本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种厚规格高强韧性贝氏体工程用钢及其生产方法。
背景技术：
随着我国能源结构的调整和环境保护力度的加强，以石油天然气替代煤炭作为主要能源是21世纪发展的必然趋势。另外，随着国内消费量的快速增长，我国还计划从俄罗斯进口部分石油和天然气。从我国油气生产和消费结构以及西部大开发战略来综合考虑，长距离、大口径、高压力是我国油气管道发展的必然趋势，这就对管线钢的强度和韧性提出了更高的要求。首先要求提高管线钢的钢级。每提高一个钢级，可节约建设成本7％左右。近年来，在世界范围内管道工程均以使用X70管线钢为主，X80也已批量用于管线建设中，而且X100和更高钢级的管线钢也在开发和试用推广。其次，在加紧开发高级管线钢的同时，要注重提高钢材韧性，兼顾材质的高强度和高韧性。但到目前为止，用于管线钢的钢板厚度大部分在30毫米以下，如要增厚到34毫米以上，则现有技术要么工艺复杂，即要经过热处理，要么难以使钢板的各项性能均满足要求。经检索：中国专利公开号为CN101684539A的专利文献，其公开了一种组分及重量百分比为C：0.03～0.06％、Mn：1.55～1.75％、Si：0.15～0.25％、S≤0.003％、P≤0.012～0.020％、Cu：0.20～0.35％、Cr：0.20～0.35％、Nb：0.06～0.08％、T：0.01～0.02％、Als≤0.05％、Mo：0.20～0.30％，其余为铁及不可避免的杂质，但其得到的是厚度≥14mm的X70热轧钢卷，并非热轧钢板。中国专利公开号为CN101992213A的专利文献，其公布了一种组分及重量百分比为C：0.04～0.07％、Mn：1.50～1.68％、Si：0.10～0.20％、S≤0.003％、P≤0.015％、Nb：0.04～0.08％、Ti：0.006～0.018％、Mo：0.05～0.30％、Als≤0.05％、N≤0.006％、Ni≤0.20％、Cu≤0.25％。其最终得到的为表层细晶粒的X65和X70级别的管线钢热轧卷板，其厚度规格为13～20mm，同样为卷板。中国专利公开号为CN102172619A的专利文献，其公布了一种能提高高钢级厚规格管线钢断裂韧性的热轧工艺，其涉及到的钢种为X70和X80热轧卷板，厚度范围为≥15mm，实例涉及到的厚度规格为15.9mm、17.5mm和18.4mm。
技术实现要素：
本发明目的在于提供一种钢板厚度大于34毫米，其力学性能为：屈服强度≥555MPa，抗拉强度≥630MPa，A50≥35.0％，-20℃KV2≥350J，-15℃落锤SA％≥80％，金相组织为贝氏体，无需进行热处理的工程用钢及其生产方法。为达到上述目的，采用技术方案如下：一种厚规格高强韧性贝氏体工程用钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.03～0.05％，Si：0.10～0.30％，Mn：1.60～1.80％，Nb：0.04～0.06％，Ti：0.01～0.020％，Mo：0.10～0.20％，Ni：0.10～0.40％，Cr：0.10～0.30％，Cu≤0.20％，P≤0.010％，S≤0.0015％，As≤0.012％其余为铁和不可避免的杂质；其屈服强度≥555MPa，抗拉强度≥630MPa，A50≥40％，-20℃KV2≥350J，-15℃落锤SA％≥80％。一种厚规格高强韧性贝氏体工程用钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.035～0.045％，Si：0.18～0.26％，Mn：1.65～1.75％，Nb：0.043～0.056％，Ti：0.013～0.018％，Mo：0.12～0.18％，Ni：0.20～0.30％，Cr：0.18～0.25％，Cu≤0.20％，P≤0.010％，S≤0.0015％，As≤0.012％其余为铁和不可避免的杂质；其屈服强度≥555MPa，抗拉强度≥630MPa，A50≥40％，-20℃KV2≥350J，-15℃落锤SA％≥80％。一种厚规格高强韧性贝氏体工程用钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.048％，Si：0.18％，Mn：1.65％，Nb：0.06％，Ti：0.010％，Mo：0.1％，Ni：0.18％，Cr：0.18％，Cu≤0.20％，P≤0.010％，S≤0.0015％，As≤0.012％其余为铁和不可避免的杂质；其屈服强度≥555MPa，抗拉强度≥630MPa，A50≥40％，-20℃KV2≥350J，-15℃落锤SA％≥80％。上述厚规格高强韧性贝氏体工程用钢的生产方法，包括以下步骤：1)转炉冶炼并连铸成厚度290-400mm的板坯；2)将铸坯加热到1150～1200℃；3)分段轧制：在粗轧段，控制粗轧开轧温度1080～1140℃，控制最后两道次的压下率不低于20％，其余轧制道次的压下率不低于15％，并保证粗轧段的总压下率不低于60％；在精轧阶段，控制精轧开轧温度850～900℃，并控制最后两道有载道次的压下率各不低于15％；终轧温度控制在820～850℃；4)冷却：钢板的开冷温度在760～800℃，并以30～40℃/秒冷却速度冷却至200～350℃；控制冷却后的钢板得到厚度大于34mm高强韧性贝氏体工程用钢。一种厚规格高强韧性贝氏体工程用钢的制备方法，其组分及重量百分比含量为：C：0.048％，Si：0.18％，Mn：1.65％，Nb：0.06％，Ti：0.010％，Mo：0.1％，Ni：0.18％，Cr：0.18％，Cu≤0.20％，P≤0.010％，S≤0.0015％，As≤0.012％其余为铁和不可避免的杂质；1)转炉冶炼并连铸成厚度400mm的板坯；2)将铸坯加热到1158℃；3)分段轧制：在粗轧段，控制粗轧开轧温度1080℃，控制最后两道次的压下率24％，其余轧制道次的压下率不低于15％，并保证粗轧段的总压下率不低于60％；在精轧阶段，控制精轧开轧温度890℃，并控制最后两道有载道次的压下率16％；终轧温度控制在840℃；4)冷却：钢板的开冷温度在792℃，并以36℃/秒冷却速度冷却至200～350℃；控制冷却后的钢板得到厚度大于34mm高强韧性贝氏体工程用钢。本发明中各组分及主要工艺的作用及控制的理由：C：碳是钢中最经济、最基本的强化元素，固溶强化和析出强化对提高钢板的强度有明显作用，但提高碳对钢的延性、韧性和焊接性有负面的影响，因此，管线钢的发展过程是不断降低碳含量的过程。本发明的碳含量控制在0.03～0.05％。以保证钢板较高的冲击性能要求和超高的落锤性能要求。Mn：降低钢的下临界点，增加奥氏体冷却的过冷度，细化珠光体组织，以及改善其力学性能，能明显提高钢的淬透性，但有增加晶粒度粗化和回火脆性的不利趋向。锰元素可以提高钢的强度，但是含量高时，将降低钢的低温韧性。Nb：铌是微合金化管线钢中最主要的元素之一，对晶粒细化的作用十分明显。铌可以显著提高钢的奥氏体再结晶温度，扩大未再结晶区范围，便于实现高温轧制。铌还可以抑制奥氏体晶粒长大，具有显著地细晶强化和析出强化作用。但是在高强度贝氏体钢中，添加过量的铌会促使M-A岛的形成，降低焊接热影响区的韧性。Ti：钛是强固N元素，细小的TiN粒子可有效的阻止板坯再加热时的奥氏体晶粒长大，有助于提高Nb在奥氏体中的固溶度，同时还可以改善焊接热影响区的冲击韧性。Mo：钼显著推迟奥氏体向铁素体的转变，抑制铁素体和珠光体的形成，促进具有高密度位错亚结构的贝氏体/针状铁素体的形成。使得钢在轧制后一个较宽的冷却速度范围内能够得到贝氏体/针状铁素体组织。但是，过量的钼会导致钢的低温韧性恶化，且钼属于贵重金属，加入量增加会显著提高钢的制造成本。Ni：镍能够有效提高钢的淬透性，具有一定的固溶强化作用，还能显著改善钢的低温韧性，Ni的加入只要是改善Cu在钢种易引起的热脆性，且对韧性有利，在厚规格管线钢中还可以补偿因厚度的增加而引起的强度下降、，但是，过高的镍含量易造成钢板氧化铁皮难以除去，导致钢板表面质量问题，且镍属于贵重金属，加入量增加会显著提高钢的制造成本。Cu：可通过固溶强化作用提高钢的强度，同时，铜改善钢的耐蚀性，但是，铜对焊接性能不利。Cr：铬通过固溶强化和晶粒细化提高强度。P：磷元素增加回火脆性及冷脆敏感性。S：硫元素增加钢的热脆性，硫含量高时，对焊接性能不利。As：砷是钢中的有害元素，是钢中不可避免的元素，且属于无法通过炼钢手段去除的杂质，当含量超过0.015％时，使钢的韧性急剧下降。因此，在配矿时需选用优质矿。总的来说化学成分的特点是低碳、高锰、含有微量的Nb、Ti等微合金元素、少量的Mo、Ni、Cr等合金元素，必须严格控制杂质元素含量，保证钢水的纯净度。在本发明中，对以下工艺予以控制：之所以控制粗轧开轧温度1080～1140℃，是为了保证钢板在高温下实行大压下，使晶粒充分破碎。之所以控制粗轧阶段最后两道次的压下率不低于20％，是为了钢板在接近未再结晶温度时，保证奥氏体晶粒充分破碎，同时抑制晶粒的过度长大；之所以控制钢板的精轧开轧温度850～900℃，是为了保证钢板的终轧温度和开冷温度。控制精轧最后两道次的压下率分别不低于13％，是为了保证钢板在发生相变前的晶粒充分细化。控制钢板开冷温度为760～800℃，是为了避免钢板中部分奥氏体转变为先共析铁素体，保证得到全贝氏体的组织。保证钢板的高强度和高韧性。本发明与现有技术相比，钢板厚度较厚≥34mm。管线钢由于有落锤性能要求，存在制管过程，因此，钢板的厚度一般都在30mm以下，钢板越厚，制管过程越困难，落锤性能越难以满足要求。本发明突破厚度限制，合金配方简单(例如Nb、Mo含量较低，Cu可加可不加)，降低了生产成本，同时以低碳为特点，在保证钢板强度的前提下，提高了冲击韧性、断裂韧性和良好的焊接性能。本发明提供的热轧工艺中与现有技术相比，现有技术均是设定两阶段的总压下率，本发明特别设定了精轧和粗轧最后两道次的压下率，没有增加工序，且对于厚规格的钢板，增加压下率对钢板板形没有影响，容易操作，生产率高，获得的产品屈服强度≥555MPa，抗拉强度≥630MPa，A50≥35.0％，-20℃KV2≥350J，-15℃落锤SA％≥80％，无需进行热处理从而简化了生产过程，提高了产率，并降低生产成本。同时能显著降低输送管线的建设成本。附图说明附图1：实施例3金相组织(500*)。具体实施方式以下实施例进一步阐释本发明的技术方案，但不作为对本发明保护范围的限制。本发明厚规格高强韧性贝氏体工程用钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.03～0.05％，Si：0.10～0.30％，Mn：1.60～1.80％，Nb：0.04～0.06％，Ti：0.01～0.020％，Mo：0.10～0.20％，Ni：0.10～0.40％，Cr：0.10～0.30％，Cu≤0.20％，P≤0.010％，S≤0.0015％，As≤0.012％其余为铁和不可避免的杂质。制备过程如下：1)转炉冶炼并连铸成厚度290-400mm的板坯；2)将铸坯加热到1150～1200℃；3)分段轧制：在粗轧段，控制粗轧开轧温度1080～1140℃，控制最后两道次的压下率不低于20％，其余轧制道次的压下率不低于15％，并保证粗轧段的总压下率不低于60％；在精轧阶段，控制精轧开轧温度850～900℃，并控制最后两道有载道次的压下率各不低于15％；终轧温度控制在820～850℃；4)冷却：钢板的开冷温度在760～800℃，并以30～40℃/秒冷却速度冷却至200～350℃；控制冷却后的钢板得到厚度大于34mm高强韧性贝氏体工程用钢。其屈服强度≥555MPa，抗拉强度≥630MPa，A50≥40％，-20℃KV2≥350J，-15℃落锤SA％≥80％。表1本发明各实施例及对比例的化学成分(wt％)表2本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表实施例12345678对比1对比2铸坯厚度mm290303400298300300300300250300铸坯加热温度℃1162115011581190118211781185116911481220粗轧开轧温度℃1110110810801095108711401123113411171114最后两道次的压下率％20222422202523241015精轧开轧温度℃895880890895885850900865910920最后两道次的压下率％15161616171716161011终轧温度℃830821840832841850832840860872开冷温度℃770762792788790800791793790792速度冷却℃/S32373630344033352022产品厚度mm34.034.335.035.236.636.034.635.835.036.6表3本发明各实施例及对比例的性能结果列表从表1、2、3可以看出：采用相同的成分体系，不同的坯料厚度，不同的精轧和粗轧最后两道次的压下率，所生产钢板的拉伸、落锤和冲击性能存在明显的差异。采用本申请的方式生产的钢板，厚度范围为34.0～36.6mm，具有优良拉伸性能，同时具有较高的冲击韧性和断裂韧性。从金相照片可以看出(附图1所示)：采用此工艺得到全贝氏体组织，晶粒度达到12级。在贝氏体中，裂纹扩展强烈地受到彼此咬合、互相交错分布的细小条束的阻碍，从而有效提高其强韧性。