CN103981462A - 韧性优良的大壁厚x80低温站场用钢及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种韧性优良的大壁厚X80低温站场用钢及其制造方法，属于低碳微合金钢技术领域。该站场用钢的成分重量百分比计为：C：0.035-0.065％，Si：0.10-0.35％，Mn：1.60-1.85％，P≤0.015％，S：≤0.003％，Nb：0.05-0.09％，V：≤0.06％，Ti：0.010-0.020％，Ni：0.15-0.50％，Cr：≤0.50％，Mo：≤0.50％，Al：0.010-0.040％,Ceq：0.40-0.50％，Pcm：0.15-0.21％，余量为Fe及不可避免的杂质。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，钢板最大厚度至33mm，不仅产品综合性能满足要求，而且具有优良的低温韧性。

Description

韧性优良的大壁厚X80低温站场用钢及其制造方法

技术领域

本发明属于低碳微合金钢技术领域，特别是涉及一种韧性优良的大壁厚X80低温站场用钢及其制造方法，适用于石油天然气输送管道。

背景技术

近20年以来，世界各国经济迅猛发展，能源需求不断增加，随着国内外多项重大管道工程的规划及建设，高强度级别、厚规格低温站场用钢等高附加值管线产品，显现出良好的市场竞争能力和较大的市场需求，而国内企业在开发该系列管线产品方面进度比较缓慢。面对“西气东输三线”、“中亚C线”和“陕京四线”等多项管道工程对该系列管线钢板的需求，进行大壁厚、高钢级、特殊用途站场用钢的研制与开发意义重大。

站场用钢主要是用于管道中转站场建设，是对输送天然气的线路用钢进行加压，在地面上裸露使用，对于温度相关的性能要求比较严，一般为该地区的历史最低温度。其特点是厚度规格高于普通线路板，强度性能要求高于普通线路板，韧性试验温度比普通线路板要低20℃，所以大壁厚、高强度、低温站场用钢技术要求高于普通线路板。

发明内容

本发明的目的是提供一种韧性优良的大壁厚X80低温站场用钢及其制造方法，通过合理的成分设计及轧制工艺，使用400mm厚连铸坯生产X80低温站场用钢热轧平板，产品最大厚度至33mm，管径最大至1219mm，不仅产品综合性能满足要求，而且具有优良的低温韧性。

本发明的钢板的成分(按重量百分比计)为：

C：0.035-0.065％，Si：0.10-0.35％，Mn：1.60-1.85％，P≤0.015％，S：≤0.003％，Nb：0.05-0.09％，V：≤0.06％，Ti：0.010-0.020％，Ni：0.15-0.50％，Cr：≤0.50％，Mo：≤0.50％，Al：0.010-0.040％,余量为Fe及不可避免的杂质。

本发明所述的大壁厚X80低温站场用钢碳当量CE_IIW：0.40-0.50％，CE_Pcm：0.15-0.21％，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。本发明的大壁厚X80低温站场用钢的碳含量宜在0.035-0.065％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，由于大壁厚低温站场管采用低碳设计，可适当提高锰含量来补偿强度损失，锰可降低相变温度，促进奥氏体转变成针状铁素体，细化组织亚结构，在强化钢板的同时改善韧性。由于锰是易偏析元素，在大壁厚X80低温站场管中锰含量添加范围为1.6-1.85％。

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、V、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。大壁厚X80低温站场管钢板采用低终冷温度，一般不添加V。

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合金化管线钢的显微组织由细小、具有高密度位错亚结构的针状铁素体组成。钼的添加可使管线钢保持高强度和优良的韧性，降低韧脆转变温度。另外，钼合金化管线钢具有连续应力-应变曲线，在制管过程中，可进一步提高钢管强度，从而补偿因包申格效应所引起的强度损失。

Ni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1150～1180℃，加热时间380-450min，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2-4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：1.0-4.5m/s，轧制力矩：2000-3200kNm；

精轧阶段：开轧温度：810-850℃，终轧温度：780-820℃，轧制速度：2.0-5.0m/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350-550℃，冷却速率控制在10-35℃/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大壁厚X80低温站场用钢，钢板厚度规格覆盖至33mm；钢板力学性能指标比较稳定，其中：Rt0.5(屈服强度)≥555MPa、Rm(抗拉强度)≥635MPa、A50.8(断后伸长率)≥25％、-35℃-AKv(-35℃冲击值)＝250J～500J，钢板强度指标良好，且塑性、韧性匹配较好，大幅度提高了管道站场的安全性。

附图说明

图1为本发明大壁厚X80低温站场用管线钢板典型金相组织。

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，低温韧性见表4。

表1大壁厚X80低温站场用管线钢板化学成分wt％

表2大壁厚X80低温站场用管线钢板的加热、轧制及水冷工艺参数

表3大壁厚X80低温站场用管线钢板性能

表4大壁厚X80低温站场用管线钢板低温韧性

Claims (3)

1.一种韧性优良的大壁厚X80低温站场用钢，其特征在于，X80低温站场管的成分重量百分数为：

C：0.035-0.065％，Si：0.10-0.35％，Mn：1.60-1.85％，P≤0.015％，S：≤0.003％，Nb：0.05-0.09％，V：≤0.06％，Ti：0.010-0.020％，Ni：0.15-0.50％，Cr：≤0.50％，Mo：≤0.50％，Al：0.010-0.040％,余量为Fe及不可避免的杂质。

2.一种权利要求1所述的X80低温站场用钢，其特征在于，碳当量CE_IIW：0.40-0.50％，CE_Pcm：0.15-0.21％，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所述的X80低温站场用钢的生产方法，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的技术参数为：

(1)将按钢板的化学成分冶炼钢水浇注成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1150～1180℃，加热时间380-450min，保证钢坯奥氏体化；

(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2-4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：1.0-4.5m/s，轧制力矩：2000-3200kNm；

精轧阶段：开轧温度：810-850℃，终轧温度：780-820℃，轧制速度：2.0-5.0m/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350-550℃，冷却速率控制在10-35℃/s；

(5)钢板冷却后堆垛缓冷，堆冷时间12-24小时。