CN102230143A

CN102230143A - 一种基于炉卷轧机生产的高强韧管线钢及其生产工艺

Info

Publication number: CN102230143A
Application number: CN 201110150169
Authority: CN
Inventors: 霍松波; 姜金星; 赵晋斌; 顾鑫; 武会宾; 郑宏伟; 余伟
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB; Nanjing Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB; Nanjing Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2011-06-07
Filing date: 2011-06-07
Publication date: 2011-11-02

Abstract

本发明公开了一种基于炉卷轧机生产的高强韧管线钢及其生产工艺，该高强韧管线钢的成分及质量百分比为：C0.01~0.06，Si0.2~0.45，Mn1~1.9，P<0.005，S<0.002，N<0.008，Nb0.02~0.08，B0.001~0.002，Ni0.3~0.8，Cr0.1~0.4，Cu0.1~0.5，Mo0.1~0.3，余量为Fe和微量杂质。本发明在3500炉卷轧机条件下，通过低碳、超低磷和低硫控制，成功的工业化生产了高级别X120管线钢，该X120管线钢制管后各方面性能均满足标准要求。

Description

一种基于炉卷轧机生产的高强韧管线钢及其生产工艺

技术领域

本发明涉及一种高级别管线钢及其生产方法，具体地说是一种基于炉卷轧机生产的高强韧管线钢及其生产工艺。

背景技术

随着我国经济的迅速发展，以石油天然气为代表的能源需求不断增长，目前已经成为世界第二油气能源消耗大国。我国的油气能源分布极为不均，以天然气为例呈明显的“东贫西富”分布特点，而我国地区经济强弱分布恰与前者相反，因此，油气的长距离运输成为了一个关系国计民生的重要课题。管道运输具有经济、安全、不间断的特点，因此成为最主要油气长距离输送方式。近十几年来，在我国掀起了一轮长距离输油气管道建设高潮，国家累计投入了4000亿RMB用于输油气管道的建设，2006年我国输油气管道干线长度已达4万公里。然而，我国已有的油气管道远未能适应国民经济发展需要，与世界先进国家相比仍存在很大差距，有关专家预计我国的油气管道建设高潮将持续30年左右。

目前，我国的各石油天然气输送管道工程中多使用X80级别的管线钢，由于其各方面性能的约束，实际的管线工程的建设和维护成本较高。为了进一步的节约成本，高级别的管线钢X100/X120应运而生。高级别X100/X120的优越性主要体现在减小钢材用量、提高输送压力、减小施工量、降低长期维护费用等方面。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于炉卷轧机生产的高强韧管线钢及其生产工艺，本发明采用炉卷轧机生产高强韧管线钢，成本低、工艺简单、适用于炉卷轧机进行大规模生产。且得到的管线钢具有超高强度和高韧性。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种基于炉卷轧机生产的高强韧管线钢，其特征在于：该管线钢化学质量百分比如下：C 0.01~0.06；Si 0.2~0.45；Mn 1~1.9；P<0.005；S<0.002；N<0.008；Nb 0.02~0.08；B 0.001~0.002；Ni 0.3~0.8；Cr 0.1~0.4；Cu 0.1~0.5；Mo 0.1~0.3；余量为Fe和微量杂质。

本发明中，该管线钢化学质量百分比优选如下：C 0.04；Si 0.21；Mn 1.82；P0.0041；S0.001；N0.006；Nb 0.072；B 0.0016；Ni 0.4；Cr 0.4；Cu 0.4；Mo 0.22；余量为Fe和微量杂质。

一种基于炉卷轧机生产的高强韧管线钢的生产工艺，其特征在于该生产工艺包括如下步骤：

1）按成份要求冶炼优质铁水、铁水预处理、顶底复吹转炉、LF炉精炼、RH真空脱气处理、板坯浇铸，得到钢坯；其中，钢坯化学成分质量比为：C 0.01~0.06，Si 0.2~0.45，Mn 1~1.9，P<0.005，S<0.002，N<0.008，Nb 0.02~0.08，B 0.001~0.002，Ni 0.3~0.8，Cr 0.1~0.4，Cu 0.1~0.5，Mo 0.1~0.3，余量为Fe和微量杂质；

2）钢坯经1100℃～1250℃加热，保温2～3小时；

3）再结晶区轧制：终轧温度保证在950～1100℃之间，变形量>60%；

4）非再结晶区轧制：终轧温度保证在800～900℃之间，变形量>80%；

5）冷却制度：冷却速度在20～30℃/s，终冷温度在300～400℃的范围内；得到高强韧管线钢。

本发明可以得到高强韧X120管线钢。

本发明中管线钢的各合金成分的作用机理如下：

本发明的C含量为0.01~0.06%，由于含碳量较传统贝氏体钢大为降低，此类钢显微组织呈现一些新的特点，贝氏体之间无渗碳体型碳化物，板条内亦无碳化物的析出，板条内存在大量位错，而板条的边界由位错墙构成，板条之间存在一些尺寸细小的残留奥氏体及M-A岛，而传统意义上的铁素体/渗碳体已不复存在。而且C是传统的钢的强化元素，而且也是最经济的元素，但它对韧性和焊接性十分有害。因此，许多年来，为了使管线钢获得更好的焊接性能，国际上管线钢的含碳量逐年下降，正朝着超低碳方向发展。C含量的降低所带来的钢的强度的下降，则需用其它方法来加以弥补。

本发明的Mn含量为1~1.9%，由于本发明中的含碳量较低，所以通过提高锰含量来保证高强度，随着锰含量的增加，强度增加，同时使脆性转变温度下降。同时锰还可以推迟铁素体向珠光体的转变，并降低贝氏体的转变温度，有利于细化晶粒。但锰含量又不能过高，因为锰含量太高会降低管线钢的焊接性能。当锰含量超过1.5%时，管线钢铸坯会发生锰的偏析，且随着碳含量的增加，这种偏析更显著。

本发明中的P<0.005，S<0.002，含量极低，是因为P和S在钢中都是影响性能的有害元素。P会导致铸坯成分偏析，影响钢板组织的均匀性；S在钢中以硫化物的形态存在，对钢板的冲击韧性是十分不利的，并造成各向异性和增大氢致开裂敏感性。为了保证X120管线钢能具有较高的纯净度和均质度，从而得到良好的高强韧性，必须降低P和S的含量。

本发明中Nb的含量为0.02~0.08%，Nb能产生显著的晶粒细化及沉淀强化作用，并可改善低温韧性，且当钢中的C含量较低时，固溶Nb能起到抑制相变的作用，Nb通过细化晶粒可提高强度和韧性，尤其在低温加热时，固溶Nb既有利于促进贝氏体形成，又可起析出强化作用，故Nb是管线钢中唯一不可缺少的微合金元素。

本发明中B的含量为0.001~0.002%，极少量的硼可以促进贝氏体的形成。加入0.001%的硼，就可使钢的显微组织全部转变为贝氏体。同时，加入含量小于0.002%的硼，配合低温控轧控冷形成细小的贝氏体组织。硼虽然可提高焊接热影响区（HAZ）的硬度，降低韧性，但采用低碳的成份可以克服此缺点。

本发明中的Ni 0.3~0.8，Cr 0.1~0.4，Cu 0.1~0.5，Mo 0.1~0.3。Ni、Cr、Cu通过固溶强化和晶粒细化有助于强度的增加。同时，Cu能够降低氢在钢中的渗透速率，有利于提高抗氢脆应力腐蚀和沟状腐蚀性能。Ni还能够改善Cu在钢中引起的热脆性。因此，Cu和Ni能提高X120钢板的抗酸性腐蚀性能。Mo是促进针状组织的元素，加入Mo有利于针状组织的发展，抑制多边形铁素体的形成，因而能在较低的碳含量下得到高的强度。当显微组织中以针状组织为主时，其拉伸性能呈现连续屈服行为,这样在钢管成型和冷态扩径时能够起到较强的应变硬化效果。

本发明在3500炉卷轧机条件下，通过低碳、低磷和极低硫控制，采用炉卷轧机生产高强韧X120管线钢，并且使用该X120管线钢生产的钢管完全满足各项性能指标的要求。

本发明的效果如下：

1、本发明是基于3500炉卷轧机开发的一种高强韧管线钢，生产效率高，设备紧凑、连续、经济。2、本发明中成分采用了低碳、超低磷和低硫控制，钢板中磷的含量确保在0.005%以下，从而得到洁净的X120管线钢，钢板的性能均匀稳定。3、本发明通过成分设计和工艺优化两种途径，开发出高强韧X120管线钢，屈服强度>900MPa，抗拉强度>1000MPa，延伸率>20%，-30℃A_kv>231J，-20℃DWTT均值>100%，完全超过现有石油天然气管道工程用X120管线钢的要求。

具体实施方式

一种基于炉卷轧机生产的高强韧X120管线钢，实施例1-5的化学成分（wt%）如表1。

表1 实施例的化学成分（wt%）

	C	Si	Mn	P	S	N	Nb	B	Ni	Cr	Cu	Mo
													1	0.04	0.25	1.85	0.0043	0.001	0.006	0.077	0.0015	0.6	0.1	0.4	0.25
2	0.04	0.21	1.82	0.0041	0.001	0.006	0.072	0.0016	0.4	0.4	0.3	0.22
													3	0.045	0.15	1.88	0.0045	0.001	0.006	0.062	0.0012	0.4	0.2	0.3	0.22
4	0.05	0.2	1.82	0.0040	0.001	0.006	0.066	0.0010	0.4	0.2	0.4	0.26
													5	0.055	0.28	1.83	0.0040	0.001	0.006	0.058	0.0018	0.6	0.2	0.4	0.27

基于炉卷轧机生产的高强韧X120管线钢的生产工艺如下：

高强韧X120管线钢的其化学成分符合表1，按上述成分冶炼得到优质铁水、铁水预处理、120吨顶底复吹转炉、LF炉精炼、RH真空脱气处理、板坯浇铸。

钢坯经1100℃～1250℃加热，保温2～3小时。

再结晶区轧制：终轧温度保证在950～1100℃之间，变形量>60%。

非再结晶区轧制：终轧温度保证在800～900℃之间，变形量>80%。

冷却制度：冷却速度在20～30℃/s，终冷温度在300～400℃的范围内。

具体轧制工艺如表2。

表2 实施例的轧制工艺

工艺参数	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5
						板坯加热温度℃	1200	1180	1220	1150	1230
粗轧终轧温度℃	1000	1030	980	960	970
						精轧终轧温度℃	880	820	850	830	860
终止冷却温度℃	330	350	390	360	320
						冷却速度℃/s	22	25	25	20	28

实施例的力学性能如表3（注：检测均为钢板的横向的性能）。

表3 实施例的力学性能

本发明基于3500炉卷轧机生产高强韧的X120管线钢，生产效率高，设备紧凑、连续、经济。得到的X120管线钢，钢板的性能均匀稳定，完全超过现有石油天然气管道工程用X120管线钢的要求。

Claims

1.一种基于炉卷轧机生产的高强韧管线钢，其特征在于：该管线钢化学质量百分比如下：C 0.01~0.06；Si 0.2~0.45；Mn 1~1.9；P<0.005；S<0.002；N<0.008；Nb 0.02~0.08；B 0.001~0.002；Ni 0.3~0.8；Cr 0.1~0.4；Cu 0.1~0.5；Mo 0.1~0.3；余量为Fe和微量杂质。

2.根据权利要求1所述的基于炉卷轧机生产的高强韧管线钢，其特征在于：该管线钢化学质量百分比如下：C 0.04；Si 0.21；Mn 1.82；P0.0041；S0.001；N0.006；Nb 0.072；B 0.0016；Ni 0.4；Cr 0.4；Cu 0.4；Mo 0.22；余量为Fe和微量杂质。

3.一种权利要求1所述的基于炉卷轧机生产的高强韧管线钢的生产工艺，其特征在于该生产工艺包括如下步骤：

按成份要求冶炼优质铁水、铁水预处理、顶底复吹转炉、LF炉精炼、RH真空脱气处理、板坯浇铸，得到钢坯；其中，钢坯化学成分质量比为：C 0.01~0.06，Si 0.2~0.45，Mn 1~1.9，P<0.005，S<0.002，N<0.008，Nb 0.02~0.08，B 0.001~0.002，Ni 0.3~0.8，Cr 0.1~0.4，Cu 0.1~0.5，Mo 0.1~0.3，余量为Fe和微量杂质；

钢坯经1100℃～1250℃加热，保温2～3小时；

再结晶区轧制：终轧温度保证在950～1100℃之间，变形量>60%；

非再结晶区轧制：终轧温度保证在800～900℃之间，变形量>80%；

冷却制度：冷却速度在20～30℃/s，终冷温度在300～400℃的范围内；得到高强韧管线钢。

4.根据权利要求3所述的基于炉卷轧机生产的高强韧管线钢的生产工艺，其特征在于：步骤5）中得到高强韧X120管线钢。