CN101580918B

CN101580918B - 一种含Cr厚壁管线钢及其板卷控轧控冷方法

Info

Publication number: CN101580918B
Application number: CN200910117129XA
Authority: CN
Inventors: 朱涛; 饶添荣; 王炜; 王莹; 赵勇; 章海; 刘学华; 杨峥; 谢应登
Original assignee: Maanshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Maanshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2009-06-23
Filing date: 2009-06-23
Publication date: 2013-01-09
Anticipated expiration: 2029-06-23
Also published as: CN101580918A

Abstract

本发明提供了含Cr厚壁管线钢，其化学成分重量百分比(％)为：Cr 0.54～0.90；C 0.03～0.058；Si 0.24～0.35；Mn 1.23～1.30；P≤0.015；S≤0.005；N≤0.0045；Ti 0.018～0.030；Nb 0.046～0.08；Cu 0.23～0.30；Ni 0.20～0.40；Als 0.015～0.060，余量为铁和残余元素。其板卷控轧控冷方法是：钢坯的加热温度1150-1175℃，粗轧开始温度1130-1155℃，精轧开始温度1020-1030℃，终轧温度800～850℃，卷取温度450～540℃，总压下率不小于85％，控制冷却速度15～20℃/S。

Description

一种含Cr厚壁管线钢及其板卷控轧控冷方法

技术领域

本发明属管线钢领域，尤其涉及一种厚壁管线钢及其板卷控轧控冷方法。

背景技术

石油天然气工业是工业发展的主要能源，石油天然气管道输送具有高效、安全、经济等特点，是长距离输送油气的主要形式。随着国际能源结构的逐渐变化，在未来几十年内，天然气在能源中所占的比例将急剧增加。天然气输送管道趋向于大口径、高压和厚壁化方向发展。管线的服役条件越来越苛刻，如输送压力增大，输送介质复杂，许多管线需经过严寒地带、沼泽地、沙漠或人口稠密地区等，这就需要管线钢要有足够的强度和壁厚来保障安全，而在强度一定的情况下，增加壁厚是提高抗撕裂能力和耐冲刷能力最有效直接的方式。但现有技术中，如申请号为00123185.5，名称为《一种超低碳高韧性抗硫化氢用输气管线钢》的中国专利公开了一种X65级输气管线钢，其化学成分为：C 0.02～0.04％，Si 0.15～0.35％，Mn 1.4～1.6％，Nb 0.03～0.05％，V 0.02～0.04％，Mo 0.2～0.4％，S＜0.0007％，P＜0.0030％，其余为铁Fe。相应的热机械控轧工艺制度(TMCP)为1200℃(加热)-1150℃(开轧)-(1000℃-950℃)(轧制)-(900℃-830℃)(终轧)-(500℃-400℃)(终冷)，水冷(15-30℃/s)。显微组织为针状铁素体AF+少量的准多边形铁素体+M/A组元。由该发明得到的管线钢不但具有更高的强度和极高的低温冲击韧性，而且具有很好的抗硫化氢应力腐蚀能力。所不足之一就是：由于生产材质厚度较薄，根据说明书只有8毫米，如输送高压、高密度介质，其管道极易造成断裂破坏，其壁厚明显不足，耐冲刷能力弱，安全性差。再如申请号为200410013265.1，名称为《高强度高韧性输送管线钢及其板卷控轧控冷方法》的中国专利公开了一种X80管线钢，其化学成分重量百分比(％)为：C 0.01～0.06，Si 0.15～0.40，Mn 1.61～2.0，P 0.0031～0.0018，S≤0.003，Nb 0.051～0.09，Ti≤0.025，Mo 0.1～0.40，Cu 0.10～0.40，Ni 0.10～0.40，其余为铁。其板卷控轧控冷方法：加热温度1150～1199℃，终轧温度750～830℃，卷取温度450～629℃，控制冷却速度15～30℃/S。虽然增加了厚度和强度，但其厚度范围规定在10～20mm，用在恶劣环境下其厚度仍然偏小，而其强度的增加是通过高Mn(1.61％～2.00％)和加入较多贵重合金Mo(0.10％～0.40％)的方法获得，成本较高。据文献“低铬X65管线钢CO2腐蚀产物膜的特征及形成机制(金属学报2009年第45卷第1期第84-90页)”报道，其化学成分为：C 0.07％，Si 0.20％，Mn 0.55％，Nb 0.03％，Mo 0.15％，V0.03％，Cr0.95％。该论文要揭示的是Cr含量对管线钢抗CO2腐蚀的影响。当Cr含量增加至1.00％甚至3.00％以上时，耐CO₂腐蚀性才会得到有效提高，但高Cr含量将大大降低管线钢的焊接热影响区韧性和可焊性。

由于输送高压、高密度特别是带有腐蚀性油气介质时，其作用于钢板上的压力和对钢板的腐蚀、冲刷较强，因此要求这种管线钢的抗撕裂、耐冲刷能力和钢的纯净度很高。如果通过添加大量合金元素来增加强度和相应的抗腐能力，一是大量增加成本，二是势必造成纯净度受影响，因此研究一种在一定强韧性条件下由合适成分及工艺生产的厚壁厚管线钢成为必要。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种抗撕裂能力强的厚壁在20～25.4mm管线钢及其板卷控轧控冷方法，通过添加Cr来保证强韧性和细晶粒要求的同时适当增加壁厚，来解决因强韧性一定而壁厚不足导致输油气管线安全性不足的问题，既降低了生产成本，又保证了抗撕裂能力，满足了输送高压、高密度油气介质管线钢的使用需要。

本发明提供的一种含Cr厚壁管线钢，其化学成分重量百分比(％)为：Cr0.20-0.90；C 0.03-0.09；Si 0.20-0.35；Mn 1.00-1.30；P≤0.015；S≤0.006；N≤0.0050；Ti 0.010-0.030；Nb 0.03-0.08；Cu 0.15-0.30；Ni 0.10-0.40；Als0.015-0.060；其余为铁和残余元素。

本发明的含Cr厚壁管线钢的板卷控轧控冷方法是：钢坯的加热温度1150-1200℃，粗轧开始温度1130-1180℃，精轧开轧温1020-1050℃，终轧温度800-900℃，卷取温度450-600℃，总压下率不小于85％，控制冷却速度15-30℃/S。

本发明添加主要合金元素的作用是：

铬(Cr)：在提高强度和细化晶粒方面，Cr与Mo一样，可抑制块状铁素体的形成、细化晶粒并促进贝氏体和针状铁素体转变，获得多而细的针状铁素体组织，从而大大提高强度，因而可以替代Mo的作用。同时，本发明钢中，Cr与Nb配合使用，可以促进Nb的析出，提高Nb的析出强化作用。随着Cr含量的增加，强度上升较大，但如果加入量太大，会显著降低焊接热影响区韧性和可焊性，所以上限宜为0.90％，而下限小于0.20％时，Cr的作用将不明显。因此，本发明钢所定Cr含量为0.20～0.90％。本发明钢所加Cr的作用是：在不降低管线钢焊接热影响区韧性和可焊性前提下，部分提高耐蚀性，取代Mo细化晶粒和提高强度，同时大幅度降低成本。含55％Mo的FeMo目前市场价为14.2万/吨，而含55％Cr的FeCr市场价同期为1.2万/吨。因此，用Cr代Mo具有较大的经济性。

碳(C)：碳元素是影响管线钢强韧性、焊接性的主要元素。C含量增加，焊接性恶化，韧性变差，偏析加剧，但碳能显著提高强度，因此，本发明管线钢碳含量控制在0.03～0.09％范围内。

锰(Mn)：锰有固溶强化作用，可细化铁素体晶粒、提高强度和韧性，所以早期的管线钢以C-Mn为主，但Mn过大会加速控轧钢的中心偏析，从而引起产品力学性能各向异性，且导致抗HIC性能降低。因此，耐腐蚀管线钢中，Mn含量不易过高，本发明控制在1.00～1.30％较为合适。

铌(Nb)：铌能显著提高钢的再结晶温度T_RX，比钒的作用显著，而钒对钢的韧性有不利影响，因此本发明管线钢不添加钒。高的T_RX使得热轧过程中大量的应变得以在低于它的再结晶温度以下进行，从而获得细小、含大量形变带的组织。同时Nb控制在0.03～0.08％，轧制过程中可析出细小的Nb(C、N)质点沉淀强化，从而提高钢的强度。

钛(Ti)：添加0.01～0.03％的钛能提高钢的再结晶温度和奥氏体晶粒粗化温度，从而控制连铸和加热过程中的晶粒尺寸，起到细化晶粒，提高钢的屈服强度和韧性作用。同时，Ti加入含Nb钢中可延长NbC的析出孕育期，使Nb-Ti复合钢的碳化物析出开始时间较Nb钢晚，从而析出物更加细小、弥散。另外，由于Ti在高温下能与N结合形成TiN质点，有利于焊接时热影响区的晶粒控制，对改善焊接热影响区的韧性非常有利。

铜(Cu)：铜能提高钢的抗腐蚀能力和抗HIC能力。铜含量低，不起作用，太高时，又会引起HAZ韧性下降，并在热加工时产生铜裂。因此，本发明铜含量控制在0.15～0.30％为宜。

镍(Ni)：加入量在0.10～0.40％时，可提高强度而不至于会降低低温韧性和现场可焊性，并可避免连铸和热轧过程中的铜裂。

与现有技术相比，本发明的效果及优点：

1、屈服强度(Rt_0.5)＝530-555MPa，抗拉强度(Rm)600-635MPa，屈强比0.85-0.89，延伸率A₅₀38％-41％，延伸率高、加工成型性好。

2、-20℃V型缺口夏比冲击功：单个试样≥325J，比标准要求高125J，平均≥355.8J，比标准要求高155.8J；夏比冲击剪切面积(SA/％)：单个试样100％，比标准高出30％，三个试样平均100％，比标准高15％；

3、-15℃落锤撕裂试验(DWTT)断口纤维率(SA/％)100％，比标准要求高15％。

4、管壁厚度较厚20-25.4mm，耐腐蚀和冲刷能力较强，不易撕裂及破坏，安全可靠。

5、由于含55％Mo的FeMo目前市场价为14.2万/吨，而含55％Cr的FeCr市场价同期为1.2万/吨，因此，生产成本大大减低。

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20～25.4mm mm。

本发明实施例管线钢1-5的化学成分见表1，实施例1-5管线钢控轧控冷工艺制度见表2，实施例1-5管线钢机械性能见表3。

表1 实施例1-5管线钢的化学成分(％)

序号	C	Si	Mn	P	S	Nb	Cr	Ni	Cu	N	Ti	Als
													1	0.035	0.035	1.30	0.015	0.005	0.08	0.88	0.40	0.30	0.0045	0.030	0.015
2	0.043	0.25	1.25	0.014	0.002	0.066	0.76	0.15	0.25	0.0035	0.015	0.023
													3	0.058	0.24	1.23	0.012	0.001	0.046	0.54	0.20	0.23	0.0030	0.018	0.025
4	0.075	0.25	1.10	0.012	0.001	0.038	0.35	0.18	0.22	0.0028	0.014	0.022
													5	0.088	0.021	1.05	0.013	0.003	0.032	0.25	0.10	0.15	0.0025	0.011	0.052

表2.实施例1-5管线钢控轧控冷工艺制度

表3实施例1-5管线钢机械性能

Claims

1.一种含Cr厚壁管线钢，其特征在于，其化学成分重量百分比(％)为：Cr 0.54～0.90；C 0.03～0.058；Si 0.24～0.35；Mn 1.23～1.30；P≤0.015；S≤0.005；N≤0.0045；Ti 0.018～0.030；Nb 0.046～0.08；Cu 0.23～0.30；Ni 0.20～0.40；Als 0.015～0.060；其余为铁和残余元素。

2.一种如权利要求1所述的含Cr厚壁管线钢板卷的控轧控冷方法，其特征在于，钢坯的加热温度1150-1175℃，粗轧开始温度1130-1155℃，精轧开始温度1020-1030℃，终轧温度800～850℃，卷取温度450～540℃，总压下率不小于85％，控制冷却速度15～20℃/S。

3.如权利要求2所述的含Cr厚壁管线钢板卷的控轧控冷方法，其特征在于，钢坯的加热温度1175℃，粗轧开始温度1155℃，精轧开始温度1030℃，终轧温度850℃，卷取温度540℃，总压下率不小于85％，控制冷却速度20℃/S。