CN102912228A

CN102912228A - 一种经济型高强度低屈强比管件钢及其生产方法

Info

Publication number: CN102912228A
Application number: CN2012104111273A
Authority: CN
Inventors: 张帅; 任毅; 王爽; 刘文月; 高红
Original assignee: Angang Steel Co Ltd
Current assignee: Angang Steel Co Ltd
Priority date: 2012-10-23
Filing date: 2012-10-23
Publication date: 2013-02-06
Anticipated expiration: 2032-10-23
Also published as: CN102912228B

Abstract

本发明公开一种经济型高强度低屈强比管件钢，C：0.10％～0.18％、Si：0.25％～0.55％、Mn：1.40％～1.90％、Nb：0.02%～0.05％、Ti：0.008％～0.020％、V：0.02％～0.05％、Als：0.010%～0.040%，（Nb+V+Ti）≤0.10%、Mo：0～0.25%、Ni：0～0.30%、Cu：0～0.35%、Cr：0～0.30%、（Mo+Ni+Cu+Cr）≤0.55%，余量为铁和不可避免的杂质。其热处理后屈服强度可达到630MPa或690MPa以上，抗拉强度达到775MPa或870MPa以上，屈强比低于0.85，-46℃的冲击韧性不低于80J，完全满足X90级、X100级管件钢的技术要求。

Description

一种经济型高强度低屈强比管件钢及其生产方法

技术领域

本发明属于低碳微合金钢技术领域，尤其涉及一种油气输送用经济型高强度低屈强比管件钢及其生产方法。

背景技术

管件是管道中起到改变方向、加固强化等作用的重要结构件，主要包括三通、弯管和封头等，在长输管道建设中需要大量的管件产品。随着管道输送向着高压大口径发展，对管件强度、韧性、焊接性等要求不断提高，也对管件用钢的综合质量提出了更高的要求。

目前，油气管件制作一般需要经历热处理成型，因此，要求管件用钢经热处理后必须具有良好的综合性能。

近年来，油气管道项目不断向海底、高寒冻土带、地震带等环境恶劣地区发展，这些地区地壳活动较频繁，管线服役温度低，易发生较大幅度的塑性变形，因此，在该类地方应用的管线要求基于应变设计，具有良好的抗塑变能力。

目前，国内外对X90、X100级管件钢的研究较少，而且多集中在基于应力设定的管件上，例如，CN102161148A的专利，介绍了一种X90级弯管和管件，其成分为（重量百分比）C：0.11～0.25％、Mn：1.35％～2.0％、Si：0.3%～0.5％、P≤0.010%、S≤0.005%、Ca：0.002%～0.005%、N≤0.008%、Al：0.01%～0.05%，或添加Nb：0.035％～0.11％、Ti：0.02%～0.06％、V：0.03％～0.07％、Cr：0.15%～0.60%、Mo：0.15%～0.50%、Ni：0.15%～1.5%，从其所列的实施例看，其所制管件强度虽然满足X90级，但屈强比均不低于0.92，成分中（Mo+Cr+Ni）≥0.85%，该类管件的抗应变能力不足，而且，成分中贵重合金元素的加入量大，生产成本高；专利WO2011150687(A1)、CN102021499A也存在类似情况。现有技术对抗应变管线钢的研究主要是干线管用钢，该类钢板制管过程中不经历热处理，仅保证钢板轧态性能满足抗应变要求，不适宜制作管件。例如，专利CN101864535A提供了一种抗大变形管线钢，所述钢板仅保证热轧态性能，无法保证热成型后性能。

综上所述，现有技术对经济型高强度低屈强比管件钢的研究尚有不足。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种油气输送用经济型高强度低屈强比X90或X100级管件用钢及其生产方法。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：

本发明所述经济型高强度低屈强比管件钢的化学成分重量百分比为C：0.10％～0.18％、Si：0.25％～0.55％、Mn：1.40％～1.90％、Nb：0.02%～0.05％、Ti：0.008％～0.020％、V：0.02％～0.05％、Als：0.010%～0.040%，（Nb+V+Ti）≤0.10%、Mo：0～0.25%、Ni：0～0.30%、Cu：0～0.35%、Cr：0～0.30%、（Mo+Ni+Cu+Cr）≤0.55%，余量为铁和不可避免的杂质。

所述经济型管件钢的CE_IIW控制在0.41%～0.50%，其中CE_IIW=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/15+(Ni+Cu)/5。

本发明成分设计理由：

C是保证强度最为有效的元素，可以提高淬透性，起到固溶强化和碳化物析出强化作用，因此，为保证强度，碳含量不宜过低；但是，碳含量的增加对材料韧性和焊接性不利，所以，碳含量也不能过高，本发明认为对X90、X100管件钢而言，碳控制在0.10％～0.18％较为适宜。

Si可以起到固溶强化作用，但其含量过高会使钢的塑性和韧性降低，其最佳范围是0.25％～0.55％。

Mn可以起到固溶强化作用，还能增加奥氏体稳定性，对提高淬透性也有利，但是，锰含量过高易诱发偏析，因此本发明认为将Mn含量控制在1.40％～1.90％较为适宜。

Nb、V、Ti可以抑制奥氏体晶粒长大，细化相变组织，同时还能起到析出强化和固溶强化等作用，尤其是在热处理过程中能有效提高强度，但其含量过高会影响韧性和焊接性。

Al可以有效降低钢中的氧含量，但Al含量过高会使钢中的夹杂物增加，因此，Als的含量控制在0.010%～0.040%为宜。

Mo可以明显提高奥氏体稳定性和淬透性，增加钢板厚度方向冷却均匀性，促进中低温转变，但是，钼含量过高不但会增加成本，还对材料焊接性有不利影响，因此，应控制其含量在0.25%以下。

Ni、Cu可以起到固溶强化作用，是奥氏体稳定元素，可以提高淬透性，但Ni价格较高、Cu含量过高会使韧性恶化，因此，将Ni含量控制在0.30%以下、Cu含量控制在0.35%以下为宜。

Cr有很强的固溶强化作用，还可以有效提高组织稳定性，另外，作为一种廉价元素，Cr的加入能够在保证材料性能的同时显著降低生产成本，但Cr含量过高会使碳当量增加，所以，Cr含量不超过0.30为宜。

本发明的CE_IIW控制在0.41%～0.50%，可以保证钢板获得高强度、高韧性的同时具有适宜的可焊性。

本发明所述油气输送用经济型管件用钢的生产方法包括冶炼、炉外精炼、连铸、轧制、冷却及热处理，其特征在于控制连铸坯中P≤0.012%、S≤0.003%、（O+N+H）≤90PPm，有效降低钢中有害元素含量，保证钢板具有良好的韧性；连铸坯经清理后装炉加热，加热温度1150～1200℃，加热时间1.1min/mm～2.0min/mm，连铸坯清理可有效提高钢板表面质量，采用该加热工艺可保证合金元素充分固溶，同时，获得适宜的奥氏体晶粒尺寸；粗轧温度1000～1120℃，每道次变形量≥13%，使奥氏体在高温区充分再结晶，有效细化晶粒；精轧温度780～950℃，累计变形量60%～75%，保证奥氏体充分变形，增加形核位置；轧后冷却速度5～30℃/s，终冷温度300～450℃，之后厚度不大于20mm钢板空冷，厚度超过20mm钢板缓冷，缓冷冷速0.2～1.0℃/s，获得晶粒细小，组织类型适宜的微观结构；热处理时，控制淬火温度860～930℃，保温0.4min/mm～1.0min/mm，控制微观组织部分奥氏体化；冷却速度大于等于20℃/s，获得细晶、过饱和固溶组织，保证产生以贝氏体为主的硬相；回火温度300～450℃，保温0.8min/mm～2.0min/mm，促进合金元素的析出强化和间隙元素的扩散，提高屈服强度，降低残余应力，同时，保证获得软硬结合的双相组织，其中，软相为铁素体，硬相为贝氏体、退化珠光体，控制铁素体体积百分比在20%～60%，平均晶粒尺寸5～15μm。

本发明所提供的上述经济型高强度低屈强比管件钢其热处理后屈服强度可达到630MPa或690MPa以上，抗拉强度达到775MPa或870MPa以上，屈强比低于0.85，-46℃的冲击韧性不低于80J，完全满足X90级、X100级管件钢的技术要求，适用于作为制造油气输送用X90或X100管件的原料。

附图说明

图1是实施例1金相组织图；

图2是实施例8金相组织图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

本发明实施例的化学成分见表1；相应实施例的轧制工艺见表2；调质热处理工艺见表3；调质热处理后的性能见表4。

表1 本发明实施例经济型高强度低屈强比管件用钢的化学成分 wt%

表2 本发明实施例经济型高强度低屈强比管件用钢的轧制工艺

表3 本发明实施例经济型高强度低屈强比管件用钢的调质工艺

表4 本发明实施例经济型高强度低屈强比管件用钢调质后性能

如图1，实施例1软相铁素体和硬相贝氏体、退化珠光体双相组织，铁素体比例34%；如图2，实施例8软相铁素体和硬相贝氏体、退化珠光体双相组织，铁素体比例22%。

Claims

1.一种经济型高强度低屈强比管件钢，其特征在于化学成分重量百分比为C：0.10％～0.18％、Si：0.25％～0.55％、Mn：1.40％～1.90％、Nb：0.02%～0.05％、Ti：0.008％～0.020％、V：0.02％～0.05％、Als：0.010%～0.040%，（Nb+V+Ti）≤0.10%、Mo：0～0.25%、Ni：0～0.30%、Cu：0～0.35%、Cr：0～0.30%、（Mo+Ni+Cu+Cr）≤0.55%，余量为铁和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的经济型高强度低屈强比管件钢，其特征在于CE_IIW控制在0.41%～0.50%，其中CE_IIW=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/15+(Ni+Cu)/5。

3.根据权利要求1所述的经济型高强度低屈强比管件钢，其特征在于所述钢微观组织为软硬两相组织，软相为铁素体，硬相为贝氏体、退化珠光体；控制铁素体体积百分比在20%～60%，平均晶粒尺寸5～15μm。

4.根据权利要求1所述的经济型高强度低屈强比管件钢，其特征在于所述钢屈服强度达到630MPa或690MPa以上，抗拉强度达到775MPa或870MPa以上，屈强比低于0.85，-46℃的冲击韧性不低于80J。

5.一种根据权利要求1-4任意一项所述的经济型高强度低屈强比管件钢的生产方法，包括冶炼、炉外精炼、连铸、轧制、冷却及热处理，其特征在于控制连铸坯中P≤0.012%、S≤0.003%、（O+N+H）≤90PPm；连铸坯装炉加热，加热温度1150～1200℃，加热时间1.1min/mm～2.0min/mm；粗轧温度1000～1120℃，每道次变形量≥13%；精轧温度780～950℃，累计变形量60%～75%；轧后冷却速度5～30℃/s，终冷温度300～450℃，之后厚度不大于20mm钢板空冷，厚度超过20mm钢板缓冷，缓冷冷速0.2～1.0℃/s；热处理时，控制淬火温度860～930℃，保温0.4min/mm～1.0min/mm，冷却速度大于等于20℃/s；回火温度300～450℃，保温0.8min/mm～2.0min/mm。