CN101514435A - 低温韧性优良且稳定的管线钢及其热轧板卷轧制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了低温韧性优良且稳定的管线钢及其热轧板卷轧制方法，所述的管线钢的组分重量百分比为：碳0.03～0.070％；硅0.19～0.30％；锰1.50～1.90％；钛0.010～0.020％；铝0.015～0.040％；镍≤0.30％；铬≤0.02％；硼≤0.0002％；磷≤0.018％；硫≤0.005％；钙0.002～0.003％；钼0.20～0.40％；铜≤0.30％；铌0.02～0.10％；氮≤0.006％；氧≤0.004％；氢≤0.00025；其余为铁和杂质；本发明所制的管线钢具有σs＝565－580MPa，σb＝665－690MPa，σs/σb≤0.85特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种管线钢及其热轧板卷的轧制方法，尤其涉及一种低温韧性稳定的X80管线钢及其热轧板卷的轧制方法。
背景技术
石油天然气工业是工业发展的主要能源，为提高管道输送效率、降低能耗、减少投资和运营经费，长距离输送管线向高压、大管径发展已成趋势，对管线钢的强度、韧性、焊接性和抗腐蚀性等不断提出更高的要求，目前国际上长距离输送多采用X60～X80钢级的管线钢。X80管线钢对低温韧性、焊接性能有严格的要求，因此从成分设计、轧制和冶炼三个关键环节从严控制。第一，采用超低碳，并添加Mo、Nb、V、Ti等元素而进行微合金化设计；第二，设计轧制、冷却工艺，综合微合金化、固溶强化和组织强化等方法，获得以针状铁素体为主的复相组织，同时提高强度和塑性；第三，通过超纯净冶炼最大限度降低S和P的含量，减少硫化锰夹杂来降低氢致诱发裂纹的形成点、提高韧性。
日本专利JP2002129288公开了“high strength pipe beng and itsmanufacturing method”，其中API X80-100钢包含：C≤0.03％、Si≤0.3％、Mn：0.8-2.5％、P≤0.015％、S≤0.005％、Ti：0.005-0.030％、Al≤0.05％、N：0.001-0.006％，以及其它任意金属Ni：0.01-1.0％、Cu：0.1-1.2％、Cr：0.1-1.0％、V：0.01-1.0％、Ca：0.001-0.005％、Mg：0.0001-0.002％，其它为铁。中国专利200410025584.4公开了“一种高强度高韧性X80管线钢及其热轧板卷制造方法”，其组成成分的重量百分比为：碳0.025～0.080％；硅：0.19～0.30％；锰：1.70～1.90％；钛：0.01～0.02％；铝：0.015～0.040％；钒：0.055～0.065％；镍：≤0.30％；铬≤0.02％；硼：≤0.0002％；磷：≤0.018％；硫：≤0.005％；钙：0.002～0.003％；钼：0.20～0.40％；铜：≤0.30％；铌：0.02～0.08％；氮：≤0.006％；氧：≤0.004％；氢：≤0.00025；铁和微量杂质：余量。
上述两种管线钢均添加了钒元素，钒元素具有较高的析出强化作用，但钒元素的加入使得析出强化作用超出需要的程度，强度和韧性逐渐失衡，加入0.03％以上的V元素后的会显著降低高等级X80管线钢的冲击韧性水平和韧性值稳定性，-20℃夏比冲击功平均下降95 J，且同一炉次管线钢带中有10％30％-20℃夏比冲击功显著低于标准要求的最低值。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种低温韧性优良且稳定的X80管线钢及其热轧板卷的轧制方法，本发明的X80管线钢-20℃夏比冲击功平均311J且性能稳定、-20℃夏比冲击剪切面积(SA％)100％、-15℃DWTT为100％。
本发明提供的低温韧性优良且稳定的X80管线钢的化学成分(按重量百分比)为：碳0.03～0.070％；硅：0.19～0.30％；锰：1.50～1.90％；钛：0.010～0.020％；铝：0.015～0.040％；镍：≤0.30％；铬≤0.02％；硼：≤0.0002％；磷：≤0.018％；硫：≤0.005％；钙：0.002～0.003％；钼：0.20～0.40％；铜：≤0.30％；铌：0.02～0.10％；氮：≤0.006％；氧：≤0.004％；氢：≤0.00025；铁和微量杂质：余量。
特别地，本发明要求不特意加入钒，钢中仅含有残余钒元素。钒元素的加入会显著降低高等级X80管线钢的冲击韧性水平和稳定性。加入0.03％以上V元素后，工业生产的X80力学性能和冲击性能如表1和表2所示。因为钒元素的加入使得析出强化作用超出需要的程度，强度和韧性逐渐失衡，因此，必须取消钒元素以改善冲击韧性并消除其不稳定性。
低温韧性优良且稳定的X80管线钢的轧制方法为：包括钢坯加热、控轧、控冷和卷曲步骤，在奥氏体再结晶区和未再结晶区多道次控轧控冷，其特征在于，加热温度：1180～1220℃；粗轧温度1130～1170℃；精轧开轧温度：1000℃～950℃；精轧终轧温度：900℃～760℃；终轧后水幕层流冷却，水冷速度15℃～30℃/S；终冷温度：550℃～400℃；终冷后卷取。
本发明轧制方法是热机械轧制工艺(TMCP)，TMCP是以再结晶、相变和沉淀等冶金工艺为基础，在规定的变形和温度条件下完成固溶强化、沉淀强化、位错强化和晶粒细化等硬化处理，从而使轧制状态钢板性能达到最佳化。为充分利用晶粒细化的效果，实现强度和韧性的匹配，X80管线钢采用控制轧制+加速冷却的方式生产，它通过高温奥氏体区形变再结晶、低温奥氏体未再结晶区的变形以及轧后的加速冷却来获得最佳晶粒细化效果。对组织进行控制并细化晶粒，在奥氏体再结晶区和奥氏体未再结晶区的较低温度区进行多道次轧制，并加大最后一道次变形量，在进行中等的冷却速度(15℃～30℃/S)，能够获得针状铁素体为主和少量的准多边形铁素体加极少量的M/A复相组织，且晶粒细小。
本发明的管线钢不特意加入钒，钢中仅含有残余钒元素，消除了钒元素对冲击韧性的不良影响，同时对发明管线钢采用热机械轧制工艺轧制，使管线钢的晶粒非常细小，晶粒度12～13级，因而具有良好的性能具有更高的强度级别和极好的冲击韧性，其综合性能：σs＝565-580MPa，σb＝665-690MPa，σs/σb≤0.85，-20℃夏比冲击平均311J且性能稳定、-20℃夏比冲击剪切面积(SA％)100％、-15℃DWTT为100％等。
具体实施方式
根据本发明管线钢的化学成分范围，由300吨转炉冶炼，经过钢包吹氩、LF炉精炼、RH真空处理和连铸，连铸板坯再加热后，进入两机架R1和R2粗轧，再经7机架2250连轧机组生产线进行热机械控轧控冷，热轧厚度规格18.4mm。
本发明实施例1-4的化学成分见表1，TMCP工艺制度见表2，机械性能见表3。
表1.实施例管线钢的化学成分
| 实施例 | C | Si | Mn | Mo | Nb | V | S | P | O |
| 1 | 0.04 | 0.21 | 1.80 | 0.27 | 0.06 | - | 0.0013 | 0.012 | 24ppm |
| 2 | 0.042 | 0.25 | 1.78 | 0.25 | 0.058 | - | 0.0010 | 0.013 | 25ppm |
| 3 | 0.043 | 0.24 | 1.83 | 0.27 | 0.065 | - | 0.0016 | 0.013 | 23ppm |
| 4 | 0.037 | 0.28 | 1.82 | 0.26 | 0.10 | - | 0.0018 | 0.012 | 24ppm |
续表1.
| 实施例 | Cr | Cu | Al | Als | Ti | Ni | B | N |
| 1 | 0.018 | 0.20 | 0.035 | 0.034 | 0.014 | 0.25 | ＜0.005 | 60ppm |
| 2 | 0.020 | 0.20 | 0.036 | 0.035 | 0.016 | 0.24 | ＜0.005 | 65ppm |
| 3 | 0.019 | 0.21 | 0.033 | 0.032 | 0.018 | 0.23 | ＜0.005 | 68ppm |
| 4 | 0.017 | 0.19 | 0.034 | 0.040 | 0.020 | 0.27 | ＜0.005 | 70ppm |
表2.实施例管线钢TMCP工艺制度
| 实施例 | 加热温度/℃ | 粗轧终了温度/℃ | 精轧入口温度/℃ | 终轧温度/℃ | 卷曲温度/℃ | 冷速/℃/s |
| 1 | 1180 | 1135 | 950 | 760 | 405 | 15 |
| 2 | 1190 | 1145 | 965 | 810 | 460 | 18 |
| 3 | 1200 | 1160 | 980 | 860 | 545 | 20 |
| 4 | 1220 | 1170 | 1000 | 900 | 501 | 30 |
表3实施例管线钢机械性能
| 实施例 | 屈服强度/MPa | 抗拉强度/MPa | 屈强比 | 延伸率(％) | -20℃夏比冲击功(J) | -20℃夏比剪切面积(SA) | -15℃DWTT |
| 1 | 570 | 670 | 0.85 | 27 | 315 | 100 | 100 |
| 2 | 565 | 665 | 0.85 | 28 | 320 | 100 | 100 |
| 3 | 578 | 680 | 0.85 | 27 | 307 | 98 | 100 |
| 4 | 580 | 690 | 0.84 | 28 | 302 | 100 | 100 |
加钒X80管线钢化学成分(重量百分比)见表4、力学性能见表5、冲击性能见表6。
表4钒X80管线钢化学成分(％)
表5含钒X80力学性能(圆棒试样)
| 屈服强度，MPa | 抗拉强度，MPa | 伸长率，％ | 屈强比 | 测试结果 |
| 标准要求 | 555-690 | 625-825 | ≥21 | ≤0.93 | |
| 30°圆棒样 | 560-595 | 655-670 | 22-34 | 0.88-0.90 | 合格 |
表6含钒X80冲击性能
从表3和表6可以看出加钒后管线钢的-20℃夏比冲击功平均为225.8J，不加钒的管线钢的-20℃夏比冲击功平均为311.0J，两者相差105.3J；由表6还可以看出，18个冲击功数据中有5个低于标准规定的最低值88J，不合格率达27.8％，这表明低温冲击功性能不稳。
Claims (2)
1、一种低温韧性优良且稳定的X80管线钢，其特征在于，其组分的重量百分比为：碳0.03～0.070％；硅：0.19～0.30％；锰：1.50～1.90％；钛：0.010～0.020％；铝：0.015～0.040％；镍：≤0.30％；铬≤0.02％；硼：≤0.0002％；磷：≤0.018％；硫：≤0.005％；钙：0.002～0.003％；钼：0.20～0.40％；铜：≤0.30％；铌：0.02～0.10％；氮：≤0.006％；氧：≤0.004％；氢：≤0.00025；其余为铁和微量杂质。
2、一种权利要求1所述的低温韧性优良且稳定的X80管线钢热轧板卷的轧制方法，包括钢坯加热、控轧、控冷和卷曲步骤，在奥氏体再结晶区和未再结晶区多道次控轧控冷，其特征在于，加热温度：1180～1220℃；粗轧温度1130～1170℃；精轧开轧温度：1000℃～950℃；精轧终轧温度：900℃～760℃；终轧后水幕层流冷却，水冷速度15℃～30℃/S；终冷温度：550℃～400℃；终冷后卷取。
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