CN101705438A - 一种管线用钢x70热轧卷板及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种管线用钢X70热轧卷板及其制造方法，属于管线钢技术领域。化学成分为：碳：0.04-0.08wt％；硅：0.10-0.30％；锰：1.40wt％-1.75wt％；铌：0.03-0.06wt％；钒：0.020-0.050wt％；钛：0.010-0.020wt％；钼：0.10-0.15wt％；铜：0.15-0.20wt％；镍：0.10-0.15wt％；Cr：0.20-0.30wt％；磷：≤0.018wt％；硫：≤0.003wt％；氮：≤0.006wt％；硼：0.0003-0.0005wt％；氢：≤0.0003wt％；其它为铁和微量杂质；且Nb+V+Ti：0.06-0.15 wt％。采用230mm连铸坯，通过R1和R2粗轧机的再结晶区轧制和6架连轧精轧机的未在结晶区轧制，以及随后的层流冷却控制，冷变形低温卷取工艺，生产厚度为10-19mm规格X70热轧卷板。适用于高压、长距离、大口径输气管道应用。
Description
技术领域
本发明属于管线钢技术领域，特别是涉及一种管线用钢X70热轧卷板及其制造方法，适用于高压、大口径和长距离输送天然气、石油管道工程。
背景技术
伴随“西气东输一线”管道用14.6mmX70卷板的国产化和“川气东送”管道用17.5mmX70热轧卷板的大规模采用，高强度、高韧性管线用钢X70热轧卷板的生产技术趋于成熟。但由于合金原材料价格的暴涨，生产成本压力越来越大，比如西气东输一线用14.6mmX70卷板Mo合金的添加量为0.25％，Ni添加量为0.25％，合金成本太高；2006年开工建设的“川气东送”管道工程大规模采用17.5mmX70卷板，Mo合金添加量为0.25％，Ni合金添加量为0.16％，合金成本太高。
查阅国内外文献和专利，宝山钢铁股份有限公司申请专利：具有高止裂韧性的针状铁素体型X70管线钢及其制造方法。申请号：200410066297.8。存在的主要问题是合金含量偏高，比如Mo添加量为0.22％，Ni添加量为0.15％，Cu添加量为0.25％，合金成本太高。河北理工大学申请专利：一种低成本高性能X70管线钢及生产方法。申请号：200810079325.8，主要问题X70产品规格薄，比如实施方案1产品厚度仅为7.9mm，其次是添加了B合金元素，而国内重大管道工程明确提出不允许添加B元素，B含量小于0.0005％。另外宝山钢铁股份有限公司申请专利：一种经济型X70管线钢及其生产方法，申请号：200710038397.3，存在的问题是首先未指明产品规格，其次实施卷取温度为550℃。
针对国内正在实施的“西气东输二线”工程用17.5mmX70卷板的技术条件，首钢技术人员优化了X70卷板的成分体系，降低了昂贵合金Mo和Ni的合金含量；并通过优化卷取工艺，将卷取温度降低为420℃以下，实际卷取温度控制为400℃，γ→α相变基本完成，随后的低温卷取工序相当于形变强化进一步提高强度性能。
目前，首钢生产西气东输二线管道用17.5mmX70卷板近10万吨，据用户反映，首钢生产的17.5mmX70卷板合金成本最低，力学性能稳定，使用性能优良，值得推广。
发明技术内容：
本发明的目的在于提供一种管线用钢X70热轧卷板及其制造方法，需要解决的问题是，针对西气东输二线用17.5mmX70卷板，开发一种生产成本经济、力学性能稳定的高强度、高韧性和厚规格X70热轧板卷。该发明的思路是：通过合理、经济的成分设计，和与之匹配的轧钢工艺，采用230mm连铸坯，通过R1和R2粗轧机的再结晶区轧制和6架连轧精轧机的未在结晶区轧制，以及随后的层流冷却控制，和基于冷变形的低温卷取工艺，生产规格厚度为10-19mm规格X70热轧卷板。
本发明的高强度、高韧性和经济性X70热轧卷板的化学成分范围如表1所示：
表1.化学成分，wt％
X70热轧卷板基本化学成分设计理由如下：
C：钢中最经济、最基本的强化元素，通过固溶强化和析出强化提高强度，特别是提高抗拉强度明显，但是提高C含量对延性、韧性和焊接性能不利，因此目前高强度、高韧性管线钢的C含量控制比较低。本发明C含量控制为0.04-0.09％。
Mn：通过固溶强化提高钢的强度，补偿管线钢中因C含量降低而引起的强度损失。另外Mn稳定奥氏体，扩大γ相区的元素，显著降低γ→α相变温度，有利于获得细小的低温相变产物，提高钢的低温韧性。本发明Mn添加量为1.40-1.75％。
Ti：采用微Ti处理成为高强度管线钢必须的条件，Ti微合金的主要强化效果如下：
1)强的固N元素，减少钢种游离态N含量，改善韧性。
2)加热过程中形成的TiN，阻碍加热过程奥氏体晶粒的粗大，改善韧性，并有助于Nb固溶，发挥强化效果。
3)焊接过程抑制晶粒粗大，改善焊接热影响区的冲击韧性。
本发明Ti含量设计为0.010-0.020％。
Mo：Mo元素扩大γ相，明显抑制γ→α相变过程中先共析铁素体的形成，促进针状铁素体和低碳贝氏体形成的主要元素。由于Mo合金价格昂贵，Mo含量由传统的0.25％降低为目标值0.10％。
Cu、Ni：具有一定的固溶强化效果，添加Cu可以提高抗硫化氢腐蚀能力；Ni的加入主要是改善Cu的热脆性和提高低温冲击性能。本发明Cu和Ni添加量为≤0.20％。
Cr：提高淬透性，抑制多边形铁素体和珠光体组织的产生，添加一定量的Cr合金替代一定量的昂贵Mo合金。
经济性X70热轧卷板技术创新点：
1)添加一定量的Cr合金替代Mo合金。Cr合金提高淬透性，在一定程度上获得可以替代Mo合金的强化效果。
2)未再结晶轧制阶段，即精轧采用6机架轧制，提高未再结晶区低温道次压下量，加强低温控轧效果。
3)匹配层流冷却的低温卷取工艺。卷取温度为550℃淬火试样金相组织可以发现γ→α转变进行了20％，基本上以奥氏体组织为主；目标卷取温度为400℃淬火试样金相组织可以发现，卷取前γ→α转变基本完成，与室温组织几乎无差异。(见附图1)工艺路线：
原料准备→铁水预处理→转炉冶炼→炉外精炼→板坯连铸→板坯再加热→控制轧制→控制冷却→层流冷却→卷取→检查、入库。关键在于控制轧钢主要工艺参数如下：
1、加热温度：1150-1220℃；
2、粗轧终止温度：1020-1080℃；
3、精轧终止温度：800±30℃；
4、卷取温度：350℃-420℃；
5、精轧压缩比：精轧机架采用6机架轧制，中间坯厚度/精轧出口厚度3.5-4，加强道次低温大变形控轧效果。
本发明的经济意义和社会意义：
针对西气东输二线管道工程大规模采用17.5mm X70卷板，预计总量达到100万吨以上，目前首钢中标17.5mmX70卷板10.3万吨，已经批量生产10万吨低成本17.5mmX70卷板，用户反映首钢生产的X70卷板合金成本最低，力学性能稳定，使用性能优良。与“川气东送”管道用17.5mmX70卷板相比，Mo合金降低了0.15％，Ni合金降低了0.06％，Nb合金降低了0.02％，按照目前合金成本计算，吨钢合金成本降低854元，增收节支8540万元，值得推广应用。
附图说明
图1为卷取温度为550℃淬火金相组织。
图2为卷取温度为400℃淬火金相组织。
图3为X70卷板的金相组织照片。
具体实施方式
17.5mm X70热轧卷板
化学成分(wt％)
| 炉号 | C | Si | Mn | P | S | Ni | Cr | Cu |
| 09102960 | 0.062 | 0.2 | 1.61 | 0.008 | 0.0014 | 0.10 | 0.24 | 0.15 |
| 09102963 | 0.068 | 0.2 | 1.58 | 0.01 | 0.0011 | 0.10 | 0.24 | 0.15 |
| 09203005 | 0.069 | 0.19 | 1.56 | 0.01 | 0.0022 | 0.10 | 0.24 | 0.15 |
| 09203006 | 0.063 | 0.19 | 1.6 | 0.009 | 0.0015 | 0.10 | 0.24 | 0.16 |
| 09203007 | 0.068 | 0.21 | 1.58 | 0.01 | 0.0011 | 0.09 | 0.23 | 0.14 |
| 09102964 | 0.073 | 0.2 | 1.6 | 0.01 | 0.0011 | 0.10 | 0.24 | 0.15 |
| 09202994 | 0.070 | 0.19 | 1.56 | 0.008 | 0.0022 | 0.10 | 0.25 | 0.16 |
| 炉号 | C | Si | Mn | P | S | Ni | Cr | Cu |
| 09303205 | 0.069 | 0.19 | 1.61 | 0.01 | 0.0025 | 0.10 | 0.24 | 0.17 |
| 09102989 | 0.061 | 0.21 | 1.6 | 0.012 | 0.0011 | 0.10 | 0.24 | 0.16 |
| 09102991 | 0.062 | 0.2 | 1.58 | 0.008 | 0.0011 | 0.11 | 0.24 | 0.16 |
| Alt | Als | Ca | Mo | V | B | Nb | Ti | |
| 09102960 | 0.035 | 0.035 | 0.0034 | 0.107 | 0.028 | 0.0003 | 0.045 | 0.013 |
| 09102963 | 0.036 | 0.034 | 0.0031 | 0.104 | 0.029 | 0.00025 | 0.047 | 0.014 |
| 09203005 | 0.032 | 0.030 | 0.0035 | 0.104 | 0.028 | 0.00027 | 0.044 | 0.013 |
| 09203006 | 0.035 | 0.034 | 0.0034 | 0.107 | 0.028 | 0.00023 | 0.046 | 0.013 |
| 09203007 | 0.034 | 0.033 | 0.0028 | 0.105 | 0.028 | 0.00026 | 0.047 | 0.013 |
| 09102964 | 0.036 | 0.034 | 0.003 | 0.107 | 0.029 | 0.00022 | 0.046 | 0.014 |
| 09202994 | 0.034 | 0.031 | 0.0032 | 0.106 | 0.028 | 0.00024 | 0.046 | 0.014 |
| 09303205 | 0.043 | 0.041 | 0.0034 | 0.102 | 0.029 | 0.00025 | 0.045 | 0.013 |
| 09102989 | 0.036 | 0.034 | 0.0031 | 0.103 | 0.029 | 0.0003 | 0.046 | 0.014 |
| 09102991 | 0.035 | 0.025 | 0.0035 | 0.107 | 0.028 | 0.00021 | 0.048 | 0.014 |
原料准备→铁水预处理→转炉冶炼→炉外精炼→板坯连铸→板坯再加热→控制轧制→控制冷却→层流冷却→卷取→检验、入库
轧钢工艺要点
板坯加热温度：1150-1220℃；粗轧终止温度：1020-1080℃；
精轧入口温度：≤980℃；精轧终止温度：800±30℃；
卷取温度：≤420℃；精轧压缩比：中间坯厚度/精轧出口厚度≥3.5。
1)X70热轧卷板拉伸、冷弯和硬度性能
2)X70热轧卷板断裂韧性
3)金相组织
金相组织为针状铁素体组织，并含有弥散的M/A组元。具体见附图2。
Claims (2)
1.一种管线用钢X70热轧卷板，其特征在于，化学成分为：碳：0.04-0.08wt％；硅：0.10-0.30％；锰：1.40wt％-1.75wt％；铌：0.03-0.06wt％；钒：0.020-0.050wt％；钛：0.010-0.020wt％；钼：0.10-0.15wt％；铜：0.15-0.20wt％；镍：0.10-0.15wt％；Cr：0.20-0.30wt％；磷：≤0.018wt％；硫：≤0.003wt％；氮：≤0.006wt％；硼：0.0003-0.0005wt％；氢：≤0.0003wt％；其它为铁和微量杂质；且Nb+V+Ti：0.06-0.15wt％。
2.一种权利要求1所述X70热轧卷板的制造方法，工艺为：原料准备→铁水预处理→转炉冶炼→炉外精炼→板坯连铸→板坯再加热→控制轧制→控制冷却→层流冷却→卷取→检查、入库；其特征在于，控制轧钢工艺参数如下：
加热温度：1140-1220℃；
粗轧终止温度：980-1060℃；
精轧终止温度：800±30℃；
卷取温度：350℃-420℃；精轧压缩比：精轧机架采用6机架轧制，中间坯厚度/精轧出口厚度3.5-4。
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