CN101994067B - 一种高强度管件钢及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种高强度管件钢及其生产方法，化学成分重量百分比为C：0.07％～0.15％、Si：0.15％～0.35％、Mn：1.55％～1.85％、Nb：0.04％～0.10％、Ti：0.01％～0.025％、Cu：0.10％～0.40％、Als：0.01％～0.045％，Ni：0％～0.35％，V：0％～0.05％，Cr：0％～0.35％，Mo：0％～0.30％，余量为铁和不可避免的杂质。其屈服强度大于等于690MPa，抗拉强度大于等于760MPa，-30℃的冲击韧性大于等于90J，完全满足X100级管件钢的技术要求，适用于作为制造油气输送用X100管件的原料。
Description
技术领域
本发明涉及低碳微合金钢技术领域，尤其涉及一种高强度管件钢及其生产方法。
背景技术
管件钢是制造油气长输管道用的三通和弯头原料，而三通和弯头在管道中的重要性并不亚于线路上的管线钢管，其安全上的危害性可能更甚于管线钢管，这已引起长输管道建设者的高度重视，并对管件钢的综合质量提出了更高的要求。
目前，国内对高钢级管件钢的生产和研究较少，对X100钢级管件钢的研制和报导更是凤毛麟角。虽然，国内外对X100及以上级别的管线用钢有一定的研究，但由于钢管与管件在制造工艺上存在显著差异，因此，管线用钢和管件用钢在综合性能及质量要求上有明显不同。
现有技术对高级别管件钢的研究不足，对X100级管件钢的研究尚属空白。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明所要解决的技术问题在于提供一种强度达到X100级的管件用钢及其生产方法。
本发明所述高强度管件钢的化学成分重量百分比为C：0.07％～0.15％、Si：0.15％～0.35％、Mn：1.55％～1.85％、Nb：0.04％～0.10％、Ti：0.01％～0.025％、Cu：0.10％～0.40％、Als：0.01％～0.045％，Ni：0％～0.35％，V：0％～0.05％，Cr：0％～0.35％，Mo：0％～0.30％，余量为铁和不可避免的杂质。
高强度管件钢的碳当量CEIIW控制在0.45％～0.53％。
成分设计理由如下：
C作为保证强度最为有效的元素，其含量将直接影响钢板的淬透性和多次制管热处理后的性能稳定性，因此，碳含量不宜过低；而另一方面，碳含量的增加对材料韧性和焊接性危害很大，所以，碳含量也不能过高，碳控制在0.07％～0.15％较为适宜。
Si可以起到强化作用，但其含量过高将促进珠光体等脆硬组织的形成，0.15％～0.35％是其优选范围。
Mn可以细化晶粒，同时还起到固溶强化作用，另外，对提高淬透性也有利，所以，其含量的增加对提高材料强度有利，它还可以代替部分贵重合金元素来保证材料性能，起到降低成本作用；但是，锰含量过高易诱发偏析，因此将Mn控制在1.55％～1.85％的范围内。
本发明所述高强度管件钢为铝镇静钢，采用铝脱氧可以有效降低钢中的氧含量，但铝含量过高会使钢中的夹杂物增加，影响其综合质量，因此，Als的含量控制在0.01％～0.045％为宜。
铌Nb、钒V、钛Ti的加入可以起到细晶强化、析出强化、固溶强化等作用，对提高材料综合性能有很好的效果；而且，铌、钒、钛在热处理过程中也具有阻碍奥氏体晶粒长大、细化组织及析出强化作用，有利于提高热处理后材料性能。
成分中的镍Ni可以起固溶强化作用，对保证抗拉强度和屈强比有重要作用，同时，镍对材料韧性也有益处，但由于其价格较高，不宜过量使用，将其控制在0.35％以下。
铜Cu同样可以起到固溶强化作用，而且由于其价格低廉，还能代替部分贵重合金元素以降低成本，但Cu含量过高会使韧性恶化，因此，将其控制在0.10％～0.40％比较适宜。
铬Cr和钼Mo可以促进中低温相变，提高材料淬透性，另外，还有固溶强化作用。但是，铬和钼的含量过高将使碳当量提高，对材料焊接性有不利影响；另外，从成本方面出发，也应控制其含量。
本发明的CEIIW控制在0.45％～0.53％，主要从两方面考虑；第一，CEIIW对钢板及管件强度有重要影响，其值不能太低；第二，CEIIW过高对材料焊接性和成形性不利，因此，其上限需加以控制。
本发明所述高强度管件钢平板的生产方法包括冶炼、炉外精炼、连铸、轧制和调质处理，其特征在于：轧制过程中连铸坯的加热温度为1100℃～1200℃，加热时间为1.1～2.0min/mm，采用该加热工艺可以在保证连铸坯充分奥氏体化，合金元素充分固溶的同时，有效限制奥氏体晶粒长大；粗轧温度区间为970℃～1050℃，粗轧阶段每道次变形量大于15％，精轧温度区间为780℃～940℃，精轧阶段累计变形量为60％～80％，通过两阶段轧制可有效细化奥氏体晶粒；
轧后控制冷却速度为10～30℃/s，开冷温度区间为720℃～770℃，终冷温度区间为450℃～600℃，之后空冷，采用该冷却工艺可以细化相变后晶粒，提高组织中成分均匀性，对材料热处理后性能有重要影响。
最后，对材料需进行调质处理，控制淬火温度920℃～1000℃，保温1.0～2.5min/mm，冷却速度大于等于25℃/s，回火温度450℃～600℃，保温3.0～6.0min/mm。淬火加热时，必须使材料奥氏体化充分，析出物和合金元素充分固溶以保证淬透性，所以温度不能太低，但加热温度过高会使奥氏体晶粒过分长大，使材料性能降低，本发明认为920℃～1000℃的加热区间较为适宜；淬火冷速大于等于25℃/s可以保证获得贝氏体和马氏体的低温转变组织；回火的目的是为了消除淬火组织中的残余应力，改变微观组织结构，促进碳氮化物析出，在保证强度的同时改善材料的韧性和塑性，提高其综合性能；加热保温时间必须保证材料组织均匀性和温度均匀性。
本发明高强度管件钢，其屈服强度大于等于690MPa，抗拉强度大于等于760MPa，-30℃的冲击韧性大于等于90J，完全满足X100级管件钢的技术要求，适用于作为制造油气输送用X100管件的原料。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步说明：
本发明列举出5个实施例，5个高强度管件钢的实施例化学成分见表1；
相应实施例的轧制工艺见表2；
相应实施例调质工艺见表3；
相应实施例调质热处理后的性能见表4。
表1本发明实施例高强度管件钢的化学成分wt％
| 实施例 | C | Si | Mn | P | S | Ni | Ti | Nb | V | Cu | Cr | Mo | Als | Ceq |
| 1 | 0.15 | 0.30 | 1.81 | 0.010 | 0.002 | - | 0.021 | 0.09 | - | 0.36 | - | - | 0.027 | 0.48 |
| 2 | 0.10 | 0.32 | 1.72 | 0.013 | 0.003 | 0.32 | 0.010 | 0.06 | - | 0.15 | 0.26 | - | 0.016 | 0.47 |
| 3 | 0.09 | 0.22 | 1.75 | 0.008 | 0.002 | - | 0.015 | 0.05 | 0.05 | 0.33 | 0.34 | 0.18 | 0.026 | 0.52 |
| 4 | 0.11 | 0.18 | 1.84 | 0.010 | 0.002 | 0.10 | 0.010 | 0.06 | - | 0.24 | - | 0.25 | 0.022 | 0.49 |
| 5 | 0.07 | 0.22 | 1.58 | 0.007 | 0.002 | 0.24 | 0.011 | 0.04 | 0.04 | 0.27 | 0.17 | 0.26 | 0.035 | 0.46 |
表2本发明实施例高强度管件钢的轧制工艺
| 实施例 | 钢板厚度，mm | 加热温度，℃ | 粗轧温度区间，℃ | 精轧温度区间，℃ | 精轧阶段累计变形量，％ | 冷速，℃/s | 终冷温度，℃ |
| 1 | 22 | 1140 | 980-1030 | 930-800 | 62 | 27 | 474 |
| 2 | 33 | 1150 | 980-1030 | 900-790 | 70 | 21 | 547 |
| 3 | 42 | 1180 | 1000-1050 | 880-800 | 75 | 17 | 573 |
| 4 | 42 | 1180 | 1000-1050 | 880-800 | 75 | 16 | 582 |
| 5 | 30 | 1100 | 970-1000 | 910-780 | 67 | 24 | 516 |
表3本发明实施例高强度管件钢的调质工艺
| 实施例 | 淬火加热温度，℃ | 淬火保温时间，min/mm | 回火加热温度，℃ | 回火保温时间，min/mm |
| 1 | 930 | 2.0 | 580 | 3.5 |
| 2 | 980 | 1.3 | 520 | 4.5 |
| 3 | 970 | 2.3 | 550 | 4 |
| 4 | 950 | 1.8 | 550 | 5.5 |
| 5 | 1000 | 2.0 | 480 | 5 |
表4本发明实施例高强度管件钢调质后性能
通过各实施例我们可以看出，各实施例高强度管件钢的屈服强度大于等于690MPa，抗拉强度大于等于760MPa，-30℃的冲击韧性大于等于90J，完全满足X100级管件钢的技术要求，适用于作为制造油气输送用X100管件的原料。
Claims (1)
1.一种高强度管件钢生产方法，其特征在于：化学成分重量百分比为C：0.07％～0.15％、Si：0.15％～0.35％、Mn：1.72％～1.85％、Nb：0.04％～0.10％、Ti：0.01％～0.025％、Cu：0.10％～0.40％、Als：0.01％～0.045％，Ni：0％～0.35％，Cr：0％～0.35％，余量为铁和不可避免的杂质，CEIIW控制在0.45％～0.53％，所述的高强度管件钢生产方法包括冶炼、炉外精炼、连铸、轧制和调质处理，其特征在于：轧制过程中，连铸坯的加热温度为1100℃～1200℃，加热时间为1.1min/mm～2.0min/mm；粗轧温度为970℃～1050℃，精轧温度为780℃～940℃；轧后控制冷却速度为10℃/s～30℃/s，开冷温度为720℃～770℃，终冷温度为450℃～600℃；调质处理时，控制淬火温度920℃～1000℃，保温1.0min/mm～2.5min/mm，冷却速度大于等于25℃/s，回火温度450℃～600℃，保温3.0min/mm～6.0min/mm，同时，粗轧阶段每道次变形量大于15％，精轧阶段累计变形量为60％～80％，所述管件钢为X100级，其屈服强度大于等于690MPa，抗拉强度大于等于760MPa，-30℃的冲击韧性大于等于90J。
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