CN102994876B - 一种油气管道加压站场用热轧钢板及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
一种油气管道加压站场用热轧钢板及其生产方法，属于低碳微合金钢生产技术领域。该钢板化学成分的重量百分配比为：C：0.03～0.08％，Si：0.10～0.45％，Mn：1.40～1.80％，P：≤0.015％，S：≤0.005％，Alt：0.01～0.06％，Nb：0.03～0.09％，V：0.02～0.06％，Ti：0.005～0.014％，N：≤0.008％，H：≤0.0002％；还可含有Ni：0.00～0.50％，Cr：0.15～0.35％，Cu：0.00～0.30％中的1~3种，余量为Fe和不可避免杂质元素。相应的生产方法包括冶炼、连铸、轧制、冷却等工序，优点在于，该钢板具有优良的夏比冲击韧性和落锤性能，适用于对低温韧性要求较高的油气管道加压站场。
Description
技术领域
本发明属于低碳微合金钢生产技术领域，特别是涉及一种油气管道加压站场用热轧钢板及其生产方法，适用于对低温韧性要求较高的管道中转站场用钢的生产。
背景技术
近30年以来，世界各国经济迅猛发展，能源需求不断增加，国内外多项重大管道工程规划并建设，为提高管道输送流量和输送效率，工程沿线需要设置管道加压站场，对输送天然气的线路进行加压，与长输线路用钢相比，站场用钢在壁厚和强韧性要求方面都有显著增加。
站场用钢主要是用于管道中转站工程，在地面上裸露使用，对于温度相关的韧性要求比较严格，例如，西气东输二线的站场用热轧钢板，低温夏比冲击韧性要求-40℃，低温落锤韧性要求-35℃，低温韧性要求比较高，而且钢板壁厚比较厚25-35mm，所以开发难度非常大，强韧性指标合格率偏低，因此给生产厂家带来了较大的经济损失，同样给管道站场的安全带来巨大隐患。
从目前管线钢申请的专利技术和发表的文献来看，管线钢产品在厚度规格、落锤韧性要求、成分设计等方面与本专利有本质的差别。专利200410025584.4公开了“高强度高韧性X80管线钢及其热轧板制造方法”，明确提出了生产规格为≤15mm的热轧板卷，并且落锤性能要求温度为-15℃，而且成分上添加了大量钼和钒合金，与本专利的厚度规格、低温韧性要求和生产工艺方法都有本质差异，而且合金成本高。另外欧洲EP1020539和日本JP10102814的管线钢相关专利技术，在产品厚度规格、落锤性能要求和生产工艺上与本专利存在显著区别。
发明内容
本发明的目的在于提供一种油气管道加压站场用热轧钢板及其生产方法，通过合理的成分设计和优化的生产工艺，有效地解决了厚规格站场用热轧钢板的强韧性控制难题，使得钢板的低温韧性指标满足了标准要求，降低了生产厂家的经济损失，提高了管道站场的安全性，对我国的管道事业发展具有重大意义。
本发明的油气管道加压站场用热轧钢板，其特征在于：所述钢板化学成分为：C：0.03～0.08％，Si：0.10～0.45％，Mn：1.40～1.80％，P：≤0.015％，S：≤0.005％，Alt：0.01～0.06％，Nb：0.03～0.09％，V：0.02～0.06％，Ti：0.005～0.014％，N：≤0.008％，H：≤0.0002％；余量为Fe和不可避免杂质元素，均为重量百分数。
在上述的钢成分中还可含有 Ni：0.00～0.50％，Cr：0.15～0.35％，Cu：0.00～0.30％中的1~3种。
本发明的油气管道加压站场用热轧钢板制备方法，包括冶炼、连铸、轧制、冷却等工序，工艺中控制的技术参数如下：
（1）连铸坯厚度/成品钢板厚度为：10～14，成品钢板宽度/连铸坯宽度为：1～1.6；连铸坯经粗轧展宽后铸坯厚度/成品钢板厚度为：9～13，粗轧展宽后轧制速度为：1～1.2m/s，粗轧最后一道次压下率：15～30%；精轧阶段总压下率：60～75%，精轧最后一道次压下率：8～15%。
（2）钢板分两阶段进行控冷，第一阶段开冷温度为760～820℃，冷却速率为20~30℃/s，终冷温度为550~590℃；随后进行第二阶段冷却，冷却速率为10~20℃/s，终冷温度为450~500℃。通过先强后弱的两阶段冷却方式充分细化晶粒，并控制金相组织构成。
所述钢板由针状铁素体构成的第一相，和包含粒状贝氏体、残余奥氏体、马氏体中的一种或多种组分的第二相；第一相所占比例为60~80%。
本发明的油气管道加压站场用热轧钢板，-40℃横向V型缺口夏比冲击功达到360J以上，-35℃落锤(DWTT)性能达到85%以上。
本发明内容的构成要点立足于以下认识：C通过固溶强化和析出强化提高强度，但对延性、低温韧性和焊接性能不利；Nb提高材料的再结晶温度，扩大未再结晶区，对晶粒细化的作用十分明显，提高材料的强度和低温韧性；V对于改善厚规格钢板的强度性能有利；Ni合金对于低温韧性的提高很重要。
采用该控轧控冷工艺的依据是：利用大压缩比（10～14）和小展宽比（1～1.6）技术，有利于使变形充分渗透到心部，细化心部晶粒，改善厚规格钢板边部和心部组织均匀性。通过控制粗轧的轧制速度（1～1.2m/s），强化粗轧展宽后的总压缩比（9～13）以及粗轧最后一道次的压下率（15～30%），使奥氏体晶粒充分细化和均匀化，再通过在奥氏体未再结晶区的累积形变（60～75%），增加相变的形核点，以及精轧最后一道次压下率（8～15%），最终可细化相变组织，最后通过先强后弱的两阶段冷却及适度的终冷温度，得到均匀细化的组织形态，提高钢板的强度和低温韧性。
本发明的优点在于：本发明在合金成份配方上具有较低的碳含量（0.03-0.08%），能够明显改善材料的低温韧性，适当的Nb和V微合金化，并辅以适量Ni、Cu、Cr等合金元素，这种元素配合增加了材料的淬透性，弥补了大壁厚造成的冷却不足，使全壁厚转变成以均匀细小的针状铁素体为主的组织形态，可满足较高的强度和较低温度的韧性要求，具有非常好的强韧性搭配，大幅度提高了管道站场的使用安全性。并通过对连铸坯尺寸、轧制工艺和冷却工艺进行优化，通过大压缩比、小宽展比的坯型设计、优化的轧制工艺，以及先强后弱的两阶段冷却方式，解决壁厚25~35mm的站场用钢强度和低温韧性的问题。
附图说明
图1为本发明金相组织图（表层）。
图2为本发明金相组织图（1/4处）。
图3为本发明金相组织图（心部）。
具体实施方式
根据本发明油气管道加压站场用热轧钢板及其生产方法，在100吨转炉上冶炼，并在4300mm生产线上进行轧制和冷却。下面通过实施例对本发明作进一步的描述。实施例中钢板化学成分见表1，实施例工艺制度见下面描述，实施例力学性能见表2：
表1 实施例的化学成分（重量，%）
实施例工艺制度
实施例1
钢板规格厚25mm，连铸坯厚度/成品钢板厚度为：12，成品钢板宽度/连铸坯宽度为：1.2；连铸坯经粗轧展宽后铸坯厚度/成品钢板厚度为：10，粗轧展宽后轧制速度为：1.2m/s，粗轧最后一道次压下率：15%；精轧阶段总压下率：75%，精轧最后一道次压下率：15%；钢板分两阶段进行控冷，第一阶段开冷温度为760℃，冷却速率为30℃/s，终冷温度为590℃；随后进行第二阶段冷却，冷却速率为20℃/s，终冷温度为500℃。钢板综合力学性能见下表2所示。
实施例2
钢板规格厚30mm，连铸坯厚度/成品钢板厚度为：10，成品钢板宽度/连铸坯宽度为：1.1；连铸坯经粗轧展宽后铸坯厚度/成品钢板厚度为：9.1，粗轧展宽后轧制速度为：1.2m/s，粗轧最后一道次压下率：20%；精轧阶段总压下率：65%，精轧最后一道次压下率：10%；钢板分两阶段进行控冷，第一阶段开冷温度为770℃，冷却速率为28℃/s，终冷温度为570℃；随后进行第二阶段冷却，冷却速率为15℃/s，终冷温度为480℃。钢板综合力学性能见下表2所示。
实施例3
钢板规格厚30mm，连铸坯厚度/成品钢板厚度为：13.3，成品钢板宽度/连铸坯宽度为：1.1；连铸坯经粗轧展宽后铸坯厚度/成品钢板厚度为：12.1，粗轧展宽后轧制速度为：1.1m/s，粗轧最后一道次压下率：20%；精轧阶段总压下率：65%，精轧最后一道次压下率：11%；钢板分两阶段进行控冷，第一阶段开冷温度为780℃，冷却速率为23℃/s，终冷温度为560℃；随后进行第二阶段冷却，冷却速率为18℃/s，终冷温度为470℃。钢板综合力学性能见下表2所示。
实施例4
钢板规格厚35mm，连铸坯厚度/成品钢板厚度为：11.4，成品钢板宽度/连铸坯宽度为：1；连铸坯经粗轧展宽后铸坯厚度/成品钢板厚度为：11.4，粗轧展宽后轧制速度为：1.2m/s，粗轧最后一道次压下率：30%；精轧阶段总压下率：70%，精轧最后一道次压下率：8%；钢板分两阶段进行控冷，第一阶段开冷温度为820℃，冷却速率为20℃/s，终冷温度为550℃；随后进行第二阶段冷却，冷却速率为10℃/s，终冷温度为450℃。钢板综合力学性能见下表2所示。
实施例5
钢板规格厚32mm，连铸坯厚度/成品钢板厚度为：12.5，成品钢板宽度/连铸坯宽度为：1.4；连铸坯经粗轧展宽后铸坯厚度/成品钢板厚度为：9，粗轧展宽后轧制速度为：1m/s，粗轧最后一道次压下率：26%；精轧阶段总压下率：65%，精轧最后一道次压下率：10%；钢板分两阶段进行控冷，第一阶段开冷温度为800℃，冷却速率为23℃/s，终冷温度为560℃；随后进行第二阶段冷却，冷却速率为12℃/s，终冷温度为460℃。钢板综合力学性能见下表2所示。
本发明的热轧钢板壁厚为25~35mm，其金相组织由针状铁素体构成的第一相，和包含粒状贝氏体、残余奥氏体、马氏体中的一种或多种组分的第二相；第一相所占比例为60~80%，参照附图。钢板力学性能如下表2所示。
表2 钢板力学性能
本发明的优点在于，所述的油气管道加压站场用热轧钢板-40℃横向V型缺口夏比冲击功达到360J以上，-35℃落锤(DWTT)性能达到85%以上；产品可广泛应用于对低温韧性要求较高的油气管道加压站场工程。
Claims (2)
1.一种油气管道加压站场用热轧钢板的制备方法，包括冶炼、连铸、轧制、冷却工序，其特征在于，在工艺中控制如下技术参数：
(1)连铸坯厚度/成品钢板厚度为：10～14，成品钢板宽度/连铸坯宽度为：1～1.6；连铸坯经粗轧展宽后铸坯厚度/成品钢板厚度为：9～13，粗轧展宽后轧制速度为：1～1.2m/s，粗轧最后一道次压下率：15～30％；精轧阶段总压下率：60～75％，精轧最后一道次压下率：8～15％；
(2)钢板分两阶段进行控冷，第一阶段开冷温度为760～820℃，冷却速率为20～30℃/s，终冷温度为550～590℃；随后进行第二阶段冷却，冷却速率为10～20℃/s，终冷温度为450～500℃；通过先强后弱的两阶段冷却方式充分细化晶粒，并控制金相组织构成；
所述钢板化学成分为：C：0.03～0.08％，Si：0.10～0.45％，Mn：1.40～1.80％，P：≤0.015％，S：≤0.005％，Alt：0.01～0.06％，Nb：0.03～0.09％，V：0.02～0.06％，Ti：0.005～0.014％，N：≤0.008％，H：≤0.0002％；余量为Fe和不可避免杂质元素，均为重量百分数；
所述钢板由针状铁素体构成的第一相，由粒状贝氏体、残余奥氏体、马氏体中的一种或多种构成的第二相；第一相所占比例为60～80％。
2.如权利要求1所述的热轧钢板的制备方法，其特征在于，在上述的钢板化学成分中还含有Ni：0.00～0.50％，Cr：0.15～0.35％，Cu：0.00～0.30％中的1～3种。
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