CN102851614A

CN102851614A - 一种低屈强比x80管线钢热轧卷板及其制造方法

Info

Publication number: CN102851614A
Application number: CN2011101799639A
Authority: CN
Inventors: 孔祥磊; 黄国建; 张禄林; 黄明浩; 徐烽; 张英慧
Original assignee: Angang Steel Co Ltd
Current assignee: Angang Steel Co Ltd
Priority date: 2011-06-28
Filing date: 2011-06-28
Publication date: 2013-01-02
Anticipated expiration: 2031-06-28
Also published as: CN102851614B

Abstract

本发明提供一种低屈强比X80管线钢热轧卷板及其制造方法，其成分：C 0.030％-0.055％、Si 0.15％-0.30％、Mn 1.60％-1.85％、Nb 0.080％-0.120％、Cr 0.20％-0.35％、Ni 0.15％-0.25％、Cu 0.18％-0.28％、Ti0.015％-0.030％、Als 0.015％-0.050％，余为铁。其方法包括冶炼、浇注或连铸和热轧，钢锭或铸坯加热温度1200-1250℃；第一阶段开轧1100-1150℃，终轧1000-1060℃，至少3道次压下率≥17％，总压下率60％-70％；第二阶段开轧920-960℃，终轧840-880℃，总压下率≥70％；轧后空冷至760-800℃，再以10-30℃/s的冷速冷至500-570℃卷取。本发明无Mo，成本低，产品为细小的铁素体+贝氏体+M-A多相组织，具有高强度高韧性和低屈强比，适用于地震多发带和永冻带等特殊地质条件下的油气输送。

Description

一种低屈强比X80管线钢热轧卷板及其制造方法

技术领域

本发明属于金属材料高强度低合金钢技术领域，具体涉及一种油气输送管道用低屈强比X80管线钢热轧卷板及其制造方法。

背景技术

为降低管道建设和运营成本，提高输送效率，长输管线向采用高钢级、高压、大口径输送发展。X80及以上钢级管线钢已成为21世纪的主流管材，尤其是我国西气东输二线工程近8000km干线全部采用X80钢级，市场前景十分广阔。

但随着能源的不断开采、耗竭，石油天然气开采领域已逐渐扩展到地震区和永冻带，这些地区埋地管线管可能发生大的塑性变形，因此管道的失效不再由应力控制，而是应变控制，因此，管线管需要更高的抗压缩和拉伸应变的性能。钢材的可变形性可通过提高应变硬化性能(降低屈强比)得到提高，而应变硬化性能又受到显微组织的强烈影响，因此由硬相和软相组成的多相显微组织可获得较大的应变强化性能。

公开号为CN 101545079A的中国专利“韧性优良的高强度低屈强比X80热轧钢板及其生产方法”公开了一种在4300mm宽厚板生产线进行的管线钢热轧平板的制造方法，其成分中含有贵重元素Mo，屈强比较高，在0.80-0.90之间。

公开号为CN 101768703A的中国专利“一种低屈强比X80级管线钢及其制造方法”涉及一种低屈强比X80热轧平板的制造方法，其成分中含Mo，且终冷温度较低(340-490℃)，这么低的温度只有在生产热轧平板时才行，在热轧卷板中无法实现顺利卷取。

公开号为CN 1978082A的中国专利“一种控制管线钢热轧平板屈强比的生产方法”通过控制热机械轧制工艺各参数控制屈强比，可其屈强比值较高，在0.82-0.87之间。

公开号为KR 1020040055839的韩国专利“低屈强比高强韧性管线钢热轧钢板的生产方法”公开了一种管线钢热轧卷板屈强比的控制方法，其成分中低Nb(0.04％-0.06％)、高V(0.04％-0.06％)、含Mo，虽然屈强比值在0.75-0.87之间，可实施例钢的强度均偏低，仅有1个实施例能达到X80钢级要求，但其屈强比达0.85。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提供一种符合特殊地质条件下管线钢安全发展需求的低屈强比X80管线钢热轧卷板及其制造方法。

本发明是这样实现的：该低屈强比X80管线钢热轧卷板的化学成分重量百分比为：C 0.030％-0.055％、Si 0.15％-0.30％、Mn 1.60％-1.85％、Nb 0.080％-0.120％、Cr 0.20％-0.35％、Ni 0.15％-0.25％、Cu 0.18％-0.28％、Ti 0.015％-0.030％、Als 0.015％-0.050％、P≤0.018％、S≤0.0030％、N≤0.005％，余量为铁和不可避免的杂质，且冷裂纹敏感系数Pcm≤0.19％。

本发明钢的成分设计思想是采用低碳C-Mn-Nb-Cr系合金设计，并适量加入Ni、Cu、Ti等合金元素，结合TMCP+RPC工艺技术，使材料中的软相(铁素体)和硬相(贝氏体+M-A组元)得到有效组合或匹配，最终达到降低屈强比的目的。其主要元素及作用如下：

C：是钢中最经济、最基本的强化元素，通过固溶强化和析出强化对提高钢的强度有明显作用，但是提高C含量对钢的延性、韧性和焊接性有负面影响。本发明C含量为0.030％-0.055％，低碳保证管线钢具有良好低温韧性、良好焊接性能和抗氢致裂纹(HIC)性能。

Si：可以起到一定的固溶强化作用，但含量过高会使塑性和韧性降低，本发明Si含量为0.15％-0.30％。

Mn：通过固溶强化提高钢的强度，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。Mn还是扩大γ相区的元素，可降低钢的γ-α相变温度，有助于获得细小的相变产物，可提高钢的韧性、降低韧脆转变温度。本发明Mn含量为1.60％-1.85％，高Mn促进针状铁素体形核，高Mn/C可提高钢材屈服强度和冲击韧性，降低韧脆转变温度。

Nb：是现代微合金化管线钢中最主要的元素之一，对晶粒细化的作用十分明显。通过热轧过程中NbC应变诱导析出阻碍形变奥氏体的回复、再结晶，经控制轧制和控制冷却使精轧阶段非再结晶区的形变奥氏体组织在相变时转变为细小的相变产物，以使钢具有更高强度和高韧性。Nb还通过析出强化提高钢的强度，降低C含量可以提高板坯再加热时Nb在高温奥氏体中的固溶度，可充分发挥随后控制轧制过程中Nb对晶粒细化和析出强化的作用，故本发明在低C含量下，Nb控制在0.080％-0.120％

Cr：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铁素体或贝氏体，与Nb组合使用，效果更显著，本发明Cr含量为0.20％-0.35％。

Cu、Ni：均可通过固溶强化作用提高钢的强度。Cu还可以改善钢的耐蚀性，同时加入Ni主要是改善Cu在钢中易引起的热脆性，且对韧性有益。本发明Cu含量为0.18％-0.28％，Ni含量为0.15％-0.25％。

Ti：是强的固N元素，Ti/N的化学计量比为3.42，利用0.020％左右的Ti就可固定钢中50ppm以下的N，在板坯连铸时可形成细小的高温稳定的TiN析出相。这种细小的TiN粒子可有效地阻碍板坯再加热时的奥氏体晶粒长大，有助于提高Nb在奥氏体中的固溶度，同时对改善焊接热影响区的冲击韧性有明显作用。本发明Ti含量为0.015％-0.030％。

Pcm：控制冷裂纹敏感系数有利于保障产品的焊接性能，本发明的Pcm控制在0.19％以下。

本发明低屈强比X80管线钢热轧卷板的制造方法包括冶炼、浇铸和热轧，采用TMCP+RPC工艺，具体方法如下：

1)按上述成分要求进行冶炼，浇注成钢锭或铸坯，再加热至1200-1250℃，保温90-150分钟，使其充分奥氏体化且保证微合金元素充分固溶；

2)对钢锭或铸坯进行两阶段轧制，第一阶段开轧温度为1100-1150℃，终轧温度为1000-1060℃，至少3道次压下率≥17％，总压下率60％-70％，使原始奥氏体发生充分再结晶；第二阶段开轧温度为920-960℃，终轧温度为840-880℃，总压下率≥70％，未再结晶区的充分轧制使组织中保存了大量的晶界、位错和变形带；

3)热轧后，空冷15-30s至760-800℃，然后采取层流冷却方式以10-30℃/s的冷速快速冷却，在500-570℃进行卷取。

本发明采用低碳C-Mn-Nb-Cr系合金设计，不添加贵重金属Mo，合金成本低，采用TMCP+RPC工艺可获得细小的铁素体+贝氏体+M-A多相显微组织，终冷温度高于500℃，可确保X80管线钢顺利卷取；本发明产品可达到API SPEC 5L规范X80管线钢要求，在具有高强度高韧性的同时还具有较低的屈强比(小于0.80)，可广泛应用于地震多发带和永冻带等特殊地质条件下油气的安全输送，具有广阔的发展前景。

附图说明

图1为本发明实施例1热轧卷板的显微组织(铁素体+贝氏体+M-A组元)。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步的说明。

下面列举的实施例只是对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。本发明实施例热轧卷板的化学成分见表1，其具体工艺制度见表2，力学性能见表3。

表1本发明实施例热轧卷板的化学成分(wt，％)

实施例	C	Si	Mn	P	S	Als	Cu	Ni	Cr	Nb	Ti	N	Pcm
														1	0.043	0.22	1.84	0.014	0.0027	0.047	0.19	0.17	0.29	0.094	0.017	0.003	0.17
2	0.048	0.19	1.77	0.011	0.0019	0.028	0.22	0.22	0.26	0.117	0.022	0.003	0.17
														3	0.032	0.16	1.80	0.013	0.0017	0.033	0.23	0.23	0.25	0.084	0.019	0.004	0.16
4	0.037	0.24	1.64	0.015	0.0024	0.026	0.27	0.21	0.33	0.095	0.028	0.005	0.16
														5	0.035	0.25	1.69	0.014	0.0025	0.015	0.25	0.25	0.30	0.089	0.018	0.004	0.16
6	0.053	0.29	1.75	0.009	0.0023	0.040	0.22	0.19	0.23	0.106	0.015	0.004	0.18

注：Pcm＝C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B

表2本发明实施例热轧卷板的工艺制度

表3本发明实施例热轧卷板的力学性能

注：拉伸试样为圆棒试样，拉伸、夏比冲击试样的取样方向与轧制方向成30°。

Claims

1.一种低屈强比X80管线钢热轧卷板，其特征在于钢的化学成分重量百分比为：C 0.030％-0.055％、Si 0.15％-0.30％、Mn 1.60％-1.85％、Nb0.080％-0.120％、Cr 0.20％-0.35％、Ni 0.15％-0.25％、Cu 0.18％-0.28％、Ti 0.015％-0.030％、Als 0.015％-0.050％、P≤0.018％、S≤0.0030％、N≤0.005％，余量为铁和不可避免的杂质，且冷裂纹敏感系数Pcm≤0.19％。

2.一种权利要求1所述低屈强比X80管线钢热轧卷板的制造方法，包括冶炼、浇注或连铸和热轧，其特征在于将钢锭或铸坯加热至1200-1250℃后保温90-150分钟；进行两阶段轧制，第一阶段开轧温度为1100-1150℃，终轧温度1000-1060℃，至少3道次压下率≥17％，总压下率为60％-70％；第二阶段开轧温度为920-960℃，终轧温度840-880℃，总压下率≥70％；轧后空冷15-30s至760-800℃，然后以10-30℃/s的冷速水冷至500-570℃进行卷取。