CN101906575A - 一种高强度经济型x70管线钢热轧平板及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高强度经济型X70管线钢热轧平板及其生产方法，其化学成分：C 0.02％～0.08％，Si 0.10％～0.35％，Mn 1.40％～1.70％，P≤0.020％，S≤0.005％，Nb 0.04％～0.07％，Ti 0.008％～0.030％，Als0.02％～0.045％，余量为铁和不可避免的杂质。其生产方法包括：冶炼、连铸和热轧，其特征在于热轧板坯加热温度为1160～1280℃；粗轧温度为1010～1150℃，精轧温度为830～950℃，轧后进行控制冷却，终冷温度为300～600℃，控制冷却速度15～30℃/S，随后空冷到室温。本发明钢种合金含量低，不添加Mo和V，不仅生产成本低，而且具有优良的力学性能、成型性和焊接性能，适用于制造大口径X70管线钢管。
Description
技术领域
本发明属于低碳微合金钢技术领域，尤其涉及用于制造高压、大口径石油天然气输送管道用的高强度经济型X70管线钢热轧平板及其生产方法。
背景技术
管线运输是长距离输送石油、天然气最经济、最方便、最主要的运输方式。为了降低长距离输送石油和天然气管线的建设投资和运营成本，提高输送效率，长距离油气输送管道向大管径、高压力方向发展；另外，石油、天然气输送管道通常位于环境比较恶劣的地区，介质复杂，这就要求管线钢具有高强度、高韧性、耐腐蚀等一系列优良的综合性能。X70是本世纪输气主管线的主导钢材，具有优异的抗延性断裂性能。X70这些性能的提高主要取决于钢中碳、磷、硫等杂质的含量、钢中合金元素的含量以及冶炼、轧制等生产过程工艺参数的控制。目前，国内外生产X70管线钢的典型化学成分通常采用C-Mn-Mo-Nb系列，Mo的主要作用是扩大γ相区，推迟γ-α的转变温度，促进针状铁素体的形成；V的作用是析出强化。但钼、钒属于贵重金属，其价格昂贵，所以采用该种合金化法生产的管线钢成本高，而且耗费大量的贵重金属资源。
授权号为CN1746326，名称为“具有高止裂韧性的针状铁素体型X70管线钢及其制造方法”的中国专利和公开号为JP57-126959A，名称为“高强度高韧性具有优良止裂性能的管线钢”的日本专利，虽然其产品都能达到较高强度，但是，它们都添加了贵重金属Mo或V，所以生产成本高。
公开号为JP11-080833，名称为“具有优良抗HIC性能的高强度管线管用钢板产品”的日本专利，适用于生产X60--X80管线钢，其产品不仅具有较高的强度，而且还具有优良的抗HIC性能，但是该技术对P，S等杂质元素含量要求严格，所以对炼钢要求也就严格，增加了炼钢成本。其次，在碳当量Ceq上要求必须大于等于0.32，为满足这样的碳当量，只能增加Mn等合金元素的含量，这样又增加了制造成本，而且碳当量的增加必然导致其焊接性能的下降。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术添加贵重金属Mo、V或对杂质元素含量要求严格等原因而导致生产成本高的问题，提供一种制造成本低、综合性能良好的经济型X70管线钢平板及其生产方法。
本发明是这样实现的，该高强度经济型X70管线钢热轧平板的化学成分重量百分比为：C 0.02％～0.08％，Si 0.10％～0.35％，Mn 1.40％～1.70％，P≤0.020％，S≤0.005％，Nb 0.04％～0.07％，Ti 0.008％～0.030％，Als 0.02％～0.045％，余量为铁和不可避免的杂质。
本发明高强度经济型X70管线钢热轧平板按重量百分比计还可含有Ni、Cr、Cu中的一种或一种以上元素，其中Ni≤0.20％，Cr≤0.20％，Cu≤0.20％。
本发明钢种化学成分中各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，X70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，是管线钢中补偿因C含量降低而引起强度损失的最主要且最经济的强化元素。还可降低γ-α相变温度，进而细化铁素体晶粒。Mn还可提高韧性、降低韧脆转变温度。由于Mn抑制珠光体的形成，同时促进针状铁素体形成，因而要获得X70钢级，Mn含量应在1.40％～1.70％可以有效控制针状铁素体量。
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％～0.07％Nb钢，配合合理的轧制工艺，可以获得均匀的以针状铁素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。
硫、磷：是钢中不可避免的杂质元素，及Ca处理对硫化物进行夹杂物形态控制，希望越低越好。通过低硫(小于50ppm)可使管线钢具有高的冲击韧性。
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。
铬：能够有效提高淬透性，抑制多边形铁素体和珠光体的产生，促进在中温和低温区内形成晶内有大量位错分布的针状铁素体。
本发明高强度经济型X70管线钢热轧平板的生产方法包括：预处理后的铁水经过冶炼、炉外精炼、连铸形成连铸坯；热轧板坯加热温度为1160～1280℃；进行控制轧制，粗轧温度为1010～1150℃，精轧温度为830～950℃，通过两阶段轧制使奥氏体晶粒细化并有一定程度的预变形以降低相变后的晶粒尺寸；轧后进行控制冷却，终冷温度为300～600℃，控制冷却速度15～30℃/S，随后空冷到室温。
上述成分的钢种采用该工艺可获得以针状铁素体为主的复相组织。
本发明设计的钢种合金加入量低，在Mn低于1.7％时Cu、Ni、Cr的加入量比较低，也不必添加Mo和V，大大降低了合金成本，而且碳当量较低，有利于提高钢的焊接性能；本发明生产工艺中粗轧、精轧和终冷的温度区间较高，大大降低了轧制抗力和矫直抗力，提高了轧机和矫直机的作业率，降低了生产难度，对保护设备有利；采用本发明可获得以针状铁素体为主的复合组织，所以具有良好的低温韧性。与现有技术相比，本发明在不额外增加生产工序的同时，通过减少成分中贵重合金元素含量，依靠优化现有生产工艺来大幅降低生产成本，使生产成本减少15％～25％；
附图说明
附图为本发明高强度经济型X70管线钢热轧平板试样的透射电镜组织照片。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步的描述。
本发明实施例的化学成分见表1，本发明实施例在中厚板生产线的制备工艺见表2，其性能检验结果见表3。
表1本发明X70管线钢热轧平板实施例的化学成分(wt％)
| 实施例 | C | Si | Mn | P | S | Cu | Ni | Cr | Nb | Ti | Als | Ceq | Pcm |
| 1 | 0.046 | 0.24 | 1.53 | 0.011 | 0.003 | -- | 0.16 | 0.12 | 0.06 | 0.015 | 0.020 | 0.36 | 0.14 |
| 2 | 0.055 | 0.25 | 1.67 | 0.019 | 0.003 | -- | -- | 0.20 | 0.04 | 0.013 | 0.040 | 0.35 | 0.15 |
| 3 | 0.051 | 0.26 | 1.41 | 0.013 | 0.002 | 0.10 | 0.16 | -- | 0.07 | 0.019 | 0.030 | 0.30 | 0.14 |
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表2本发明X70管线钢热轧平板实施例的制备工艺
表3本发明X70管线钢热轧平板实施例的性能
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。
通过实施例可以看出，与以往的技术相比，本发明X70管线钢成分简单，尤其当碳当量较低时，也得到了X70钢级的强度。用本发明生产的X70管线钢不但具有优良的力学性能，同时还具有优良的成型性和焊接性能，适用于制造大口径X70管线钢管。
Claims (3)
1.一种高强度经济型X70管线钢热轧平板，其特征在于钢的化学成分重量百分比为：C 0.02％～0.08％，Si 0.10％～0.35％，Mn 1.40％～1.70％，P≤0.020％，S≤0.005％，Nb 0.04％～0.07％，Ti 0.008％～0.030％，Als 0.02％～0.045％，余量为铁和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的管线钢热轧平板，其特征在于按重量百分比计还含有Ni、Cr、Cu中的一种或一种以上元素，其中Ni≤0.20％、Cr≤0.20％、Cu≤0.20％。
3.一种权利要求1或2所述高强度经济型X70管线钢热轧平板的生产方法，包括：冶炼、连铸和热轧，其特征在于热轧板坯加热温度为1160～1280℃；粗轧温度为1010～1150℃，精轧温度为830～950℃，轧后进行控制冷却，终冷温度为300～600℃，控制冷却速度15～30℃/S，随后空冷到室温。
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