候条件十分复杂的地区，对管线钢的可靠性和经济性要求极高。LNG（液化天然气）已成为我国进口天然气的一种主要方式，国内LNG（液化天然气）接收站建设工作正在稳步推进，为保证长距离安全地进行燃气的高压输送，管线需要具备良好的止裂性能，这些为我们开发低温韧性用管线钢提供了契机。同时，因钢铁行业原材料如铁矿石、煤炭价格不断上涨，钢铁行业生产成本不断增加，在这种形势下，开发低合金、高强度、高韧性高钢级管线钢就成为降低生产成本的主要手段，这样也可以为企业创造更多的经济效益。目前为止，查阅国内关于X70/L485MB管线钢方面的专利文献，检索到相关度较大的专利列举如下：1）授权号为CN1746326，名称为“具有高止裂韧性的针状铁素体型X70管线钢及其制造方法”的中国专利，其化学成分为C0.020-0.060%、Si0.100-0.500%、Mn1.45-1.75%、P0.004-0.012%、S≤0.002%、Nb0.050-0.080%、Ti0.005-0.025%、V0.010-0.060%、Mo0.10-0.30%、Cu≤0.30%、Ni≤0.30%、Ca0.0015-0.0040%、N≤0.0080%、Altotal0.015-0.045%，这种成分设计不仅增加了生产成本，而且还仅能够满足-15℃DWTT断裂韧性要求；2）公开号为CN1927486A，名称为“低压缩比高级别管线钢生产工艺”的中国专利所述实施例中，X70管线钢成分为C0.03-0.06%、Si0.15-0.3%、Mn1.55-1.60%、P＜0.01%、S＜0.002%、Nb0.03-0.05%、Ti0.015-0.025%、Mo0.15-0.25%，仅能够满足-15℃DWTTSA≥90%；3）公开号为CN101684539A，名称为“一种厚规格高韧性X70针状铁素体管线钢及制造方法”的中国专利，其化学成分为C0.03-0.06%、Si0.15-0.25%、Mn1.55-1.75%、P0.012-0.020%、S≤0.003%、Cu0.20-0.35%、Cr0.20-0.35%、Nb0.06-0.08%、Ti0.01-0.02%、Als≤0.050%、Mo0.20-0.30%，仅满足-15℃DWTTSA≥90%；4）公开号为CN101519752A，名称为“低碳高铌铬系高强度高韧性管线钢卷及其制造方法”的中国专利，该专利中所述的X70管线钢化学成分C0.01-0.06%、Si0.10-0.40%、Mn1.00-1.80%、P≤0.018%、S≤0.004%、Ti0.005-0.030%、Nb0.08-0.18%、Cu≤0.30、Mo0.08-0.20%、Cr0.10-0.35%、Al0.01-0.06%、N0.002-0.008%，Mo和Cu合金的加入不仅增加了设计成本，而且，其仅能满足-10℃DWTTSA≥90%；5）申请号为CN201110147542.8，名称为“一种低成本X70管线钢板及其制备方法”的中国专利，化学成分C0.061-0.095%、Si0.10-0.45%、Mn1.45-1.85%、P≤0.014%、S≤0.004%、Alt0.01-0.06%、Nb0.02-0.039%、Ti0.01-0.02%、N≤0.008%，尽管其采用无钼成分设计，仍仅满足-15℃DWTTSA≥90%；6）申请号为CN201110369856.2，名称为“一种含Cr的管线钢X70热轧平板及生产方法”的中国专利中，化学成分C0.030-0.080%、Si0.10-0.40%、Mn1.55-2.00%、P≤0.015%、S≤0.0050%、Nb0.035-0.060%、Ti0.008-0.025%、Alt0.020-0.060%、N≤0.008%，尽管其采用无钼成分设计，但其也仅满足-15℃DWTT断裂韧性指标要求；7）申请号为CN200910011961.1，名称为“一种高强度经济型X70管线钢热轧平板及其生产方法”的中国专利，化学成分C0.02-0.08%、Si0.10-0.35%、Mn1.40-1.70%、P≤0.020%、S≤0.005%、Nb0.04-0.07%、Ti0.008-0.030%、Als0.020-0.045%，尽管其采用无钼经济型成分设计，同时添加Ni、Cr、Cu的一种或一种以上元素，其中Ni≤0.30、Cr≤0.20、Cu≤0.20，仅可以满足-15℃DWTT断裂韧性指标要求；8）专利公开号为JP2003064418（A）、KR20030053767（A）、UA12217（U）和CA2775043（A1）的国外专利中，均含有Mo、Ni、Cu中的一种或一种以上合金成分，仅满足-15℃DWTTSA≥85%。综上所述专利描述的X70/L485MB管线钢仅满足-15℃及以上DWTT断裂韧性指标要求，均不具备-20℃DWTT断裂韧性止裂能力，因此，开发-20℃及以下低温韧性优良的管线钢具有重要意义。

技术实现要素：
本发明的目的在于针对上述问题，提供一种无钼低温断裂韧性优良的管线卷板，其特点在于合金含量低，-20℃DWTT低温韧性优良，且其-25℃DWTTSA≥90%。本发明的目的是通过以下技术方案来实现。一种无钼低温断裂韧性优良的管线卷板及其生产方法成分设计合金含量低，化学成分重量百分数为：C0.02-0.08%；Si0.10-0.50%；Mn1.50-1.75%；P≤0.020%；S≤0.005%；Nb0.03-0.08%；V0.010-0.050%；Ti0.005-0.050%；Cr0.10-0.50%；Als0.010-0.050%；N≤0.0080%，余量为Fe和不可避免的夹杂。其中主要元素含量配比设计原理如下：本发明的C含量为0.02-0.08%，碳是钢中最基本的经济的强化元素，通过固溶强化和析出强化对提高管线钢强度有明显作用，但是碳含量的提高会恶化其韧性和焊接性；降低碳含量，不仅可防止碳化铌的生成，板坯加热时有更多铌含量溶解到奥氏体中，同时可以保证钢具有高的韧性、塑性、优良的焊接性能和抗HIC及抗SSC能力。低碳还可以减少偏析。本发明的Si含量为0.10-0.50%，起固溶强化和提高钢抗张强度的作用。本发明的Mn含量为1.50-1.75%。锰是管线钢中补偿因碳含量降低而引起的强度损失。高Mn可促进针状铁素体形核，高的Mn/C比可提高屈服强度和冲击韧性，降低析出碳化物的尺寸，促进沉淀强化效果。本发明的Nb含量为0.03-0.08%。铌可提高奥氏体再结晶温度，实现高温轧制，这样可以减少轧机负荷和提高生产效率。这样可以通过延迟奥氏体向铁素体转变，提高贝氏体的体积分数和铁素体中NbC析出来获得附加的强化效果，最终获得高强度、高韧性配合的机械性能。本发明中的V含量为0.010-0.050%。钒具有较高的析出强化作用和较弱的晶粒细化作用，在本发明设计中Nb、V、Ti三种微合金元素复合使用时，其中钒主要是通过析出强化来提高钢的强度。本发明中的Ti含量为0.005-0.050%。钛是强固氮元素，在板坯连铸的过程中，利用钛固定氮可形成细小的、高温稳定的TiN析出相，这种粒子可有效阻止铸坯再加热引起的奥氏体晶粒长大。本发明的Cr含量为0.10-0.50%。铬能够抑制先共析铁素体的形成，延长铁素体形核的孕育期，降低铁素体晶粒的长大速率，而对贝氏体转变的推迟较小，降低贝氏体最大转变速度的温度，使得在相同的冷却条件下更容易发生贝氏体转变，此外，铬还有固溶强化，酸性条件降低腐蚀速度的作用。本发明的生产方法采用薄板坯连铸连轧生产工艺流程，具体步骤为：铁水预处理-转炉冶炼-炉外精炼-连铸-铸坯加热-控制轧制-控制冷却-卷取，工序控制水平和作用如下所述。本发明中的铁水预处理主要作用是提高钢水纯净度，减少和降低铁水中夹杂和杂质含量，为后续成品力学性能做准备。本发明中的连铸过程中，投入轻压下，可以减少中心疏松和偏析。连铸坯拉速控制在1.0-2.0m/s，铸坯厚度为135-170mm。本发明中的炉外精炼工序包括RH+LF两个处理过程。通过RH处理，减少气体含量，[H]≤10ppm；在LF处理期间，进行喂线Ca处理，喂线量≥800m，使夹杂物充分球化，从而保证成品夹杂物均不大于2.0级。本发明中的铸坯主要采用550℃以上的温装工艺，铸坯加热温度控制在1100-1250℃，在炉保温时间为150分钟以上。本发明中的轧制过程包括粗轧和精轧，在粗轧前经高压水除磷保证钢板表面质量，粗轧开始温度控制在1000℃以上，采取纵、横向交叉轧制，压下量在55%以上；精轧开始轧制温度为1050-950℃，终轧温度为900-750℃，且前三道次累计压下量高达70%以上；层流冷却段采取集管集中冷却，冷速为10-25℃/s，卷取温度在600-450℃范围内，随后空冷至室温。本发明生产工艺说明：铸坯加热温度为1100~1250℃。为使合金元素Nb、V、Ti等二相粒子充分析出，起到细晶强化的作用，要尽量使铸坯中的Nb、V、Ti合金回溶到钢中。在1180℃时，铸坯中Nb析出粒子已经大部分回溶。在1250℃时，钢中的Nb析出粒子回溶程度已经接近饱和，且加热温度超过1250℃后，原始奥氏体晶粒度将会急速长大，因此确定铸坯加热温度为1100℃～1250℃。精轧开轧温度高于1000℃，成品晶粒不易细化，细晶强化效果不好。低于950℃，则增加精轧机架的负荷，容易导致生产事故；规定终轧温度在750℃以上，可以避免在双相区轧制使轧机负荷过大，并避开板型难于控制的变形温度区间，且能减少钢板纵横向性能差异。但终轧温度高于900℃，晶粒细化不足，影响强化效果。本发明生产的低温韧性优良的L485MB热轧卷板从成分设计成本上，以Nb代替Mo、且不添加Ni、Cu合金元素，从而减少了合金设计成本；同时通过采取相应的生产和轧制工艺设计，使其达到API5L标准要求，尤其是-25℃DWTTSA≥90%，不仅满足市场需求，为企业带来一定的经济效益和社会效益，而且也为国内低温韧性用管线钢的发展作出了贡献。附图说明图1为实施例1的组织图；图2为实施例1-25℃DWTT断口微观形貌图。具体实施方式下面介绍L485MB热轧卷板具体的实施方式，实施例化学成分见表1，工艺执行情况见表2，力学性能见表3。表1L485MB热轧卷板实施例化学成分（wt%）序号CSiMnPSNbVTiCrAlsN10.0460.351.720.0120.0030.0710.0230.0150.210.0180.004820.0540.371.700.0130.0020.0560.0210.0230.180.0370.005630.0620.381.630.0150.0020.0640.0350.0120.200.0290.003340.0580.381.680.0110.0020.0450.0410.0220.350.0450.002850.0460.451.710.0130.0040.0500.0450.0370.470.0270.002660.0280.281.580.0100.0020.0380.0400.0250.370.0210.006770.0780.251.580.0080.0030.0470.0390.0180.380.0350.004880.0230.491.730.0110.0040.0620.0380.0340.380.0410.005590.0450.361.690.0090.0020.0590.0290.0490.450.0450.0044100.0670.181.530.0140.0030.0350.0310.0260.280.0400.0037注：余量为铁和不可避免杂质。表2L485MB热轧卷板实施例生产工艺序号规格，mm加热温度，℃精轧入口，℃终轧，℃冷速，℃/s卷取，℃181100-1250102085025450-600281100-125098082018450-600381100-1250100080015450-6004101100-1250105078010450-6005101100-125095075015450-6006101100-1250102483122450-6007121100-1250103779817450-6008121100-1250102982020450-600912.51100-1250101081714450-6001012.51100-125098982519450-600表3L485MB热轧卷板实施例30°方向力学性能注：拉伸试样采用比例试样。图1为L485MB热轧卷板的针状铁素体组织，图2为L485MB热轧卷板断口微观形貌。