CN103993245B - 一种低碳当量高强度热轧无缝管线管及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种低碳当量高强度热轧无缝管线管及其制造方法，其成分重量百分比为：C0.08～0.2％，Si0.1～0.45％，Mn0.8～1.6％，P<0.02％，S<0.005％，Cr≤0.5％，Ni≤0.5％，Cu≤0.5％，Mo≤0.05％，O≤0.01％，Nb+V+Ti<0.15％，V0.05～0.1％，Nb≤0.05％，Ti≤0.04％，Ceq0.38％～0.45％，V％/8.6+Ti％/3.4≤N％≤V％/3.6+Nb％/6.6+Ti％/3.4；其余Fe和不可避免的杂质。本发明无缝管线管具备较低C当量(限制在0.45以下)的同时，强度达到X60钢级或更高(屈服强度60Ksi/415MPa及以上)，拥有优良冲击韧性(0℃，全尺寸夏比V型冲击吸收功Ak>100J)，且无需调质热处理，热轧/正火态即可交货，以此降低管线成本，可用于油气以及其他流体输送以及结构用管等领域。

Description

一种低碳当量高强度热轧无缝管线管及其制造方法

技术领域

本发明涉及热轧无缝管线管，特别涉及一种低碳当量高强度热轧无缝管线管及其制造方法，其特点是在具备较低C当量(Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15)限制在0.45％及以下)以保证可焊性的同时，强度可达到X60钢级或更高(屈服强度60Ksi/415MPa及以上)，拥有优良冲击韧性(0℃，全尺寸夏比V型冲击吸收功Ak>100J)，同时该无缝管线管无需进行调质热处理，热轧或正火态即可实现以上性能。

背景技术

管道作为油气运输最为经济快捷的方式，近年来油气管道铺设长度大幅增长，对管线管需求量也随之水涨船高。管线用管除要求钢管需要有足够的强度和韧性外，还需要具备优良的可焊性，以便管道铺设施工，通常采用C当量指标(Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15)来衡量，C当量指标越低，则其可焊性越好，因此对于管线管而言，C当量越低越好。然而对于热轧无缝管线管而言，C当量指标基本决定了其轧态的力学性能，当C当量低于0.45％或更低时，难以达到X60级别及以上的强度，因此在生产X60及以上级别热轧无缝管线管时，通常采用调质热处理的方式生产，以保证在较低碳当量的情况下仍然具备足够的强度。

然而，采用调质热处理生产无缝管线管，虽然可以在较低的C当量下，获得较高的强度和优良的韧性，但也存在热处理成本较高及管体/焊缝区域组织差异较大等问题。

为此，需要一种具备较低的C当量，高的强度及韧性，且在热轧/正火态就实现以上性能的无缝管线管产品。

中国专利CN201010221546.1中公开了一种X70QS无缝管线管，其成分重量百分比为：C:0.06～0.14％，Si:0.2～0.45％，Mn:1.0～1.3％，P≤0.015％，S≤0.003％，Cr:0.05～0.3％，Mo:0.05～0.30％，Al:0.015～0.06％，N:0.003～0.010％，Nb:0.03～0.05％，V:0.05～0.09％，Ni≤0.1％，Cu≤0.2％，Ceq≤0.39％采用热轧+调质热处理，屈服强度>485MPa，-40℃冲击>150J；

中国专利CN201110138418.5中公开了一种X80抗腐蚀低温无缝管线管，其成分重量百分比为：C:0.08～0.14％，Si0.17～0.37％，Mn:1.4～1.65％，P≤0.015％，S≤0.008％，Mo≤0.10％，Al:0.02～0.05％，N:0.003～0.010％，Nb:0.02～0.05％，V≤0.03％，Ni≤0.3％，Cu≤0.2％，Cr≤0.3％，N≤0.010％，B:0.0008～0.002％，Ceq≤0.43％，屈服强度555～705MPa，-46℃冲击>100J。

中国专利CN201210091372.0中公开了一种含硼的厚壁无缝管线管钢，其成分重量百分比为：C0.08～0.14％，Si0.2～0.35％，Mn1.0～1.4％，P≤0.015％，S≤0.003％，Mo0.1～0.30％，Al0.015～0.06％，N0.003～0.010％，Nb0.02～0.05％，V:0.05～0.1％，Ni：0.1～0.2％，Cu:0.1～0.2％，Ca0.0015～0.006％，Cr≤0.15％，N0.012％，B≤0.0005％，Ceq≤0.43％，采用热轧+调质热处理，屈服强度>485MPa，-50℃冲击>180J。

日本专利JP63250418A中公开了一种低曲强比高强度无缝管线管，其成分重量百分比为：C:0.01～0.1％，Si≤0.5％，Mn:0.5～2％，P≤0.015％，S≤0.003％，Cr:0.05～0.3％，Mo:0.1～1％，Al:0.01～0.08％，N:0.003～0.010％，Ti:0.01～0.1％，V:0.01～0.1％，Ni:0.1-0.5％，Cu:0.1-0.5％，B:0.0008～0.002％，Ca:0.003～0.03％，Ceq≤0.39％，采用热轧+调质热处理。

以上各种产品最终强度均可达到60Ksi以上，冲击性能也满足标准要求，但均非热轧/正火态交货，最终交货需要调质处理，同样存在前述的热处理成本较高及管体/焊缝区域组织差异较大等问题。另外，其中部分钢种成分超出API5L标准要求，不具备通用意义。

发明内容

本发明的目的提供一种低碳当量高强度热轧无缝管线管及其制造方法，该无缝管线管在具备较低C当量(0.45％以下)的同时，强度达到X60钢级或更高(屈服强度60Ksi/415MPa及以上)，拥有优良冲击韧性(0℃，全尺寸夏比V型冲击吸收功Ak>100J)，且无需调质热处理，热轧/正火态即可交货，以此降低管线成本。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种低碳当量高强度热轧无缝管线管，其成分重量百分比为：

C0.08～0.2％，

Si0.1～0.45％，

Mn0.8～1.6％，

P<0.02％，

S<0.005％，

Cr≤0.5％，

Ni≤0.5％，

Cu≤0.5％，

Mo≤0.05％，

O≤0.01％，

Nb+V+Ti<0.15％，且，V0.05～0.1％，Nb≤0.05％，Ti≤0.04％；

Ceq0.38％～0.45％，Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15；

N满足V％/8.6+Ti％/3.4≤N％≤V％/3.6+Nb％/6.6+Ti％/3.4；其余Fe和不可避免的杂质。

在本发明钢的成分设计中：

C/Mn/Si/Cr/Mo/Ni/Cu等主要合金元素钢中主要强化方式为固溶强化，在满足API5L等主要管线标准对其限制，且碳当量在0.45以下时，其强度无法达到X60级别，且部分元素含量过高会造成组织内生成贝氏体、马氏体等组织，造成冲击韧性的剧烈下降。

添加不计入碳当量的合金元素如W等，其强度有可能达到X60级别，但成本会急剧增加，同时对其热加工性能等均有不利影响。

微合金元素Nb/V/Ti对钢的强化方式包括固溶强化、细晶强化、沉淀强化等多种强化方式，因热轧无缝管线管目前无法实现控轧控冷，其对强度的主要贡献在于析出强化，而其中V的沉淀强化效果最为明显，因此为得到足够的强度，必须添加一定量的V。

添加N可以有效增加Nb/V/Ti等微合金元素沉淀强化效果，如使VC析出相转变为更为弥散细小的V(C，N)析出相等，但N添加量过多，会显著降低钢材塑性、韧性、可焊性和冷弯性能，增加时效倾向和冷脆性，本发明经研究发现，为使N发挥足够的强化作用，同时还对韧性等不造成明显影响，需要按一定范围控制方可满足要求，需要满足V％/8.6+Ti％/3.4≤N％≤V％/3.6+Nb％/6.6+Ti％/3.4。

具体的，在本发明成分中：

C，C含量超过0.2％时，冷却过程中易生成上贝氏体、马氏体等脆相，影响冲击韧性，C含量小于0.08％则无法获得足够的固溶强化效果而难以得到60Ksi以上的强度，因而需要限制C含量在0.08～0.2％。

Si，是钢脱氧所必须的元素，因此无法完全避免带入，为保证足够的脱氧效果，Si含量应在0.1％以上，此外按标准规定，Si应控制在0.45％以下，因此Si含量应控制在0.1～0.45％

Mn，Mn具备细化晶粒和固溶强化的效果，此外Mn加入不会影响低温韧性，因此需要保证Mn的加入量不少于0.8％，此外标准限制Mn不超过1.6％，因此Mn含量控制在0.8％～1.6％。

Cr/Ni/Cu：各≤0.5％，Mn/Cr/Ni/Cu均是固溶强化元素，在标准容许范围内控制。

P、S均为钢种的有害元素，其存在对钢的耐腐蚀性、热加工性、韧性等都有不利影响，因此需要限制P在0.02％以下，S在0.005％以下。

Mo，Mo有在冷却时推迟珠光体转变的作用，Mo含量较高时会促进贝氏体形成，从而导致冲击性能的明显下降，因此要将Mo含量控制在0.05％以下。

Ceq0.38％～0.45％，Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15；

考虑到焊接要求，Ceq应尽可能低，最大不超过0.45％，但当Ceq低于0.38％时，无论如何，也无法得到60Ksi以上的强度，因此需要控制Ceq在0.38％～0.45％。

O，是降低耐蚀性和韧性的元素，应严格限制其含量在0.01％以下，以0.005％以下为更佳。

Nb+V+Ti<0.15％，且0.05％≤V≤0.1％，Nb≤0.05％，Ti≤0.04％；

Nb/V/Ti是微合金化元素，加入后对钢的晶粒细化，性能提升都有明显效果，其中V具备最佳的析出强化效果，在低碳当量限制下要想达到高强度，需要加入V超过0.05％，其余元素含量按标准控制。

N：V％/8.6+Ti％/3.4≤N％≤V％/3.6+Nb％/6.6+Ti％/3.4

钢中加入N可以提升微合金化元素V/Nb/Ti的强化效果，可有效提升钢的强度，但N含量超过一定程度时，由于氮化物的聚集长大，会出现钢韧性急剧降低的情况，因此根据本发明研究，需要将N按以下控制标准控制：V％/8.6+Ti％/3.4≤N％≤V％/3.6+Nb％/6.6+Ti％/3.4。

本发明低碳当量高强度热轧无缝管线管的制造方法，其包括如下步骤：

1)按所述成分冶炼，将冶炼后的钢水浇铸成铸锭，并锻造或轧制成管坯；

2)将管坯加热到1100～1250℃，保持1～3小时后，经穿孔、热轧成荒管；

3)钢管最终经检验、探伤、喷印等流程后即可作为成品交货。

进一步，步骤2)后制成的钢管热轧态即可达到前述的高强度及韧性，若考虑改善其切削性能或进一步提高其冲击性能起见，可将钢管进行正火热处理，正火加热温度880～1000℃，保温时间不少于钢管壁厚/mm×1.5min。

本发明的有益效果：

1、具备较低C当量(Ceq％＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15)限制在0.45及以下)，保证了其焊接性能的稳定；

2、强度达到X60钢级或更高(屈服强度60Ksi/415MPa及以上)，拥有优良冲击韧性(0℃，全尺寸夏比V型冲击吸收功Ak>100J)，具备优良的使用安全性；

3、无需调质热处理，热轧/正火态即可交货，可有效降低管线成本。

综上所述，本发明能提供具备低C当量，高的强度及韧性，且在热轧/正火态就实现以上性能的无缝管线管产品，可用于油气等流体的输送。

具体实施方式

以下实施例用于具体的说明本发明内容，这些实施例仅为本发明内容的一般描述，并不对本发明内容进行限制。

表1为本发明实施例，表2为本发明实施例的性能。

屈服强度数据是将制成的钢管加工成API弧形试样，按API标准检验后取平均数得出

全尺寸夏比V型冲击吸收功数据是在制成的钢管上取截面积为10*10*55全尺寸V型冲击试样，按GB/T229标准检验后取平均数得出；

金相组织是从样管上取全壁厚试样打磨抛光后，使用4％硝酸酒精腐蚀后在金相显微镜下观察得出。

根据以上试验结果可看出：

当V超出本发明中所述范围如编号a，则由于析出强化效果不足而无法得到足够的强度；当Mo超出本发明中所述范围如编号b时，则由于组织中贝氏体的生成而使冲击韧性不足；当碳当量Ceq超出本发明中所述范围如编号c，则由于固溶强化效果不足而无法得到足够的强度；当N高于本发明中所述范围如编号d，则因为粗大氮化物的析出引起冲击不足；当N低于本发明中所述范围如编号e，则由于析出强化效果不足而无法得到足够的强度

综上所述，本发明提供的一种热轧无缝管线管，具备较低C当量(Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15)限制在0.45％及以下)的同时，强度达到X60钢级或更高(屈服强度60Ksi/415MPa及以上)，拥有优良冲击韧性(0℃，全尺寸夏比V型冲击吸收功Ak>100J)，且无需调质热处理，热轧/正火态即可交货，从而达到降低管线成本的目的。可应用于油气等流体输送领域。

Claims (3)

1.一种低碳当量高强度热轧无缝管线管，其成分重量百分比为：

C0.08～0.2％，

Si0.1～0.45％，

Mn0.8～1.6％，

P<0.02％，

S<0.005％，

Cr≤0.5％，

Ni≤0.5％，

Cu≤0.5％，

Mo≤0.05％，

O≤0.01％，

Nb+V+Ti<0.15％，且，V0.05～0.1％，Nb≤0.05％，Ti≤0.04％；

Ceq0.38％～0.45％，Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15；

N满足V％/8.6+Ti％/3.4≤N％≤V％/3.6+Nb％/6.6+Ti％/3.4；其余Fe和不可避免的杂质。

2.如权利要求1所述的低碳当量高强度热轧无缝管线管的制造方法，其包括如下步骤：

1)按权利要求1所述成分冶炼，将冶炼后的钢水浇铸成铸锭，并锻造或轧制成管坯；

2)将管坯加热到1100～1250℃，保持1～3小时后，经穿孔、热轧成荒管；

3)钢管最终经检验、探伤、喷印流程后即可作为成品交货。

3.如权利要求2所述的低碳当量高强度热轧无缝管线管的制造方法，其特征是，步骤2)后将钢管进行正火热处理，正火加热温度880～1000℃，保温时间不少于钢管壁厚/mm×1.5min。