CN101565796B - 一种抗拉强度570MPa级弯管用钢板及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适应于石油天然气管道工程X65级直缝埋弧焊热煨弯管所需的抗拉强度≥570MPa和韧性-20℃A _KV≥170J的热轧钢板及生产方法。其解决现存在的直缝埋弧焊热煨弯管特别是弯曲段强度达不到X65级的水平及韧性波动的问题。措施：冶炼并铸成化学成分及重量百分比为C：0.041～0.078，Si：0.10～0.30，Mn：1.40～1.60，P：≤0.018，S：≤0.004，Ti：0.005～0.030，Nb：0.020～0.039，V：0.02～0.06，Mo：0.080～0.148，Ni：0.10～0.25，Al：0.021～0.060，其余为Fe及不可避免的夹杂的板坯、采用热连轧机控轧控冷：粗轧结束温度为1020～1120℃；精轧且终轧温度为760～829℃；采用层流冷却；卷取温度为573～650℃；横切且矫直机的平整量≤0.6％。

Description

一种抗拉强度570MPa级弯管用钢板及其生产方法

技术领域

本发明涉及微合金化钢制造领域，具体的指一种适应于石油天然气管道工程X65级直缝埋弧焊热煨弯管所需的具备高强度(横向R_m≥570MPa)和高韧性(横向-20℃A_KV≥170J)的热轧钢板及其生产方法。

背景技术

弯管是油气长输送管道的重要组成部分，其一方面可根据需要改变管道的方向，另一方面起结构力学作用，可以缓冲管道所在地域的地层迁移、地震以及外界环境温度变化等附加在直管上的拉、压应力和扭矩作用，因此，在管道敷设中需要使用大量弯管。

国内外以往常采用正火钢或调质钢管制造弯管。近年来，为解决高强度正火钢或调质钢在焊接施工中的困难，保证管线钢管与弯管以及焊接金属的性能一致，国内外开展了用控轧钢板热煨弯管的研究。如中国专利公开号为CN101161847的专利文献记载了一种“高韧性热煨弯管用钢及其热轧平板的生产方法”，其涉及X70、X80级热煨弯管，加入了0.15％～0.45％Mo，成本较高，加入了0.15％～0.30％Cu，热加工过程中易造成Cu污染。日本专利JP20021298公开了一种高强度弯管及其生产方法，其涉及X80～X100级热煨弯管。而控轧钢生产X65级热煨弯管鲜有报道。

抗拉强度570MPa级热煨弯管用热轧钢板使用性能要求：具有良好的焊接性能，以有利于现场焊接；良好的耐高温热加工性能和较高的淬透性，以便于加热弯曲，并确保淬火+回火后，钢具有良好的强度与韧性匹配。而目前的将控轧钢板加热到800～1200℃，热煨制成型，然后淬火+回火，其强度和韧性大幅降低；若采用与管线钢管相同的材质制做热煨弯管，热煨弯管(特别是弯曲段)的强度和韧性又将达不到其性能要求。

发明内容

为了解决直缝埋弧焊热煨弯管特别是弯曲段强度达不到X65级的水平及韧性波动问题，本发明提供一种适应于石油天然气管道工程X65级直缝埋弧焊热煨弯管所需的横向抗拉强度R_m≥570Mpa、横向冲击功-20℃A_KV达170J及以上的热轧钢板及其生产方法。

实现解决上述问题的技术措施：

生产一种抗拉强度570MPa级热煨弯管用钢的方法，其步骤：

1)进行铁水脱硫、转炉顶底复合吹炼、钢包炉处理、真空进行Si-Ca处理、浇注成其化学成分及重量百分比为C：0.041～0.078，Si：0.10～0.30，Mn：1.40～1.60，P：≤0.018，S：≤0.004，Ti：0.005～0.030，Nb：0.020～0.039，V：0.02～0.06，Mo：0.080～0.148，Ni：0.10～0.25，Al：0.021～0.060，其余为Fe及不可避免的夹杂的板坯；

2)采用热连轧机控轧控冷：将板坯加热至1205～1280℃；

3)进行粗轧，粗轧结束温度控制在1020～1120℃；

4)进行精轧，终轧温度控制在760～829℃；

5)采用层流冷却，其冷却速度控制在15～30℃/秒；

6)进行卷取，卷取温度控制在573～650℃；

7)板卷开平横切成所需长度的钢板，横切时矫直机的平整量≤0.6％。

本发明的抗拉强度570MPa级热煨弯管用热轧钢板中各合金成分的作用机理如下：

本发明的碳(C)含量为0.04～0.10％。低的碳含量可以保证钢具有高的韧性、塑性、优良的焊接性能和抗HIC及抗SSC能力。低碳还可以减少偏析。但要保证良好的耐高温热加工性能和较高的淬透性，碳含量不能太低。

本发明的锰(Mn)含量为1.40～1.60％。高Mn促进针状铁素体形核，高的Mn/C比可提高屈服强度和冲击韧性，降低析出碳化物的尺寸，促进沉淀强化效应。锰还可提高钢的淬透性，避免过热时的晶粒长大。

本发明的铌(Nb)含量为0.020～0.039％。微量的铌能显著细化晶粒，提高晶粒粗化温度，另可提高钢的淬透性和回火稳定性。铌在控轧过程中，通过抑制再结晶和阻止晶粒长大，可细化奥氏体晶粒尺寸，同时提高钢板再结晶温度，降低轧机负荷。在轧后冷却过程中，NbC和NbN微小质点析出，可起沉淀强化的作用。铌与C、N元素形成稳定性高且呈颗粒状均匀分布的碳、氮化物，能有效地阻止奥氏体晶粒的长大，使材料能够在较宽的温度范围内进行热弯曲加工，有利于弯管的成型。

本发明的钒(V)含量为0.02～0.06％。钒在轧后冷却过程中，VC和VN微小质点析出，可起沉淀强化的作用。钒的碳、氮化物弥散分布，能有效地阻止奥氏体晶粒的长大，有利于弯管的成型和热处理后强韧性的提高。

本发明的钼(Mo)含量为0.080～0.145％。钼降低γ→α转变温度，抑制多边形铁素体和珠光体形核，促进高密度位错亚结构的针状铁素体的形成；在钢板轧后控冷以及钢管加热弯曲淬火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，从而保证良好的强韧性。

本发明的镍(Ni)含量为0.10～0.25％，提高控轧钢的韧性，另还可补偿钢管加热弯曲淬火过程中对钢韧性的损失。

本发明的磷(P)含量≤0.018％、硫(S)含量≤0.004％。为了保证钢板的韧性，需要钢种具有较高的纯净度和均质度。而P、S均是影响性能的有害元素，P高易导致偏析，从而影响钢板组织均匀性；S常以锰的硫化物形态存在，这种硫化物夹杂对钢的冲击韧性，特别是横向韧性是十分不利的，并造成性能的各向异性和增大氢诱导裂纹敏感性。

本发明的硅(Si)含量为0.10～0.30％。起固溶强化和提高钢抗张强度的作用。过高会形成珠光体，对韧性不利。

本发明的钛(Ti)含量为0.010～0.020％。加入一定的Ti，可细化晶粒，提高钢的屈服强度和韧性，还可以在高温下与N结合，形成TiN质点，有利于焊接时热影响区的晶粒控制，改善焊接热影响区的韧性。

本发明的铝(Al)含量为0.021～0.060％，起到脱氧作用，减少钢中氧含量；形成AlN，细化晶粒。

本发明的碳当量(CE＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15)为0.32～0.40％。适当的碳当量对热煨弯管钢至关重要，低的碳当量可以保证钢具有良好的焊接性能，有利于现场焊接，适当增加碳当量可提高钢的淬透性，确保钢在淬火时具有较大的临界直径，在二次加热后，钢从奥氏体状态快速冷却得到针状铁素体组织，从而保证弯管用钢的强度。

试验表明，本发明钢的钢板横向R_t0.5≥510MPa，R_m≥570MPa，-20℃A_KV≥170J，-10℃DWTTSA≥85％，可以满足石油天然气管道工程X65级直缝埋弧焊热煨弯管用高强度高韧性热轧钢板的需求。

具体实施方式

首先，采用铁水深脱硫技术，使铁水中的S≤0.005％，在转炉上进行顶底复合吹炼，出钢时进行微合金化，钢水在炉后进行钢包炉处理、真空(Si-Ca)处理，并进行相关成分微调，然后，将钢水浇注成200～250mm×950～2150mm断面的板坯，将该板坯在热连轧机上采用控轧控冷工艺，轧制成热轧钢卷，最后板卷开平横切成所需长度的钢板。其实施例化学成分及重量百分比、制造工艺条件、检测结果分别见下列表1、表2及表3。

表1本发明钢化学成分及重量百分比含量列表

其余为Fe及不可避免的夹杂。

表2本发明钢的工艺制度

表2的工艺制度是在进行了铁水脱硫、转炉顶底复合吹炼、钢包炉处理、真空进行Si-Ca处理、浇注成板坯后而进行的。

表3为本发明钢经横向力学性能实验后的结果

Claims (1)

1.一种生产抗拉强度570MPa级热煨弯管用钢的方法，其步骤：

1)进行铁水脱硫、转炉顶底复合吹炼、钢包炉处理、真空进行Si-Ca处理、浇注成其化学成分及重量百分比为C：0.041～0.078，Si：0.10～0.30，Mn：1.40～1.60，P：≤0.018，S：≤0.004，Ti：0.005～0.030，Nb：0.020～0.039，V：0.02～0.06，Mo：0.080～0.148，Ni：0.10～0.25，Al：0.021～0.060，其余为Fe及不可避免夹杂的板坯；

2)采用热连轧机控轧控冷：将板坯加热至1225～1280℃；

3)进行粗轧，粗轧结束温度控制在1020～1120℃；

4)进行精轧，终轧温度控制在760～799℃；

5)采用层流冷却，其冷却速度控制在15～30℃/秒；

6)进行卷取，卷取温度控制在573～650℃；

7)板卷开平横切成所需长度的钢板，横切时矫直机的平整量≤0.6％。