CN101619416A - 一种高强度x100管线钢热轧平板及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高强度X100管线钢热轧平板及其生产方法，钢的化学成分的重量百分比为：C 0.02％～0.08％，Si 0.10％～0.35％，Mn 1.65％～2.20％，P 0.005％～0.020％，S≤0.003％，Nb 0.04％～0.11％，Ti 0.008％～0.030％，Als 0.02％～0.045％，含有Ni≤0.60％、Mo≤0.30％、Cu≤0.30％中的一种或一种以上，其余量为铁和不可避免的杂质。生产方法为：板坯加热温度1160～1280℃，粗轧温度1070～1150℃，精轧温度830～950℃，终冷温度300～550℃，控制冷却速度15～30℃/S。本发明能够获得以下贝氏体为主的复相组织。它能使管线钢热轧平板的屈服强度达到690～825MPa，抗张强度达到780MPa以上，－20℃冲击功≥200J，－15℃DWTT的剪切面积≥90％。降低了轧制抗力和矫直抗力，提高轧机和矫直机的作业率。
Description
技术领域
本发明属于低碳微合金钢的控轧控冷技术，主要适用于制造高压、大口径石油天然气输送管道用X100管线钢热轧平板及其生产方法。
背景技术
石油天然气输送管道是能源建设的重要部分。随着世界工业的发展和冶金技术的发展，为降低管道建设成本及运营成本，提高石油、天然气输送效率，输送管道已迅速向大管径、被输送介质向高压和高密度方向发展。随着X65、X70成为输送干线的主要钢级之后，X80也在逐步扩大其应用范围。为了满足介质向更高压、高密度长距离输送的发展要求，人们已开始研发了更高级别的X100管线钢，要求钢的屈服强度达到690MPa以上，-20℃的低温韧性在200J以上。目前公开的X100管线钢中，具有代表性的是在钢的成分设计中加入Mg，通过氧化物冶金技术来提高钢的焊接性能，增加了冶炼难度和制造成本。尽管专利申请号为：CN200510111857.1A，发明名称为“超高强度X100管线钢及其热轧板制造方法”解决了因成分中含有Mg所带来的生产工艺复杂、成本高等问题，但是由于其成分设计中以低C为主，Mn、Mo、Cu、Ni、V等合金元素的含量偏高将导致制造成本的提高，不利于资源的节省，同时也提高了碳当量，对焊接性也不利；其制造方法中再结晶轧制温度、非再结晶轧制温度和终冷温度都比较低，这样轧制抗力和矫直抗力大大提高，对轧机和矫直机要求就高，不利于常规轧制设备生产。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强度X100管线钢热轧平板及其生产方法，在同样不需加入Mg元素进行氧化物冶金，降低冶炼难度的基础上，进一步降低制造成本，解决轧制抗力和矫直抗力大等问题，以便满足低成本生产工艺的要求。
本发明的目的是这样实现的，一种高强度X100管线钢热轧平板，其特征在于：钢的化学成分的重量百分比为：C 0.02％～0.08％，Si 0.10％～0.35％，Mn 1.65％～2.20％，P 0.005％～0.020％，S≤0.003％，Nb 0.04％～0.11％，Ti0.008％～0.030％，Als 0.02％～0.045％，含有Ni≤0.60％、Mo≤0.30％、Cu≤0.30％中的一种或一种以上，其余量为铁和不可避免的杂质。主要元素的作用如下：
碳：随着碳含量增加，钢的强度增加而韧性、焊接性能降低。但由于控轧控冷工艺和微合金化技术的日趋成熟，同时为改善焊接热影响区(HAZ)的性能，钢中的碳含量逐渐降低，X100钢级管线钢的碳含量应在0.02％～0.08％为宜。
锰：有固溶强化作用，还可降低γ-α相变温度，进而细化铁素体晶粒。有研究表明：添加1.65％～2.20％Mn，γ-α相变温度降低50℃，可细化铁素体晶粒并保持多边形；当添加1.5％～2.0％Mn时，可获得针状铁素体组织。Mn还可提高韧性、降低韧脆转变温度，所以早期的管线钢以C-Mn为主。但是，Mn含量过大会加速控轧钢板的中心偏析，从而引起钢板和钢管力学性能的各向异性，且导致抗HIC性能的降低。因而，在高钢级管线钢中，Mn的含量应保持在一个合理的范围内，而且Mn/C比值也应适宜。由于Mn抑制珠光体的形成，同时促进贝氏体形成，因而要获得X100钢级，Mn含量应在1.65％～2.20％可以有效控制贝氏体形状。
铌：可延迟奥氏体再结晶、降低相变温度，通过固溶强化、相变强化、析出强化等机制来获得要求的性能。0.04％～0.11％Nb钢，配合合理的轧制工艺，可以获得均匀的以下贝氏体组织为主的复合相和良好韧性。
钛：添加微量Ti后，脆化温度区消失。这是因为在奥氏体高温区，TiN比Nb(N，C)更易生成，所以N被TiN固定在奥氏体高温区，Nb析出物从Nb(N，C)变成了在奥氏体低温区和γ+α双相区难以析出的NbC。Ti含量过高容易造成韧性降低，因此选取0.008％～0.030％。
钼：能够降低相变温度、抑制块状铁素体的形成、促进针状铁素体的转变，并能提高Nb(C、N)的沉淀强化效果，这种合金体系的管线钢具有含高密位错的细小下贝氏体组织，强度高(达到X100)、冲击韧性好。但Mo的加入会造成成本的大大上升，近来Mo合金的价格迅速上扬，在X100管线钢中，Mo≤0.30％比较理想。
铜、镍：可通过固溶强化作用提高钢的强度，同时Cu还可改善钢的耐蚀性，Ni的加入主要是改善Cu在钢中易引起的热脆性，且对韧性和强度有益，但铜、镍的加入都会造成成本的大大上升，有效合理地利用尤为重要，因此选取Ni≤0.60％、Cu≤0.30％较为适宜。
本发明用于制备上述高强度X100管线钢热轧平板的生产方法，包括：板坯加热、粗轧、精轧、控冷，其工艺参数为：板坯加热温度区间1160～1280℃，粗轧温度区间1070～1150℃，精轧温度区间830～950℃，终冷温度区间300～550℃，控制冷却速度15～30℃/S。上述成分的钢种通过该工艺轧制可获得以板条状贝氏体为主的复相组织。
本发明生产的高强度X100管线钢与现有X100管线钢相比具有如下优点：
1、本发明设计的合金加入量低，在Mn低于2.2％时Cu、Ni、Mo的加入量比较低，同时不必加入Cr、V，大大降低了合金成本，碳当量较低，有利于提高焊接性能。
2、本发明工艺的粗轧、精轧、终冷的温度区间较高，大大降低了轧制抗力和矫直抗力，提高轧机和矫直机的作业率，降低了生产难度，对保护设备有利。
3、本发明可以获得以下贝氏体为主的复合组织，具有良好的低温韧性，其-20℃冲击功大于200J。-15℃DWTT的剪切面积达到90％以上。
附图说明
图1为本发明X100管线钢热轧平板试样的光镜组织照片；
图2为本发明X100管线钢热轧平板同一试样的透射电镜组织照片。
具体实施方式
本发明高强度X100管线钢热轧平板具体实施例的化学成分见表1。
表1高强度X100管线钢热轧平板化学成分(wt％)
| 序号 | C | Si | Mn | P | S | Cu | Ni | Mo | Nb | Ti | Als |
| 1 | 0.046 | 0.24 | 2.03 | 0.011 | 0.003 | -- | 0.46 | 0.22 | 0.06 | 0.015 | 0.020 |
| 2 | 0.055 | 0.25 | 1.97 | 0.013 | 0.003 | 0.20 | 0.45 | 0.30 | 0.04 | 0.013 | 0.040 |
| 3 | 0.071 | 0.26 | 2.02 | 0.013 | 0.002 | 0.20 | 0.46 | 0.25 | 0.07 | 0.019 | 0.030 |
| 4 | 0.080 | 0.33 | 1.70 | 0.018 | 0.003 | 0.30 | -- | -- | 0.09 | 0.020 | 0.040 |
| 5 | 0.021 | 0.13 | 2.20 | 0.008 | 0.001 | 0.15 | 0.58 | 0.15 | 0.11 | 0.010 | 0.025 |
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| 7 | 0.080 | 0.15 | 1.65 | 0.008 | 0.002 | 0.30 | 0.60 | 0.30 | 0.08 | 0.020 | 0.045 |
本发明的具体制备工艺见表2。
表2高强度X100管线钢热轧平板制备工艺
| 序号 | 加热温度，℃ | 粗轧温度区间，℃ | 精轧温度区间，℃ | 终冷温度，℃ | 冷速℃/S |
| 1 | 1194 | 1130-1070 | 950-832 | 480 | 21 |
| 2 | 1160 | 1149-1072 | 950-843 | 367 | 23 |
| 3 | 1250 | 1148-1070 | 950-835 | 394 | 21 |
| 4 | 1260 | 1130-1070 | 950-850 | 550 | 15 |
| 5 | 1280 | 1150-1070 | 930-830 | 300 | 30 |
| 6 | 1280 | 1150-1100 | 920-830 | 350 | 30 |
| 7 | 1280 | 1150-1090 | 940-850 | 330 | 25 |
本发明X100管线钢检验结果见表3。
表3高强度X100管线钢热轧平板性能
注：拉伸、冲击为横向；拉伸试样直径为12.7mm，标距长度50.8mm；夏比冲击试样尺寸为10×10×55mm；横向冷弯d＝2a，180°，完好。
如图1、2所示，本发明高强度管线钢热轧平板的复合组织以下贝氏体为主，其余为岛状马氏体。
Claims (2)
1.一种高强度X100管线钢热轧平板，其特征在于：钢的化学成分的重量百分比为：C 0.02％～0.08％，Si 0.10％～0.35％，Mn 1.65％～2.20％，P0.005％～0.020％，S≤0.003％，Nb 0.04％～0.11％，Ti 0.008％～0.030％，Als 0.02％～0.045％，含有Ni≤0.60％、Mo≤0.30％、Cu≤0.30％中的一种或一种以上，其余量为铁和不可避免的杂质。
2.一种用于制备权利要求1所述的高强度X100管线钢热轧平板生产方法，其特征在于：板坯加热温度区间1160～1280℃，粗轧温度区间1070～1150℃，精轧温度区间830～950℃，终冷温度区间300～550℃，控制冷却速度15～30℃/S。
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