CN103667911A - 低屈强比x100高钢级管线钢热轧钢板及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低屈强比X100高钢级管线钢热轧钢板，属于微合金钢生产技术领域。其钢板按重量百分比由如下化学成分组成：C：0.03～0.08，Si：0.10～0.50，Mn：1.50～2.00，P≤0.010，S≤0.005，Nb：0.040～0.060，Ti：0.015～0.040，Ni：0.15～0.40，Mo：0.15～0.40，Alt：0.01～0.05，其余为Fe及不可避免的杂质。本发明还公开了该钢板的制备方法。该方法获得的产品屈服强度达到700MPa以上，抗拉强度达到900MPa以上，屈强比不大于0.85，焊接裂纹敏感系数不大于0.19，产品具有高强韧性和低焊接裂纹敏感系数。

Description

低屈强比X100高钢级管线钢热轧钢板及其制造方法

技术领域

本发明属于微合金钢领域，具体涉及一种低屈强比X100高钢级管线钢热轧钢板及其制造方法。

背景技术

X100管线钢是宽厚板产品中开发难度较大的产品，主要用于制作直缝埋弧焊管，应用于各类油气输送管道。目前管线工程的发展趋势是大管径、高压富气输送、高寒和腐蚀的服役环境，因此，现代管线钢应具有高强度、低包辛格效应、高韧性、抗脆性断裂、低焊接碳当量、良好焊接性以及抗腐蚀性能。

目前，优化的生产策略是最大限度的提高钢的洁净度和组织均匀性，使钢中C≤0.09%、S≤0.005%、P≤0.01%、O≤0.002%，并采取复合微合金化、LF精炼、RH真空脱气、连铸轻压下、热机械轧制及加速冷却等工艺来得到具有高强度同时保持高韧性的管线钢产品。

申请号为96190145.4、发明名称为“具有低屈服比和优良低温韧性的高强度干线用管钢”的中国发明专利申请中热轧终止温度为650～800℃，较低的轧制温度对高强度管线钢板型控制非常不利，并增加了热矫直的道次数，降低生产效率，而且从实例中所列举性能来看，强度性能不能满足X100管线钢标准要求。目前国内没有同时保证X100高钢级管线钢强度性能和低屈强比的相关专利和文献报道。

为了提高输送效益，降低能耗，管线钢向高强度高韧性和优良焊接性能的高钢级管线钢发展已成为必然趋势。随着钢级提高管线钢材料的屈服强度和抗拉强度均有不同程度提高，而屈服强度提高更快，当屈服强度达到X100级别时，屈强比一般达到0.95左右。屈强比升高意味着材料的形变强化幅度相对减小，形变强化指数也相应减小，这对管线安全性是不利的。屈服强度是管线钢的重要性能之一，也是管道设计所必须考虑的最重要的因素。但是屈强比偏高不利于管线安全，而屈强比偏高的问题在高级别管线钢中普遍存在。

发明内容

针对现在技术的不足，本发明的目的在于提供一种低强屈比X100高钢级管线钢热轧钢板及其制造方法，该管线钢产品屈强比低，同时具有高强韧性和良好的可焊性。另外，本发明采用TMCP（Thermo Mechanical ControlProcess，热机械控制工艺）+回火工艺，其设计合理，在不影响X100可焊性的情况下，降低X100的屈强比，使屈强比≤0.85，远低于标准屈强比≤0.97的要求。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种低屈强比X100高钢级管线钢热轧钢板，按重量百分比由如下化学成分组成：

C：0.03～0.08%，Si：0.10～0.50%，Mn：1.50～2.00%，P≤0.010%，S≤0.005%，Nb：0.040～0.060%，Ti：0.015～0.040%，Ni：0.15～0.40%，Mo：0.15～0.40%，Alt：0.01～0.05%，其余为Fe及不可避免的杂质。

优选地，上述低屈强比X100高钢级管线钢热轧钢板按重量百分比由如下化学成分组成：

C：0.04%、Si：0.20%、Mn：1.90%、P：0.008%、S：0.001%、Nb：0.056%、Ti：0.025%、Ni：0.22%、Mo：0.23%、Alt：0.029%，其余为Fe及不可避免的杂质。

上述低屈强比X100高钢级管线钢热轧钢板的制造方法，依次包括铁水预处理、转炉冶炼、炉外精炼、连铸、板坯加热、除鳞、轧制、冷却以及回火步骤；其中：

在所述板坯加热步骤中，板坯加热温度为1150℃～1250℃；

在所述轧制步骤中，采用双机架可逆式宽厚板轧机进行轧制，在奥氏体再结晶区完成粗轧，所述粗轧的纵轧末道次压下率不低于25%，示例性地可以为26%、30%、35%，粗轧终轧温度控制在1000～1120℃；在奥氏体未再结晶区完成精轧，精轧时累积压下率不低于60%，示例性地可以为70%、75%、80%，精轧开轧温度为900～980℃，示例性地可以为900～910℃、920～930℃、950～980℃、970℃、950℃，精轧终轧温度为800℃～900℃，示例性地可以为810～830℃、850～860℃、870～880℃、890℃、825℃；

在所述冷却步骤中，冷却速度为15℃/s～25℃/s，示例性地可以为15℃/s～18℃/s、18℃/s～20℃/s、22℃/s～25℃/s、16℃/s、18℃/s、24℃/s，冷却终止温度在250～500℃范围，示例性地可以为250～260℃、300～350℃、355～380℃、400～450℃、470～500℃、255℃、310℃、360℃、380℃、430℃、460℃、490℃；

在所述回火步骤中，回火温度为200～500℃，示例性地可以为220～260℃、320～350℃、355～380℃、400～450℃、480～500℃、210℃、260℃、320℃、370℃、430℃、460℃、490℃，回火保温时间为20～30min，示例性地可以为22min、25min、27min、28min、29min。

在所述板坯加热步骤中，所述板坯加热的时间优选不低于8min/cm，更优选为8-10min/cm，加热时间只要保证将板坯烧匀烧透，各点温度差≤20℃即可。所述板坯加热具体可以为：

采用冷装，加热时间为8min/cm，要求将钢坯烧匀烧透，各点温度差≤20℃。入炉板坯加热制度具体要求见表1。

表1加热参数

所述除磷可以为高压水除磷。

在所述轧制步骤中，所述轧制时的粗轧采用单道次大压下制度，至少保证末道次压下率不低于25%，优选地，中间坯厚为成品的3.5倍以上，比如3.5-5倍、6倍、4倍。更优选地，所述末道次压下率为25-60%，所述中间坯厚为成品的3.5-5倍。精轧时累积压下率不低于60%，优选为60%-80%，精轧开轧温度优选为920～980℃，精轧终轧温度优选为850～880℃。

所述冷却为加速冷却，可以详细的描述为：控制“水凸度”，保证钢板在宽度方向上的冷却均匀性；控制冷却速率、头尾部遮挡、冷却结束温度和钢板的摆动，保证钢板在长度方向上冷却的均匀性。冷却参数控制可以如下：冷却开始温度760～800℃，冷却结束温度250～500℃，冷却速率15～25℃/s。也可以说，所述加速冷却时的开始温度优选为760～800℃。更优选地，所述冷却结束温度为300～400℃，冷却速率为20-25℃/s。

所述回火的温度优选为300～400℃，回火保温时间为20～25min。

在所述冷却步骤和所述回火步骤之间还包括矫直步骤，其中钢板终矫温度不高于450℃。注意保持矫直机、辊道等设备的良好状态，避免钢板划伤、压痕等缺陷。根据实际板形情况，确定矫直道次。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：本发明制备的管线钢热轧钢板屈强比低，同时具有高强韧性和良好的可焊性。另外，本发明采用铸坯加热、高压水除鳞、双机架可逆式宽厚板轧机奥氏体再结晶区、未再结晶区轧制、加速冷却，并侧重采用回火热处理工艺生产低屈强比X100高钢级管线钢，能够获得屈服强度达到700MPa以上，抗拉强度达到900MPa以上，屈强比不大于0.85的X100高钢级管线钢热轧钢板。其钢板性能满足API5L标准要求。该钢板焊接裂纹敏感系数Pcm不大于0.19，产品具有高强韧性和焊接裂纹敏感系数比较低。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明，但本发明并不限于此。以下百分比均为重量百分比。

实施例1：制备厚度20mm的低屈强比X100高钢级管线钢热轧钢板

该钢板的化学成分wt%如下：

C：0.04、Si：0.20、Mn：1.90、P：0.008、S：0.002、Nb：0.056、Ti：0.025、Ni：0.22、Mo：0.23、Alt：0.029，其余为Fe及不可避免的杂质。

上述化学成分的钢板的制备方法如下：依次包括铁水预处理、120吨转炉冶炼、炉外精炼、连铸成250mm×1800mm×2850mm的连铸坯，铸坯加热、高压水除鳞、双机架可逆式4300mm宽厚板轧机轧制、加速冷却、热矫直、回火热处理。其中，铁水预处理、120吨转炉冶炼、炉外精炼、连铸、高压水除鳞为本领域常规技术，在此处不再重复阐述，下面对不同于现有技术的工艺步骤进行详细说明，具体如下：

1）板坯加热

装炉方式：采用冷装，加热参考时间按8min/cm。要求将钢坯烧匀烧透，各点温度差≤20℃。入炉板坯加热制度具体要求见表1。

2）轧制

在奥氏体再结晶区完成粗轧，所述粗轧为纵轧，采用单道次大压下制度，至少保证末道次压下率不低于25%，中间坯厚为成品厚度的4倍，粗轧终轧温度为1100℃。精轧时累积压下率不低于60%，但不高于80%，精轧开轧温度为940℃,精轧终轧温度为830℃。

3）控冷制度

控制“水凸度”，保证钢板在宽度方向上的冷却均匀性；控制冷却速率、头尾部遮挡、冷却结束温度和钢板的摆动，保证钢板在长度方向上冷却的均匀性。冷却参数控制如下：冷却开始温度760～800℃，冷却结束温度380℃，冷却速率25℃/s。

4）矫直制度

终矫温度不高于450℃。注意保持矫直机、辊道等设备的良好状态，避免钢板划伤、压痕等缺陷。根据板形情况，确定矫直道次，采用本发明方法矫直道次为1～3次即可。

5）回火工艺

回火温度450℃，回火保温时间24min。

本实施例1制得的钢板的有关性能参数列于表2中。

实施例2：制备厚度18mm的低屈强比X100高钢级管线钢热轧钢板

该钢板的化学成分如下：

C：0.05、Si：0.23、Mn：1.80、P：0.009、S：0.001、Nb：0.056、Ti：0.024、Ni：0.22、Mo：0.23、Alt：0.029，其余为Fe及不可避免的杂质。

上述化学成分的钢板的制备方法如下：包括铁水预处理、120吨转炉冶炼、炉外精炼、连铸成250mm×1800mm×2850mm的连铸坯，铸坯加热、高压水除鳞、双机架可逆式4300mm宽厚板轧机轧制、加速冷却、热矫直、回火热处理，具体如下：

1）板坯加热

装炉方式：采用冷装，加热参考时间按8min/cm。要求将钢坯烧匀烧透，各点温度差≤20℃。入炉板坯加热制度具体要求见表1。

2）轧制

在奥氏体再结晶区完成粗轧，所述粗轧为纵轧，采用单道次大压下制度，至少保证末道次压下率不低于25%，中间坯厚为成品厚度的4倍，粗轧终轧温度为1100℃。精轧时累积压下率不低于60%，但不高于80%，精轧开轧温度为950℃,精轧终轧温度为840℃。

3）控冷制度

控制“水凸度”，保证钢板在宽度方向上的冷却均匀性；控制冷却速率、头尾部遮挡、冷却结束温度和钢板的摆动，保证钢板在长度方向上冷却的均匀性。冷却参数控制如下：冷却开始温度760～800℃，冷却结束温度480℃，冷却速率25℃/s。

4）矫直制度

终矫温度不高于450℃。注意保持矫直机、辊道等设备的良好状态，避免钢板划伤、压痕等缺陷。根据板形情况，确定矫直道次。

5）回火工艺

回火温度400℃，回火保温时间22min。

本实施例2制得的钢板的有关性能参数列于表2中。

表2X100高钢级管线钢热轧钢板的性能检验结果

从表2中可以看出，采用本发明方法得到的钢板性能满足API5L-2009标准要求。同时保证X100高钢级管线钢强度性能和低屈强比。

表2中相应性能参数的测定方法参见ASTM A370。

应当理解，这些实施例的用途仅用于说明本发明而非意欲限制本发明的保护范围。此外，也应理解，在阅读了本发明的技术内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动、修改和/或变型，所有的这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低屈强比X100高钢级管线钢热轧钢板，其特征在于，按重量百分比由如下化学成分组成：

C：0.03～0.08%，Si：0.10～0.50%，Mn：1.50～2.00%，P≤0.010%，S≤0.005%，Nb：0.040～0.060%，Ti：0.015～0.040%，Ni：0.15～0.40%，Mo：0.15～0.40%，Alt：0.01～0.05%，其余为Fe及不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的低屈强比X100高钢级管线钢热轧钢板，其特征在于，按重量百分比由如下化学成分组成：

C：0.04%、Si：0.20%、Mn：1.90%、P：0.008%、S：0.001%、Nb：0.056%、Ti：0.025%、Ni：0.22%、Mo：0.23%、Alt：0.029%，其余为Fe及不可避免的杂质。

3.权利要求1或2所述低屈强比X100高钢级管线钢热轧钢板的制造方法，依次包括铁水预处理、转炉冶炼、炉外精炼、连铸、板坯加热、除鳞、轧制、冷却以及回火步骤；其特征在于，

在所述板坯加热步骤中，板坯加热温度为1150℃～1250℃；

在所述轧制步骤中，采用双机架可逆式宽厚板轧机进行轧制，在奥氏体再结晶区完成粗轧，所述粗轧的纵轧末道次压下率不低于25%，粗轧终轧温度控制在1000～1120℃；在奥氏体未再结晶区完成精轧，精轧时累积压下率不低于60%，精轧开轧温度为900～980℃，精轧终轧温度为800℃～900℃；

在所述冷却步骤中，冷却速度为15℃/s～25℃/s，冷却终止温度为250～500℃；

在所述回火步骤中，回火温度为200～500℃，回火保温时间为20～30min。

4.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，所述板坯加热的时间为8-10min/cm。

5.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，在所述轧制步骤中，中间坯厚为成品钢板的3.5-5倍。

6.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于，所述末道次压下率为25-60%。

7.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，在所述轧制步骤中，所述精轧时累积压下率为60～80%，精轧开轧温度为920～980℃，精轧终轧温度为850～880℃。

8.如权利要求3所述的低屈强比X100高钢级管线钢的制造方法，其特征在于，所述冷却速度为20℃/s～25℃/s，冷却终止温度300～400℃；优选地，所述冷却开始温度为760～800℃。

9.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，所述回火步骤中的回火温度为300～400℃，回火保温时间为20～25min。

10.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，在所述冷却步骤和所述回火步骤之间还包括矫直步骤，其中钢板终矫温度不高于450℃。