CN103468905B - 一种485MPa级管线钢热轧卷板及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种485MPa级管线钢热轧卷板及其制造方法，其化学成分wt%为：C0.040%-0.070%、Si0.10%-0.35%、Mn1.76%-1.95%、Nb0.040%-0.080%、Cr0.20%-0.35%、V0.030%-0.060%、Ti0.005%-0.025%、Als0.015%-0.045%、P≤0.018%、S≤0.003%。LF炉轻脱硫并进行钙处理，连铸采用电磁搅拌或动态轻压下，连铸板坯加热至1150-1200℃出炉；粗轧终轧温度980-1050℃，精轧温度780-960℃，精轧压缩比大于75%；卷板以8-30℃/s的速度快速冷却，卷取温度450-550℃。本发明合金设计简单，贵重元素用量少，可大幅降低生产成本，缩短生产周期，卷板强韧性匹配良好，低温韧性优异，完全满足APISPEC5L规范及中石油、中石化通用技术条件要求。

Description

一种485MPa级管线钢热轧卷板及其制造方法

技术领域

本发明属于高强度低合金钢冶金领域，尤其涉及一种油气输送管用485MPa级管线钢热轧卷板及其制造方法。适用于螺旋埋弧焊管用低成本厚规格(≥13mm)485MPa级(对应API5L45版中X70/X70M/L485/L485M等钢级)热轧卷板及其制造方法。

背景技术

日益增长的巨大能源需求刺激了管道建设的快速发展，为降低成本，提高输送效率，管道建设不断向大口径、高压力方向发展。为确保输送的稳定性和安全性，要求不断提高钢级和壁厚，国内外重要管道干线已广泛采用厚度≥13mm的485MPa级及以上钢级管线钢，特别是2000年以来，随着国内西气东输一线、川气东送等重大工程的建设，国内485MPa级管线钢研发已达到国际先进水平。

国内外生产厚规格485MPa级管线钢的成熟技术多为采用C-Mn-Mo-Nb系合金设计，成分中多含大量Mo、Ni、Cu等贵重元素，不仅提高了生产成本，且耗费了大量贵金属资源。

生产厚规格485MPa级管线钢的技术关键是在保证产品性能满足技术条件要求的基础上，实现低成本、高强度、高低温韧性。迄今为止，已有多个涉及485MPa级管线钢的文献和发明专利。

中国专利申请号201210022429.1提供了一种低成本高强韧性X70管线钢卷板及其生产方法，其成分中含0.05％-0.12％的Mo，不含V，成本偏高，工艺上采取低温卷取，从实施例上看，均小于450℃，只能适用具备强力卷取机设备的厂家，适用范围受限。

中国专利申请号200810079325.8公开了一种低成本高性能X70管线钢卷板及生产方法，采用70-90mm厚的薄板坯生产厚度小于12mm的X70卷板，成分中未添加任何有效淬透性合金元素，如果生产厚规格产品则无法保证强度和低温韧性，另外该产品中未添加Ti，在高温再加热和焊接过程中无法有效抑制奥氏体晶粒的粗化。

中国专利申请号200910013129.5提供的一种低成本生产厚壁X70管线钢卷板的方法，成分中含0.05％-0.30％的Mo，1.58％-1.68％的Mn，不含V，且其实施例中均含一定的Ni，成本偏高。

中国专利申请号200710038397.3公开的一种经济型X70管线钢及其生产方法，则没有明确产品的厚度范围，从提供的实施例可推断在其较厚规格的产品中添加了0.35％的Mo、0.15％的Cu和0.35％的Ni等贵重合金，且成分设计不含V，碳当量均在0.32以下，虽可具备优异的焊接性能，但很难保证产品强度指标。因为据国内外成熟生产经验表明，X70钢级管线钢碳当量应在0.35-0.45为宜，设计明显不合理，另外该专利工艺上需板坯精整，无法实现热装热送，浪费能源且提高生产成本。

中国专利申请号200910237313.8公开了一种管线用钢X70热轧卷板及其制造方法，该专利成分中含0.10％-0.15％的Mo，0.10％-0.15％的Ni，0.15％-0.20％的Cu，成本高。

论文“西气东输工程用大口径X70输气管线用板卷的研制”(钢铁研究学报，郑磊、高珊，2006，18(3))中，只明确给出了C、Mn成分，其中Mn含量低于1.60％，其他元素中包括Mo、Ni、Cu等贵重元素，因而其成本偏高。

目前公开的485MPa级管线钢文献和专利虽多，但合金设计中多含大量贵重元素Mo、Ni、Cu等，成本较高；大多数专利采用200mm以上厚连铸板坯，压下量大，组织及性能控制相对容易，技术难度偏低；另外还有部分专利须板坯下线，热能损失大，浪费能源且提高生产成本。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中合金设计添加大量贵重元素，造成生产成本高并浪费贵金属资源的问题，进而提供一种工艺简单，节省能源，可缩短生产周期，提高效率，降低生产成本的厚规格485MPa级管线钢热轧卷板及其制造方法。

为此，本发明所采取的解决方案是：

一种485MPa级管线钢热轧卷板，其化学成分wt％为：C0.040％-0.070％、Si0.10％-0.35％、Mn1.76％-1.95％、Nb0.040％-0.080％、Cr0.20％-0.35％、V0.043％-0.060％、Ti0.005％-0.025％、Als0.015％-0.045％、P≤0.018％、S≤0.003％，余量为Fe和不可避免杂质；且Ceq0.38％-0.45％，Pcm≤0.19％。

一种485MPa级管线钢热轧卷板的制造方法，其具体方法为：

1、冶炼连铸工艺：

铁水预处理，转炉冶炼采取顶吹或顶底复合吹炼，炉外精炼经RH真空处理，LF炉轻脱硫处理及进行钙处理，连铸采用电磁搅拌或动态轻压下，铸坯厚度200mm以下。

2、轧制工艺：

连铸板坯在500-850℃温度直接进行热装炉加热，连铸板坯经步进式加热炉加热至1150-1200℃出炉；粗轧及精轧机组两阶段控制轧制，粗轧终轧温度为980-1050℃，精轧开轧温度910-960℃，精轧终轧温度780-830℃，精轧的压缩比大于75％；卷板采用层流冷却方式以8-30℃/s的速度进行快速冷却，在450-550℃进行卷取。

本发明485MPa级管线钢的成分采用C-Mn-Nb-V-Cr系设计，同时采用微Ti处理，结合热机械控制轧制生产工艺获得细小的针状铁素体组织，以保证产品具优异的综合性能，其主要元素的选择理由如下：

C：是钢中最经济、最基本、最有效的强化元素，通过固溶强化和析出强化对提高钢的强度有明显作用，但过高的碳含量对产品的冲击韧性和焊接性能有负面影响，低碳可保证管线钢具有良好的低温韧性、可焊性和抗腐蚀性能。本发明的碳含量为0.040％-0.070％。

Si：脱氧元素，固溶于铁素体以提高钢的强度，但同时要损失塑性和韧性，本发明的Si含量为0.10％-0.35％。

Mn：锰具有固溶强化作用，还可降低γ－α相变温度，进而细化铁素体晶粒，同时补偿因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。高锰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，细化碳氮化物析出尺寸，促进沉淀强化效果，但锰含量过高偏析严重。本发明的锰含量为1.76％-1.95％。

Nb：是现代微合金化管线钢中进行控制轧制的最主要元素，NbC应变诱导析出阻碍形变奥氏体的回复、再结晶，降低相变温度，促进针状铁素体组织和M-A岛的形成。Nb可通过细晶强化、析出强化、沉淀强化、相变强化等多中强化机制提高钢的性能，但Nb为贵重元素且加入到一定量后强化效果不再明显，故本发明的铌含量为0.040％-0.080％。

V：具有较高的析出强化作用和较弱的细晶强化作用，在Nb、V、Ti复合加入时，V主要通过铁素体中C、N化合物的析出起强化作用，添加量太低，效果不明显，太高则效果饱和同时降低焊接性，故本发明的钒含量为0.030％-0.060％。

Cr：铬可有效提高淬透性，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Mo的作用类似，但价格上要远远低于Mo，本发明的铬含量为0.20％-0.35％。

Ti：是强的固氮元素，Ti/N的化学计量比为3.42。加入0.015％左右Ti时，可在板坯连铸时形成高温稳定细小的TiN析出相，这种析出相可有效阻止连铸坯在加热过程中奥氏体晶粒的长大，同时对改善钢焊接时热影响区的断裂韧性有明显作用。本发明的Ti含量控制在0.005％-0.025％。

Als：脱氧元素，添加适量的铝可形成细小弥散的AlN粒子，有利于细化晶粒，提高钢的强韧性能，本发明的Als含量控制在0.015％-0.045％。

P、S：是钢中不可避免的杂质元素，希望越低越好，但要求过低会增加生产成本，本发明的P≤0.018％、S≤0.003％。

Ceq：碳当量过低说明强化元素含量不足，则产品很难获得理想的强度，过高则不利于产品的韧性，本发明的Ceq控制在0.38％-0.45％。

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

本发明的有益效果为：

本发明采用C-Mn-Nb-V-Cr系设计的485MPa级管线钢，合金设计简单，贵重元素少量添加或不添加，可大幅降低生产成本。本发明工艺简单，节省能源，可缩短生产周期，提高效率，结合中薄板坯短流程连铸连轧生产工艺轧制成卷板，产品组织为均匀细小的针状铁素体组织，强韧性匹配良好，-20℃条件下低温韧性仍极为优异，完全满足APISPEC5L规范及中石油、中石化通用技术条件要求，通过螺旋埋弧焊方式制成焊管，可广泛应用到油气输送管道建设上，具备突出的经济效益和良好的社会效益。

具体实施方式

本发明工艺流程为：铁水预处理—转炉冶炼—炉外精炼(RH+LF+钙处理)—连铸—板坯加热－轧制－层流冷却—卷取。表1为实施例钢的化学成分。

表1实施例钢化学成分(wt％)

注：Ceq＝C+Mn/6+(Mo+V+Cr)/5+(Ni+Cu)/15

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

实施例轧钢工艺制度见表2。

表2实施例钢工艺制度

表3为实施例钢的力学性能。

表3实施例钢的力学性能

注：拉伸试验、夏比冲击试验和落锤撕裂试验(DWTT)试样的取样方向与轧制方向成30°方向。

Claims (1)

1.一种485MPa级管线钢热轧卷板的制造方法，其特征在于，其化学成分wt％为：C0.040％-0.070％、Si0.10％-0.35％、Mn1.76％-1.95％、Nb0.040％-0.080％、Cr0.20％-0.35％、V0.043％-0.060％、Ti0.005％-0.025％、Als0.015％-0.045％、P≤0.018％、S≤0.003％，余量为Fe和不可避免杂质；且Ceq0.38％-0.45％，Pcm≤0.19％；

(1)、冶炼连铸工艺：

铁水预处理，转炉冶炼采取顶吹或顶底复合吹炼，炉外精炼经RH真空处理，LF炉轻脱硫处理及进行钙处理，连铸采用电磁搅拌或动态轻压下，铸坯厚度200mm以下；

(2)、轧制工艺：

连铸板坯在500-850℃温度直接进行热装炉加热，连铸板坯经步进式加热炉加热至1150-1200℃出炉；粗轧及精轧机组两阶段控制轧制，粗轧终轧温度为980-1050℃，精轧开轧温度910-960℃，精轧终轧温度780-830℃，精轧的压缩比大于75％；卷板采用层流冷却方式以8-30℃/s的速度进行快速冷却，在450-550℃进行卷取。