CN101270441A

CN101270441A - 一种经济型x80管线钢及其生产方法

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Publication number: CN101270441A
Application number: CNA2007100383992A
Authority: CN
Inventors: 高珊; 郑磊; 章传国
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2007-03-23
Filing date: 2007-03-23
Publication date: 2008-09-24
Anticipated expiration: 2027-03-23
Also published as: CN101270441B

Abstract

本发明的经济型X80管线钢主要由以下成分(重量％)组成：C：0.020－0.060，Si≤0.30，Mn：1.2～1.90，P≤0.015，S≤0.050，Al：0.01－0.05，Ca：0.001－0.004，N≤0.006，0.04≤Nb≤0.15，0.005≤Ti≤0.020，均为重量％，余量为Fe和不可避免的杂质元素。该钢中可以添加V≤0.08，Cr≤0.50，Mo≤0.50，Cu≤0.60，Ni≤0.60，均为重量％。其生产方法采用控轧控冷的热轧工艺。本发明钢生产成本低，具有优良的综合力学性能和良好的焊接性能，生产工艺简单，生产周期短，提高了劳动生产效率及成材率，在各种冶金企业均可实施。

Description

一种经济型X80管线钢及其生产方法

技术领域

本发明属于低合金钢制造领域，具体涉及X80管线钢及其生产方法。

背景技术

X80级以上的管线钢是控轧及加速冷却的低碳微合金钢，是本世纪输气主管线的主导钢材，具有优异的抗延性断裂性能。目前全球已制成的X80输气管道主要集中在德国和加拿大。我国目前在“西气东输”上仍普遍使用X70管线钢；而X80相比X70来说强度更大，因此X80钢具有可观的市场前景。

在本发明之前已有多个关于X80管线钢的发明专利，以关键词为X80pipeline或linepipe plate检索得到的相关专利文献，与本发明比较接近的有：(1)CN1403616(申请日20030319)，发明名称为“低碳低合金钢和管”，涉及制造X60～X80级别的管线钢；(2)日本发明公开公报JP11080833，发明名称为“具有优良抗HIC性能的高强度管线管用钢板产品”，涉及用于制造X70～X80钢级的具有优良抗HIC性能的管线钢；(3)日本发明公开公报JP 10102184，发明名称为“热轧钢板用来制造高强度电阻焊接钢管”涉及用于制造X80钢级的管线钢；(4)日本发明公开公报JP 10102184，发明名称为“生产具有优良抗HIC性能的高强度管线钢管”，涉及用于制造X80钢级的抗HIC性能的管线钢；(5)日本发明公开公报09-324217，发明名称为“生产具有优良抗HIC性能的高强度管线钢管”，也涉及用于制造X80钢级的抗HIC性能的管线钢；(6)欧洲专利公开公报EP 1020539 A2(申请日000719)(基础)EP 1020539 A3(申请日010425)，发明名称为“具有优良低温韧性的超高强度管线钢管的生产制造方法”，涉及用于制造超高强度(抗拉强度至少在900MPa)的管线钢及焊接方法。

以上专利文献公开的钢和钢管虽然达到了高强度，有的具有优良的抗HIC性能，但是，它们的生产成本比较高。

因此，本发明的第一个目的是提供一种经济型X80管线钢。

本发明的第二个目的是提供这种经济型X80管线钢的生产方法。

发明内容

本发明提供的经济型X80管线钢主要由以下成分组成：C：0.020-0.060，Si≤0.30，Mn：1.2-1.90，P≤0.015，S≤0.050，Al：0.01-0.05，Ca：0.001-0.004，N≤0.006，0.04≤Nb≤0.15，0.005≤Ti≤0.020，均为重量％，余量为Fe和不可避免的杂质元素。

本发明提供的经济型X80管线钢中还可以添加V≤0.08，Cr≤0.50，Mo≤0.50，Cu≤0.60，Ni≤0.60，均为重量％。

本发明提供的经济型X80管线钢的生产方法包括铁水预脱硫、冶炼、连铸、板坯精整、热轧和卷取工序，其特征在于：热轧工序中采用控轧控冷，热轧加热温度为1100～1170℃，再结晶区轧制温度为1150～950℃，非再结晶区轧制温度为930℃～750℃；终止冷却温度(卷取温度)为450～650℃，冷却速度为5～30℃/s。

本发明所述X80级别特高强度管线钢的化学成份的限定理由如下：

高强度高韧性X80管线钢成分设计思想是以低C、高Mn，通过加入微量Nb、V、Ti等微合金元素、结合热轧控轧控冷工艺，获得针状铁素体组织，以保证管线钢具有高强度高韧性的性能。其主要的基本元素作用有以下几个方面：

碳：是钢中最经济、最基本的强化元素，通过固溶强化和析出强化对提高钢的强度有明显作用，但是提高C含量对钢的延性、韧性和焊接性有负面影响，因此近代管线钢的发展过程是不断降低C含量的过程(如图1所示)。降低C含量一方面有助于提高钢的韧性，另一方面可改善钢的焊接性能。从图1可见，当C含量低于0.11％时管线钢可具有良好的焊接性。所以，目前管线钢的C含量一般小于0.11％，对需更高韧性的管线钢则采用C小于0.06％的超低C含量设计。

锰：通过固溶强化提高钢的强度，是管线钢中补偿因C含量降低而引起强度损失的最主要且最经济的强化元素。Mn还是扩大γ相区的元素，可降低钢的γ→α相变温度，有助于获得细小的相变产物，可提高钢的韧性、降低韧脆转变温度。因此对X80管线钢的Mn含量设计在1.2～1.90％范围。

铌：是现代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。通过热轧过程中NbC应变诱导析出阻碍形变奥氏体的回复、再结晶，经控制轧制和控制冷却使精轧阶段非再结晶区轧制的形变奥氏体组织在相变时转变为细小的相变产物，以使钢具有高强度和高韧性。本发明就是配合适当的C含量提高Nb的含量发挥NbC的作用。

钛：是强的固N元素，Ti/N的化学计量比为3.42，利用0.02％左右的Ti就可固定钢中60ppm以下的N，在板坯连铸时可形成细小的高温稳定的TiN析出相。这种细小的TiN粒子可有效地阻碍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，同时对改善焊接热影响区的冲击韧性有明显作用。

硫、磷：是钢中不可避免的杂质元素，希望越低越好。通过超低硫(小于30ppm)及Ca处理对硫化物进行夹杂物形态控制，可使管线钢具有高的冲击韧性。

Cr/Mo：能够有效提高淬透性，抑制多边形铁素体和珠光体的产生，促进在中温和低温区内形成晶内有大量位错分布的铁素体或贝氏体。

Al是为了脱氧而加入钢中的元素，添加适量的Al有利于细化晶粒，改善钢材的强韧性能；

通过Ca处理可以控制硫化物的形态，改善钢板的各向异性，提高低温韧性，其含量少于0.001时没有效果，而超过0.006则会产生许多CaO、CaS，并形成大型夹杂物，对钢的韧性造成损害，甚至影响钢的焊接性能。所以规定Ca含量范围为0.001％-0.004％。

因此，针对微合金化低碳针状铁素体组织具有高强度高韧性和良好焊接性能，以及低的包辛格效应等特点，以晶粒细化、相变强化、析出强化和位错强化等材料强化理论为基础，借鉴本申请人长期管线钢生产经验和具有低碳针状铁素体组织特征的管线钢试验室研究结果，对具有针状铁素体X80管线钢的成分设计采用了较低的碳含量、超低硫、Nb、Ti微合金化的成分设计。炼钢工艺采用夹杂物形态控制的纯净钢冶炼技术，热轧工艺采用了控轧控冷的热机械处理技术，通过合理的成分和工艺进行最终产品的组织控制，以获得具有高强度高韧性的低碳针状铁素体组织。

表1显示了本发明钢与文献中述及的钢在化学成分上的不同。

表1本发明钢与现有技术化学成分的比较

分析本发明与现有技术的区别：与专利文献1相比，本发明的成分相对简单，采用以C、Mn、Nb、Ti合金为主，Cr、Mo、Cu、Ni、V可以选择性添加也可以都不添加的成分设计、没有加入B合金元素，简化了炼钢工序和降低成本；与专利文献2、4和5比较，它们由于用于生产抗HIC管线钢，在P、S等杂质元素含量上要求比较严格，这样一来对炼钢要求严格，增加炼钢成本。其次，它们在碳当量Ceq上要求大于等于0.32，为满足这样的碳当量，必须增加Mn等合金元素的含量，也就增加了制造成本，同时碳当量的增加必然导致焊接性能的下降.而本发明在Ceq小于0.32的情况下也能生产出X80强度级别的管线钢；与专利文献3相比，专利文献3通过添加Mo元素达到高的强度，而本发明可以不添加Mo元素，或加入成本较低的Cr，或者二者均不添加，降低了成本；其次，与专利文献3比较，本发明利用了C与Nb之间的关系，采用超低碳配合高的Nb含量，不仅提高了再洁净温度，提高生产效率，而且起到了析出强化的作用；专利文献6没有给出成分，但它是用于制造X100钢级别以上的管线钢，与本发明不属于一个范围，因此不作比较。

总之，本发明具有如下优点：

1.本发明的经济型X80管线钢板采用简单经济的成分设计，以C、Mn、Nb、Ti合金为主，Cr、Mo、Cu、Ni、V可以选择性添加也可以都不添加的成分设计、没有加入B合金元素，就可以达到X80钢级的性能要求，在合金成本上大大降低；

2.本发明钢种采用控轧控冷工艺生产，在工艺上可以实现低温加热、中间待温时间缩短、终止轧制温度高、板形好，生产工艺简单，生产周期短，提高了劳动生产效率及成材率；

3.本发明钢具有优良的综合力学性能，强度满足API 5L对X80管线钢的要求；具有优良的低温冲击韧性，-30℃的夏比冲击功大于260J，SA％大于85％，并具有优良的抗低温动态撕裂能力，-20℃的DWTT SA％大于75％；

4.本发明钢具有良好的焊接性能，其具有较低的Ceq和Pcm指数，通过合理的成份设计和焊接材料推荐，可以有较好的焊接性能。

由于本发明具有以上优点，在各种冶金企业均可实施。本发明的经济型X80管线钢可用于制造大口径高压输送直缝焊管。

附图说明

图1是钢中C含量、碳当量与钢焊接性关系的Graville曲线图。图中，斜箭头表示不断降低C含量的管线钢发展过程，区域I焊接性好，区域II可小心地焊接，区域III很难焊接。

具体实施方法

以下用实施例对本发明作更详细的描述。这些实施例仅仅是对本发明最佳实施方式的描述，并不对本发明的范围有任何限制。

实施例1-7

按照表2所示化学成分进行冶炼、连铸、板坯精整和热轧，热轧加热温度为1100～1130℃，再结晶区轧制温度为1150～950℃，非再结晶区轧制温度为930℃～750℃；终止冷却温度为450～650℃，冷却速度为5～30℃/s。

实施例8

按标准方法测试各实施例钢的力学性能，结果如表3所示。

表3各实施例钢的力学性能测试结果

可见，与以往的专利文献相比，本发明的X80管线钢成分简单，尤其是实施例中的碳当量都没有超过0.32，但是得到了X80钢级的强度，同时保证钢具有优良的焊接性能，为制管成型过程的焊接和现场施工焊接提供良好的条件。本发明生产的X80管线钢均具有优良的力学性能，可用于制造大口径X80管线钢管。

Claims

1. 一种经济型X80管线钢，主要由以下成分组成：C：0.020-0.060，Si≤0.30，Mn：1.2~1.90，P≤0.015，S≤0.050，Al：0.01-0.05，Ca：0.001-0.004，N≤0.006，0.04≤Nb≤0.15，0.005≤Ti≤0.020，均为重量％，余量为Fe和不可避免的杂质元素。

2. 如权利要求1所述的经济型X80管线钢，其中添加V≤0.08，Cr≤0.50，Mo≤0.50，Cu≤0.60，Ni≤0.60，均为重量％。

3. 权利要求1所述经济型X80管线钢的生产方法，包括铁水预脱硫、冶炼、连铸、板坯精整、热轧和卷取工序，其特征在于：热轧工序中采用控轧控冷，热轧加热温度为1100～1170℃，再结晶区轧制温度为1150～950℃，非再结晶区轧制温度为930℃～750℃；终止冷却温度为450～650℃，冷却速度为5～30℃/s。