CN104862614A - 一种x60n正火管线钢及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种X60N正火管线钢及其生产方法，C：0.07～0.15％，Si：0.20～0.40％，Mn：1.55～1.7％，P：≤0.008％，S：≤0.015％，Mo：≤0.10％，Alt：0.02～0.05％，Ni：≤0.30％，Cr：≤0.30％，Cu：≤0.30％，V：0.004～0.008％，Nb：0.03～0.06％，Ti：0.005～0.025％，余量为Fe和不可避免杂质元素；生产方法主要包括转炉冶炼、连铸、轧制、正火热处理，通过轧制配合正火热处理生产出强度、韧性良好配合的X60N正火管线钢，通过提高碳含量来保证材料的强度性能，添加Nb、V、Ti微合金元素配合正火热处理，大大提高了材料的韧性，特别是低温韧性。该方法生产的X60N正火管线钢相变组织细小且均匀，不仅具有较高的强度，而且具有非常优异的低温韧性。

Description

一种X60N正火管线钢及其生产方法

技术领域

本发明属于管线钢生产技术领域，具体涉及一种X60N正火管线钢及其生产方法。

背景技术

由于随着现代经济的高速发展，对石油、天然气的需求量日益增加。由于石油、天然气的用户主要在工业发达的城市地区，而其产地多分布在极地、荒漠、冰原、海洋等偏远地带，因而如何经济地将偏远地区的油气资源长途输送到人烟稠密的经济发达地区，已经成为人类需要解决急迫问题。海洋底部布满了丰富的油气资源，因此人们首先把眼光放在了海洋，重点解决海洋底部的油气运输问题。海底管道服役环境较为复杂，对海底管线用钢的要求也不同于一般陆地用钢，不仅要求较高的强度性能，更需要优异的韧性特别是低温韧性。

管线钢一般是以热轧或者TMCP状态交货。对于轧后管线钢而言，可能存在组织不均匀与非正常组织等缺陷，导致管线钢的性能波动。特别是海底管道用钢板，对管线钢强韧稳定性要求更高，因此管线钢的成分设计和生产工艺均提出了较高的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种X60N正火管线钢及其生产方法，生产工艺为轧制+正火热处理工艺，通过轧制配合正火热处理生产出强度、韧性良好配合的X60N正火管线钢，得到的管线钢适用于海底油气输送管道。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种X60N正火管线钢，其特征在于：该管线钢的化学成分重量百分比如下：C：0.07～0.15％，Si：0.20～0.40％，Mn：1.55～1.7％，P：≤0.008％，S：≤0.015％，Mo：≤0.10％，Alt：0.02～0.05％，Ni：≤0.30％，Cr：≤0.30％，Cu：≤0.30％，V：0.004～0.008％，Nb：0.03～0.06％，Ti：0.005～0.025％，余量为Fe和不可避免杂质元素。

进一步，该管线钢的化学成分重量百分比中，Nb0.0548wt％、V0.0046wt％、Ti0.012wt％。

一种X60N正火管线钢的生产方法，其特征在于：该生产工艺通过轧制配合正火热处理生产出强度、韧性良好配合的X60N正火管线钢，具体要求如下：

1)轧制工序中的控轧控冷工艺参数为：

(1)粗轧阶段：开轧温度：1000-1100℃，结束温度：≥980℃；

(2)精轧阶段：开轧温度：910-970℃，终轧温度：750-800℃；

(3)轧后钢板进入ACC层流冷却，开始冷却温度控制在740-790℃，返红温度430-470℃；

(4)钢板冷却后堆垛缓冷，堆冷时间12-24小时；

2)正火热处理参数为：

(5)轧制完成后，钢坯进入正火炉中进行正火热处理，设定正火温度为880-900℃；控制正火保温时间为4-8分钟；

(6)采用空气中自然冷却的方式到室温。

进一步，进行正火热处理时，设定正火温度为890℃，控制正火升温速率1min/mm，控制正火保温时间为5分钟。

本发明内容的构成要点立足于以下认识：C通过固溶强化和析出强化提高强度，因此这里可以通过适当提高碳的含量来达到强度要求；Nb提高材料的再结晶温度，扩大未再结晶区，对晶粒细化的作用十分明显，提高材料的强度和低温韧性；V通过析出强化作用，能有效提高钢板的强度；一定量的N元素，为Nb和V的析出创造条件。

采用该生产工艺的依据是：通过控制板坯加热温度，保证第二相的充分溶解，并有效抑制原始奥氏体晶粒长大，同时强化控制轧制，使变形充分渗透到心部，使奥氏体晶粒充分细化和均匀化，并保证比较高的终止轧制温度，减轻带状组织的形成。随后正火炉中，正火加热，最终通过空气中自然冷却，得到细化均匀的相变组织，提高钢板的强度和低温韧性。

本发明的优点在于：本发明制备的正火管线钢采用了独特的合金成分设计和生产工艺制度。在合金成分上采用的碳含量为0.07-0.15％，既能够保证材料的低温韧性，又能够明显提高正火钢板的强度性能，另外采用适当的Nb和V微合金化，在生产过程中充分利用析出强化机理，可满足较高的强度和较低温度的韧性要求。在生产工艺制度上采用轧制+正火热处理工艺，得到细化均匀的相变组织，具有非常好的强韧性搭配。

按照本发明生产出的正火管线钢性能达到以下水平：

(1)拉伸性能：屈服强度达到410-430MPa，抗拉强度达到500-600MPa，屈强比≤0.88，伸长率≥40％。

(2)低温韧性：-30℃的10×10×55mm试样夏比V型缺口冲击功在350J以上。-15℃的落锤性能(DWTT)平均剪切面积≥85％。

本发明涉及的X60N正火管线钢，以正火状态交货，可以获得组织均匀、无非正常组织缺陷、强韧性良好、性能稳定、而且具有非常优异的低温韧性。适用于海底油气输送管道。

附图说明

图1本发明中X60N正火管线钢的金相组织图(500×)。

具体实施方式

实施例1

产品规格为厚16mm，X60N正火管线钢，其化学成分(wt％)如下：C0.083193wt％、Si0.288wt％、Mn1.6113wt％、S0.0014wt％、P0.008wt％、Ni0.0406wt％、Cr0.2259wt％、，Cu0.0123wt％、Nb0.0548wt％、V0.0046wt％、Ti0.012wt％、Mo0.0086wt％、Alt0.0308wt％,其余为Fe及不可避免的不纯物。

其生产工艺包括转炉冶炼、连铸、轧制、正火热处理工序。钢水冶炼浇注厚度为150mm坯料，钢坯首先进行粗轧阶段：开轧温度：1030℃，终轧温度：1000；精轧阶段：开轧温度：940℃，终轧温度：800℃；轧后钢板进入ACC层流冷却，入水温度为790℃，返红温度460℃，

钢板冷却后堆垛缓冷，堆冷时间12-24小时。轧制完成后，钢坯进入正火炉中进行正火热处理，设定正火温度为880℃，在炉时间为22分钟，空气中自然冷却到室温。此工艺下，钢板综合力学性能见下表1所示。

实施例2

产品规格为厚16mm，X60N正火管线钢，其化学成分(wt％)如下：C0.083193wt％、Si0.288wt％、Mn1.6113wt％、S0.0014wt％、P0.008wt％、Ni0.0406wt％、Cr0.2259wt％、，Cu0.0123wt％、Nb0.0548wt％、V0.0046wt％、Ti0.012wt％、Mo0.0086wt％、Alt0.0308wt％,其余为Fe及不可避免的不纯物。

经过转炉冶炼、连铸、轧制、正火热处理工序，钢水冶炼浇注厚度为150mm坯料，钢坯首先进行粗轧阶段：开轧温度：1030℃，终轧温度：1000；精轧阶段：开轧温度：940℃，终轧温度：800℃；轧后钢板进入ACC层流冷却，入水温度为790℃，返红温度460℃，钢板冷却后堆垛缓冷，堆冷时间12-24小时。轧制完成后，钢坯进入正火炉中进行正火热处理，设定正火温度为890℃，在炉时间为22分钟，空气中自然冷却到室温。图1为X60N正火管线钢890℃正火22min空冷后的金相组织放大500倍图。图中为铁素体和珠光体组织。此工艺下，钢板综合力学性能见下表1所示。

实施例3

产品规格为厚16mm，X60N正火管线钢，其化学成分(wt％)如下：C0.083193wt％、Si0.288wt％、Mn1.6113wt％、S0.0014wt％、P0.008wt％、Ni0.0406wt％、Cr0.2259wt％、，Cu0.0123wt％、Nb0.0548wt％、V0.0046wt％、Ti0.012wt％、Mo0.0086wt％、Alt0.0308wt％,其余为Fe及不可避免的不纯物。经过转炉冶炼、连铸、轧制、正火热处理工序，钢水冶炼浇注厚度为150mm坯料，钢坯首先进行粗轧阶段：开轧温度：1030℃，终轧温度：1000；精轧阶段：开轧温度：940℃，终轧温度：800℃；轧后钢板进入ACC层流冷却，入水温度为790℃，返红温度460℃，钢板冷却后堆垛缓冷，堆冷时间12-24小时。轧制完成后，钢坯进入正火炉中进行正火热处理，设定正火温度为900℃，在炉时间为22分钟，空气中自然冷却到室温。此工艺下，钢板综合力学性能见下表1所示。

表1钢板综合力学性能

本发明以正火状态交货，可以获得组织均匀、无非正常组织缺陷、强韧性良好、性能稳定的管线钢。

Claims (4)

1.一种X60N正火管线钢，其特征在于：该管线钢的化学成分重量百分比如下：C：0.07～0.15％，Si：0.20～0.40％，Mn：1.55～1.7％，P：≤0.008％，S：≤0.015％，Mo：≤0.10％，Alt：0.02～0.05％，Ni：≤0.30％，Cr：≤0.30％，Cu：≤0.30％，V：0.004～0.008％，Nb：0.03～0.06％，Ti：0.005～0.025％，余量为Fe和不可避免杂质元素。

2.根据权利要求1所述的X60N正火管线钢，其特征在于：该管线钢的化学成分重量百分比中，Nb 0.0548wt％、V 0.0046wt％、Ti 0.012wt％。

3.一种权利要求1所述的X60N正火管线钢的生产方法，其特征在于：该生产工艺通过轧制配合正火热处理生产出强度、韧性良好配合的X60N正火管线钢，具体要求如下：

1)轧制工序中的控轧控冷工艺参数为：

(1)粗轧阶段：开轧温度：1000-1100℃，结束温度：≥980℃；

(2)精轧阶段：开轧温度：910-970℃，终轧温度：750-800℃；

(3)轧后钢板进入ACC层流冷却，开始冷却温度控制在740-790℃，返红温度430-470℃；

(4)钢板冷却后堆垛缓冷，堆冷时间12-24小时；

2)正火热处理参数为：

(5)轧制完成后，钢坯进入正火炉中进行正火热处理，设定正火温度为880-900℃；控制正火保温时间为4-8分钟；

(6)采用空气中自然冷却的方式到室温。

4.根据权利要求3所述的X60N正火管线钢的生产方法，其特征在于：进行正火热处理时，设定正火温度为890℃，控制正火升温速率1min/mm，控制正火保温时间为5分钟。