CN102234742B - 一种直缝焊管用钢板及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种直缝焊管用钢板的制造方法，该钢板的化学成分质量百分比为：C：0.03～0.09；Si：0.10～0.60；Mn：1.40～1.95；P：≤0.015；S：≤0.002；Cu：≤0.20；Ni：0.10～0.50；Mo：≤0.30；Cr：≤0.30；V：0.01～0.06；Nb：0.025～0.10；Al：0.015～0.060；N≤0.0080；Ti：0.010～0.025；Ca：0.0015～0.0035；在本发明的方法中，采用二阶段控制轧制，分别在奥氏体再结晶区和奥氏体未再结晶区域进行轧制，其中，第一阶段轧制的开轧温度为950～990℃；第二阶段轧制的开轧温度为815～865℃，终轧温度为700～770℃。通过本发明的方法可以生产出板形、内部质量、表面质量和力学性能优良的钢板。

Description

一种直缝焊管用钢板及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种直缝焊管用钢板及其制造方法，更具体地，涉及一种70ksi钢级高强直缝焊管用钢板及其制造方法。采用本发明的钢板，可以生产高强度API5LPSL2X70直缝埋弧焊管。

背景技术

API标准规定，直缝焊管(SAWL)制造用板的传统原料状态是：正火或正火轧制钢带或钢板、热机械轧制钢带或钢板。根据直缝焊管的性能需要，设计合适的化学成分；冶炼并轧成热轧钢卷或钢板；将板卷通过成型和直缝埋弧焊方式制成成品管。

就70ksi钢级直缝焊管而言，标准规定：管体的屈服强度在485～635MPa之间，抗拉强度在570～760MPa，零度横向冲击≥54J。

由于70ksi钢级套管屈服强度较高，从上世纪70年代开始，均采用超低碳含铌微合金钢，并使用TMCP热机械控制工艺，但其板形随钢板厚度减薄及宽度加宽越难以控制。钢板因加速冷却均匀性不良造成浪形、翘曲，大量钢板需要经过冷矫，给生产组织带来困难。国外高水平的管线钢生产企业在生产薄规格的高强韧性管线钢时，为防止控冷后发生板形恶化，通常在ACC加速冷却前对钢板进行预矫直，以此来改善板形。目前国内外大部分厂家可以生产70ksi级焊管用板，均采用控轧+控冷，但是板型控制有一定难度。

通过进行相关检索，发现2008年2月6日授权的中国发明专利ZL200410066297.8公开了一种具有高止裂韧性的针状铁素体型X70管线钢，其成分质量百分比：C：0.020～0.060；Mn：1.45～1.75；Si：0.100～0.500；S：≤0.0020；P：0.004～0.012；Nb：0.050～0.080；Ti：0.005～0.025；V：0.010～0.060；Mo：0.10～0.30；Cu：≤0.30；Ni：≤0.30；Ca：0.0015～0.0040；N：≤0.0080；Altotal：0.015～0.045。其制造方法包括如下步骤：a.转炉或电炉冶炼、b.炉外精炼，RH真空脱气、LF脱硫、Ca处理、c.连铸、d.热轧，粗轧终止温度950～1000℃，精轧终止温度780～880℃，精轧非再结晶区压缩比大于70％；e.卷取，卷取温度为480～580℃。上述专利是通过增加Nb含量提高精轧非再结晶区温度，并实施控轧控冷工艺。

发明内容

本发明的目的在于提供一种直缝焊管用钢板的制造方法，采用二阶段控制轧制工艺，分别在奥氏体再结晶区和奥氏体未再结晶区轧制。通过本发明的方法可以生产出板形、内部质量、表面质量和力学性能优良的符合API5LPSL2X70直缝埋弧焊管用板。

根据本发明的直缝焊管用钢板的化学成分质量百分比为：

C：0.03～0.09；Si：0.10～0.60；Mn：1.40～1.95；P：≤0.015；

S：≤0.002；Cu：≤0.20；Ni：0.10～0.50；Mo：≤0.30；Cr：≤0.30

V：0.010～0.060；Nb：0.025～0.10；Al：0.015～0.060；N≤0.0080；

Ti：0.010～0.025；Ca：0.0015～0.0035；

其中，Ceq≤0.44；Pcm≤0.023；

Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15；

Pcm＝C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10；

V+Nb+Ti≤0.15；

Ni+Cr+Cu≤0.60。

不得有意加入B和稀土元素。

另外，碳含量每减少0.01％时，锰的允许最大含量可以增加0.05％，但在产品分析中锰含量不得超过1.95％。

下面分别介绍各个合金元素的作用：

C：0.03～0.09(wt％，以下同)，C为碳化物形成元素，可以提高钢的强度，太低时效果不明显，太高时会大大降低钢的焊接性能。

Si：0.10～0.60，优选0.18～0.21。Si加入钢中起到脱氧和改善耐蚀性的作用，但高于0.60％，加工和韧性恶化，低于0.10％效果不明显。

Mn：1.40～1.95，优选1.50～1.90。Mn为奥氏体形成元素，可以提高钢的淬透性，含量小于1.40时作用不明显，含量大于1.95％时，大大增加钢中的组织偏析，影响热轧组织的均匀性。

Mo：≤0.30，优选0.025～0.20。主要是扩大r相区，通过碳化物及固溶强化形式来提高钢的强度，含量超过0.30％会降低钢的韧性。

Al：0.015～0.060，优选0.025～0.032。在钢中起脱氧作用和细化晶粒的作用。当加入量低于0.015％时，效果不明显，加入量超过0.06％，力学性能变差。

V：0.01～0.06，优选0.02～0.06。V能够细化晶粒，形成碳化物，提高钢的强度和韧性，但含量超过0.06％后会引起钢板屈强比超标，小于0.01％强化作用不明显。

Nb：0.025～0.10，优选0.04～0.06。在钢坯热过程中，未溶解的Nb弥散分布在钢中，钉扎住了奥氏体晶界，抑制了奥氏体晶粒的长大，在轧制过程中还起到了沉淀强化作用。Nb含量过大会降低焊接性能，Nb含量过小效果不明显。

Ti：0.010～0.025，优选0.010～0.015。在钢板焊接时起晶粒细化作用，改善焊接区性能。

P：≤0.015，优选0.004～0.007。磷使钢的塑性、韧性降低，尤其低温时的韧性降低较大。P对钢性能的影响主要表现在冷脆、热加工性能和焊接性能降低等。

S：≤0.002，较低的S含量可以使MnS充分球化，减少中心偏析，降低夹杂物出现几率，有利于提高钢的韧性及耐蚀性能，低S可提高焊接性能和焊缝韧性。

Ni：0.10～0.50，优选0.18～0.25。镍为铁素体形成元素，降低r→α的转变温度，可用较低的冷却速度来提高钢的强度而不显著降低其韧性，可降低钢的冷脆转变温度，即可提高钢的低温韧性，含量过高强度会超标。

N：≤0.0080，优选0.0024～0.0030。氮在钢中与铝结合成ALN，起消除淬火时效作用，ALN还能阻止加热时奥氏体晶粒长在；含量过高会产生淬火时效和冷加工的应变时效，使钢的塑性和韧性下降，钢材变脆。

Ca：0.0015～0.0035，优选0.002～0.003。用钙处理来改变夹杂物形态(球化)，提高探伤合格率，过高会形成新的夹杂物。

本发明还提供上述直缝焊管用钢板的制造方法，包括步骤：

a.转炉冶炼；LF炉冶炼；RH精炼；浇注；

b.加热到温度1090～1150℃；

c.采用二阶段控制轧制，分别在奥氏体再结晶区和未再结晶区域轧制，其中：

第一阶段轧制的开轧温度为950～990℃；

第二阶段轧制的开轧厚度为50～90mm，开轧温度为815～865℃，终轧温度为700～770℃。

将从属权利要求中的技术方案补充到这里。

下面详细介绍本发明的直缝焊管用钢板的制造方法，包括以下步骤：

TDS铁水脱硫—转炉冶炼—LF—RH(喂Si—Ca丝)—板坯精整—板坯定尺火切—加热—控轧—空冷—AUT—切头尾、切边—取样与性能验测—切定尺—表面质量和外观尺寸、标记检测—出厂

炼钢连铸工艺要点：

1)转炉冶炼：入炉铁水中的硫含量≤0.0040％，吹炼过程中保证微正压操作，禁止再吹，终止吹炼时钢水的碳含量≤0.035％。

在操作时要考虑钢气体含量及加铝量对钢中夹杂物(主要是Al2O3)的影响，控制好止吹C含量，关键是要处理好降C和降S、P以及钢水升温的关系，合理控制好造渣制度，出钢时采用挡渣操作，严格控制下渣量以防钢水回P。

2)LF炉冶炼：LF炉的处理时间(钢包开进---开出)要控制在45分钟以内，在LF操作过程中应造好泡沫渣，防止增氮。采用Al渣强化脱氧；在成份配比好、温度调整好进行纯底吹Ar渣冼的同时，适当控制底吹Ar的压力及吹Ar的流量，以弱搅拌为准，禁止钢水翻动至裸露，确保炉渣脱氧效果，纯渣洗时间保持10分钟左右；搅拌时，顶枪吹Ar进行Ar封，以防止增氮。

3)RH精炼：纯脱气时间大于8分钟；RH后进行钙处理(夹杂物球化处理)：喂Si-Ca丝，成品Ca按15～35ppm控制，并控制Ca/S比在0.7～1.2范围；钙处理后，保持小流量吹Ar5分钟，吹Ar时，禁止钢水翻动至裸露，使钢水中的夹杂物从钢液体状态下上浮排除。

4)浇注：浇注速度：0.8～1.3M/s。

提高X70钢板内部质量的另一个关键点是须对铸坯内部质量进行了严格的限制，要求铸坯内部质量按Mannessman低倍检验及判定标准进行检验和判定，其中偏析要求≤2级、三角区裂纹要求≤2级，角裂要求≤2级。为此，钢水经炉外精炼处理后，通过连铸机浇注成最大断面为220mm×2300mm或300mm×2300mm的连铸坯。厚板连铸机浇注过程中应采用液压非正弦振动、凝固末端轻压下等工艺，各种工艺参数须严格控制，过热度ΔT＝28℃，在连铸中断面为220mm×2300mm的连铸坯的拉速为1.0±0.05m/min；断面为300mm×2300mm的连铸坯的拉速为0.6±0.05m/min；

加热及轧制工艺：

1)钢坯加热：加热温度1090～1150℃；220mm坯在炉时间大于180分钟；300mm坯在炉时间大于240分钟。

2)轧制过程：采用二次控制轧制工艺，分别在奥氏体再结晶区和未再结晶区轧制。在奥氏体再结晶区轧制时，奥氏体经过多次静态再结晶而细化。但是，由于轧制温度较高，随着道次间隔时间的延长，再结晶奥氏体晶粒会长大，因此，第I阶段轧制开轧温度不能过高；添加微量Nb的钢，在950℃以下可显著抑制奥氏体热加工后的静态再结晶。细化晶粒是达到强度、韧性及焊接性三项俱佳的唯一办法，但在奥氏体再结晶区轧制细化晶粒的作用是有限的。为了得到更细的晶粒，还要在奥氏体未再结晶区轧制，所以，在生产中利用厚板轧机的优势应尽量控制好第II阶段开轧温度，适当增大道次变形量，一来可以减少部分再结晶晶粒数量，另外由于温度的降低，再结晶晶粒的平均尺寸也可以减小，同时在未再结晶区的随累积变形量增加，未再结晶晶粒受到了较大的变形，晶粒不仅被拉长，晶内还可能出现比较多的变形带，因此转变后也能得到细小的铁素体晶粒，使得整个组织的均匀性得到改善。

具体工艺控制如下：

第I阶段开轧温度：950～990℃；

按目标开轧温度(即第II阶段开轧温度)进行中间喷水冷却；

第II阶段总变形率＞65％；开轧厚度为50～90mm；

第II阶段开轧温度815～865℃，终轧温度700～770℃。

本发明的有益效果在于：

在本发明的方法中，采用二阶段控制轧制，分别在奥氏体再结晶区和奥氏体未再结晶区域轧制，其中第一阶段轧制，其中开轧温度为950～990℃；第二阶段轧制，其中开轧温度为815～865℃，终轧温度为700～770℃。二阶段控制轧制使得整个组织的均匀性得到改善，从而省去了加速冷却步骤。根据本发明的成分设计和方法步骤，可以提供适于生产高强度API5LPSL2X70直缝埋弧焊管的钢板。

附图说明

图1是根据本发明的实施例1的金相组织放大100倍的示意图；

图2是根据本发明的实施例1的金相组织放大500倍的示意图。

具体实施方式

以下通过具体实施例对本发明进行详细说明。

根据本发明的直缝焊管用钢板的不同实施例的化学成分质量百分比如表1所示。

以上成分经过表2所示的工艺进行生产，得到的热轧钢板的力学性能见表3所示。

对本发明的直缝焊管用钢板的不同实施例的金相组织分析结果见表4所示。

表2示出了本发明的不同实施例的具体参数：

实施例1：

钢板加热到1136℃；

第I阶段开轧温度：980℃；

第II阶段开轧厚度：88mm；开轧温度：865℃；终轧温度770℃。

实施例2：

钢板加热到1125℃；

第I阶段开轧温度：950℃；

第II阶段开轧厚度：88mm；开轧温度：850℃；终轧温度728℃。

实施例3：

钢板加热到1120℃；

第I阶段开轧温度：960℃；

第II阶段开轧厚度：72mm；开轧温度：860℃；终轧温度740℃。

实施例4：

钢板加热到1130℃；

第I阶段开轧温度：970℃；

第II阶段开轧厚度：72mm；开轧温度：815℃；终轧温度702℃。

实施例5：

钢板加热到1141℃；

第I阶段开轧温度：985℃；

第II阶段开轧厚度：51mm；开轧温度：820℃；终轧温度705℃。

实施例6：

钢板加热到1143℃；

第I阶段开轧温度：990℃；

第II阶段开轧厚度：51mm；开轧温度：860℃；终轧温度720℃。

按照表1所示的成分，在规定的轧制工艺温度范围内轧成热轧钢板，其力学性能结果见表3，金相分析结果见表4，金相组织显微照片见图1、图2。

结合表4的分析结果以及图1、图2中所示的金相组织，可见采用本发明的钢种和工艺制造的热轧钢板，其金相组为针状铁素体，轧后钢板的屈服强度均大于500MPa，抗拉强度均大于600MPa，经UOE或JCOE制管后均满足API5LPSL5X70的直缝埋弧焊管标准要求。

本发明API5LPSL2X70直缝焊管用钢板的制造方法由于采用二次控制轧制，分别在奥氏体再结晶区和奥氏体未再结晶区域轧制，即一次轧制的开轧温度控制在950～990℃；二次轧制的开轧温度控制为815～865℃，终轧温度为700～770℃，使得整个组织的均匀性得到改善，从而省去了加速冷却步骤。由于其制造成本低廉、工艺制造性可行，可广泛用于中厚板及宽厚板轧机的生产应用。

Claims (13)

1.一种直缝焊管用钢板的制造方法，其中，该钢板的化学成分质量百分比为：

C：0.03～0.09；Si：0.10～0.60；Mn：1.40～1.95；P：≤0.015；

S：≤0.002；Cu：≤0.20；Ni：0.10～0.50；Mo：≤0.30；Cr≤0.30；

V：0.01～0.06；Nb：0.025～0.10；Al：0.015～0.060；N≤0.0080；

Ti：0.010～0.025；Ca：0.0015～0.0035；

制造方法包括：

a.按照上述成分在转炉冶炼；LF炉冶炼；RH精炼；然后浇注；

b.将浇注的板加热到温度1090～1150℃；

c.采用二阶段控制轧制，分别在奥氏体再结晶区和奥氏体未再结晶区域进行轧制，其中，第一阶段轧制的开轧温度为950～990℃；第二阶段轧制的开轧温度为815～865℃，终轧温度为700～770℃，且轧后不需要加速冷却。

2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在所述转炉冶炼中，入炉铁水中的硫含量≤0.0040％，吹炼过程中保证微正压操作，终止吹炼时钢水的碳含量≤0.035％。

3.根据权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，在所述RH精炼之后喂Si-Ca丝，按成品中Ca含量为15-35ppm进行控制，并控制Ca/S比在0.7～1.2之间。

4.根据权利要求1到3中任一项所述的制造方法，其特征在于，所述浇注的速度是0.6～1.3米/秒。

5.根据权利要求1到4中任一项所述的制造方法，其特征在于，在所述第二阶段轧制前，按目标开轧温度进行中间喷水冷却。

6.根据权利要求1到5中任一项所述的制造方法，其特征在于，在所述第二阶段轧制中，钢板累积变形量＞65％。

7.根据权利要求1到6中任一项所述的制造方法，其特征在于，该钢板的碳当量Ceq≤0.44，

其中Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15。

8.根据权利要求1到7中任一项所述的制造方法，其特征在于，该钢板的化学成分质量百分比满足：V+Nb+Ti≤0.15。

9.根据权利要求1到8中任一项所述的制造方法，其特征在于，该钢板的化学成分质量百分比满足：Ni+Cr+Cu≤0.60。

10.根据权利要求1到9中任一项所述的制造方法，其特征在于，所述钢板的化学成分质量百分比为：

Si：0.18～0.21；Mn：1.50～1.90；P：0.004～0.007；Ni：0.18～0.25；

Mo：0.025～0.20；V：0.02～0.06；Nb：0.04～0.06；Al：0.025～0.032；

N：0.0024～0.0030；Ti：0.010～0.015；Ca：0.002～0.003。

11.根据权利要求1到10中任一项所述的制造方法，其特征在于，所述第二阶段的开轧厚度为50～90mm。

12.根据权利要求1到11中任一项所述的制造方法，其特征在于，在浇注中，过热度ΔT＝28℃，在连铸中断面为220mm×2300mm的连铸坯的拉速为0.95～1.05m/min；断面为300mm×2300mm的连铸坯的拉速为0.55～0.65m/min。

13.根据权利要求1到12中任一项所述的制造方法制得的直缝焊管用钢板。