CN103966526A

CN103966526A - 大壁厚油气输送管件三通用钢板及其生产方法

Info

Publication number: CN103966526A
Application number: CN201410132655.4A
Authority: CN
Inventors: 张志军
Original assignee: Wuyang Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Wuyang Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2014-04-03
Filing date: 2014-04-03
Publication date: 2014-08-06

Abstract

本发明公开了一种大壁厚油气输送管件三通用钢板及其生产方法，其由下述重量百分比的组分组成：C0.08%～0.15%，Si0.20%～0.30%，Mn1.50%～1.90%，P≤0.020%，S≤0.003%，Nb0.035%～0.060%，Al0.020%～0.050%，Ti0.010%～0.020%，V0.025%～0.055%，Ni0.30%～0.60%，Cr0.20%～0.35%，Mo0.25%～0.50%，Cu0.12%～0.35%，余量为Fe和不可避免的杂质。本钢板采用价格低廉的碳、锰固溶强化，通过调整优化钢板中其它合金元素配比，能在低贵重合金使用量条件下确保钢板力学性能良好，使管件三通用钢板具有良好的组织和综合性能。本钢板生产方法采用两阶段轧制工艺，解决了轧机轧制压力不足而造成的晶粒粗大不均的问题，使管件钢板低温韧性有相当大的富裕量，具有优良的综合性能。

Description

大壁厚油气输送管件三通用钢板及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种低碳微合金钢板，尤其是一种大壁厚油气输送管件三通用钢板及其生产方法。

背景技术

随着我国经济的高速发展带来了对以石油和天然气为主要能源需求的高速增长，巨大的石油和天然气等能源缺口只能通过从境外输入或在境内寻找新的资源和提高石油开采技术，因此需要大量的高附加值、高级别石油天然气输送用管。近年来，通过西气东输一线、二线的建设，我国在大口径、高压力、高钢级管道技术方面在世界范围内实现了从追赶到引领。根据中石油“十二五”规划，将建设多条大输量天然气干线管道，管线的设计输量都在300亿立方米/年及以上，为了进一步提高输送效率，降低管道建设成本，保障管道安全运行，中石油提出了以X90/X100为技术特点的第三代管道技术课题，并将在未来的西四线、西五线或陕四线中推广应用。第三代管道技术要求板材具有良好的力学性能，在世界范围内没有现成经验可循，攻关难度大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种力学性能好的大壁厚油气输送管件三通用钢板；本发明还提供了一种大壁厚油气输送管件三通用钢板的生产方法。

为解决上述技术问题，本发明由下述重量百分比的组分组成：C 0.08%～0.15%，Si 0.20%～0.30%，Mn 1.50%～1.90%，P≤0.020%，S≤0.003%，Nb 0.035%～0.060%，Al 0.020%～0.050%，Ti 0.010%～0.020%，V 0.025%～0.055%，Ni 0.30%～0.60%，Cr 0.20%～0.35%，Mo 0.25%～0.50%，Cu 0.12%～0.35%，余量为Fe和不可避免的杂质。

本发明所述钢板厚度为52mm。

本发明钢板采用的化学成分设计，碳、锰固溶强化；加入少量的Nb、V、Ti、Ni、Cr、Mo、Cu细化晶粒，其碳氮化物起到弥散强化作用；通过后续合理控轧控冷工艺，钢板具有良好的力学性能。其中，各组分及含量在本发明中的作用是：

C：0.08%～0.15%，碳对钢的屈服强度、抗拉强度、焊接性能产生显著影响；碳通过间隙固溶能显著提高管件三通钢板强度，但碳含量过高，又会影响钢的焊接性能及韧性。

Si：0.20%～0.30%，在炼钢过程中作为还原剂和脱氧剂，同时Si也能起到固溶强化作用，但硅含量过高时，会造成钢的韧性下降，降低钢的焊接性能。

Mn：1.50%～1.90%，适量廉价合金Mn能增加钢的韧性、强度和硬度，提高钢的淬透性。

P≤0.020%、S≤0.003%：在一般情况下，磷和硫都是钢中有害元素，增加钢的脆性；通过控较低的P、S含量显著提高管件三通用钢板的性能。

Al：0.020%～0.050%，铝是钢中常用的脱氧剂；钢中加入少量的铝，可细化晶粒，提高冲击韧性；铝还具有抗氧化性和抗腐蚀性能，过高则影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能。

Nb：0.035%～0.060%，铌的加入是为了促进钢轧制显微组织的晶粒细化，可同时提高强度和韧性，铌可在控轧过程中通过抑制奥氏体再结晶，有效的细化显微组织，并通过析出来强化基体；铌可降低钢的过热敏感性及回火脆性；焊接过程中，铌原子的偏聚及析出可以阻碍加热时奥氏体晶粒的粗化，并保证焊接后得到比较细小的热影响区组织，改善焊接性能。

Ti：0.010%～0.020%，钛是良好的脱氧剂；钢中加Ti可与C、N元素形成Ti的碳化物、氮化物或碳氮化物，这些化合物具有好的晶粒细化效果。

本发明方法的工艺步骤为：（1）冶炼工序：将上述组分的钢水先经电炉冶炼，然后送入LF精炼炉精炼，当钢水温度达到或超过1550时转入VD炉真空脱气处理；

（2）连铸工序：采用300mm厚度连铸坯生产；

（3）加热工序：钢坯加热温度最高1220℃～1240℃，均热温度1180℃～1210℃，保温时间系数为10min/cm；

（4）轧制工序：采用再结晶区+未再结晶区两阶段轧制工艺进行轧制，第一阶段开轧温度为1000℃～1100℃，此阶段单道次压下量为10%～20%，累计压下率为30%～50%；第二阶段开轧温度为850℃～880℃，累计压下率为30～50%；轧后入水温度为810℃～830℃，返红温度为550℃～650℃，得到所述的钢板粗品。

本发明方法优选步骤（1）冶炼工序中，精炼时喂入铝线，真空脱气处理前加入CaSi块；真空脱气处理的真空度≤66.6Pa，真空保持时间≥20min；当钢水温度达为1560±10℃时转入VD炉真空脱气处理。

本发明方法优选步骤（2）连铸工序中，连铸拉速0.7m/min～0.9m/min，连铸温度为1535℃～1545℃。

本发明方法优选步骤（4）轧制工序中，第一阶段轧制的终轧温度为920℃～970℃；第二阶段轧制的终轧温度为820℃～850℃。

本发明方法所述步骤（4）轧制工序中的钢板粗品，经轧后水冷工序，即可得到钢板成品。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明钢板采用价格低廉的碳、锰固溶强化，通过调整优化钢板中其它合金元素配比，能在低贵重合金使用量条件下确保钢板力学性能良好，使管件三通用钢板具有良好的组织和综合性能。本发明方法采用两阶段轧制工艺，解决了轧机轧制压力不足而造成的晶粒粗大不均的问题，使管件钢板低温韧性有相当大的富裕量，具有优良的综合性能。

本发明钢板中P≤0.020%、S≤0.003%，钢质更加纯净；本发明钢板中贵重合金含量较低，价格低廉；本发明钢板的屈服强度介于690MPa～840MPa之间，抗拉强度介于760MPa～990MPa之间，-30℃冲击功＞100J，屈强比＜0.95，具有良好的力学性能；本发明的钢板组织为铁素体、贝氏体组织，具有低的碳当量和低的焊接裂纹敏感系数，低温冲击韧性高、强度高、屈强比适中及延伸率好的特点，可广泛用于油气输送管道建设，应用前景广阔。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明板厚1/4金相图；

图2是本发明板厚1/2金相图。

具体实施方式

本大壁厚油气输送管件三通用钢板及其生产方法下述实施例1～7的钢坯成分见表1，表1中余量为Fe和不可避免的不纯物。

表1：实施例1～7的钢坯成分（wt%）

下述实施例1～7的生产方法，包括以下步骤：冶炼→LF/VD精炼→连铸→加热→轧制→轧后水冷→成品；具体工艺见各实施例。

实施例1：本钢板生产方法的具体工艺如下所述。

冶炼：将表1中实施例1组分的钢水先经电炉冶炼，然后送入LF精炼炉精炼，精炼时喂入铝线，当钢水温度达到或超过1566℃时，转入VD炉真空脱气处理，真空度为66Pa，真空保持时间为25min；真空处理前加入CaSi块排出钢水中的非金属夹杂物、有害元素，保证钢水的纯净；

连铸：为保证足够的轧制压缩比，确保板厚1/2位置晶粒度，采用300mm厚度连铸坯生产，采用电磁搅拌；连铸温度为1542℃，采用电磁搅拌，连铸坯采用0.90m/min的拉速；

加热：钢坯加热温度为1235℃，均热温度为1210℃，保温时间系数为10min/cm板厚；

轧制：采用再结晶区+未再结晶区两阶段轧制工艺进行轧制，第一阶段轧制的开轧温度为1000℃，此阶段单道次压下量为15%，终轧温度为950℃，累计压下率为43%；第二阶段轧制的开轧温度为870℃，终轧温度为846℃，累计压下率为40%；轧后入水温度为820℃，返红温度为620℃，得到钢板粗品。

试样调质：淬火加热温度922℃，保温时间2min/mm，水淬；回火加热温度605℃，保温时间系数3.5min/mm。

本实施例钢板的试样调质后的力学性能：屈服强度780MPa，抗拉强度835MPa，-30℃冲击功平均128J，屈强比平均0.93；具体金相图见图1和图2。

实施例2：本钢板生产方法的具体工艺如下所述。

冶炼：将上表实施例1组分的钢水先经电炉冶炼，然后送入LF精炼炉精炼，当钢水温度达到或超过1563℃时，转入VD炉真空脱气处理，真空度为66Pa，真空保持时间为25min，真空处理前加入CaSi块排出钢水中的非金属夹杂物、有害元素，保证钢水的纯净；

连铸：为保证足够的轧制压缩比，确保板厚1/2位置晶粒度，采用300mm厚度连铸坯生产，采用电磁搅拌；连铸温度为1541℃，采用电磁搅拌，连铸坯采用0.9m/min的拉速；

轧制：采用再结晶区+未再结晶区两阶段轧制工艺进行轧制，第一阶段轧制的开轧温度为1000℃，此阶段单道次压下量为15%，终轧温度为950℃，累计压下率为42%；第二阶段轧制的开轧温度为880℃，终轧温度为849℃，累计压下率为41%；轧后入水温度为830℃，返红温度为638℃，得到钢板粗品。

试样调质：淬火加热温度925℃，保温时间2min/mm，水淬；回火加热温度603℃，保温时间系数3.5min/mm。

本实施例钢板的试样调质后的力学性能：屈服强度775MPa，抗拉强度840MPa，-30℃冲击功平均130J，屈强比平均0.93。

实施例3：本钢板生产方法的具体工艺如下所述。

冶炼：将上表实施例1组分的钢水先经电炉冶炼，然后送入LF精炼炉精炼，当钢水温度达到或超过1568℃时，转入VD炉真空脱气处理，真空度为66Pa，真空保持时间为25min，真空处理前加入CaSi块排出钢水中的非金属夹杂物、有害元素，保证钢水的纯净；

加热：钢坯加热温度为1222℃，均热温度为1210℃，保温时间系数为10min/cm板厚；

轧制：采用再结晶区+未再结晶区两阶段轧制工艺进行轧制，第一阶段轧制的开轧温度为1050℃，此阶段单道次压下量为13%，终轧温度为965℃，累计压下率为43%；第二阶段轧制的开轧温度为872℃，终轧温度为850℃，累计压下率为41%；轧后入水温度为814℃，返红温度为623℃，得到钢板粗品。

试样调质：淬火加热温度921℃，保温时间2min/mm，水淬；回火加热温度608℃，保温时间系数3.5min/mm。

本实施例钢板的试样调质后的力学性能：屈服强度769MPa，抗拉强度820MPa，-30℃冲击功平均135J，屈强比平均0.94。

实施例4：本钢板生产方法的具体工艺如下所述。

冶炼：将上表实施例1组分的钢水先经电炉冶炼，然后送入LF精炼炉精炼，当钢水温度达到或超过1559℃时，转入VD炉真空脱气处理，真空度为66Pa，真空保持时间为25min，真空处理前加入CaSi块排出钢水中的非金属夹杂物、有害元素，保证钢水的纯净；

连铸：为保证足够的轧制压缩比，确保板厚1/2位置晶粒度，采用300mm厚度连铸坯生产，采用电磁搅拌；连铸温度为1542℃，采用电磁搅拌，连铸坯采用0.80m/min的拉速；

加热：钢坯加热温度为1228℃，均热温度为1210℃，保温时间系数为10min/cm板厚；

轧制：采用再结晶区+未再结晶区两阶段轧制工艺进行轧制，第一阶段轧制的开轧温度为1070℃，此阶段单道次压下量为16%，终轧温度为970℃，累计压下率为44%；第二阶段轧制的开轧温度为880℃，终轧温度为847℃，累计压下率为40%；轧后入水温度为830℃，返红温度为621℃，得到钢板粗品。

试样调质：淬火加热温度920℃，保温时间2min/mm，水淬；回火加热温度605℃，保温时间系数3.5min/mm。

本实施例钢板的试样调质后的力学性能：屈服强度765MPa，抗拉强度839MPa，-30℃冲击功平均138J，屈强比平均0.91。

实施例5：本钢板生产方法的具体工艺如下所述。

冶炼：将上表实施例1组分的钢水先经电炉冶炼，然后送入LF精炼炉精炼，当钢水温度达到或超过1561℃时，转入VD炉真空脱气处理，真空度为66Pa，真空保持时间为20min，真空处理前加入CaSi块排出钢水中的非金属夹杂物、有害元素，保证钢水的纯净；

连铸：为保证足够的轧制压缩比，确保板厚1/2位置晶粒度，采用300mm厚度连铸坯生产，采用电磁搅拌；连铸温度为1545℃，采用电磁搅拌，连铸坯采用0.70m/min的拉速；

加热：钢坯加热温度为1220℃，均热温度为1180℃，保温时间系数为10min/cm板厚；

轧制：采用再结晶区+未再结晶区两阶段轧制工艺进行轧制，第一阶段轧制的开轧温度为1030℃，此阶段单道次压下量为10～14%，终轧温度为920℃，累计压下率为30%；第二阶段轧制的开轧温度为870℃，终轧温度为846℃，累计压下率为30%；轧后入水温度为815℃，返红温度为650℃，得到钢板粗品。

试样调质：淬火加热温度923℃，保温时间2min/mm，水淬；回火加热温度604℃，保温时间系数3.5min/mm。

本实施例钢板的试样调质后的力学性能：屈服强度767MPa，抗拉强度821MPa，-30℃冲击功平均138J，屈强比平均0.93。

实施例6：本钢板生产方法的具体工艺如下所述。

冶炼：将上表实施例1组分的钢水先经电炉冶炼，然后送入LF精炼炉精炼，当钢水温度达到或超过1550℃时，转入VD炉真空脱气处理，真空度为66Pa，真空保持时间为26min，真空处理前加入CaSi块排出钢水中的非金属夹杂物、有害元素，保证钢水的纯净；

连铸：为保证足够的轧制压缩比，确保板厚1/2位置晶粒度，采用300mm厚度连铸坯生产，采用电磁搅拌；连铸温度为1535℃，采用电磁搅拌，连铸坯采用0.85m/min的拉速；

加热：钢坯加热温度为1230℃，均热温度为1200℃，保温时间系数为10min/cm板厚；

轧制：采用再结晶区+未再结晶区两阶段轧制工艺进行轧制，第一阶段轧制的开轧温度为1034℃，此阶段单道次压下量为14%，终轧温度为958℃，累计压下率为40%；第二阶段轧制的开轧温度为850℃，终轧温度为830℃，累计压下率为40%；轧后入水温度为810℃，返红温度为550℃，得到钢板粗品。

试样调质：淬火加热温度927℃，保温时间2min/mm，水淬；回火加热温度607℃，保温时间系数3.5min/mm。

本实施例钢板的试样调质后的力学性能：屈服强度754MPa，抗拉强度818MPa，-30℃冲击功平均138J，屈强比平均0.92。

实施例7：本钢板生产方法的具体工艺如下所述。

冶炼：将上表实施例1组分的钢水先经电炉冶炼，然后送入LF精炼炉精炼，当钢水温度达到或超过1570℃时，转入VD炉真空脱气处理，真空度为66.6Pa，真空保持时间为26min，真空处理前加入CaSi块排出钢水中的非金属夹杂物、有害元素，保证钢水的纯净；

连铸：为保证足够的轧制压缩比，确保板厚1/2位置晶粒度，采用300mm厚度连铸坯生产，采用电磁搅拌；连铸温度为1540℃，采用电磁搅拌，连铸坯采用0.75m/min的拉速；

加热：钢坯加热温度为1240℃，均热温度为1210℃，保温时间系数为10min/cm板厚；

轧制：采用再结晶区+未再结晶区两阶段轧制工艺进行轧制，第一阶段轧制的开轧温度为1100℃，此阶段单道次压下量为15～20%，终轧温度为952℃，累计下率为50%；第二阶段轧制的开轧温度为840℃，终轧温度为820℃，累计压下率为50%；轧后入水温度为823℃，返红温度为619℃，得到钢板粗品。

试样调质：淬火加热温度922℃，保温时间2min/mm，水淬；回火加热温度607℃，保温时间系数3.5min/mm。

本实施例钢板的试样调质后的力学性能：屈服强度744MPa，抗拉强度826MPa，-30℃冲击功平均139J，屈强比平均0.90。

Claims

1.一种大壁厚油气输送管件三通用钢板，其特征在于，其由下述重量百分比的组分组成：C 0.08%～0.15%，Si 0.20%～0.30%，Mn 1.50%～1.90%，P≤0.020%，S≤0.003%，Nb 0.035%～0.060%，Al 0.020%～0.050%，Ti 0.010%～0.020%，V 0.025%～0.055%，Ni 0.30%～0.60%，Cr 0.20%～0.35%，Mo 0.25%～0.50%，Cu 0.12%～0.35%，余量为Fe和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的大壁厚油气输送管件三通用钢板，其特征在于：所述钢板厚度为52mm。

3.一种大壁厚油气输送管件三通用钢板的生产方法，其特征在于，其工艺步骤为：

（1）冶炼工序：将钢水先经电炉冶炼，然后送入LF精炼炉精炼，当钢水温度达到或超过1550时转入VD炉真空脱气处理；

所述钢水组分的重量百分比为：C 0.08%～0.15%，Si 0.20%～0.30%，Mn 1.50%～1.90%，P≤0.020%，S≤0.003%，Nb 0.035%～0.060%，Al 0.020%～0.050%，Ti 0.010%～0.020%，V 0.025%～0.055%，Ni 0.30%～0.60%，Cr 0.20%～0.35%，Mo 0.25%～0.50%，Cu 0.12%～0.35%，余量为Fe和不可避免的杂质；

（2）连铸工序：采用300mm厚度连铸坯生产；

4.根据权利要求3所述的大壁厚油气输送管件三通用钢板的生产方法，其特征在于：所述步骤（1）冶炼工序中，精炼时喂入铝线，真空脱气处理前加入CaSi块；真空脱气处理的真空度≤66.6Pa，真空保持时间≥20min；当钢水温度达为1560±10℃时转入VD炉真空脱气处理。

5.根据权利要求3所述的大壁厚油气输送管件三通用钢板的生产方法，其特征在于：所述步骤（2）连铸工序中，连铸拉速0.7m/min～0.9m/min，连铸温度为1535℃～1545℃。

6.根据权利要求3所述的大壁厚油气输送管件三通用钢板的生产方法，其特征在于：所述步骤（4）轧制工序中，第一阶段轧制的终轧温度为920℃～970℃；第二阶段轧制的终轧温度为820℃～850℃。

7.根据权利要求3－6任意一项所述的大壁厚油气输送管件三通用钢板的生产方法，其特征在于：所述步骤（4）轧制工序中的钢板粗品，经轧后水冷工序，即可得到钢板成品。