CN103952638B - 具有优异低温韧性的管线钢及其制造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有优异低温韧性的管线钢，其按质量百分比计的组成为：C：0.03～0.06%，Si：0.15～0.25%，Mn：0.55～0.72%，Ni：0.55～0.80%，Cr：0.15～0.30%，Cu：0.05～0.12%，Mg：0.02～0.05%，Ti：0.02～0.05%，Ca：0.001～0.003%，Mo：0.005～0.02%，Als：0.025～0.055%，N≤0.02%，P≤0.012%，S≤0.005%，余量为Fe和不可避免的杂质；并且其中：Mg+Ni/10+5Mo-Cr/5-C-2N≥0.02；其制造工艺包括以下工序：铁水深度脱硫→转炉冶炼→钢包精炼→真空精炼→板坯连铸→板坯下料精整→板坯定尺火切→板坯再加热→轧制→冷床冷却→缓冷。本发明所述的管线钢中同时添加有适量的Mg、Ni和Mo不仅保证了较高的抗拉强度，还保证了良好的低温韧性，并且通过控制C、N和Cr的含量在适当范围内，能够确保所述的管线钢具有优异的抗冷淬能力。
Description
技术领域
本发明属于高强度合金钢制造的技术领域，更具体地说，本发明涉及一种可在天然气管道等工程项目上使用的具有优异低温韧性的管线钢及其制备工艺。
背景技术
近10多年来，天然气在世界能源结构中的比重急剧上升，致使天然气管道迅猛发展，美俄两国的干线输气管线均占到总干线油气管道总长度的50%以上。而高压输送和高密度输气技术是当今国际大流量管道技术的发展趋势，可为大型天然气管道项目带来可观的效益，并将对管道设计，管线钢的制造提出了更高的要求。高压输气要求管线钢具有高强度，从而减少钢管的厚度，同时需要高韧性及良好的成型性、焊接性能。
尤其是在近几年，天然气的需求量日渐增加，因而需要开发遥远地带或自然环境严酷（例如西北冬季严寒的环境）的地区的天然气资源。对于远距离输送天然气的管线钢，除要求用于提高输送效率的厚壁、高强度之外，还要求能耐受在寒冷地带中使用的低温韧性，兼具低温韧性和高强度。通过冬季严寒地区的管线钢经常发生脆性破坏，而脆性破坏可以通过DWTT试验(即落锤撕裂试验)进行评价。特别是天然气管线钢，由于内压高，裂纹的传播速度比破裂后的减压波的速度更快，因此需要具有优异的防脆性破坏的能力，因此兼顾耐脆性破坏的高强度管线钢日益成为人们的研究重点。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种具有强度高、综合性能优异的具有优异低温韧性的管线钢及其制造工艺。
一种具有优异低温韧性的管线钢，其按质量百分比计的组成为：C：0.03～0.06%，Si：0.15～0.25%，Mn：0.55～0.72%，Ni：0.55～0.80%，Cr：0.15～0.30%，Cu：0.05～0.12%，Mg：0.02～0.05%，Ti：0.02～0.05%，Ca：0.001～0.003%，Mo：0.005～0.02%，Als：0.025～0.055%，N≤0.02%，P≤0.012%，S≤0.005%，余量为Fe和不可避免的杂质；并且其中：Mg+Ni/10+5Mo-Cr/5-C-2N≥0.02。
作为优选地，所述具有优异低温韧性的管线钢的各化学成分组成如下：
C：0.03～0.05%，Si：0.15～0.20%，Mn：0.55～0.65%，Ni：0.65～0.75%，Cr：0.15～0.25%，Cu：0.05～0.08%，Mg：0.03～0.05%，Ti：0.03～0.05%，Ca：0.001～0.003%，Mo：0.015～0.02%，Al0.025～0.055%，N≤0.02%，P≤0.012%，S≤0.005%，余量为Fe和不可避免的杂质。
其中，所述的具有优异低温韧性的管线钢的抗拉强度≥720MPa，屈强比为0.55～0.75。
本发明的第二方面，还涉及上述具有优异低温韧性的管线钢的制造工艺，其特征在于所述制造工艺包括以下步骤：铁水深度脱硫→转炉冶炼→钢包精炼→真空精炼→板坯连铸→板坯下料精整→板坯定尺火切→板坯再加热→轧制→冷床冷却→缓冷；连铸时控制过热度为15～25℃、轻压下率控制在2%～5%之间，拉速为0.8～1.0m/min；板坯再加热温度控制在：1180～1250℃；粗轧结束温度为1020～1150℃；精轧开始温度820～980℃，每道次压下率为8～20%，精轧阶段总的压下率为75～85%，精轧结束温度780～900℃；钢板开冷温度为770～880℃，冷却速度≥5℃/s，停冷温度为480～550℃，随后钢板自然空冷至300～350℃保温16～48小时，然后再空冷至室温。
与现有技术相比，本发明所述的具有优异低温韧性的管线钢具有以下有益效果：
（1）本发明所述的管线钢板C、P、S含量低，钢质纯净；加入的贵重金属含量少，成本低；合金成分设计合理，能在低碳的条件下确保钢板淬透性，使钢板具有较高的抗拉强度和屈服强度，具有良好的综合性能。
（2）申请人发现在本发明所述的管线钢中同时添加有适量的Mg、Ni和Mo不仅保证了较高的抗拉强度，还保证了良好的低温韧性，并且通过控制C、N和Cr的含量在适当范围内，能够确保所述的管线钢具有优异的抗冷淬能力。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。
本实施例所述的管线钢，不添加Nb、V等贵金属元素，而且Ni、Cr的用量较低，控制在经济适量的范围，采用了低碳、低硅的设计思路，辅之以铜、钛等元素，制备得到了综合性能优异的高强钢；并且通过添加适量的Mg、Ni和Mo的含量，不仅保证了钢材的优异的力学性能，而且还具有优异的抗冷淬性。本实施例所述的管线钢采用Ti、Al微合金化技术，有利于确保钢材晶粒细小、组织均匀，并且消除异常组织，确保制成的无缝钢管优异的低温
韧性。高级管线钢发展的最新趋势是：高纯净、高强度、高韧性、可焊性强及高抗腐蚀性。因此，在本实施例中将P的含量控制在0.012%以下，N的含量控制在0.02%以下，S的含量控制在0.005%以下。
为此，本实施例所述的具有优异低温韧性的管线钢，其按质量百分比计的组成为：C：0.03～0.06%，Si：0.15～0.25%，Mn：0.55～0.72%，Ni：0.55～0.80%，Cr：0.15～0.30%，Cu：0.05～0.12%，Mg：0.02～0.05%，Ti：0.02～0.05%，Ca：0.001～0.003%，Mo：0.005～0.02%，Als：0.025～0.055%，N≤0.02%，P≤0.012%，S≤0.005%，余量为Fe和不可避免的杂质；并且其中：Mg+Ni/10+5Mo-Cr/5-C-2N≥0.02。
上述具有优异低温韧性的管线钢的制造工艺，包括以下步骤：铁水深度脱硫→转炉冶炼→钢包精炼→真空精炼→板坯连铸→板坯下料精整→板坯定尺火切→板坯再加热→轧制→冷床冷却→缓冷；连铸时控制过热度为15～25℃、轻压下率控制在2%～5%之间，拉速为0.8～1.0m/min；板坯再加热温度控制在：1180～1250℃；粗轧结束温度为1020～1150℃；精轧开始温度820～980℃，每道次压下率为8～20%，精轧阶段总的压下率为75～85%，精轧结束温度780～900℃；钢板开冷温度为770～880℃，冷却速度≥5℃/s，停冷温度为480～550℃，随后钢板自然空冷至300～350℃保温16～48小时，然后再空冷至室温。
表1给出了实施例1～5（S1-S5）以及比较例1～5（B1-B5）所述管线钢的化学成分。
表1化学组成wt%
| C | Si | Mn | Ni | Cr | Cu | Mg | Ti | Ca | Mo | Als | N | P | S | |
| S1 | 0.03 | 0.25 | 0.72 | 0.8 | 0.15 | 0.11 | 0.02 | 0.03 | 0.002 | 0.02 | 0.055 | 0.012 | 0.011 | 0.002 |
| S2 | 0.05 | 0.21 | 0.68 | 0.65 | 0.25 | 0.08 | 0.03 | 0.025 | 0.002 | 0.01 | 0.045 | 0.011 | 0.008 | 0.003 |
| S3 | 0.06 | 0.15 | 0.55 | 0.65 | 0.28 | 0.05 | 0.05 | 0.04 | 0.003 | 0.015 | 0.035 | 0.012 | 0.009 | 0.002 |
| S4 | 0.03 | 0.19 | 0.65 | 0.75 | 0.15 | 0.08 | 0.04 | 0.04 | 0.003 | 0.018 | 0.025 | 0.015 | 0.01 | 0.002 |
| S5 | 0.05 | 0.16 | 0.58 | 0.71 | 0.18 | 0.06 | 0.03 | 0.035 | 0.002 | 0.008 | 0.035 | 0.012 | 0.01 | 0.002 |
| B1 | 0.03 | 0.25 | 0.58 | 0.68 | 0.23 | 0.05 | 0.02 | 0.025 | 0.002 | — | 0.055 | 0.012 | 0.011 | 0.002 |
| B2 | 0.05 | 0.15 | 0.55 | 0.12 | 0.72 | 0.11 | 0.03 | 0.025 | 0.002 | 0.011 | 0.035 | 0.011 | 0.008 | 0.003 |
| B3 | 0.06 | 0.15 | 0.65 | 1.52 | 0.12 | 0.08 | 0.03 | 0.02 | 0.003 | 0.005 | 0.03 | 0.012 | 0.009 | 0.002 |
| B4 | 0.03 | 0.19 | 0.63 | 1.52 | 3.23 | 0.05 | 0.03 | 0.02 | 0.003 | 0.005 | 0.035 | 0.015 | 0.01 | 0.002 |
| B5 | 0.05 | 0.18 | 0.72 | 0.72 | 0.21 | 0.08 | — | 0.02 | 0.002 | 0.012 | 0.035 | 0.012 | 0.01 | 0.002 |
其中，“-”表示未添加该组分
表2给出了实施例1～5以及比较例1～5制备工艺中主要的工艺参数。
表2
本实施例所述的管线钢抗拉强度≥720MPa，屈强比为0.55～0.75；此外，表3还给出了实施例1～5以及比较例1～5所述管线钢的charpy冲击功和DWTT。
表3
本领域的普通技术人员而言，应当理解可以在不脱离本发明公开的范围以内，可以采用等同替换或等效变换形式实施上述实施例。本发明的保护范围并不限于具体实施方式部分的具体实施例，只要没有脱离发明实质的实施方式，均应理解为落在了本发明要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种具有优异低温韧性的管线钢，其特征在于：其按质量百分比计的组成为：C：0.03～0.06%，Si：0.15～0.25%，Mn：0.55～0.72%，Ni：0.55～0.80%，Cr：0.15～0.30%，Cu：0.05～0.12%，Mg：0.02～0.05%，Ti：0.02～0.05%，Ca：0.001～0.003%，Mo：0.005～0.02%，Als：0.025～0.055%，N≤0.02%，P≤0.012%，S≤0.005%，余量为Fe和不可避免的杂质；且其中：Mg+Ni/10+5Mo-Cr/5-C-2N≥0.02。
2.根据权利要求1所述的具有优异低温韧性的管线钢，其特征在于：所述管线钢的制造工艺包括以下步骤：铁水深度脱硫→转炉冶炼→钢包精炼→真空精炼→板坯连铸→板坯下料精整→板坯定尺火切→板坯再加热→轧制→冷床冷却→缓冷；连铸时控制过热度为15～25℃、轻压下率控制在2%～5%之间，拉速为0.8～1.0m/min；板坯再加热温度控制在：1180～1250℃；粗轧结束温度为1020～1150℃；精轧开始温度820～980℃，每道次压下率为8～20%，精轧阶段总的压下率为75～85%，精轧结束温度780～900℃；钢板开冷温度为770～880℃，冷却速度≥5℃/s，停冷温度为480～550℃，随后钢板自然空冷至300～350℃保温16～48小时，然后再空冷至室温。
3.根据权利要求1或2所述的具有优异低温韧性的管线钢，其特征在于：所述具有优异低温韧性的管线钢的各化学成分组成如下：C：0.03～0.05%，Si：0.15～0.20%，Mn：0.55～0.65%，Ni：0.65～0.75%，Cr：0.15～0.25%，Cu：0.05～0.08%，Mg：0.03～0.05%，Ti：0.03～0.05%，Ca：0.001～0.003%，Mo：0.015～0.02%，Al0.025～0.055%，N≤0.02%，P≤0.012%，S≤0.005%，余量为Fe和不可避免的杂质。
4.根据权利要求2所述的具有优异低温韧性的管线钢，其特征在于：所述的具有优异低温韧性的管线钢的抗拉强度≥720MPa，屈强比为0.55～0.75。
5.根据权利要求1或2所述的具有优异低温韧性的管线钢，其特征在于：其按质量百分比计的组成为：C：0.03%，Si：0.25%，Mn：0.72%，Ni：0.80%，Cr：0.15%，Cu：0.11%，Mg：0.02%，Ti：0.03%，Ca：0.002%，Mo：0.02%，Als：0.055%，N：0.012%，P：0.011%，S：0.002%，余量为Fe和不可避免的杂质。
6.根据权利要求1或2所述的具有优异低温韧性的管线钢，其特征在于：其按质量百分比计的组成为：C：0.05%，Si：0.21%，Mn：0.68%，Ni：0.65%，Cr：0.25%，Cu：0.08%，Mg：0.03%，Ti：0.025%，Ca：0.002%，Mo：0.01%，Als：0.045%，N：0.011%，P：0.008%，S：0.003%，余量为Fe和不可避免的杂质。
7.根据权利要求1或2所述的具有优异低温韧性的管线钢，其特征在于：其按质量百分比计的组成为：C：0.06%，Si：0.15%，Mn：0.55%，Ni：0.65%，Cr：0.28%，Cu：0.05%，Mg：0.05%，Ti：0.04%，Ca：0.003%，Mo：0.015%，Als：0.035%，N：0.012%，P：0.009%，S：0.002%，余量为Fe和不可避免的杂质。
8.根据权利要求1或2所述的具有优异低温韧性的管线钢，其特征在于：其按质量百分比计的组成为：C：0.03%，Si：0.19%，Mn：0.65%，Ni：0.75%，Cr：0.15%，Cu：0.08%，Mg：0.04%，Ti：0.04%，Ca：0.003%，Mo：0.018%，Als：0.025%，N：0.015%，P：0.010%，S：0.002%，余量为Fe和不可避免的杂质。
9.根据权利要求1或2所述的具有优异低温韧性的管线钢，其特征在于：其按质量百分比计的组成为：C：0.05%，Si：0.16%，Mn：0.58%，Ni：0.71%，Cr：0.18%，Cu：0.06%，Mg：0.03%，Ti：0.035%，Ca：0.002%，Mo：0.008%，Als：0.035%，N：0.012%，P：0.010%，S：0.002%，余量为Fe和不可避免的杂质。
10.权利要求1所述具有优异低温韧性的管线钢的制造工艺，其特征在于所述制造工艺包括以下步骤：铁水深度脱硫→转炉冶炼→钢包精炼→真空精炼→板坯连铸→板坯下料精整→板坯定尺火切→板坯再加热→轧制→冷床冷却→缓冷；连铸时控制过热度为15～25℃、轻压下率控制在2%～5%之间，拉速为0.8～1.0m/min；板坯再加热温度控制在：1180～1250℃；粗轧结束温度为1020～1150℃；精轧开始温度820～980℃，每道次压下率为8～20%，精轧阶段总的压下率为75～85%，精轧结束温度780～900℃；钢板开冷温度为770～880℃，冷却速度≥5℃/s，停冷温度为480～550℃，随后钢板自然空冷至300～350℃保温16～48小时，然后再空冷至室温。
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