CN101962733A - 一种低成本、高强韧x80抗大变形管线钢及生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于金属材料轧制领域，涉及一种低成本、高强韧的X80级抗大变形管线钢及其生产方法。其成分为：C：0.02～0.08％，Si：≤0.40％，Mn：1.2～2.0％，P：≤0.015％，S：≤0.004％，Nb：0.03～0.08％，Ti：0.005～0.03％，Mo：0.10～0.30％，Cu：≤0.40％，Ni：≤0.30％，其余为Fe；其生产工艺采用板坯再加热、再结晶区和未再结晶区两阶段控制轧制、以及轧后空冷+水冷两阶段控制冷却工序，得到高强韧的X80级抗大变形管线钢。由于本发明采用低Mo、Nb的成分设计，不仅有效的降低了成本、提高了综合力学性能，同时使生产工艺控制的适用性显著提高，大大降低了生产制造难度。

Description

一种低成本、高强韧X80抗大变形管线钢及生产方法

技术领域

本发明属于金属材料轧制领域，涉及一种低成本、高性能钢及其生产工艺，具体的指低成本、高强韧、高塑性、生产工艺控制适用性强的X80抗大变形管线钢及其生产工艺。

背景技术

当前，随着国家基础建设投资的加大，管线领域迅猛发展，继西气东输二线后，西气东输三线、四线工程已纳入规划。按照规划，2014年西三线全线贯穿通气。届时将与西一线、西二线、陕京一二线、川气东送线等主干管网联网，一个横贯东西、纵贯南北的天然气基础管网将形成；2015年，包括西四线、中缅管道、陕京三线在内的17项天然气管道项目也将落成投产。油气管道业蓬勃发展的背后亦面临艰巨的挑战：在高寒、深海、沙漠、地震和地质灾害等恶劣环境下建设长距离、高压、大流量输气管道。在这些地区铺设管线，要求管线具有较大的均匀伸长率(≥10％)和较低的屈强比(≤0.8)，以抵抗地震等自然灾害带来的大变形所造成的破坏。目前基于应变设计的抗大变形管线钢，是管线钢发展最具挑战的领域之一。

在本发明之前已有的一个X80抗大变形管线钢的申请专利(已公开)：CN101456034A，为“一种生产X80抗大变形管线钢中厚板的方法”。该专利公开的钢板虽然屈强比较低、均匀变形伸长率较高，但其生产工艺温度控制区间较为狭窄(30～50℃)，增大了生产控制难度；且其成分中Nb、Cr、Ni的含量较高，增加了生产成本；此外，其生产方法对坯料的厚度要求较大，该申请中要求“再结晶区轧制的累积变形量≥60％”，且“未再结晶区轧制压缩比控制保持在5倍以上”。根据《西气东输二线管道工程大变形直缝埋弧焊管用热轧钢板补充技术条件》标准对直缝焊管的公称厚度的要求为22mm/26.4mm，经计算其在生产大变形直缝焊管用热轧钢板时，所需的连铸坯厚度至少为275mm/330mm以上，因此按照该专利所述的工艺，国内大多数钢厂的生产线无法生产出22mm以上规格的标准直缝埋弧焊管用热轧钢板。

发明内容

本发明的目的是提供一种成本较低、强韧性好，同时工艺控制难度低、适用性强的适合生产直缝焊管所需的X80抗大变形管线钢钢板，以及这种X80抗大变形管线钢的生产工艺。

一种低成本、高强韧X80抗大变形管线钢及生产方法，其具体步骤如下：

1)冶炼符合成分要求的原料，其成分控制范围按照质量百分比控制如下：C：0.02～0.08％，Si：≤0.40％，Mn：1.2～2.0％，P：≤0.015％，S：≤0.004％，Nb：0.03～0.08％，Ti：0.005～0.025％，Mo：0.10～0.30％，Cu：0.40％，Ni：≤0.30％，其余为Fe；

2)对符合成分要求的冷装连铸坯料，送入均热炉进行均热处理，均热温度为1200℃～1250℃，均热时间为150min～240min，以使Ti、Nb等合金元素充分固溶，具体均热时间根据板坯的厚度确定；

3)连铸坯经过均热炉均热并出炉后，对其进行高压水除鳞，除去连铸坯表面在加热过程中产生的氧化铁皮。经高压水除鳞后的连铸坯温度约为1150℃；

4)对除鳞后的坯料进行再结晶区轧制，再结晶区轧制要求道次压下量≥15％，以实现充分的再结晶细化晶粒。由于再结晶区轧制的最后一道次的压下量与管线钢的冲击韧性有关，因此要求再结晶区轧制最后道次的压下量≥20％，而总的累计压下量要≥60％。再结晶区轧制终轧温度控制在1000℃～1050℃之间；

5)再结晶区轧制过后，中间坯在精轧机前待温到880～950℃，开始未再结晶区轧制。未再结晶区轧制的开轧温度为880～950℃，终轧温度为780℃～830℃，未再结晶区轧制的压缩比要控制在3.5倍以上；

6)终轧过后的钢板进行第一阶段空冷冷却，其冷却速度为1～3℃/s，冷却终止温度为Ar3以下20～80℃，使钢板中获得20％～40％的先共析铁素体；

7)经第一阶段空冷冷却后，板坯进入第二阶段层流冷却，层流冷却的冷却速度为15～30℃/s，层流冷却终止温度为250℃～450℃，层流冷却后的板坯空冷至室温。第二阶段冷却过程中，剩余的过冷奥氏体转变为贝氏体(粒状贝氏体+板条贝氏体)和M/A，最终得到铁素体+贝氏体+M/A的复相组织。

经过以上控制轧制和控制冷却工艺过程，获得具有铁素体+贝氏体+M/A复相组织的X80级抗大变形管线钢。其组织中铁素体的含量为20％～40％，M/A岛的含量为1％～3％，其余为贝氏体；其纵向拉伸力学性能满足：屈服强度530MPa～600MPa、抗拉强度660MPa～800MPa，均匀伸长率≥10％，屈强比＜0.8，R_t1.5/R_t0.5≥1.15，R_t2.0/R_t1.0≥1.06。

本发明采取了低Mo、Nb的成分设计，以及在该成分设计基础上的两阶段控制轧制和两阶段控制冷却工艺，不仅有效提高抗大变形管线钢的强韧性，还能够在降低生产过程对工艺的苛刻要求的同时，扩大铁素体相变区间，有利于在组织中得到特定含量的铁素体，从而得到优良的综合力学性能，得到低成本、高强韧的X80抗大变形管线钢。

本发明具有如下特点：

1)本发明采用低Mo，Nb的低成本成分设计，有效的降低了成本。此外，由于Mo、Cr均为奥氏体稳定元素，会扩大奥氏体相区，推迟γ→α转变，而抗大变形管线钢区别于普通管线钢之处在于：需要在组织中获得特定含量的铁素体。因此本发明采用加入低Mo、不加Cr的成分设计可以减小奥氏体相区，扩大铁素体的相变范围，在最终组织中获得足够含量的铁素体，显著提高管线钢的抗大变形能力。

2)本发明采用含Mo的设计，由于Mo有较强的稳定奥氏体作用，因此使钢中的铁素体含量和钢的强度对两阶段冷却(空冷+层流冷却)的温度要求苛刻性降低，从而扩大了第一阶段冷却的温度区间，可使生产工艺更灵活；其次，Mo还使层流冷却的临界冷却速度降低，降低了对层流冷却设备的要求。此外，由于本发明对第二阶段压缩比的要求较低，压缩比只需大于3.5倍皆可，因此可以适应多种规格的连铸坯厚度，如210mm、250mm、270mm、300mm等等，均可采用本发明所阐述的生产方法生产X80级抗大变形管线钢，从而增大了本发明的生产工艺控制适用性。

附图说明

图1本发明实例1中得到的光学显微组织照片

图2本发明实例1中得到的SEM组织照片

图3本发明实例1中得到的M/A的分布图片

图4本发明实例1中得到的有效晶粒尺寸分布图

图5本发明实例2中得到的光学显微组织照片

图6本发明实例2中得到的SEM组织照片

图7本发明实例2中得到的M/A的分布图片

图8本发明实例2中得到的有效晶粒尺寸分布图

图9本发明中抗大变形管线钢的TEM组织照片

具体实施方式

以下用实例为本发明作更详细的描述。这些实例仅是本发明最佳实施方式的描述，并不对本发明的范围有任何限制。

实施例1

所研制的X80级抗大变形管线钢的化学成分(wt％)为：C占0.052，Si占0.24，Mn占1.77，Nb占0.074，Ti占0.015，Mo占0.17，Ni占0.18，Cu占0.24，P≤50ppm，S≤50ppm。

把符合成分要求的铸坯送至1200℃的均热炉中，保温150min后，通过高压水除鳞，除去铸坯上的氧化铁皮，然后进入两阶段轧制。第一阶段轧制在再结晶区轧制，轧制开始温度为1100℃，终轧温度为1050℃；经过多道次轧制，将连铸坯轧至81mm，其中各个道次的压下量分别为18％，20％，22％，22％，24％，累积总压下量为70％。

中间坯在精轧机前待温至900℃，开始第二阶段轧制即未再结晶区轧制，开轧温度为900℃，终轧温度为800℃，压缩比为3.7.

第二阶段轧制后将板坯空冷至670℃，其所用时间为60s，然后进入层流冷却，冷却速度为19℃/s，层流冷却的结束温度为360℃。通过空冷+层流冷却的两阶段冷却制度最终得到铁素体+贝氏体+M/A的复相组织，如图1，图2，图3所示，铁素体含量为26％，M/A岛含量为1.4％，M/A岛的尺寸为0.8μm，其余为贝氏体(粒状贝氏体+板条贝氏体)；组织的有效晶粒尺寸分如图4所示，其有效晶粒尺寸为2.5μm。

对试生产的X80抗大变形管线钢进行力学性能检测，其结果如下：屈服强度R_t0.5：570MPa，抗拉强度R_m：745MPa，屈强比：0.77，均匀伸长率uEl：13％，R_t1.0：620MPa，R_t1.5：650MPa，R_t2.0：660MPa，R_t1.5/R_t0.5：1.15，R_t2.0/R_t1.0：1.06，冲击功(-20℃)246J

实施例2

所研制的X80级抗大变形管线钢的化学成分(wt％)为：C占0.047，Si占0.15，Mn占1.71，Nb占0.038，Ti占0.008，Mo占0.21，Ni占0.25，Cu占0.22，P≤50ppm，S≤50ppm。

把符合成分要求的铸坯送至1200℃的均热炉中，保温150min后，通过高压水除鳞，除去铸坯上的氧化铁皮，然后进入两阶段轧制。第一阶段轧制在再结晶区轧制，轧制开始温度为1100℃，终轧温度为1050℃；经过多道次轧制，将连铸坯轧至81mm，其中各个道次的压下量分别为18％，20％，22％，22％，24％，累积总压下量为70％。

中间坯在精轧机前待温至900℃，开始第二阶段轧制即未再结晶区轧制，开轧温度为900℃，终轧温度为806℃，压缩比为3.7.

第二阶段轧制后将板坯空冷至687℃，其所用时间为55s，然后进入层流冷却，冷却速度为23℃/s，层流冷却的结束温度为410℃。通过空冷+层流冷却的两阶段冷却制度最终获得铁素体+贝氏体+M/A的复相组织，如图5，图6，图7所示，铁素体含量为20％，M/A岛含量为2.5％，M/A岛尺寸为1.3μm，其余为贝氏体(粒状贝氏体+板条贝氏体)；组织的有效晶粒尺寸分如图8所示，其有效晶粒尺寸为2.98μm。

对试生产的X80抗大变形管线钢进行力学性能检测，其结果如下：屈服强度R_t0.5：535MPa，抗拉强度R_m：665MPa，屈强比：0.8，均匀伸长率uEl：10％，R_t1.0：600MPa，R_t1.5：630MPa，R_t2.0：635MPa，R_t1.5/R_t0.5：1.18，R_t2.0/R_t1.0：1.05，冲击功(-20℃)250J。

对比实施例1，实施例2发现，由于实施例2采用的是低Nb，低Mo及无Cr的设计，因此其屈服强度有所降低，但是根据X80抗大变形管线钢的性能要求，屈服强度为535MPa，仍然符合要求。试轧钢的TEM组织照片如图9所示。

Claims (3)

1.一种低成本、高强韧X80抗大变形管线钢，其特征在于，化学成分按照重量百分比配比如下：C：0.02～0.08％，Si：≤0.40％，Mn：1.2～2.0％，P：≤0.015％，S：≤0.004％，Nb：0.03～0.08％，Ti：0.005～0.03％，Mo：0.10～0.30％，Cu：≤0.40％，Ni：≤0.30％，其余为Fe。

2.如权利要求1要求所述的低成本、高强韧X80抗大变形管线钢的生产方法，包括转炉或电炉冶炼、炉外精炼、真空处理、连铸、板坯再加热、控制轧制以及控制冷却工序，其特征在于：

1)对符合成分要求的冷装连铸坯料，送入均热炉进行均热处理，均热温度为1200℃～1250℃，均热时间为150min～240min，以使Ti、Nb等合金元素充分固溶，具体均热时间根据板坯的厚度确定；

2)连铸坯经均热炉均热并出炉后，对其进行高压水除鳞，除去连铸坯表面在加热过程中产生的氧化铁皮；经除鳞后的连铸坯温度约为1100～1200℃；

3)对除鳞后的坯料进行再结晶区轧制，再结晶区轧制每道次压下量≥15％、累计压下量≥60％，以实现充分的再结晶细化晶粒；由于再结晶区轧制的最后一道次压下量与管线钢的冲击韧性有关，因此再结晶区轧制最后一道次的压下量需≥20％；再结晶区轧制终轧温度控制在1000℃～1050℃之间；

4)再结晶区轧制过后，中间坯在精轧机前待温至880～950℃，然后开始进行未再结晶区轧制；未再结晶区轧制的开轧温度为880～950℃，终轧温度为780℃～850℃，未再结晶区轧制压缩比控制在3.5倍以上；

5)对终轧过后的钢板进行控制冷却，控制冷却分为两个阶段，第一阶段为空冷冷却，空冷冷却的冷却速度为1～3℃/s，空冷冷却终止温度为Ar3以下20～80℃，使钢板中获得20％～40％的先共析铁素体；

6)经第一阶段空冷冷却后，板坯进入第二阶段层流冷却，层流冷却的冷却速度为15～30℃/s，层流冷却终止温度为250℃～450℃；层流冷却后的板坯空冷至室温；第二阶段冷却过程中，剩余的过冷奥氏体转变为贝氏体和M/A，贝氏体包括粒状贝氏体+板条贝氏体，最终得到铁素体+贝氏体+M/A的复相组织。

3.如权利要求2要求所述的低成本、高强韧X80抗大变形管线钢的生产方法，其特征在于：经过两阶段控制轧制和两阶段控制冷却工艺过程，获得具有铁素体+贝氏体+M/A复相组织的X80级抗大变形管线钢；组织中铁素体的含量为20％～40％，M/A的含量为1％～3％，其余为贝氏体；管线钢纵向拉伸力学性能满足：屈服强度为530MPa～630MPa、抗拉强度为660MPa～800MPa，均匀伸长率≥10％，屈强比≤0.80，R_t1.5/R_t0.5≥1.15，R_t2.0/R_t1.0≥1.06。

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