一种高强度管线钢板及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种高强度管线钢板各组分由如下重量百分数组成：C：0.065～0.07％，Si：0.1～0.14％，Mn：1.2～1.6％，Ti：0.01～0.015％，P：≤0.012％，S：≤0.004％，Ni：0.35～0.42％，Cr：0.2～0.5％，Nb：0.05～0.1％，Mo：0.22～0.32％，RE：0.01～0.025%限制元素H≤0.0002％，N≤0.004％，O≤0.0015％，余量为Fe；具有特定的微观结构，从而具有较高的抗拉强度和较低的屈强比。
【专利说明】一种高强度管线钢板及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种高强度管线钢板及其制备方法，具体的是涉及一种高强度，特别是高抗拉强度的管线钢板及其制备方法。
【背景技术】
[0002]随着国民经济的快速发展，石油、天然气用量不断增长，国内管线钢发展异常迅速，未来10年将是我国油气输送管线建设的井喷期。X80管线钢由于其高强度、高韧性已应用于在建的“西气东输二线”输气管道工程及中俄石油管道工程的主干管线。尽管目前国内已有很多大中型钢厂能生产X80级别管线钢，但是传统的X80级别管线钢主要采用低碳、高铌的成分设计，高Nb的加入虽然可以显著细化晶粒，提高管线钢的强韧性，但是过量Nb的加入会明显降低焊接粗晶热影响区(CGHAZ)的低温冲击韧性。
[0003]管道运输是石油、天然气最经济、最合理的运输方式，为降低管线建设和运行成本，输送压力及管线钢的强度在不断提高。但是单单考虑管线钢的强度级别已经不能满足管道运输的安全要求。对偏远地区能源的大量需求使得超长距离的管线建设不得不经过一些寒冷和多地震地区或深海、硫高等环境恶劣的地区，这就要求管道运输不仅要采用高强度级别以降低成本，更要考虑在特殊地质条件下的运行安全。在地震冻土带、泥石流、山体滑坡等等自然灾害引起地层的大规模运动地区，管线钢不但要承受较高的内压，同时还必须具有相当高的变形能力和应变强化能力，以承受由于地质断层相对运动、地震波传播、土层液化引起的轴向压缩变形及弯曲变形，显然此时单纯的高强度并不能确保管线的安全，管线钢还应具有很好的抗大变形能力。
[0004]大线能量焊接管线钢可以显著提高管道的铺设效率、节约成本，是管线钢未来发展的主要趋势之一。传统高强X80管线钢经过大线能量焊接热过程后，焊接粗晶热影响区(CGHAZ)的晶粒严重粗化和组织结构的改变将使得热影响区的性能与管线钢性能严重不匹配，焊接接头热影响粗晶区不再具有管线钢的许多优异性能。为了使X80管线钢具有较好的大线能量焊接性能，就必须要在传统X80成分设计基础上进行优化。
[0005]我国油气管道工程发展很快，尤其是长距离输送管道建设近年来得到很大发展，管线沿线必然经过多种复杂地质地貌条件。在大部分地区管道均采用基于应力的设计方法，但是在管线经过地震带和活动断层以及沉陷带、冻土带、滑坡带等区段时，必须采用基于应变的管道设计方法，这就需要采用具有均匀塑性变形容量较大的高钢级管线钢并发展相应的制造技术。一般而言，管线钢强度较低时均匀塑性变形容量较大，而对于高钢级管线钢要获得较大的塑性变形容量比较困难。加之，高钢级管线钢和钢管在随后的防腐过程中由于温度的作用会产生强度和硬度升高，塑性和韧性下降的现象，即产生应变时效现象。钢管在长期的使用过程中的也会产生应变时效现象。近年来，随着控轧空冷技术的发展，管线钢的屈强比已从过去的0.80?0.85上升到0.90?0.95，过高的屈强比限制了管线钢和钢管的变形能力，从而对使用安全性产生影响。目前，具有高应变性能的高钢级管线钢在国际上已经开发出来，并得到工程应用，但不能很好地兼顾应变时效性能。
[0006]抗大变形管线钢是管线钢发展最具挑战性的领域之一，这些地区的埋地管线可能发生大的塑性变形。这样，管线需要更高的抗压缩和拉伸应变的性能。抗大变形管线钢能够承受较大的变形，其性能指标有一定的特殊性。通过大量的研究试验表明，在基本的强度衡量参数，如屈服强度、抗拉强度等之外，能够说明其大变形性的主要参数包括:均匀塑性变形延伸率UEL彡10%、屈强比σ s/ σ b彡0.80等等。采用TMCP工艺生产高强度高韧性的管线钢已经基本成熟，但是目前的X80级别管线钢都为典型的针状铁素体或下贝氏体组织，这样的组织类型对应的钢板性能具有很好的强度和韧性匹配，但是其塑性不足，均匀变形伸长率UELS 10%，屈强比大都在0.82以上，有的甚至超过了 0.90。所以在特殊地质条件下，目前X80级管线钢抗地层位移所产生的变形能力较低。
【发明内容】
[0007]本发明的目的之一在于提出一种高强度管线钢板；
[0008]本发明的目的之二在于提出该高强度管线钢板的制备方法。
[0009]为达此目的，本发明采用以下技术方案:
[0010]各组分由如下重量百分数组成:
[0011]C:0.065 ?0.07%，Si:0.1 ?0.14%, Mn:1.2 ?1.6%，T1:0.01 ?0.015%，P:(0.012%, S..( 0.004%, Ni:0.35 ?0.42%, Cr:0.2 ?0.5%，Nb:0.05 ?0.1%，Mo:0.22 ?0.32%, RE:0.01 ?0.025% 限制元素 H 彡 0.0002%, N ^ 0.004%, O ^ 0.0015%,
余量为Fe ；
[0012]所述高强度管线钢板纵截面中心区域的针状铁素体分布的比例是在钢板表面分布的2?4倍，纵截面中心针状铁素体平均粒度是钢板表面平均粒度的1/3?1/5 ;所述纵截面中心区域是指钢板纵截面中心为圆心、半径为1/3板厚围成的区域；所述钢板表面是指钢板最外层至其表面以下1/10处内的厚度；
[0013]所述高强度管线钢的屈服强度为590?690MPa，抗拉强度为865?900MPa，屈强比为 0.625 ?0.765。
[0014]优选的，所述高强度管线钢板的断后伸长率为25?32%，-20°C冲击功245?366.5J。
[0015]优选的，所述高强度管线钢板的微观组织包括针状铁素体、贝氏体和岛状马氏体，其中针状铁素体的体积百分比为82?88%，贝氏体的体积百分比6?10%，MA岛的体积百分比为6?8%。
[0016]作为优选实施方式，各组分由如下重量百分数组成:
[0017]C:0.068 ?0.07%，S1:0.I ?0.12%，Mn: 1.3 ?1.5% ,Ti:0.01 ?0.015%，P:(0.012%,S..( 0.002%,N1:0.38 ?0.40%,Cr:0.35 ?0.42%,Nb:0.06 ?0.09%,Mo:0.28 ?0.32%,RE:0.018 ?0.022% 限制元素 H 彡 0.0002%,N^ 0.004%,O ^ 0.0015%,
余量为Fe ；
[0018]所述高强度管线钢板的制备方法，包括以下步骤:
[0019]a)按照权利要求1?4任一项所述高强度管线钢板的成分含量进行设计进行转炉冶炼，LF炉、VD炉精炼后进行连铸；
[0020]b)对步骤a)得到的连铸坯料进行均热处理，温度控制在1200?1280°C的范围内，保温100?120min ；
[0021]c)对出炉后的坯料进行高压水除磷处理，去除坯料在加热过程中所产生的氧化铁皮；
[0022]d)对除磷后的坯料立即进行两阶段控制轧制，其中再结晶区轧制的开轧温度为1190?1220°C，累积变形量为68?78%，终轧温度为960?980°C，得到的中间坯空冷到880?920°C，再进行未再结晶区轧制，开轧温度为880?920°C，终轧温度为760?780°C，未再结晶区轧制压缩比为5?8倍；
[0023]d)终轧后的钢板进行空冷后水冷，钢板当空冷的温度降低到相变点Ar3以下30?50°C时,钢板入水冷却,使钢板在入水前50%?70%的奥氏体转变为先共析铁素体；
[0024]e)对步骤d)后得到的钢板进行层流冷却，冷却速度为28?35°C /s，终冷温度为180?220°C范围内，将层流冷却后的钢板空冷至室温；
[0025]f)将层流冷却后的钢板进行680?760V的退火处理，然后进行320?380°C的回火处理。
[0026]本发明的效果在于:
[0027]发现RE的添加可以进一步改善针状铁素体的分布和粒径；对针状铁素体的分布限定为本申请的情况可以大大的提高抗拉强度，改善管线钢的最终性能；本发明特定的制备方法以及特定的参数对改善高强度管线钢的抗拉强度和屈服强度以及较低的屈服比都具有良好效果；特定的热处理工艺可以改善微观组织内的各相分布，优化性能。本发明管线钢板性能优越应用前景广阔。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1是本发明生产工艺流程图。
【具体实施方式】
[0029]实施例1
[0030]高强度管线钢板，其各组分由如下重量百分数组成:
[0031]C:0.065 %, Si:0.12 %, Mn:1.35 %, Ti:0.01 %, P:0.008 %, S: ^ 0.002 %,Ni:0.38 %, Cr:0.42 %, Nb:0.08 %, Mo:0.29%, RE:0.018%,限制元素 H:0.0001 %, N:0.00:2%, O:0.0008%，余量为 Fe ；
[0032]测得该高强度管线钢板纵截面中心区域的针状铁素体分布的比例是在钢板表面分布的2.82倍，纵截面中心针状铁素体平均粒度是钢板表面平均粒度的1/3 ;所述纵截面中心区域是指钢板纵截面中心为圆心、半径为1/3板厚围成的区域；所述钢板表面是指钢板最外层至其表面以下1/10处内的厚度；
[0033]该高强度管线钢的屈服强度为682MPa，抗拉强度为865MPa，屈强比为0.725。
[0034]该高强度管线钢板的断后伸长率为28%，_20°C冲击功324.5J。
[0035]该高强度管线钢板的微观组织中针状铁素体的体积百分比为86%，贝氏体的体积百分比8%，岛状马氏体的体积百分比为6%。
[0036]实施例2:
[0037]本实施例的高强度管线钢板，各组分由如下重量百分数组成:
[0038]C:0.07 %, Si:0.14 %, Mn:1.6 %, T1:0.015 %, P:0.010 %, S:0.003 %, Ni:0.40%,Cr:0.42%,Nb:0.1%,Μο:0.32%,RE:0.025% 限制元素 H:0.0002%,N:0.0008%,O:0.0001%，余量为 Fe ；
[0039]该高强度管线钢板纵截面中心区域的针状铁素体分布的比例是在钢板表面分布的3.25倍，纵截面中心针状铁素体平均粒度是钢板表面平均粒度的1/4 ；
[0040]所述高强度管线钢的屈服强度为590MPa，抗拉强度为892MPa，屈强比为0.685。
[0041]该高强度管线钢板的断后伸长率为32%，-20°C冲击功352.3J。
[0042]该高强度管线钢板的微观组织中针状铁素体的体积百分比为88%，贝氏体的体积百分比6 %，MA岛的体积百分比为6 %。
[0043]实施例3:
[0044]a)按照实施例1的高强度管线钢板的具体成分含量进行设计进行转炉冶炼，LF炉、VD炉精炼后进行连铸；
[0045]b)对步骤a)得到的连铸坯料进行均热处理，温度为1280°C，保温120min ；
[0046]c)对出炉后的坯料进行高压水除磷处理，去除坯料在加热过程中所产生的氧化铁皮；
[0047]d)对除磷后的坯料立即进行两阶段控制轧制，其中再结晶区轧制的开轧温度为1220°C，累积变形量为78%，终轧温度为980°C，得到的中间坯空冷到910°C，再进行未再结晶区轧制，开轧温度为880°C，终轧温度为770°C，未再结晶区轧制压缩比为6倍；
[0048]d)终轧后的钢板进行空冷后水冷，钢板当空冷的温度降低到相变点Ar3以下42°C时，钢板入水冷却；
[0049]e)对步骤d)后得到的钢板进行层流冷却，冷却速度为32°C /S，终冷温度为200°C，将层流冷却后的钢板空冷至室温；
[0050]f)将层流冷却后的钢板进行680?760V的退火处理，然后进行320?380°C的回火处理。
[0051]最终得到的高强度管线钢板
[0052]该高强度管线钢的屈服强度为682MPa，抗拉强度为865MPa，屈强比为0.725。
[0053]该高强度管线钢板的断后伸长率为28%，_20°C冲击功324.5J。
[0054]该高强度管线钢板的微观组织中针状铁素体的体积百分比为86%，贝氏体的体积百分比8%，岛状马氏体的体积百分比为6% ；
[0055]测得该高强度管线钢板纵截面中心区域的针状铁素体分布的比例是在钢板表面分布的约2.82倍，纵截面中心针状铁素体平均粒度是钢板表面平均粒度的约1/3。
【权利要求】
1.一种高强度管线钢板，其特征在于:各组分由如下重量百分数组成:
C:0.065 ?0.07 %，Si:0.1 ?0.14 %，Mn:1.2 ?1.6 %，Ti:0.01 ?0.015 %，P:(0.012%, S..( 0.004%, Ni:0.35 ?0.42%, Cr:0.2 ?0.5%，Nb:0.05 ?0.1%，Mo:0.22 ?0.32%, RE:0.01 ?0.025% 限制元素 H 彡 0.0002%, N ^ 0.004%, O ^ 0.0015%,余量为Fe ； 所述高强度管线钢板纵截面中心区域的针状铁素体分布的比例是在钢板表面分布的2?4倍，纵截面中心针状铁素体平均粒度是钢板表面平均粒度的1/3?1/5 ;所述纵截面中心区域是指钢板纵截面中心为圆心、半径为1/3板厚围成的区域；所述钢板表面是指钢板最外层至其表面以下1/10处内的厚度； 所述高强度管线钢的屈服强度为590?690MPa，抗拉强度为865?900MPa，屈强比为0.625 ?0.765。
2.根据权利要求1所述的高强度管线钢板，其特征在于:所述高强度管线钢板的断后伸长率为25?32%，-20°C冲击功245?366.5J。
3.根据权利要求1或2所述的高强度管线钢板，其特征在于:所述高强度管线钢板的微观组织包括针状铁素体、贝氏体和岛状马氏体，其中针状铁素体的体积百分比为82?88 %，贝氏体的体积百分比6?10 %，MA岛的体积百分比为6?8 %。
4.根据权利要求1或2所述的高强度管线钢板，其特征在于:各组分由如下重量百分数组成:
C:0.068 ?0.07 %，Si:0.1 ?0.12 %，Mn:1.3 ?1.5 %，Ti:0.01 ?0.015 %，P:(0.012%,S..( 0.002%,N1:0.38 ?0.40%,Cr:0.35 ?0.42%,Nb:0.06 ?0.09%,Mo:0.28 ?0.32%, RE:0.018 ?0.022% 限制元素 H 彡 0.0002%,0.004%,O ^ 0.0015%,余量为Fe。
5.权利要求1?4任一项所述高强度管线钢板的制备方法，其特征在于:包括以下步骤: a)按照权利要求1?4任一项所述高强度管线钢板的成分含量进行设计进行转炉冶炼，LF炉、VD炉精炼后进行连铸； b)对步骤a)得到的连铸坯料进行均热处理，温度控制在1200?1280°C的范围内，保温 100 ?120min ； c)对出炉后的坯料进行高压水除磷处理，去除坯料在加热过程中所产生的氧化铁皮； d)对除磷后的坯料立即进行两阶段控制轧制，其中再结晶区轧制的开轧温度为1190?1220°C，累积变形量为68?78%，终轧温度为960?980°C，得到的中间坯空冷到880?920°C，再进行未再结晶区轧制，开轧温度为880?920°C，终轧温度为760?780°C，未再结晶区轧制压缩比为5?8倍； d)终轧后的钢板进行空冷后水冷，钢板当空冷的温度降低到相变点Ar3以下30?50°C时,钢板入水冷却,使钢板在入水前50%?70%的奥氏体转变为先共析铁素体； e)对步骤d)后得到的钢板进行层流冷却，冷却速度为28?35°C/s，终冷温度为180?220°C范围内，将层流冷却后的钢板空冷至室温； f)将层流冷却后的钢板进行680?760V的退火处理，然后进行320?380°C的回火处理。
【文档编号】C22C38/58GK104513932SQ201310452491
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2013年9月27日 优先权日:2013年9月27日
【发明者】张明 申请人:无锡华冶钢铁有限公司