CN103981460A - 高韧性x80弯管用热轧平板钢及其生产方法 - Google Patents

Abstract

一种高韧性X80弯管用热轧平板钢及其生产方法，属于低碳微合金钢技术领域。钢板的成分按重量百分比计为：C：0.060-0.085％，Si：0.10-0.35％，Mn：1.40-1.80％，P≤0.015％，S：≤0.003％，Nb：0.04-0.07％，V：≤0.06％，Ti：0.010-0.020％，Ni：0.15-0.50％，Cr：≤0.20％，Mo：≤0.50％，Al：0.010-0.040％，Ceq≤0.50％，Pcm≤0.23％，余量为Fe及不可避免的杂质。生产工艺包括：高炉铁水→铁水预脱硫→转炉冶炼→LF+RH精炼→板坯连铸→板坯加热→4300轧机轧制→ACC快速冷却→堆冷→取样、检验→入库、发运。优点在于，通过上述工序所生产的高韧性X80热煨弯管钢，钢板力学性能指标稳定，塑性、韧性匹配较好，经高温煨制弯曲成型及热处理后依然保持优异的强韧性。

Description

高韧性X80弯管用热轧平板钢及其生产方法

技术领域

本发明属于低碳微合金钢技术领域，特别是涉及一种高韧性X80弯管用热轧平板钢及其生产方法，适用于热煨弯管油气输送管道。

背景技术

随着管道建设向长输送、大口径、高强度方向发展，为满足线路走向的设计要求，管道通常需要转弯来改变方向。管道转向采用的弹性敷设、弯头或冷弯管由于在使用和制作工艺上受到一定的客观条件限制，应用数量逐渐减少，而热煨弯管凭着质量优良、生产效率高、可调性和适用性强等特点，能较好地适应各类油气管道的发展，具有良好的市场前景。

热煨弯管是管道的重要组成部分，是管道中承载较为苛刻的结构件之一。热煨弯管是在工厂用热煨弯管机经高温煨制成型，热煨弯管制造过程为采用中频感应加热将钢管加热到Ac₃以上，使钢管达到塑性状态并使金相组织完全奥氏体化。在固定转臂和后推力作用下，使加热区绕固定中心旋转从而弯制出所需曲率半径的弯管。为了保证煨制后材料的力学性能，还需要边加热边喷水冷却，煨制后还需高温回火，从材料热处理的角度讲热煨过程也是调质处理的过程。影响弯管质量性能的因素很多，特别是用控轧控冷钢板制造热煨弯管，主要表现在母管性能和热煨弯管工艺。母管化学成分设计、性能直接决定后续弯管的质量。制定合适的热煨工艺参数，保证再加热对母管原有性能影响不明显。

随着我国石油天然气管道建设的长足进步，对高等级热煨弯管要求不断提升，如西气东输三线使用的X80热煨弯管口径大、壁厚较厚，管道项目部对钢板内部质量及强韧性要求异常严苛，这也无形中促进上游钢铁企业的技术创新。根据相关资料显示，目前能生产的X80热煨弯管钢不仅生产成本高，韧性不足，而且一般以薄规格为主，大壁厚、大口径钢管仅处于试制阶段，无法形成商业化生产。

发明内容

本发明的目的是提供一种高韧性X80弯管用热轧平板钢及其生产方法，通过合理的成分设计及轧制工艺，使用300、400mm连铸坯生产X80弯管用热轧平板，产品厚度覆盖15～33mm，管径最大至1219mm，不仅产品综合性能足要求，具有优良的低温韧性，而且经高温煨制弯曲成型及热处理后依然保持优异的强韧性。本发明生产的钢板应用于中亚、西气东输三线等工程中，满足了国家重大油气管道需求。

本发明的钢板的成分(按重量百分比计)为：

C：0.060-0.085％，Si：0.10-0.35％，Mn：1.40-1.80％，P≤0.015％，S：≤0.003％，Nb：0.04-0.07％，V：≤0.06％，Ti：0.010-0.020％，Ni：0.15-0.50％，Cr：≤0.20％，Mo：≤0.50％，Al：0.010-0.040％，余量为Fe及不可避免的杂质。

本发明所述的高韧性X80弯管用热轧平板碳当量CE_IIW：0.43-0.50％，CE_Pcm：0.18-0.23％，其中CE_IIW＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15，CE_Pcm＝C+(Mn+Cr+Cu)/20+Si/30+Ni/60+Mo/15+V/10+5B。

本发明成分设计基于以下认识：

C是保证钢板淬透性的重要非合金元素，也是决定碳当量的重要因素，对钢的强度、韧性、塑性及焊接性均有较大影响。碳含量过高，影响钢板焊接性能。本发明的高韧性X80热煨弯管钢的碳含量宜在0.060-0.085％之间。

Si是有效的脱氧元素，还可以起到强化作用，但Si含量过高会使钢的塑性和韧性降低，因此设定其范围是0.15％-0.35％。

Mn是钢中重要的固溶强化元素，可降低相变温度，细化组织亚结构，在强化钢板的同时改善韧性；同时，可提高淬透性。若锰含量过高，对焊接及韧性不利。

P、S为有害杂质元素，本发明采用纯净钢生产技术，尽量减少磷、硫元素对韧性有不利影响。

Nb、Ti即是固溶强化元素，又是碳氮化物形成元素，在钢坯加热及轧制过程中，钉扎奥氏体晶界并阻止奥氏体晶粒过度长大，但其含量过高会影响韧性和焊接性。

Cr可以有效增加钢的淬透性，改善力学性能，但含量过高对材料焊接性有不利影响，可根据厚度不同适当添加。

Mo可降低相变温度，提高钢的淬透性，促进针状铁素体转变。为获得高密度位错的针状铁素体且钢管热处理后仍保持良好的强韧性，一般热煨弯管对Mo含量有不低于0.15％的下限要求。

Ni、Cu起固溶强化作用，还能改善耐蚀性，Ni同时还能改善钢的低温韧性。

N的存在会恶化母材和焊接热影响区的韧性，其含量不超过0.006％为宜。

Al是脱氧元素，但Al含量过高会使钢中的夹杂物增加，因此，Al的含量控制在0.010％-0.040％为宜。

本发明的钢板的生产包括：高炉铁水→铁水预脱硫→转炉冶炼→LF+RH精炼→板坯连铸→板坯加热→4300轧机轧制→ACC快速冷却→堆冷→取样、检验→入库、发运。

在板坯浇铸+控制轧制控制冷却工艺过程中控制参数为：

(1)将按钢板的化学成分冶炼钢水浇注成300、400mm厚连铸坯；

(2)通过步进梁式加热炉将钢坯加热至设定温度1170～1210℃，加热时间280-450min，保证钢坯充分奥氏体化；

(3)钢坯出炉后进入4300mm轧机轧制，轧制时采用再结晶区+未再结晶区两阶段轧制，控温厚度为成品厚度的3-4倍，粗轧阶段与精轧阶段参数如下：

粗轧阶段：开轧温度：1000-1100℃，轧制速度：1.0-4.0m/s，轧制力矩：2800-3200kNm；

精轧阶段：开轧温度：800-850℃，终轧温度：770-830℃，轧制速度：2.0-4.0m/s。

(4)轧后钢板进入ACC层流冷却，开始冷却温度控制在770-810℃，终冷温度控制在400-550℃，冷却速率控制在20-35℃/s；

(5)钢板冷却后堆垛缓冷，堆冷时间12-24小时。

通过上述工序所生产的高韧性X80热煨弯管钢，钢板力学性能指标稳定，塑性、韧性匹配较好，经高温煨制弯曲成型及热处理后依然保持优异的强韧性。

附图说明

图1为高韧性X80弯管钢板典型金相组织。

具体实施方式

根据本发明提供的成分设计及生产方法，在100吨转炉上冶炼300、400mm连铸坯，在4300mm宽厚板轧机轧制钢板，其化学成分见表1，轧制工艺参数见表2，热轧钢板性能情况见表3，热煨后弯管性能见表4。

表1高韧性X80弯管钢板化学成分wt％

表2高韧性X80弯管钢板的加热、轧制及水冷工艺参数

表3高韧性X80弯管钢板性能

表4高韧性X80弯管热煨后性能

Claims (3)

1.一种高韧性X80弯管用热轧平板钢，其特征在于，钢的成分按重量百分比计为：C：0.060-0.085％，Si：0.10-0.35％，Mn：1.40-1.80％，P≤0.015％，S：≤0.003％，Nb：0.04-0.07％，V：≤0.06％，Ti：0.010-0.020％，Ni：0.15-0.50％，Cr：≤0.20％，Mo：≤0.50％，Al：0.010-0.040％,余量为Fe及不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的X80弯管用热轧平板钢，还要求控制碳当量CE_IIW：0.43-0.50％，CE_Pcm：0.18-0.23％，其中CE_IIW＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15，CE_Pcm＝C+(Mn+Cr+Cu)/20+Si/30+Ni/60+Mo/15+V/10+5B。

3.一种权利要求1所述或2所述X80弯管用热轧平板钢的生产方法，工艺包括：高炉铁水→铁水预脱硫→转炉冶炼→LF+RH精炼→板坯连铸→板坯加热→4300轧机轧制→ACC快速冷却→堆冷→取样、检验→入库、发运；其特征在于，在板坯浇铸+控制轧制控制冷却工艺过程中控制参数为：

(1)将按钢板的化学成分冶炼钢水浇注成300、400mm厚连铸坯；

(2)通过步进梁式加热炉将钢坯加热至设定温度1170～1210℃，加热时间280-450min，保证钢坯充分奥氏体化；

(3)钢坯出炉后进入4300mm轧机轧制，轧制时采用再结晶区+未再结晶区两阶段轧制，控温厚度为成品厚度的3-4倍，粗轧阶段与精轧阶段参数如下：

粗轧阶段：开轧温度：1000-1100℃，轧制速度：1.0-4.0m/s，轧制力矩：2800-3200kNm；

精轧阶段：开轧温度：800-850℃，终轧温度：770-830℃，轧制速度：2.0-4.0m/s；

(4)轧后钢板进入ACC层流冷却，开始冷却温度控制在770-810℃，终冷温度控制在400-550℃，冷却速率控制在20-35℃/s；

(5)钢板冷却后堆垛缓冷，堆冷时间12-24小时。