CN103952639B - 具有优异抗延展性破坏的管线钢 - Google Patents
具有优异抗延展性破坏的管线钢 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种具有优异抗延展性破坏的管线钢，以质量百分比计组成为：C：0.02～0.08％，B：0.002～0.003％，Si：0.15～0.25％，Mn：0.65～0.85％，Ni：0.15～0.30％，Cr：0.35～0.50％，Cu：0.15～0.25％，Ba：0.02～0.05％，Ti：0.02～0.03％，Ca：0.003～0.006％，Zr：0.002～0.005％，Alt：0.02～0.03％，P≤0.02％，S≤0.005％，余量为Fe和不可避免的杂质。所述管线钢的制备方法包括以下步骤：配比备料→铁水深度脱硫→转炉冶炼→LF精炼→RH处理→板坯连铸→板坯再加热→温度控制轧制→驰豫空冷→预矫直→加速冷却→热矫直→冷床冷却→空冷。本发明所述的管线钢中同时添加有适量的C、Ni、Cu、Ba和Zr不仅保证了较高的抗拉强度，还获得了优异的抗延展破坏性，能够确保所述的管线钢具有优异的抗冲击韧性。
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油气管道等工程项目上使用的具有优异抗延展性破坏的管线钢。
背景技术
随着能源需求的不断增长，远距离的油气开采及输送已成为必然，输送管道将经过大量的地址条件不稳定区域，如地震带、泥石流、冻土带等，严重影响管道的安全。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，可为大型油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。高压输送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延展性。
在近年来油气需求日益增大，而供应量增长缓慢的情况下，因而需要开发遥远地带或自然环境严酷(例如沙漠、严酷的环境)的地区的油气资源。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，还要求能耐受在严酷环境中使用的韧性，兼具韧性和高强度。经过高温和低温交替的严酷环境中的管线钢经常会发生延展性破坏，而延展性破坏的传播停止可以通过夏比冲击试验中的冲击吸收能量进行评价。特别是高压油气的管线钢，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，因此从防止延展性破坏的观点出发还要求高冲击吸收能量，兼顾抗延展性破坏和高强度的管线钢也日益成为人们的迫切需求。
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抗延展性破坏的管线钢及其制备方法。
一种具有优异抗延展性破坏的管线钢，以质量百分比计组成为：C：0.02～0.08％，B：0.002～0.003％，Si：0.15～0.25％，Mn：0.65～0.85％，Ni：0.15～0.30％，Cr：0.35～0.50％，Cu：0.15～0.25％，Ba：0.02～0.05％，Ti：0.02～0.03％，Ca：0.003～0.006％，Zr：0.002～0.005％，Alt：0.02～0.03％，P≤0.02％，S≤0.005％，余量为Fe和不可避免的杂质。
作为优选地，所述具有优异抗延展性破坏的管线钢的各化学成分组成如下：
C：0.03～0.05％，B：0.002～0.003％，Si：0.15～0.20％，Mn：0.75～0.85％，Ni：0.25～0.30％，Cr：0.35～0.40％，Cu：0.20～0.25％，Ba：0.03～0.05％，Ti：0.02～0.03％，Ca：0.003～0.005％，Zr：0.003～0.005％，Alt：0.02～0.03％，P≤0.015％，S≤0.005％，余量为Fe和不可避免的杂质。
其中，所述的具有优异抗延展性破坏的管线钢的抗拉强度≥750MPa，屈强比为0.60～0.80。
本发明的第二方面，还涉及上述具有优异抗延展性破坏的管线钢的制备方法，其特征在于所述工艺包括以下步骤：配比备料→铁水深度脱硫→转炉冶炼→LF精炼→RH处理→板坯连铸→板坯再加热→温度控制轧制→驰豫空冷→预矫直→加速冷却→热矫直→冷床冷却→空冷；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0.8～1.2m/min；板坯再加热温度控制在：1150～1250℃；再结晶区轧制温度960～1130℃；非再结晶区开轧温度820～920℃，非再结晶区每道次压下率为10～18％，非再结晶区总压下率为75～90％，终轧温度720～820℃；轧后钢板驰豫空冷至Ar3以下30～60℃后进入预矫直，然后快速进入加速冷却，加速冷却速度15～50℃/s，终冷温度为350～450℃，然后空冷至室温。
与现有技术相比，本发明所述的具有优异抗延展性破坏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；不含Mo、Nb等贵金属，而Ni、Ti的用量少，成本较低；本发明通过合金成分设计，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C、Ni、Cu、Ba和Zr不仅保证了较高的抗拉强度，还获得了优异的抗延展破坏性，能够确保所述的管线钢具有优异的抗冲击韧性。
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Mo、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，辅之以铜、钛等元素，制备得到了综合性能优异的高强钢；并且不仅保证了钢材的优异的力学性能，而且还具有优异的抗冲击韧性。目前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S的含量控制在0.005％以下。
为此，本实施例所述的具有优异抗延展性破坏的管线钢，以质量百分比计组成为：C：0.02～0.08％，B：0.002～0.003％，Si：0.15～0.25％，Mn：0.65～0.85％，Ni：0.15～0.30％，Cr：0.35～0.50％，Cu：0.15～0.25％，Ba：0.02～0.05％，Ti：0.02～0.03％，Ca：0.003～0.006％，Zr：0.002～0.005％，Alt：0.02～0.03％，P≤0.02％，S≤0.005％，余量为Fe和不可避免的杂质。
所述具有优异抗延展性破坏的管线钢的制备方法，包括以下步骤：配比备料→铁水深度脱硫→转炉冶炼→LF精炼→RH处理→板坯连铸→板坯再加热→温度控制轧制→驰豫空冷→预矫直→加速冷却→热矫直→冷床冷却→空冷；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0.8～1.2m/min；板坯再加热温度控制在：1150～1250℃；再结晶区轧制温度960～1130℃；非再结晶区开轧温度820～920℃，非再结晶区每道次压下率为10～18％，非再结晶区总压下率为75～90％，终轧温度720～820℃；轧后钢板驰豫空冷至Ar3以下30～60℃后进入预矫直，然后快速进入加速冷却，加速冷却速度15～50℃/s，终冷温度为350～450℃，然后空冷至室温。
表1给出了实施例1～5(S1～S5)比较例1～5(B1～B5)所述管线钢的化学成分。
表1
| C | B | Si | Mn | Ni | Cr | Cu | Ba | Ti | Ca | Zr | Alt | P | S | |
| S1 | 0.02 | 0.003 | 0.25 | 0.85 | 0.3 | 0.35 | 0.25 | 0.05 | 0.03 | 0.005 | 0.005 | 0.03 | 0.015 | 0.002 |
| S2 | 0.05 | 0.003 | 0.21 | 0.72 | 0.23 | 0.43 | 0.19 | 0.03 | 0.02 | 0.005 | 0.003 | 0.03 | 0.012 | 0.003 |
| S3 | 0.08 | 0.002 | 0.15 | 0.65 | 0.15 | 0.5 | 0.15 | 0.02 | 0.02 | 0.003 | 0.004 | 0.02 | 0.009 | 0.002 |
| S4 | 0.02 | 0.003 | 0.2 | 0.85 | 0.3 | 0.35 | 0.2 | 0.04 | 0.02 | 0.005 | 0.004 | 0.03 | 0.012 | 0.002 |
| S5 | 0.05 | 0.002 | 0.15 | 0.75 | 0.3 | 0.4 | 0.2 | 0.04 | 0.02 | 0.005 | 0.005 | 0.02 | 0.015 | 0.002 |
| B1 | 0.02 | 0.003 | 0.25 | 0.7 | 2.3 | 1.8 | - | - | - | 0.002 | - | 0.055 | 0.011 | 0.002 |
| B2 | 0.05 | 0.003 | 0.21 | 0.7 | 0.15 | 0.5 | 0.11 | - | 0.025 | 0.002 | - | 0.035 | 0.008 | 0.003 |
| B3 | 0.08 | 0.002 | 0.15 | 0.7 | 0.25 | 1.8 | 0.08 | 0.03 | 0.02 | 0.003 | 0.005 | 0.03 | 0.009 | 0.002 |
| B4 | 0.02 | - | 0.19 | 0.63 | 0.23 | 0.5 | 0.05 | 0.03 | 0.02 | 0.003 | - | 0.035 | 0.01 | 0.002 |
| B5 | 0.05 | - | 0.18 | 0.72 | 1.52 | 1.81 | 0.08 | - | 0.02 | 0.005 | 0.012 | 0.035 | 0.01 | 0.002 |
其中，“-”表示未添加该元素。
表2给出了实施例1～5(S1～S5)以及比较例1～5(B1～B5)制备工艺中主要的轧制工艺参数。
表2
表3给出了实施例1～5(S1～S5)以及比较例1～5(B1～B5)所述管线钢的抗拉强度、屈服强度、屈强比等性能参数等性能参数。
表3
| 抗拉强度，MPa | 屈强比 | 夏比冲击功，J | DWTT SA％ | |
| S1 | 772 | 0.65 | 374 | 96 |
| S2 | 794 | 0.68 | 368 | 95 |
| S3 | 805 | 0.75 | 358 | 93 |
| S4 | 768 | 0.60 | 398 | 100 |
| S5 | 782 | 0.66 | 392 | 100 |
| B1 | 825 | 0.92 | 285 | 72 |
| B2 | 762 | 0.72 | 362 | 85 |
| B3 | 813 | 0.87 | 236 | 77 |
| B4 | 712 | 0.73 | 371 | 83 |
| B5 | 788 | 0.81 | 251 | 68 |
本实施例所述的管线钢抗拉强度≥750MPa，屈强比为0.60～0.80。-20℃V型缺口charpy冲击试验吸收功大于350J。并且-20℃的落锤撕裂试验剪切面积平均百分比(DWTTSA％)≥92％。
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 (5)
1.一种具有优异抗延展性破坏的管线钢，其特征在于：以质量百分比计组成为：C：0.02～0.08％，B：0.002～0.003％，Si：0.15～0.25％，Mn：0.65～0.85％，Ni：0.15～0.30％，Cr：0.35～0.50％，Cu：0.15～0.25％，Ba：0.02～0.05％，Ti：0.02～0.03％，Ca：0.003～0.006％，Zr：0.002～0.005％，Alt：0.02～0.03％，P≤0.02％，S≤0.005％，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的具有优异抗延展性破坏的管线钢，其特征在于：所述具有优异抗延展性破坏的管线钢的各化学成分组成如下：C：0.03～0.05％，B：0.002～0.003％，Si：0.15～0.20％，Mn：0.75～0.85％，Ni：0.25～0.30％，Cr：0.35～0.40％，Cu：0.20～0.25％，Ba：0.03～0.05％，Ti：0.02～0.03％，Ca：0.003～0.005％，Zr：0.003～0.005％，Alt：0.02～0.03％，P≤0.015％，S≤0.005％，余量为Fe和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的具有优异抗延展性破坏的管线钢，其特征在于：所述具有优异抗延展性破坏的管线钢的抗拉强度≥750MPa，屈强比为0.60～0.80。
4.根据权利要求1所述的具有优异抗延展性破坏的管线钢，其特征在于：所述具有优异抗延展性破坏的管线钢的各化学成分组成如下：C：0.02％，B：0.003％，Si：0.20％，Mn：0.85％，Ni：0.30％，Cr：0.35％，Cu：0.20％，Ba：0.04％，Ti：0.02％，Ca：0.005％，Zr：0.004％，Alt：0.03％，P：0.012％，S：0.002％，余量为Fe和不可避免的杂质。
5.根据权利要求1所述的具有优异抗延展性破坏的管线钢，其特征在于：所述具有优异抗延展性破坏的管线钢的各化学成分组成如下：C：0.05％，B：0.002％，Si：0.15％，Mn：0.75％，Ni：0.30％，Cr：0.40％，Cu：0.20％，Ba：0.04％，Ti：0.02％，Ca：0.005％，Zr：0.005％，Alt：0.02％，P：0.015％，S：0.002％，余量为Fe和不可避免的杂质。
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