X120高钢级管线钢热轧钢板及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种X120高钢级管线钢热轧钢板及其制备方法，属于微合金钢生产【技术领域】。该钢板按重量百分比包括如下化学成分：C：0.03～0.07，Si：0.10～0.50，Mn：1.80～2.10，P：≤0.010，S：≤0.005，Nb：0.040～0.070，V：0.040～0.070，Ti：0.010～0.040，Ni：0.15～0.40，Mo：0.15～0.40，Cu：≤0.30，Cr：≤0.40，Alt：0.01～0.05，Ca：0.001～0.06，其余为Fe及不可避免的杂质。该管线钢具有高强韧性和良好的可焊性，且屈强比低，合金用量少，成本低。
【专利说明】X120高钢级管线钢热轧钢板及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于微合金钢生产【技术领域】，特别地涉及一种X120高钢级管线钢热轧钢板及其制备方法。
【背景技术】
[0002]在经济危机和能源需求剧增的背景下，国家拉动内需，扩大基础建设，管道工程建设尤为突出。国内著名的“西气东输工程”建设，管线钢需求量大，X80钢级批量应用，促进了国内钢厂对更高强度等级管线钢的研究与开发。
[0003]长距离高压输送对管线钢性能提出了更高的要求。从输送管道的运营稳定性和安全性出发，需要具有更高强度和韧性的管线钢；从经济角度出发，也需要更高钢级管线钢产品。目前，相关标准中的最高强度等级X120级管线钢要求屈服强度达到915~1050MPa，抗拉强度达到915~1145MPa，且具有良好的韧性指标，它的应用将具有巨大的经济效益，可使长距离油气管线工程造价降低5%~18%，主要体现在节约材料、提高输送压力、减小施工量、降低维护费用和优化整体方案等方面。
[0004]专利号为ZL200610117239.2、发明名称为“超高强度高韧性Xl20管线钢及其制造方法”的专利中记载的管线钢的化学成分中包括Nb:0.043~0.150%、Cu ( 0.80%、Ni ( 1.20%、Cr ( 1.20%、Mo ( 1.0%，而且添加了 B:0.005 ~0.0030%,合金添加量高，制造成本高，同时提高了碳当量，不利于焊接工艺性能；制造方法中再结晶区控制轧制的温度范围:900~1200°C ;未再结晶区控轧轧制的温度控制范围:720~940°C ;终止轧制温度:720~880°C，轧制温度较低，容易产生混晶，而且较低的轧制温度对超高强度管线钢板型控制非常不利，并增加了热矫直的道次数，极大地降低生产效率和产品合格率。
[0005]专利号为ZL200910063905.2、发明名称为“低裂纹敏感性高韧性X120管线钢及其制造方法”的专利中记载的管线钢的化学成分中Nb、V、N1、Cu、Cr以及Mo的总含量达到0.9-1.31%，合金含量比较高，制造成本高；制造方法中钢板冷却前停留10-60秒，降低了生产效率，而且会加大钢板头尾温差，降低钢板同板性能的均匀性，给用户最终使用带来不便。
[0006]另外，目前国内没有采用双机架可逆式宽厚板轧机轧制和采用在线DQ处理工艺生广具有闻强朝性和良好可焊性的X120闻钢级管线钢的相关专利和文献报道。
【发明内容】
[0007]针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种X120高钢级管线钢热轧钢板及其制备方法，该管线钢热轧钢板具有高强韧性和良好的可焊性，且屈强比低，合金用量少，成本低。其制备方法中采用在线DQ工艺进行冷却，设计合理，其能大幅提高低碳钢和低合金钢的强度。
[0008]为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案:
[0009]一种X120高钢级管线钢热轧钢板，按重量百分比由如下化学成分组成:[0010]C:0.03 ~0.07%, S1:0.10 ~0.50%, Mn:1.80 ~2.10%, P:≤ 0.010%, S:≤ 0.005%,Nb:0.040 ~0.070%, V:0.040 ~0.070%, T1:0.010 ~0.040%, N1:0.15 ~0.40%, Mo:0.15 ~0.40%, Cu:≤ 0.30%, Cr 0.40%, Alt:0.01 ~0.05%, Ca:0.001 ~0.06%，其余为
Fe及不可避免的杂质。
[0011]优选地，上述X120高钢级管线钢热轧钢板，按重量百分比由如下化学成分组成:
[0012]C:0.04%、Si:0.20%、Mn:2.00%、P:0.008%、S:0.001%、Nb:0.063%, V:0.056%、Ti:0.028%、Ni:0.27%、Mo:0.27%、Alt:0.029%、Ca:0.004%，其余为 Fe 及不可避免的杂质。
[0013]当上述管线钢热轧钢板对抗腐蚀性要求较高时，可选择性地添加Cu、Cr。
[0014]上述管线钢热轧钢板中主要成分的作用机理如下:
[0015]碳:碳作为钢中最廉价的合金元素是提高材料强度最有效的元素之一，但对材料的韧塑性和焊接性能都有明显的影响。随着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的性能，钢中的碳含量逐渐降低，高钢级管线钢中碳含量应在0.10%以下为宜。低碳还可以提高抗氢致裂纹(HIC)能力和热塑性，便于管线钢弯曲成型。
[0016]锰:锰在钢中起到固溶强化的作用，而且可以提高贝氏体的淬透性能，弥补碳含量降低所造成的强度下降。但锰含量过高对管线钢的焊接性能造成不利影响；同时锰含量的过多也会产生控轧钢板的中心偏析，从而引起管线钢的力学性能的各向异性。
[0017] 镍:镍能够改善铜在钢中引起的热脆性。
[0018]铌、钒、钛:三种元素在钢中的作用相似，主要起到细晶强化和沉淀强化的作用，推迟奥氏体再结晶、阻止奥氏体晶粒长大。
[0019]钥:钥可使碳在奥氏体中的扩散激活能增加，从而使碳的扩散系数降低，抑制先共析铁素体的形成，提高Nb (C，N)在奥氏体中的溶度积，大量的Nb保持在固溶体中，细小的Nb (C，N)便在低温转变的铁素体中弥散析出，产生较高的沉淀效果。
[0020]上述X120高钢级管线钢热轧钢板的制备方法依次包括铁水预处理、转炉冶炼、炉外精炼、连铸、板坯加热、除鳞、轧制以及冷却步骤；其中:
[0021]在所述冷却步骤中，冷却模式采用在线DQ (direct quenching,直接淬火)工艺，冷却区平均冷却速度为25°C /s~50°C /s，示例性地可以为25°C /s~30°C /s、45°C /s~48°C /s、36°C /s ~40°C /s、30°C /s、35°C /s、49°C /s，冷却终止温度为 200 ~400°C，示例性地可以为 210 ~23(TC、250 ~28(TC、290 ~32(TC、330 ~35(TC、360 ~39(TC、21(TC、220°C、240 V、290 V、300°C、370°C、380 V。
[0022]控制冷却其主要目的是在不降低钢板韧性的前提下通过控冷能够进一步提高钢板强度。控轧后的快速冷却可获得淬火或回火的显微组织。冷却速度越大，通过相变温度区的过冷度越大，使Y相到α相的转变温度降低，提高铁素体的形核率并降低铁素体晶粒的长大速度，使铁素体晶粒得到细化，冷却速度越大珠光体转变温度范围就越小，同时加速冷却可以抑制Nb (C、N)、V (C、N)在高温时的析出，使低温析出量增加，且更小、分布更均匀，可有效地起到强化和细化作用。Nb-Mo系钢板的抗拉强度随终冷温度的降低而单调的增加，但屈服强度和冲击韧性却随显微组织的不同而复杂变化，低温韧性在终冷温度300~400°C之间最大。另一方面终冷温度的降低对试验钢组织中针状铁素体比例也有影响。冷却速度在15°C /s以上，随着终冷温度的降低，针状铁素体比例有增加的趋势。
[0023]作为本发明的优选实施方式，在所述板坯加热步骤中，板坯加热温度为1150°C~12500C ;示例性地可以为 1150°C~1170°C、1180°C~1200°C、1200°C~1230°C、1230°C~1250°C、1210°C U160°C、1240°C。在该温度下可以保证Nb (CN)的固溶量，减少原始晶粒尺寸的长大。
[0024]作为本发明的优选实施方式，在所述轧制步骤中，采用双机架可逆式宽厚板轧机进行轧制，在奥氏体再结晶区完成粗轧，所述粗轧的纵轧末道次压下率不低于25%，示例性地可以为25%、28%、30%，粗轧终轧温度控制在1000°C~1100°C ;在奥氏体未再结晶区完成精轧，精轧时累积压下率不低于60%，示例性地可以为70%、80%、85%、90%，精轧开轧温度为900~980 V，示例性地可以为910°C、920°C、940°C、950°C、960 V，精轧终轧温度为800 V~900 V，示例性地可以为 810°C、830°C、800°C、850°C、870°C。
[0025]在所述板还加热步骤中，所述板还加热的时间优选不低于8min/cm,更优选为8-lOmin/cm，加热时间只要保证将板坯烧匀烧透，各点温度差≤20°C即可。所述板坯加热步骤具体可以为:采用冷装，加热时间为8min/cm，要求将钢坯烧匀烧透，各点温度差≤20°C。出钢温度为1180~1230。。。
[0026]所述除磷可以为高压水除磷。
[0027]在所述轧制步骤中，所述轧制时的粗轧采用单道次大压下制度，至少保证末道次压下率不低于25%，优选地，中间坯厚为成品的3.5-5倍，示例性地可以为4倍、4.5倍、5倍。更优选地，所述末道次压下率为25-40%。精轧时累积压下率不低于60%，优选为60%-80%，精轧开轧温度优选为930~950°C，精轧终轧温度优选为850~880°C。
[0028]在所述冷却步骤中，冷却模式采用在线DQ，冷却参数可以如下:冷却开始温度760~800°C，冷却结束温度200~400°C，冷却速率25~50°C /s。也可以说，所述冷却时的开始温度优选为760~800°C。更优选地，所述冷却结束温度为250~350°C，冷却速率为 30-400C /S。
[0029]在所述冷却步骤之后还包括矫直步骤，其中钢板的终矫温度不高于450°C。注意保持矫直机、辊道等设备的良好状态，避免钢板划伤、压痕等缺陷。根据实际板形情况，确定矫直道次。
[0030]本发明与现有技术相比具有如下有益效果:本发明通过双机架可逆式宽厚板轧机轧制和采用在线DQ处理工艺生产了具有高强韧性和良好可焊性的X120高钢级管线钢钢板。在控制轧制中采用在线DQ工艺，能大幅提高低碳钢和低合金钢的强度，同时降低合金加入量，节约生产成本，并获得理想性能的钢板，由于减少了合金元素含量而降低了碳当量，改善了焊接性能。本发明制得的钢板具有高强韧性和良好的可焊性，且屈强比比较低。其屈服强度达到850MPa以上，抗拉强度达到950MPa以上，(TC V型缺口夏比冲击功达到200J以上，(TC全尺寸DWTT剪切面积85%以上，最终成品性能满API5L标准X120管线钢性能要求。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]图1是本发明实施例1制备的X120管线钢钢板的金相组织图，其中:图1 (A)为钢板1/4厚度处显微组织；图1 (B)为钢板心部的显微组织；
[0032]图2是本发明实施例2制备的X120管线钢钢板的金相组织图，其中:图2 (A)为钢板1/4厚度处显微组织；图2 (B)为钢板心部的显微组织。【具体实施方式】
[0033]下面结合具体实施例对本发明进行详细说明，但本发明并不限于此。
[0034]以下百分比均为重量百分比。
[0035]实施例1:制备厚度16mm的X200高钢级管线钢热轧钢板
[0036]该钢板的化学成分及重量百分比含量(Wt，%)为:
[0037]C:0.04、Si:0.20、Mn:2.00、P:0.008、S:0.001、Nb:0.063、V:0.056、Ti:0.028、N1:0.27、Mo:0.27、Alt:0.029、Ca:0.004，其余为 Fe 及不可避免的杂质。
[0038]上述化学成分的钢板的制备方法如下:依次包括铁水预处理、120吨转炉冶炼、炉外精炼、连铸成250mmX 1700mmX2850mm的连铸坯，铸坯加热、高压水除鳞、双机架可逆式4300mm宽厚板轧机轧制、冷却、热矫直处理。其中，铁水预处理、120吨转炉冶炼、炉外精炼、连铸成250mmX 1700mmX 2850mm的连铸坯、高压水除鳞为本领域常规技术，在此处不再重复阐述，下面对不同于现有技术的工艺步骤进行详细说明。
[0039]I)板坯加热
[0040]装炉方式:采用冷装，加热参考时间按8min/cm。要求钢坯加热均匀，各点温度差≤20°C。出钢温度为1200°C。
[0041]2)轧制
[0042]在奥氏体再结晶区完成粗轧，所述粗轧为纵轧，采用单道次大压下制度，至少保证末道次压下率不低于25%，中间坯厚为成品厚度的4倍，粗轧终轧温度为1100°C。精轧时累积压下率不低于60%，但不高于70%，精轧开轧温度为960°C，精轧终轧温度为850°C。
[0043]3)轧后冷却
[0044]冷却模式采用在线DQ，冷却参数如下:冷却开始温度760~800°C，冷却结束温度250°C，冷却速率 39°C /s。
[0045]4)矫直制度
[0046]钢板的终矫温度不高于450°C。注意保持矫直机、辊道等设备的良好状态，避免钢板划伤、压痕等缺陷。根据实际板形情况，确定矫直道次。一般矫直道次I~3次即可。
[0047]本实施例1制得的钢板的有关性能参数列于表1中，其金相组织如图1所示，图1(A)为钢板1/4厚度处显微组织，图1 (B)为钢板心部的显微组织，从两个部位的显微组织看，组织均匀、细小，主要为板条贝氏体组织。
[0048]实施例2:制备厚度20mm的X120高钢级管线钢热轧钢板
[0049]该钢板的化学成分及重量百分比含量(Wt.%)为:
[0050]C:0.04、Si:0.20、Mn:2.00、P:0.008、S:0.001、Nb:0.063、V:0.056、Ti:0.028、N1:0.27、Mo:0.27、Alt:0.029、Ca:0.004，其余为 Fe 及不可避免的杂质。
[0051]上述化学成分的钢板的制备方法如下:包括铁水预处理、100吨转炉冶炼、炉外精炼、连铸成250mmX 1700mmX 2850mm的连铸坯，铸坯加热、高压水除鳞、双机架可逆式4300mm宽厚板轧机轧制、冷却、热矫直处理。具体如下:
[0052]I)板坯加热
[0053]装炉方式:采用冷装，加热参考时间按8min/cm。要求将钢坯烧匀烧透，各点温度差≤20°C。出钢温度为1210°C。[0054]2)轧制
[0055]在奥氏体再结晶区完成粗轧，所述粗轧为纵轧，采用单道次大压下制度，至少保证末道次压下率不低于25%，中间坯厚为成品厚度的4倍，粗轧终轧温度为1100°C。精轧时累积压下率不低于60%，但不高于70%，精轧开轧温度950°C，精轧终轧温度840°C。
[0056]3)轧后冷却
[0057]冷却模式采用在线DQ，冷却参数如下:冷却开始温度760~800°C，冷却结束温度350°C，冷却速率 35°C /s。
[0058]4)矫直制度
[0059]钢板的终矫温度不高于450°C。注意保持矫直机、辊道等设备的良好状态，避免钢板划伤、压痕等缺陷。根据实际板形情况，确定矫直道次。
[0060]本实施例2制得的钢板的有关性能参数列于表1中，其金相组织如图2所示，图2(A)为钢板1/4厚度处显微组织，图2 (B)为钢板心部的显微组织，从两个部位的显微组织看，组织比较均匀、细小，主要为板条贝氏体组织。
[0061]表1X120管线钢力 学性能测试结果
[0062]
【权利要求】
1.一种X120高钢级管线钢热轧钢板，其特征在于，按重量百分比由如下化学成分组成:
C:0.03 ~0.07%, S1:0.10 ~0.50%,Mn:1.80 ~2.10%,P..( 0.010%, S..( 0.005%,Nb:0.040 ~0.070%, V:0.040 ~0.070%, T1:0.010 ~0.040%, N1:0.15 ~0.40%, Mo:0.15 ~0.40%, Cu:≤ 0.30%, Cr 0.40%, Alt:0.01 ~0.05%, Ca:0.001 ~0.06%，其余为 Fe 及不可避免的杂质。
2.如权利要求1所述的X120高钢级管线钢热轧钢板，其特征在于，按重量百分比由如下化学成分组成:
C:0.04%、S1:0.20%、Mn:2.00%、P:0.008%、S:0.001%、Nb:0.063%、V:0.056%、Ti:0.028%、Ni:0.27%、Mo:0.27%、Alt:0.029%、Ca:0.004%，其余为 Fe 及不可避免的杂质。
3.权利要求1或2所述的X120高钢级管线钢热轧钢板的制备方法，依次包括铁水预处理、转炉冶炼、炉外精炼、连铸、板坯加热、除鳞、轧制以及冷却步骤；其特征在于， 在所述冷却步骤中，冷却模式采用在线DQ，冷却区平均冷却速度为25°C /s~50°C /s,冷却终止温度为200~400°C。
4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于， 在所述板坯加热步骤中，板坯加热温度为1150-1250°C ； 在所述轧制步骤中，采用双机架可逆式宽厚板轧机进行轧制，在奥氏体再结晶区完成粗轧，所述粗轧的纵轧末道次压下率不低于25%，粗轧终轧温度控制在1000~1100°C;在奥氏体未再结晶区完成精轧，精轧时累积压下率不低于60%，精轧开轧温度为900~980°C，精轧终轧温度为800°C~900°C。
5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述板坯加热的时间为8-lOmin/cm。
6.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于， 在所述轧制步骤中，中间坯厚为成品钢板的3.5-5倍。
7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述末道次压下率为25%-40%。
8.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在所述轧制步骤中，所述精轧时累积压下率为60~80%，精轧开轧温度为930~950°C，精轧终轧温度为850~880°C。
9.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于， 在所述冷却步骤中，所述冷却结束温度为250~350°C，冷却速率为30-40°C /s ;优选地，所述冷却的开始温度为760~800°C。
10.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，在所述冷却步骤之后还包括矫直步骤，其中钢板的终矫温度不高于450°C。
【文档编号】C22C38/16GK103695808SQ201310687007
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年12月13日 优先权日:2013年12月13日
【发明者】霍孝新, 周平, 黄少文, 汤化胜, 吴会亮, 吴德发, 李新东 申请人:莱芜钢铁集团有限公司