一种x65-x80级别热煨弯管用宽厚钢板及其制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种X65-X80级别热煨弯管用宽厚钢板及其制造方法，特别是根据弯管厂不同的弯管工艺，分别设计X65、X70、X80级别弯管用钢板的合适的成分、组织及工艺，满足热弯管后达到相关强度级别的管线钢性能要求。产品厚度覆盖20-40mm，宽度覆盖2500-4000mm，获得具有优良的强韧性、热成型性、热稳定性的热轧钢板，为长输管道工程中高压弯管用钢板提供解决方案，提高了高级别管线钢板的使用安全性。
【专利说明】一种X65-X80级别热煨弯管用宽厚钢板及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于低合金高强钢制造【技术领域】，涉及到一种石油天然气管道中弯管用 X65、X70、X80三个级别热煨弯管热轧钢板及其制造方法。
【背景技术】
[0002] 随着我国石油天然气输送管线、海底原油和水煤浆和其它流体输送等管道工程的 建设工程蓬勃发展，平均每年需管线管350-400万吨，而油气输送管道通过许多地形复杂、 气候条件恶劣的地区，因此，在管道敷设中需要使用大量高压弯管，每年市场需求保持在50 万吨左右，有着广阔的市场前景。
[0003] 输送管道中的弯管，俗称管道的"腰"，它一来可以根据需要改变管道的方向；二来 可以缓冲管道所在地域的地层迁移、地震以及外界环境变化等附加在直管上的拉、压应力 和扭矩作用，是管线中承载较为苛刻的重要构件。由于弯管在高压使用状态中受力状态复 杂，并且在弯制过程中工艺难度大，影响质量性能的因素多，弯管的制造及其质量（包括力 学性能和尺寸极限偏差等方面）的优劣，直接影响到油气输送管道的安全、可靠性和投资 经济效益。如果安全可靠性差，管道将会发生爆炸破裂，导致生命财产严重受损，造成恶劣 的社会影响。
[0004] 早期的能源输送管道所用的弯管，一般用碳素钢或低合金钢（如A3、16Mn等），并 且是冷弯成型，冷弯的弯曲角在10°以内。弯管进行冷弯时一般会在管体径向产生残余应 变，由于加工硬化和包申格效应，冷弯管力学性能将和直管差异性比较大。管口圆度比较 差，另外冷弯可能导致焊接过程中大的对口偏差和预期褶皱，而且防腐层也容易遭到破坏， 所以大型管线项目中冷弯管的应用数量正在逐渐减少。
[0005] 随着技术的不断发展，感应加热热煨弯管生产技术出现了，说明书附图图1显示 了热煨弯管制作过程。将卷制好的钢管用中频感应线圈加热到Ac3以上，使钢管组织奥氏 体化达到塑性状态。在摇臂和推力作用下，钢管绕中心旋转弯曲出所需曲率半径的弯管。由 于钢板生产时一般为TMCP生产，加热后晶粒长大粗化，强度会下降，为保证力学性能，还需 要边加热边喷水冷却，煨制后还需高温回火，相当于材料的调质热处理。
[0006] 热弯管管口圆度好，减薄率可以控制到低于10%，从而保证其质量符合设计要求。 更重要的是，弯曲角可以在〇°?90°任意变化，同时热弯过程比冷弯效率高。因此在新建 设的输送管道中，感应加热弯管被广泛应用，所需级别也从普通的345MPa级别不断上升， 目前使用最为广泛的是X65、X70、X80。
[0007] 由于弯管的受力比母管要复杂，高压管道弯管用钢板技术含量要求高，对钢板成 分、性能均匀性、低温韧性、焊接性等指标要求较严格，生产难度较大；在现场恶劣施工条件 下，高温热煨弯曲成型过程中易发生热煨开裂和强度损失，对钢板强度和心部韧性要求也 更加严格。因此，钢板要求在高强高韧性的组合的基础上，必须保证其有较高的焊接性能和 现场适应性。而热煨弯管用母管的化学成分、质量性能对热弯工艺及热弯管的性能有很大 的直接影响。母管的化学成分设计、性能、结构组织等直接决定着热煨弯管的质量性能，关 键在于根据热煨弯管的性能要求调整母管的化学成分，使之适合热处理的需要，并适当提 高性能指标和控制碳当量，取得理想的强化效果。
[0008] 因为使用工艺的不同，热煨弯管用钢板与普通管线钢板有所不同： (1) 必须同时具有高强度、高韧性、高性能均匀性和稳定性； (2) 要具有良好热稳定性，保证在热煨管650°C以下强度不显著降低； (3) 焊接性能好，现场焊接无需预热，焊后不产生焊接冷裂纹； (4) 具有良好焊接性能的同时，要具有一定的淬透性，适应热煨管淬火回火使用工艺性 能。
[0009] 而目前由于高压弯管生产工艺和成分设计，国内尚无统一模式，国内制管厂大多 对弯管用钢板不做性能要求，而在制管后进行调质处理的方式保证性能；而大部分钢厂按 照直缝管用管线钢板采用低碳设计，TMCP工艺生产，晶粒细化，但这种钢经过热煨管加热后 强度显著下降，因此造成热煨弯管与直管连接后不匹配；同时由于各家钢管厂热煨管工艺 不同，对工艺及力学性能指标的要求不同，因此造成了弯管质量的优劣不一。高压弯管用的 钢板成为了大口径长输管道建设的瓶颈。
[0010] 随着西二线、西三线等长输管道的建设，迫切需要大口径厚规格的X65-X80级别 热煨弯管用宽厚钢板。
[0011] 为了保障高压管道的安全，研究高压管线弯管用钢产品开发和工艺技术研究是非 常必要的。
[0012] 中国专利申请号为2009100624381的文献，其公开的"一种抗拉强度570MPa 级弯管用钢板及其生产方法"发明中提及了一种X65级直缝埋弧焊热煨弯管所需的抗 拉强度彡570MPa和韧性-20°C Akv彡170J的热轧钢板及其生产方法，其成分中含Mo (0.08-0. 148%)，成本较高；另外其发明是热连轧钢卷，生产过程需要卷取，不能适用于大口 径的厚规格的热煨弯管用宽厚板。
[0013] 中国专利申请号为2013107307514的文献，其公开的"一种X65热煨弯管用热轧 平板及其生产方法"发明中提及了一种X65热煨弯管用热轧平板及其生产方法，其成分中 碳含量较低（〇. 02-0. 05%)，热稳定性差，恐不能适应高温度的热煨弯管工艺。与本发明相 t匕，其含有如Ni、Cr、Cu、V等较多的合金元素，成本较高。
[0014] 中国专利申请号为2014102408250的文献，其公开的"一种韧性优良的X70弯管 用热轧平板及其生产方法"，其所述生产工艺为轧后采用ACC层流冷却，这种冷却工艺对宽 厚板来说容易造成冷却不均匀，厚度中心冷却强度不够，导致大于30mm厚度的钢板表面与 心部组织的不均匀，从而造成钢板的性能不均匀性。与本发明采用的两阶段冷却方式有所 不同。
[0015] 中国专利申请号为2014102390399的文献，其公开了"高韧性X80弯管用热 轧平板钢及其生产方法"，其化学成分中Mo的范围较宽（< 0. 50 % )，本发明中含Mo少 (0. 15-0. 25%)，成本更低；另外其所述的高韧性X80弯管用热轧平板碳当量CEnw在 0. 43-0. 50 %，Pcm彡0. 23%，范围较宽。按本发明所研究，对于X80级别，在其CEnw > 0. 48 %，Pcm>0.21%时，焊接性能较差，尤其是现场环焊缝性能较差，容易出现焊接裂纹。本发 明中X80级别的CE nw控制在0. 42-0. 47 %，Pcm彡0. 195%，有更好地焊接性能，适用于野外 的焊接施工作业，尤其对现场钢管对接的环焊缝施工质量有更好的保证。
[0016] 并且以上两个专利申请的工艺都未涉及钢板的冷弯成型性能，乳后冷却都是采用 的ACC冷却方式，对大于30mm厚的钢板厚度中心冷却强度不够，导致钢板表面与心部组织 的不均匀，从而造成钢板的性能不均匀性。
【发明内容】
[0017] 本发明的目的就是针对上述存在的缺陷而提供一种X65-X80级别热煨弯管用宽 厚钢板及其制造方法。根据弯管厂不同的弯管工艺，从合金元素对热变形过程的影响、调 质工艺对不同成分微合金钢组织性能的影响进行深入地研究，分别设计X65、X70、X80级别 弯管用钢板的合适的成分、组织及工艺，采用了低碳高锰的低成本成分设计，添加了 Nb、Cr、 Mo、Ni、Ti等元素，利用在钢板轧制及调质过程中微合金元素碳氮化物的细晶强化和沉淀 强化作用，使合金元素的细小碳氮化物在感应加热和弯曲过程中能够抑制奥氏体晶粒的长 大，满足热弯管后达到相关强度级别的管线钢性能要求。产品厚度覆盖20-40mm，宽度覆盖 2500-4000mm，获得具有优良的强韧性、热成型性、热稳定性的热轧钢板，为长输管道工程中 高压弯管用钢板提供解决方案。
[0018] 本发明的一种X65-X80级别热煨弯管用宽厚钢板及其制造方法技术方案为，一种 X65-X80级别热煨弯管用热轧钢板，其组分及重量百分比含量见表1所示： 表1高压弯管用钢成分，（wt %)
【权利要求】
1. 一种X65-X80级别热煨弯管用宽厚钢板，其特征在于，按重量百分百的化学成分如 下： X65 :C 0? 06 ?0? 08, Si 0? 15 ?0? 25, Mn 1. 30 ?1. 60, P 彡 0? 008, S 彡 0? 003, Nb 0? 020 ?0? 040, Ti 0? 010 ?0? 025, Cr :0? 10 ?0? 20, V 0? 03-0. 05, Alt 0? 020 ?0? 050， N < 0? 006, CEIIW 0? 32?0? 42, CEP" < 0? 170,余量为铁和不可避免的杂质； X70 :C 0? 06 ?0? 08, Si 0? 15 ?0? 30, Mn 1. 40 ?1. 70, P 彡 0? 008, S 彡 0? 003, Nb 0? 030 ?0? 050, Ti 0? 010 ?0? 025, Cr :0? 15 ?0? 30, Mo 0? 10 ?0? 25, Ni 0? 10 ?0? 20， V 0? 03-0. 06，Alt 0? 020 ?0? 050，N 彡 0? 006，CEIIW 0? 40 ?0? 44，CEPcni 彡 0? 185,余量为铁 和不可避免的杂质； X80 :C 0? 065 ?0? 085, Si 0? 15 ?0? 35, Mn 1. 50 ?1. 80, P 彡 0? 008, S 彡 0? 003, Nb 0. 040 ?0. 060, Ti 0. 010 ?0. 025, Mo 0. 15 ?0. 25, Ni 0. 15 ?0. 25, V 0. 04-0. 06, Alt 0? 020?0? 050, N彡0? 006, CEIIW 0? 42?0? 47, CEP"彡0? 195,余量为铁和不可避免的杂 质； 其中 CEIIW = C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15 ; CEP" = C+(Mn+Cr+Cu)/20+Si/30+Ni/60+Mo/15+V/10+5B。
2. 根据权利要求1所述的一种X65-X80级别热煨弯管用宽厚钢板的制造方法，其特征 在于，工艺步骤为： (1) 按成分配比备料； (2) 铁水KR脱硫预处理； (3) 转炉冶炼； (4) CAS 吹気； (5) LF+VD或RH双联法精炼； (6) 板坯连铸； (7) 板坯缓冷； (8) 板坯再加热； (9) 再结晶区轧制即粗轧； (10) 中间坯冷却； (11) 未再结晶区轧制即精轧； (12) 预矫直； (13) MULPIC多路径快速冷却； (14) 强力热矫直控制板形； (15) 堆垛缓冷； (16) 超声波探伤。
3. 根据权利要求2所述的一种X65-X80级别热煨弯管用宽厚钢板的制造方法，其特征 在于，步骤（5)中，在LF加入Nb，VD或RH中加入Ti，并通过加入Ca进行处理，球化夹杂物 形态，实现了纯净钢的冶炼，净化钢质。
4. 根据权利要求2所述的一种X65-X80级别热煨弯管用宽厚钢板的制造方法，其特征 在于，步骤（6)中，将高温钢水进行大断面结晶器厚度250-300mmX宽度1700-2200mm的钢 坯连续铸造。
5. 根据权利要求2所述的一种X65-X80级别热煨弯管用宽厚钢板的制造方法，其特征 在于，步骤（8)具体为，钢坯在加热炉加热至1100?1180°C。
6. 根据权利要求2所述的一种X65-X80级别热煨弯管用宽厚钢板的制造方法，其特征 在于，步骤（9)具体为，再加热后的钢坯出炉后进行高压水除磷；在奥氏体可发生再结晶区 将钢坯轧制成中间坯；控制粗轧结束温度< 1020°C，末三道道次变形量不低于15%。
7. 根据权利要求2所述的一种X65-X80级别热煨弯管用宽厚钢板的制造方法，其特征 在于，步骤（10)具体为，中间坯冷却终止温度> 900°C。
8. 根据权利要求2所述的一种X65-X80级别热煨弯管用宽厚钢板的制造方法，其特征 在于，步骤（11)具体为，在奥氏体未发生再结晶区轧制成钢板，终轧温度790?850°C。
9. 根据权利要求2所述的一种X65-X80级别热煨弯管用宽厚钢板的制造方法，其特征 在于，步骤（13)具体为，利用MULPIC设备对钢板进行多路径的快速冷却，控制开冷温度为 750?770°C，在冷却速率为20?30°C /s下冷却至300?500°C。
10. 根据权利要求2所述的一种X65-X80级别热煨弯管用宽厚钢板的制造方法，其特 征在于，步骤（15)中，钢板堆垛缓冷24小时至室温。
【文档编号】C22C33/04GK104404378SQ201410791619
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年12月19日 优先权日:2014年12月19日
【发明者】夏佃秀, 刘晓东, 孙风晓, 牛延龙, 韩启彪, 孔雅, 李永亮, 霍自美, 黄伟, 王福同 申请人:山东钢铁股份有限公司