CN103882334B - 一种输气直缝焊管用x70平板及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种输气直缝焊管用X70平板及其生产方法，C0.06%～0.10%，Si0.10%～0.35%，Mn1.50%～1.80%，Nb0.04%～0.07%，Ti0.008%～0.030%，Als0.02%～0.045%，Ni≤0.20%、Cr≤0.20%、Cu≤0.20%，V0.020%～0.048%，余为铁。板坯加热1160～1280℃；粗轧1030～1180℃，前三道有一道压下20%以上，后三道有一道不小于15%；精轧810～980℃，前三道有一道压下20%以上，后三道有一道不小于7%，升速轧制；轧后冷速15～30℃/s，终冷300～450℃，之后空冷；三道矫直。解决轧制抗力和矫直抗力大等问题，并能保证超宽板的板形和获得超细晶、高强度、高韧性良好的综合性能。<!--1-->
Description
技术领域
本发明属于低碳微合金钢生产技术领域，主要涉及高压、大口径石油天然气输送管道用高强度超宽X70管线钢热轧平板技术，特别涉及制造Φ1422mm输气直缝焊管用的X70平板及其制造方法。
背景技术
管线运输是长距离输送石油、天然气最经济、最方便、最主要的运输方式。为了降低长距离输送石油和天然气管线的建设投资和运营成本，提高输送效率，长距离油气输送管道向大管径、高压力方向发展;特别是西气东输一线~七线的规划及可施工线路土地资源的紧张，使得Φ1422mm大口径输气直缝焊管成为发展趋势；X70已是本世纪输气主管线的主导钢材，具有优异的抗延性断裂性能。能够用于制造Φ1422mm输气直缝焊管的X70钢成为未来的发展方向。要制造Φ1422mm口径钢管，钢板宽必须大于4465mm，那么未切边前钢板的宽度至少要保证4750mm以上。但是随着X70钢板宽度的增大，轧制难度大大增加。首先轧机负荷、辊道速度、矫直能力、钢板温度、钢板性能均匀性、板形控制、表面质量、残余应力分布等等都面临着严峻考验。这些性能的提高主要取决于钢中碳、磷、硫等杂质的含量、钢中合金元素的含量以及冶炼、轧制等生产过程工艺参数的控制。
目前，国内外生产超宽X70管线钢的报导甚少。论文“超宽管线钢X70的轧制工艺研究”（《宽厚板》2010.1）中提到的X70是3830mm宽，并且不保证DWTT性能。X70典型化学成分通常采用C-Mn-Mo-Nb系列，Mo的主要作用是扩大γ相区，推迟γ-α的转变温度，促进针状铁素体的形成。但钼属于贵重金属，其价格昂贵，所以采用该种合金化法生产的管线钢成本高，耗费大量的贵重金属资源，同时Mo具有红硬性，提高了钢的高温抗力，不利于超宽板的轧制。
公告号为CN1746326，名称为“具有高止裂韧性的针状铁素体型X70管线钢及其制造方法”的中国专利添加了Mo元素。
公告号为CN1403616，名称为“低碳低合金钢和管”的中国专利成分相对复杂，且加入了B合金元素，炼钢工序复杂，成本高。
公开号为JP11080833，名称为“具有优良抗HIC性能的高强度管线管用钢板产品”的日本专利对P,S等杂质元素含量要求严格，对炼钢要求严，增加了炼钢成本。
公开号为JP57126959A，名称为“高强度高韧性具有优良止裂性能的管线钢-C、Mn,、Cu、Ni、Cr、A1、Ca,、Nb、V、Ti等”的日本专利，其C含量低，需添加更多的Mn，制造成本高，且要求Pcm指数大于0.16，为此必须添加更多的合金元素，并导致焊接性能降低。
公开号为KR2003053754A，名称为“高强度管线钢的制造方法，包括板坯加热、热轧和卷取”的韩国专利涉及具有抗HIC优良性能的高强度管线钢的制造，其为卷板，且对P,S等元素含量要求严格，增加了炼钢生产的难度和制造成本。
公开号为CN101270440A，名称为“一种经济型X70管线钢及其生产”的中国专利为卷板，且含有Mo。
以上专利文献公开的钢和钢管虽然达到了高强度，有的还具有优良的抗HIC性能，但是，它们或者是卷板，或者是生产成本比较高，并且都未提及超宽板。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术所存在的不足，提供一种用于制造Φ1422mm输气X70直缝焊管的超宽平板及其生产方法。无需热处理就能满足超宽X70钢板的技术要求，解决轧制抗力和矫直抗力大等问题，并能保证超宽板的板形和获得超细晶、高强度、高韧性良好的综合性能。
本发明的目的是这样实现的，该用于制造Φ1422mm输气直缝焊管的X70平板的化学成分重量百分比为：C0.06%～0.10%，Si0.10%～0.35%，Mn1.50%～1.80%，P≤0.020%，S≤0.005%，Nb0.04%～0.07%，Ti0.008%～0.030%，Als0.02%～0.045%，Ni≤0.20%、Cr≤0.20%、Cu≤0.20%，V0.020%～0.048%，余量为铁和不可避免的杂质。
本发明平板主要元素的作用如下：
碳：随着碳含量增加，钢的强度增加而韧性、焊接性能降低。但由于控轧控冷工艺和微合金化技术的日趋成熟，同时为改善焊接热影响区（HAZ）的性能，钢中的碳含量逐渐降低，X70钢级管线钢的碳含量应在0.06%～0.10%为宜。
锰：有固溶强化作用，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。还可降低γ-α相变温度,进而细化铁素体晶粒。Mn还可提高韧性、降低韧脆转变温度。由于Mn抑制珠光体的形成，同时促进针状铁素体形成，因而要获得X70钢级，Mn含量应在1.50%～1.80%可以有效控制针状铁素体量。
铌：可延迟奥氏体再结晶、降低相变温度，通过固溶强化、相变强化、析出强化等机制来获得要求的性能。0.04%～0.07%Nb钢，配合合理的轧制工艺，可以获得均匀的以针状铁素体组织为主的复合相和良好韧性。
钛：添加微量Ti后，脆化温度区消失。这是因为在奥氏体高温区，TiN比Nb(N,C)更易生成，所以N被TiN固定在奥氏体高温区，Nb析出物从Nb(N,C)变成了在奥氏体低温区和γ+α双相区难以析出的NbC。
硫、磷：是钢中不可避免的杂质元素，及Ca处理对硫化物进行夹杂物形态控制，希望越低越好。通过低硫(小于50ppm)可使管线钢具有高的冲击韧性。
铜、镍：可通过固溶强化作用提高钢的强度，同时Cu还可改善钢的耐蚀性，Ni的加入主要是改善Cu在钢中易引起的热脆性，且对韧性和强度有益，但铜、镍的加入都会造成成本的大大上升，有效合理地利用尤为重要。
铬：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针状铁素体。
钒：钒的碳氮化物在铁素体中以细小弥散形式均匀析出，可以显著提高材料的屈服强度和抗拉强度，但过高会增加合金成本，合适的范围是0.020%-0.048%。
本发明用于制造Φ1422mm输气直缝焊管的超宽X70平板的生产方法包括铁水预处理、冶炼、炉外精炼、连铸，板坯加热温度为1160～1280℃；热轧粗轧温度区间为1030～1180℃，粗轧不多于八道，道次压下制度是前三道有一道保证压下率在20%以上，后三道有一道不小于15%15%；精轧温度区间810～980℃，精轧不多于十二道，道次压下制度是前三道有一道保证压下率在20%以上，后三道保证有一道不小于7%，升速轧制。通过两阶段轧制使奥氏体晶粒细化并有一定程度的预变形以降低相变后的晶粒尺寸。轧后进行控制冷却，终冷温度区间300～450℃，控制冷却速度15～30℃/s，随后空冷到室温。再进行三道矫直，导入辊位置-1.4mm~-3.5mm，导出辊位置-2.1mm~-5.1mm。上述成分的钢种通过该工艺轧制可获得以针状铁素体为主的复相组织超宽X70平板能够用于制造Φ1422mm输气X70直缝焊管。
与现有技术相比：
1、本发明设计的成分合理，且合金加入量低，Cu、Ni加入量比较低，同时不必加入Mo，大大降低了合金成本和高温抗力，有利于提高道次压下量，有利于超宽X70板的综合性能。
2、本发明工艺的粗轧、精轧、终冷的温度区间较高，道次分配合理，大大降低了轧制抗力和矫直抗力，提高轧机和矫直机的作业率，降低了生产难度，对保护设备有利。
3、本发明可以获得以针状铁素体为主的复合组织，具有良好的低温韧性，同时保证了超宽板的板形和表面质量控制。
附图说明
图1为本发明高强度超宽X70平板试样的透射电镜组织照片。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明做进一步的说明。
本发明实施例的化学成分见表1，本发明实施例的制备工艺见表2和表3，其性能检验结果见表4。图1为按实施例3所获得的钢板的组织形貌。
表1高强度超宽X70管线钢热轧平板化学成分（wt%）
| 实施例 | C | Si | Mn | P | S | Cu | Ni | Cr | Nb | Ti | Als | V | Pcm |
| 1 | 0.061 | 0.20 | 1.78 | 0.011 | 0.003 | -- | 0.16 | 0.12 | 0.06 | 0.015 | 0.020 | 0.036 | 0.144 |
| 2 | 0.065 | 0.29 | 1.77 | 0.019 | 0.003 | -- | -- | 0.20 | 0.04 | 0.013 | 0.040 | 0.035 | 0.153 |
| 3 | 0.081 | 0.26 | 1.59 | 0.013 | 0.002 | 0.10 | 0.16 | -- | 0.07 | 0.019 | 0.030 | 0.020 | 0.142 |
| 4 | 0.070 | 0.33 | 1.70 | 0.018 | 0.003 | 0.10 | -- | -- | 0.07 | 0.008 | 0.040 | 0.31 | 0.163 |
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| 6 | 0.080 | 0.33 | 1.70 | 0.018 | 0.003 | -- | -- | -- | 0.07 | 0.027 | 0.025 | 0.048 | 0.185 |
表2高强度超宽X70管线钢热轧平板制备工艺
表3高强度超宽X70管线钢热轧平板压下制度分配
表4高强度超宽X70管线钢热轧平板性能
注：拉伸、冲击为横向；拉伸试样直径为12.7mm，标距长度50.8mm；
夏比冲击试样尺寸为10×10×55mm;横向冷弯d=2a，180°，完好。
可见，与现有技术相比，本发明的超宽X70管线钢成分简单，尤其是实施例中当Pcm较低时，也得到了X70钢级的强度，本发明生产的X70管线钢均具有优良的力学性能，同时保证钢具有优良的成型性、焊接性能，可用于制造大口径Φ1422mmX70管线钢管。
Claims (1)
1.一种输气直缝焊管用X70平板的生产方法，其特征在于：钢的化学成分重量百分比为：C0.06％～0.10％，Si0.10％～0.35％，Mn1.77％～1.80％，P≤0.020％，S≤0.005％，Nb0.04％～0.07％，Ti0.008％～0.030％，Als0.02％～0.045％，Ni≤0.20％、Cr≤0.20％、Cu≤0.20％，V0.020％～0.048％，余量为铁和不可避免的杂质；钢板的宽度为4750mm及其以上，生产方法包括铁水预处理、冶炼、炉外精炼、连铸，板坯加热温度区间为1160～1280℃；粗轧温度区间为1030～1180℃，粗轧不多于八道，道次压下制度为前三道有一道20％以上，后三道有一道不小于15％；精轧温度区间为810～980℃，精轧不多于十二道，道次压下制度为前三道有一道20％以上，后三道有一道不小于7％，升速轧制；轧后控制冷却，终冷温度300～450℃，冷却速度15～30℃/s，之后空冷到室温；再进行三道矫直，导入辊位置-1.4mm～-3.5mm，导出辊位置-2.1mm～-5.1mm。
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