一种超宽规格超大单重管线钢x80卷板及其生产工艺的制作方法
【专利摘要】一种超宽规格超大单重管线钢X80卷板及其制备，其化学成分具体元素含量为C0.02~0.12%，Si0.10~0.50%，Mn1.00~2.00%，Nb0.02~0.10%，V0.01~0.10%，Ti0.01~0.08%，Cr0.20~1.00%，Mo0.10~0.80%，Ni0.10~0.80%，P≤0.02%，S≤0.01%，其余为Fe和不可避免杂质。工艺流程为铁水→铁水预处理→转炉炼钢→LF+RH精炼并进行Ca处理→连铸机→加热→粗轧→精轧→层流冷却→卷取。本发明的X80卷板宽度和单重大、性能稳定可靠，制成的钢管焊缝长度短，管道安全性高，且大幅度降低钢厂和钢管厂的生产成本。
【专利说明】一种超宽规格超大单重管线钢X80卷板及其生产工艺
[0001]
【技术领域】
[0002]本发明属于钢铁材料领域，是一种输送天然气用大口径管线用钢，具体涉及一种超宽规格超大单重管线钢X80卷板及其生产工艺。
[0003]
【背景技术】
[0004]管线钢是指用于制造油气和其他流体输送管道的工程结构钢，管线钢X80是我国目前大批量工程化应用的最高级别管线钢，被广泛应用于西气东输二线、三线和中緬管线等国家重点工程中。随着油气输送管道向高压力、大口径和长距离方向发展，对管线钢X80卷板的规格和单重也提出了更高要求，超宽规格和超大单重是管线钢X80的发展趋势。
[0005]目前我国管线钢X80卷板的目标宽度为1550mm,单重27±0.5吨,每个钢卷可制成Φ 1219mm钢管4根，每根钢管焊缝长度30.lm。本发明的超宽规格超大单重管线钢目标宽度为165(Tl750mm，单重34~38吨，可制成Φ 1219mm钢管5~6根。以宽度1650mm、单重34吨为例，同宽度1550mm、单重27吨相比，其优点在于:
1)将焊缝长度从30.1m缩短到27.6m，焊缝越短，钢管的安全性和可靠性越高；
2)每个钢卷可制成的钢管数量提高了一根，使钢管厂生产效率提高25%，金属损失降低
20%。
[0006]3)单重的增加使钢厂生产效率提高25%，金属损失降低20%，包装成本降低20%。
[0007]超宽规格超大单重管线钢X80卷板的开发难度在于宽度增加和单重提高后产品的工艺难度增大、性能降低，因此需要全新的成分和工艺设计，这等同于一种新产品及其生产工艺的开发。
[0008]
【发明内容】
[0009]本发明的目的在于提供一种超宽规格超大单重管线钢X80卷板及其生产工艺，节约生产成本、提高生产效率、提高管道运行的安全性和可靠性。超宽规格超大单重管线钢X80卷板与普通X80卷板相比生产难度表现在两方面:一是宽度的增加提高了制造过程轧机的负荷，在原有工艺条件下无法生产；二是单重的增加提高了制造过程中间坯的长度，中间坯进入精轧机组时的头尾温差增加，这种温差导致成品钢卷头尾性能的差异，使钢卷尾部25米长度不合格。因此，超宽规格超大单重管线钢X80卷板的开发不只是在宽度和单重方面量的提高，也是在成分设计和生产工艺方面质的改变。
[0010]在成分设计方面，采用“多合金成分设计”:
与普通X80卷板相比，超宽规格超大单重 管线钢X80卷板采用较多种类和较高含量的合金成分设计，主要合金元素Mo、Nb、Cr、Ni等含量均有一定程度提高，以保证工艺条件变化后产品的力学性能。其中Nb含量的提高是为了进一步抑制形变奥氏体的回复和再结晶，得到形变缺陷较多的奥氏体组织，以提高相变形核率、抑制新相长大，得到细化的针状铁素体组织；Mo、Cr、Ni含量的提高是为了进一步稳定奥氏体以提高材料的淬透性，保证在提高加热温度和轧制温度后仍能得到优异的力学性能。
[0011]本发明的技术方案是:一种超宽规格超大单重管线钢X80卷板，其化学成分的重量百分比为:
C 0.02~0.12%
Si 0.10~0.50%
Mn 1.00~2.00%
Nb 0.02~0.10%
V0.0I~0.10%
Ti 0.0I~0.08%
Cr 0.20~1.00%
Mo 0.10-θ.80%
Ni 0.10 ~0.80%
P ≤ 0.02%
S ≤ 0.01%
其余为Fe和不可避免杂质。
[0012]进一步，本发明的化学成分(重量百分比)优选为:
C 0.03~0.10%
Si 0.15~0.45%
Mn 1.00~2.00%
Nb 0.03、.09%
V0.02~0.08%
Ti 0.02^0.06%
Cr 0.25、.8%
Mo 0.15~0.60%
Ni 0.15~0.60%
P ≤ 0.01%
S ≤ 0.008%
其余为Fe和不可避免杂质。
[0013]本发明合金设计的原理如下:
C:0.02、.12%，优选为0.03、.10%,为了使钢板具有良好的焊接性能、冷弯性能和韧性，特别是低温韧性，必须降低钢中的含碳量。对于针状铁素体管线钢，C作为对韧性等性能的有害元素，必须降至0.12%以下。
[0014]S1:0.10-θ.50%，优选为0.15^0.45%，Si在低合金高强度钢中是作为脱氧剂加入的，一部分形成Si02非金属夹杂物，有一部分溶于钢液中，增加钢液的流动性，冷至室温后溶于铁素体内，Si溶于铁素体后有很强的固溶强化作用，碳钢中每增加0.l%Si，可使热轧钢的抗拉强度提高约8-9MPa左右，屈服强度提高约4-5MPa左右，伸长率下降约0.5%，钢的面缩率和冲击韧性下降不明显，但是含量超过0.8-1.0%时，则引起面缩率下降，特别是冲击韧性显著降低。
[0015]Mn:1.00~2.00%，优选为1.00~2.00%, Mn是管线用高强度低合金钢(HSLA)的基本合金元素，添加量在1.0~2.0%的范围。高的Mn/C比对提高抗拉强度和冲击韧性是有益的。但由于锰在钢中与碳、磷元素一样均易形成偏析带，造成钢的组织和硬度不均匀性，Mn含量应进行限制。
[0016]Nb:0.02、.10%,优选为0.03、.09%, Nb的最突出的作用是抑制高温形变过程的再结晶，Nb(C，N)未溶质点及应变诱导析出是抑制再结晶的主要因素。当钢中固溶的Nb含量增加时，其推迟奥氏体再结晶的作用在较高温度下就能明显地显示出来。当添加量超过
0.1%时，强化作用达到饱和。
V:0.θ1-θ.10%，优选为0.02、.08%, V对奥氏体晶粒细化和再结晶动力学几乎不起作用，V主要通过铁素体中C、N化合物的析出对强化有贡献。V能产生沉淀强化作用进而提高屈服强度，但是提高韧脆转变温度，其含量一般控制在0.10%以下。
[0017]T1:0.θ1-θ.08%，优选为0.02^0.06%, Ti能产生强烈的沉淀强化作用，使钢的强度提高，还能阻止奥氏体再结晶。Ti的含量一般控制在0.1%以下，它能产生晶粒细化作用，提高钢材屈服强度，但对韧性的贡献不大。Ti也能提高晶粒粗化温度，同时对焊接热影响区处的硬度也有好的影响作用。
[0018]Cr:0.2(Tl.00%,优选为0.25、.8%，Cr是碳化物形成元素，形成硬的碳化物Cr7C3或Cr23C6，另一方面还可以与碳形成复合碳化物。在钢中含足够的碳时，Cr提高钢的强度；在低碳钢中加入Cr能提高强度，但延展性有所降低；Cr可保证中等淬透性，促进晶粒长大，导致钢的脆性增加。
[0019]Mo:0.10~0.80%，优选为0.15~0.60%, Mo在高钢级管线钢中是一重要的元素。在连续冷却转变状态图中，钥使铁素体和珠光体区域右移，有形成贝氏体的趋势。当钢中碳含量很低时，在轧后空冷过程中可避免形成马氏体，而形成微细结构的贝氏体和针状铁素体，从而保证钢的良好延性。含钥的钢比不含钥的钢的管材有较高的强度，并比传统的铁素体-珠光体钢有较高的韧性。
[0020]N1:0.10-θ.80%，优选为0.15~0.60%, Ni是奥氏体稳定元素，主要用来提高韧性。当镍同铬一起添加时，更促进贝氏体转变，并使材料的微观结构主要呈现为贝氏体组织。Ni和Mo对钢韧性的影响是相反的，尽管Mo对钢强度的影响是Mn的3.4倍，但会使其韧性显著恶化。Ni的强化效果虽然不及Mo和Mn，但是能够明显改善韧性。 [0021]P ≤0.02%，优选为≤0.01%，P在管线钢中是一种易偏析元素，当磷含量大于
0.015%时，磷的偏析会急剧增加，并促使偏析带硬度增加，在偏析区其淬硬性约为碳的2倍，这使HIC性能下降。磷还会恶化焊接性能，降低钢的低温冲击韧性，提高钢的脆性转变温度，使钢管发生冷脆，对于高质量的管线钢应严格控制钢中的磷含量。
[0022]S≤ 0.01%，优选为≤ 0.008%, S是管线钢中最为有害的元素之一，对管线钢的低温冲击韧性影响很大，降低硫含量可显著提高冲击韧性。此外，硫还导致管线钢各向异性，在横向和厚度方向上韧性恶化。因此，硫含量是管线钢生产过程中要求最为苛刻的指标，某些管线钢要求S含量小于50ppm、20ppm甚至lOppm。
[0023]N ≤0.007%，优选为≤0.005%，N在管线钢中可与Nb、V、Ti微合金元素共同作用，细化晶粒，提高强度，但过量的N对成品钢板的韧性有害，在连铸过程中也会造成板坯的角裂缺陷。
[0024]生产工艺方面:
生产工艺流程为:铁水一铁水预处理一转炉炼钢一LF+RH精炼并进行Ca处理一连铸一加热一粗轧一精轧一层流冷却一卷取。
[0025]首先按上述成分冶炼，并在LF和RH精炼炉中精炼，然后通过连铸机连续铸造成板坯，板坯装炉温度25°C~700°C，在加热炉内预热温度30(Tll00°C，优选为40(Tl000°C，预热时间10-100分钟，优选为20-90分钟，为缩小进入精轧机组的中间坯头尾温差，加热炉采用“纵向补偿加热技术”，头部加热温度115(Tl220°C，尾部加热温度118(Tl25(TC，头尾温度均匀过渡，加热时间70-180分钟，优选为80-170分钟。加热后的板坯送往粗轧机轧制，经6道次可逆轧制后轧成厚度为50mm的中间还。
[0026]精轧开轧温度95(Tl000°C，优选为95(T990°C、终轧温度70(T850°C，优选为73(T830°C，末架轧机轧制速度2.0-4.0m/s，优选为2.2^3.8m/s,并采用“微加速轧制技术”，一次加速度和二次加速度均小于0.02、.03m/s2,而普通X80采用恒速轧制，“微加速轧制技术”目的是降低带钢头尾的温度差异，避免头尾性能不均。
[0027]层流冷却采用连续冷却模式，自第一组层流水开始对钢板进行不间断冷却，卷取温度30(T550°C，优选为32(T500°C，水冷速度1(T30°C /s，优选为15~25°C /s,以保证钢板冷却的均透性，得到细小均匀的针状铁素体组织。
[0028]“多合金成分设计”、“纵向补偿加热技术”和“微加速轧制技术”是超宽规格超大单重管线钢X80卷板的三大核心技术，合理的成分设计与工艺技术创新相结合保证了产品的优异性能。
[0029]【专利附图】
【附图说明】
[0030]图1是X80材料的CCT曲线；
图2是“纵向补偿加热技术”示意图；
图3是“微加速轧制技术”示意图；
图4是层流冷却技术不意图；
图5是X80卷板在光学显微镜下的微观金相组织；
图6是X80卷板在扫描电子显微镜下的微观金相组织；
图7是X80卷板在透射电子显微镜下的微合金元素析出形貌；
图8是X80卷板落锤撕裂断口形貌；
图9是X80卷板力学性能的过程能力统计结果；
图10是X80卷板的实物照片；
图11 是X80卷板制成的钢管实物照片。
[0031]【具体实施方式】
[0032]下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明。[0033]本发明的超宽规格超大单重管线钢X80的实施例见表1、表2和表3:
表1 “多合金成分设计”的实施例(质量百分比，％)
【权利要求】
1.一种超宽规格超大单重管线钢X80卷板，其特征在于，其化学成分的重量百分比为:
C 0.02~0.2% ； Si 0.10~0.50% ；Mn 1.00~2.00% ；Nb 0.02~0.10% ；V 0.01-0.10% ； Ti0.01-θ.08% ；Cr 0.20~1.00% ；Μο 0.10~0.80% ；Ν? 0.10~0.80% ；Ρ ≤ 0.02% ；S≤ 0.01% ;其余为Fe和不可避免杂质。
2.一种超宽规格超大单重管线钢X80卷板，其特征在于，其化学成分的重量百分比为: C 0.03~0.18% ；Si 0.15~0.45% ； Mn 1.00~2.00% ； Nb 0.03~0.09% ；
V0.02~0.08% ； Ti 0.02~0.06% ； Cr 0.25~0.8% ；Mo 0.15~0.60% ；Ni 0.15~0.60% ；P≤0.01% ；S ≤ 0.008% ;其余为Fe和不可避免杂质。
3.—种如权利要求1或2所述的超宽规格超大单重管线钢X80卷板的生产工艺，其特征在于，其工艺流程为:铁水一铁水预处理一转炉炼钢一LF+RH精炼并进行Ca处理一连铸机一加热一粗轧一精轧一层流冷却一卷取；首先按上述成分冶炼，并在LF和RH精炼炉中精炼，然后通过连铸机连续铸造成板坯，板坯装炉温度25~70(TC，板坯在加热炉内预热温度30(Tll0(TC，预热时间10-100分钟，板坯加热采用“纵向补偿加热技术”，板坯头部加热温度115(Tl220°C，尾部加热温度118(Tl250°C，加热时间70~180分钟，加热后的板坯送往粗轧机轧制，经6道次可逆轧制成厚度为50_的中间坯，精轧过程采用“微加速轧制技术”，末架轧机轧制速度2.0-4.0m/s，一次加速度和二次加速度均为0.02、.05m/s2，精轧开轧温度95(Tl000°C，终轧温度70(T850°C ;层流冷却工艺采用精确计算的冷却速度，冷却速度控制在1(T30°C/s之间，卷取温度控制在30(T550°C之间，即得到其宽度为165(Tl750mm，厚度为18.4±0.2mm，每个钢卷重量34~38吨的超宽规格超大单重管线钢X80卷板。
4.如权利要求3所述的管线钢X80卷板的生产工艺，其特征是，所述纵向补偿加热技术”是板坯头部加热温度115(Tl220°C，尾部加热温度118(Tl250°C，加热时间80~170分钟。
5.如权利要求3所述的管线钢X80卷板的生产工艺，其特征是精轧过程采用“微加速轧制技术”，末架轧机轧制速度2.2^3.8m/s，一次加速度和二次加速度均为0.02、.03m/s2。
6.如权利要求3所述的管线钢X80卷板的生产工艺，其特征是精轧开轧温度950^9900C，终轧温度 73(T830°C。
7.如权利要求3所述的管线钢X80卷板的生产工艺，其特征是层流冷却工艺采用精确计算的冷却速度，冷却速度控制在15~25°C /s之间，卷取温度控制在32(T550°C之间。
8.如权利要求3所述的管线钢X80卷板的生产工艺，其特征是板坯在加热炉内预热温度40(Tll00°C，预热时间20~90分钟。
【文档编号】C22C38/58GK103789705SQ201410048166
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2014年2月12日 优先权日:2014年2月12日
【发明者】文新理, 刘雅政, 蒋波, 周乐育, 张朝磊, 赵帆 申请人:北京科技大学