CN101906568A

CN101906568A - 一种高钢级大应变管线钢和钢管的制造方法

Info

Publication number: CN101906568A
Application number: CN 201010251848
Authority: CN
Inventors: 冯耀荣; 吉玲康; 陈宏远; 陈宏达; 李鹤林; 杨龙
Original assignee: China National Petroleum Corp; CNPC Tubular Goods Research Institute
Current assignee: China National Petroleum Corp; CNPC Tubular Goods Research Institute
Priority date: 2010-08-12
Filing date: 2010-08-12
Publication date: 2010-12-08
Anticipated expiration: 2030-08-12
Also published as: CN101906568B

Abstract

本发明涉及一种高钢级大应变管线钢和钢管的制造方法；按质量百分比：C：0.04～0.08％；Mn：1.50～1.90％；Si：0.15～0.30％；P≤0.010％；S≤0.003％，Al：0.005～0.03％；Ca 0.002-0.005％，N≤0.005％，余量为Fe；碳当量≤0.55％，冷裂纹敏感系数≤0.25；经熔炼、Ca处理，精炼和脱气，连铸成厚板坯，精轧，低温回火制成热轧钢板，钢板经成型，焊接，扩径制成钢管；屈服强度485-630MPa，抗拉强度570-750MPa，均匀塑性变形伸长率8-15％，应变时效敏感系数不大于0.40，-20℃的夏比冲击韧性达到220-350J。

Description

一种高钢级大应变管线钢和钢管的制造方法

技术领域

本发明涉及一种强度级别达到X70和X80高钢级大应变(应变时效敏感系数不大于0.40)管线钢和钢管的制造方法。

背景技术

我国油气管道工程发展很快，尤其是长距离输送管道建设近年来得到很大发展，管线沿线必然经过多种复杂地质地貌条件。在大部分地区管道均采用基于应力的设计方法，但是在管线经过地震带和活动断层以及沉陷带、冻土带、滑坡带等区段时，必须采用基于应变的管道设计方法，这就需要采用具有均匀塑性变形容量较大的高钢级管线钢并发展相应的制造技术。一般而言，管线钢强度较低时均匀塑性变形容量较大，而对于高钢级管线钢要获得较大的塑性变形容量比较困难。加之，高钢级管线钢和钢管在随后的防腐过程中由于温度的作用会产生强度和硬度升高，塑性和韧性下降的现象，即产生应变时效现象。钢管在长期的使用过程中的也会产生应变时效现象。近年来，随着控轧空冷技术的发展，管线钢的屈强比已从过去的0.80～0.85上升到0.90～0.95，过高的屈强比限制了管线钢和钢管的变形能力，从而对使用安全性产生影响。目前，具有高应变性能的高钢级管线钢在国际上已经开发出来，并得到工程应用，但不能很好地兼顾应变时效性能。

发明内容

本发明的目的是提出一种强度级别达到X70和X80、均匀塑性变形延伸率高、应变时效敏感性低的适用于地震断裂带、沉陷带、冻土带、滑坡带等基于应变管道设计地区使用的大口径高钢级管线用钢和钢管的制造方法，以满足我国长输管道建设需求。

根据地震断裂带、沉陷带、冻土带、滑坡带等基于应变管道设计地区工况特点，要求管线钢及钢管在保证高强韧性的同时，具有低的屈强比、高的均匀塑性变形伸长率、高的性变硬化指数和低的应变时效敏感性。为了保证上述性能，必须对其化学成分和制造工艺进行合理设计。

在成分设计方面，拟采用低碳或超低碳，加Mn，Nb、V、Ti微合金化，同时可少量加入Mo、Ni、Cu、Cr、B等多种元素，严格控制钢中P、S等有害元素及氧、氢、氮等有害气体，采用Al、Si全脱氧的镇静钢，Ca处理控制夹杂物形状。为了改善钢种C、N元素与钢中位错的交互作用所引起的应变时效现象，需要严格控制钢中的N元素。

在控轧空冷工艺方面，可通过奥氏体区或奥氏体+铁素体双相区的控制轧制以及临界区的加速冷却、或采用低于贝氏体转变开始温度的延迟加速冷却等工艺，来获得具有针状铁素体+M/A或块状铁素体+针状铁素体+M/A的复相组织，从而得到所期望的性能。

本发明的所述的一种大应变性能和低应变时效敏感性的高钢级管线钢和钢管的制造方法：

(1)按质量百分比组成如下：

C：0.04～0.08％；Mn：1.50～1.90％；Si：0.15～0.30％；P≤0.010％；S≤0.003％，Al：0.005～0.03％；Ca 0.002-0.005％，N≤0.005％，余量为Fe；在此基础上还可添加质量百分比Nb：0.01～0.06％；Ti：0.015～0.03％；V：0.01～0.05％中的一种或两种以上的合金元素，且0.05％≤Nb+V+Ti≤0.10％；还可添加0.15～0.30％的Mo，0.15～0.30％的Ni，0.15～0.30％的Cu，0.15～0.30％的Cr，0.001～0.005％的B，0.03～0.05％的Re；碳当量≤0.55％，冷裂纹敏感系数≤0.25。具体成分可根据钢级和厚度的不同进行调整。

(2)上述材料经氧吹转炉熔炼、Ca处理，炉外精炼和真空脱气，严格控制钢中P、S杂质含量及有害气体，连铸成厚板坯，然后将板坯加热至约1200℃，1000℃～1100℃粗轧，650℃～950℃精轧，轧后冷却速度15℃～50℃/s，可进行在线200～300℃低温回火以控制各组织组成物及残余奥氏体含量，制成性能优良的热轧钢板。钢板再经J-C-O成型，直缝埋弧焊接，焊材采用含Ti-B的细晶粒针状铁素体低氧含量材料，然后经0.5-1.0％扩径，制成直缝埋弧焊接钢管。

发明效果

采用本发明可生产管径760mm～1219mm、壁厚16mm～32mm的X70和X80大应变和低应变时效敏感性直缝埋弧焊接钢管，具有针状铁素体+M/A或块状铁素体+针状铁素体+M/A的复相组织，兼备高强度、良好韧性和焊接性，特别是具有良好的塑性变形容量和低的应变时效敏感性。可满足地震断裂带、沉陷带、冻土带、滑坡带等基于应变管道设计地区对这种管线钢和钢管的使用要求。其中屈服强度485-630Mpa，抗拉强度570-750Mpa，屈强比0.77-0.88，伸长率26-32％，均匀塑性变形伸长率8-15％，应变时效敏感系数不大于0.40，-20℃的夏比冲击韧性达到220-350J。

具体实施方式

实施例1：

合金成分：C：0.04％；Mn：1.74％；Si：0.18％；P：0.009％；S：0.003％；Al：0.01％；Ca：0.003％；N：0.005％；Nb：0.05％；Ti：0.02％；Mo：0.18％；Ni：0.19％；Cu：0.16％；余量为Fe和不可避免的杂质；冷裂纹敏感系数0.16％，碳当量0.39％。

制造工艺：上述材料经氧吹转炉熔炼、Ca处理，炉外精炼和真空脱气，连铸成板坯，加热至约1200℃，1000℃～1100℃粗轧，650℃～900℃精轧，轧后冷却速度20℃～30℃/s，制成厚度约为18.4mm热轧钢板。钢板再经J-C-O成型，采用多道次直缝埋弧焊接，焊材采用含Ti-B的细晶粒针状铁素体低氧含量材料，然后经0.6～0.8％扩径，制成直缝埋弧焊接钢管。

性能特点：采用本发明生产的厚度约为18.4mm、管径1016mm的X70大应变钢管，具有块状铁素体+针状铁素体+M/A的复相组织，兼备高强度、良好低温韧性和焊接性，具有良好的塑性变形容量和低的应变时效敏感性。屈服强度485-535Mpa，抗拉强度570-640Mpa，屈强比0.78-0.88，伸长率28-31％，均匀塑性变形伸长率10-15％，应变时效敏感系数不大于0.40，-20℃的夏比冲击韧性达到250-350J。

实施例2

合金成分：C：0.08％；Mn：1.53％；Si：0.23％；P：0.008％；S：0.002％；Al：0.018％；Ca：0.002％；N：0.004％；V：0.04％；Ti：0.03％；Mo：0.24％；Ni：0.25％；Cr：0.19％；余量为Fe和不可避免的杂质；冷裂纹敏感系数0.20％，碳当量0.45％。

制造工艺：上述材料经氧吹转炉熔炼、Ca处理，炉外精炼和真空脱气，连铸成板坯，加热至约1200℃，1000℃～1100℃粗轧，680℃～930℃精轧，轧后冷却速度25℃～35℃/s，制成厚度约为22mm热轧钢板。钢板再经J-C-O成型，采用多道次直缝埋弧焊接，焊材采用含Ti-B的细晶粒针状铁素体低氧含量材料，然后经0.7-0.9％扩径，制成直缝埋弧焊接钢管。

性能特点：采用本发明生产的厚度约为22mm、管径1219mm的X70大应变钢管，具有块状铁素体+针状铁素体+M/A的复相组织兼备高强度、良好低温韧性和焊接性，具有良好的塑性变形容量和低的应变时效敏感性。屈服强度485-525Mpa，抗拉强度570-630Mpa，屈强比0.77-0.87，伸长率28-32％，均匀塑性变形伸长率10-13％，应变时效敏感系数不大于0.40，-20℃的夏比冲击韧性达到230-320J。

实施例3：

合金成分：C：0.06％；Mn：1.87％；Si：0.27％；P：0.007％；S：0.003％；Al：0.03％；Ca：0.003％；N：0.003％；Nb：0.04％；Ti：0.02％；Mo：0.28％；Ni：0.30％；Cu：0.27％；Cr：0.29％；B：0.004％，Re：0.05％，余量为Fe和不可避免的杂质；冷裂纹敏感系数0.23％，碳当量0.53％。

制造工艺：上述材料经氧吹转炉熔炼、Ca处理，炉外精炼和真空脱气，连铸成板坯，加热至约1200℃，1000℃～1100℃粗轧，700℃～950℃精轧，轧后冷却速度25℃～35℃/s，在线200～300℃回火，制成厚度约为26.2mm热轧钢板。钢板再经J-C-O成型，直缝埋弧焊接，焊材采用含Ti-B的细晶粒针状铁素体低氧含量材料，然后经0.8-1.0％扩径，制成直缝埋弧焊接钢管。

性能特点：采用本发明生产的厚度约为26.2mm、管径1219mm的X80大应变钢管，具有针状铁素体+M/A的复相组织，兼备高强度、良好低温韧性和焊接性，具有良好的塑性变形容量和低的应变时效敏感性。屈服强度550-630Mpa，抗拉强度650-750Mpa，屈强比0.77-0.88，伸长率26-30％，均匀塑性变形伸长率8-11％，应变时效敏感系数不大于0.40，-20℃的夏比冲击韧性达到220-280J。

Claims

1.一种高钢级大应变管线钢和钢管的制造方法，强度级别为X70和X80，应变时效敏感系数不大于0.40；其特征在于：(1)按质量百分比组成如下：

C：0.04～0.08％；Mn：1.50～1.90％；Si：0.15～0.30％；P≤0.010％；S≤0.003％，Al：0.005～0.03％；Ca 0.002-0.005％，N≤0.005％，余量为Fe；在此基础上还可添加以质量百分比计的Nb：0.01～0.06％；Ti：0.015～0.03％；V：0.01～0.05％中的一种或两种以上的合金元素，且0.05％≤Nb+V+Ti≤0.10％；还可添加0.15～0.30％的Mo，0.15～0.30％的Ni，0.15～0.30％的Cu，0.15～0.30％的Cr，0.001～0.005％的B，0.03～0.05％的Re；碳当量≤0.55％，冷裂纹敏感系数≤0.25，具体成分可根据钢级和厚度的不同进行调整；

(2)上述材料经氧吹转炉熔炼、Ca处理，炉外精炼和真空脱气，严格控制钢中P、S杂质含量及有害气体，连铸成厚板坯，然后将板坯加热至约1200℃，1000℃～1100℃粗轧，650℃～950℃精轧，轧后冷却速度15℃～50℃/s，可进行在线200～300℃低温回火以控制各组织组成物及残余奥氏体含量，制成性能优良的热轧钢板，钢板再经J-C-O成型，直缝埋弧焊接，焊材采用含Ti-B的细晶粒针状铁素体低氧含量材料，然后经0.5-1.0％扩径，制成直缝埋弧焊接钢管。