CN105463317B - 低屈强比热轧管线钢原卷或开平板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低屈强比热轧管线钢原卷或开平板，其特征在于：它化学成分重量百分比为：C：0.036‑0.057％；Si：0.22‑0.30％；Mn：1.02‑1.25％；P≤0.016％；S≤0.0015％；Cr：0.15‑0.25％；Nb：0.020‑0.044％；Ti：0.011‑0.015％；其它为Fe及不可避免的杂质。本发明还提供一种低屈强比热轧管线钢原卷或开平板的制备方法。本发明在低C中低Mn体系的基础上，通过仅添加了少量的Nb、Cr、Ti等合金元素。同时，通过优化TMCP生产工艺，最终获得在线淬火工艺生产的低屈强比热轧管线钢原卷。根据用户需求，原卷经过开平后可以获得较中厚板产线的淬火平板板型质量更加优异的淬火开平板。

Description

低屈强比热轧管线钢原卷或开平板及其制备方法
技术领域
本发明涉及化工技术领域，具体地指是一种低屈强比热轧管线钢原卷或开平板及其制备方法。
背景技术
石油、天然气是国民经济发展的重要能源，在我国能源消费中的比重日益增加。当前管道输送依然是石油、天然气最为经济、安全、高效的长距离输送方式。随着油气资源开采逐渐向山区、边疆等难开采区域的转移，越来越多的长距离输送管道敷设需要通过山谷、滑坡带、地震带等地质构造不稳定环境。当地质变动时，埋地管道会随之发生弯曲变形。
为避免变形管道强度时效进而引起管道爆裂，提高管道服役的安全性，要求该类区域使用的管线钢必须具有低的屈强比以获得充足的形变裕度。因此，开发具有低屈强比、较好强韧性和良好焊接性能的管线钢对于满足工程需要具有重要意义。
长期以来，天然气输送管道的设计标准主要遵循基于应力的设计准则，即要求保证管道所受载荷产生的应力小于管材的屈服应力乘以设计系数。该设计方法保证管道的实际承载能力处于安全合理的范围，为常规管道设计工作提供了较好的安全保障。
当前管道输送依然是石油、天然气最为经济、安全、高效的长距离输送方式。随着油气资源开采逐渐向山区、边疆等难开采区域的转移，越来越多的长距离输送管道敷设需要通过山谷、滑坡带、地震带等地质构造不稳定环境。当地质变动时，埋地管道会随之发生弯曲变形。
为避免变形管道强度时效进而引起管道爆裂，提高管道服役的安全性，要求该类区域使用的管线钢必须具有低的屈强比以获得充足的形变裕度。因此，开发具有低屈强比、较好强韧性和良好焊接性能的管线钢对于满足工程需要具有重要意义。
常规的高性能管线钢多采用TMCP技术生产，即采用两阶段控轧技术和轧后空冷技术的综合应用。该方法通过再结晶区和未再结晶区的形变获得具有高位错密度的形变奥氏体组织，随后形变奥氏体在较高的冷速完成中温转变，保证管线钢的强韧性。
常规工艺条件下，为满足层流冷却条件下钢的淬透效果，需要添加较多的Mo、Ni等合金元素，且多采用Nb+V的成分改善具有中温终冷温度管线钢强度性能。但该工艺路线生产的管线钢往往合金成本与屈强比均较高。高的屈强比意味着钢在屈服点以上进行塑性变形的能力弱化，不适合基于应变设计准则的要求。
经检索，申请号为CN201210085344、CN201010251848、CN201010101105、CN201310654931的专利涉及到在线淬火或轧后快速冷去生产管线钢的内容。专利CN201210085344涉及到中厚板产线管线钢生产的在线淬火工艺，其开冷较低不利于钢的强度潜力发挥，且开冷前需弛豫或空冷，严重降低了生产效率。专利CN201010251848和CN201010101105虽在钢板轧后进行了高冷速控冷，但其成分体系中Ni、Mo含量较高，没有经济性优势。专利CN201310654931的轧后冷速高达50-100℃/s，但其终冷温度在珠光体转变区，且需在该温度区间保温1.5-5h，并未完全实现在线淬火的工艺路线，且生产效率极低。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种低屈强比热轧管线钢原卷或开平板，它是在线淬火工艺生产的厚度≤10mm、具有低屈强比特性、强度级别达L415以上的螺旋焊管用热轧原卷或直缝焊管用热轧开平板。本发明的另一目的是提供一种低屈强比热轧管线钢原卷或开平板的制备方法。
为实现上述目的，本发明提供的低屈强比热轧管线钢原卷或开平板，其特征在于：它化学成分重量百分比为：C：0.036-0.057％；Si：0.22-0.30％；Mn：1.02-1.25％；P≤0.016％；S≤0.0015％；Cr：0.15-0.25％；Nb：0.020-0.044％；Ti：0.011-0.015％；其它为Fe及不可避免的杂质。
本发明提供的另一种低屈强比热轧管线钢原卷或开平板，其特征在于：它化学成分重量百分比为：C：0.037％；Si：0.25％；Mn：1.17％；P：0.011％；S：0.0014％；Cr：0.23％；Nb：0.043％；Ti：0.011％；其它为Fe及不可避免的杂质。
本发明还提供一种低屈强比热轧管线钢原卷或开平板的制备方法，其特征在于：该方法的关键工艺参数控制如下：
(1)板坯在炉加热温度为1160-1180℃，粗轧终轧温度为1020-1050℃，精轧终轧温度为880-900℃，终冷温度≤240℃；
(2)轧后采用超快冷冷却，冷速≥64℃/s；
(3)热轧钢卷可经开平成为热轧钢板，钢板不平度不大于5/1000mm；
(4)组织类型为准多边形铁素体+弥散M/A或退化珠光体；
(5)采用上述成分与工艺生产管线钢力学性能为：屈服强度≥415MPa，抗拉强度≥500MPa，屈强比≤0.80，-20℃冲击功KV2≥280J，-15℃落锤撕裂韧性SA≥95％。
进一步地，所述(1)中板坯在炉加热温度为1180℃，粗轧终轧温度为1025℃，精轧终轧温度为895℃，终冷温度为235℃；
所述(2)中轧后采用超快冷冷却，冷速为71℃/s；
所述(3)中热轧钢卷可经开平成为热轧钢板，钢板不平度不大于5/1000mm。
所涉及的在线淬火工艺生产的低屈强比热轧管线钢原卷或开平板化学成分重量百分比为：C 0.035-0.060％；Si 0.22-0.30％；Mn 1.01-1.25％；P≤0.016％；S≤0.0015％；Cr 0.15-0.25％；Nb 0.020-0.045％；Ti 0.010-0.015％；其它为Fe及不可避免的杂质。
上述在线淬火工艺生产的低屈强比热轧管线钢原卷或开平板生产过程中关键点如下：
(1)板坯在炉加热温度为1160-1180℃，粗轧终轧温度为1020-1050℃，精轧终轧温度为880-900℃，终冷温度≤250℃。
(2)轧后采用超快冷冷却，冷速≥64℃/s。
(3)热轧钢卷可经开平成为热轧钢板，钢板不平度不大于5/1000mm。
(4)组织类型为准多边形铁素体+弥散M/A或退化珠光体。
(5)采用上述成分与工艺生产管线钢力学性能为：屈服强度≥415MPa，抗拉强度≥500MPa，屈强比≤0.80，-20℃冲击功KV2≥280J，-15℃落锤撕裂韧性SA≥95％。
本发明为保障在线淬火工艺生产的低屈强比热轧管线钢原卷或开平板的性能达到发明目的，从管线钢强度性能和组织类型等角度进行化学成分设计，其中各元素的作用及限定量的理由如下：
碳C：C为最基本、最经济的强化元素，通过固溶强化和析出强化有效地提高钢的强度。C含量过低时对钢的强度作用不明显，含量太高时则会降低钢的塑性、韧性和可焊接性，并且会加重钢中的带状组织级别。本发明中C的含量控制为0.035-0.060％(重量百分数，以下各元素相同)。
硅Si：Si主要以固溶强化形式提高钢的强度，同时也是钢中的脱氧元素，但含量过低时强化效果不明显，含量过高时又对钢的韧性不利。本发明中Si的含量控制为0.22-0.30％。
锰Mn：Mn是钢中重要的固溶强化元素，可以扩大奥氏体相变区，有利于获得细小的低温相变产物，提高钢的低温韧性。本发明中Mn的含量控制为1.01-1.25％。
铬Cr：Cr能有效地提高钢的淬透性和强度，抑制低强度的多边形铁素体和珠光体产生，促进组织的中温转变，但其含量超过一定值后将导致钢的冲击韧性恶化。因此，本发明中Cr含量控制在0.15-0.25％。
铌Nb：Nb具有强烈的晶粒细化作用，通过在奥氏体晶界附近富集产生溶质拖曳效应，阻碍奥氏体晶粒的长大进程。通过再结晶阶段的充分形变，可以获得细小均匀的奥氏体。在未再结晶阶段具有高密度位错的奥氏体中，Nb的碳氮化物易于在位错线上诱导析出，起到析出强化和促进中低温相变形核的作用，有利于提高钢的强度水平和改善屈强比。本发明中Nb含量控制为0.020-0.045％。
钛Ti：Ti在冶炼过程中形成TiN，避免游离N原子减弱钢的韧性。同时，TiN颗粒可以阻碍奥氏体晶粒在加热过程中的粗化，从而细化钢的相变产物，改善钢及其热影响区的韧性。另外添加适量的Ti还有助于促进Nb发挥固溶强化效果。本发明中Ti含量控制为0.010-0.015％。
磷P、硫S：P会降低钢的低温韧性，恶化焊接性能，并且P容易在钢中偏析，促进带状组织的产生。S容易与Mn形成长条状MnS夹杂，影响钢的低温韧性和耐腐蚀特性。因此，本发明应尽量减少P、S的含量以减少其对钢的不利影响，P的含量控制为P≤0.016％，S的含量控制为S≤0.0015％。
本发明的优点在于：本发明采用TMCP和超快冷的生产工艺路线，在控制轧制阶段充分利用再结晶实现奥氏体晶粒的细化和均匀化，进一步地通过非再结晶区的形变促使奥氏体内部具有较高的位错密度，并诱导析出物在高界面能位置弥散析出。在随后的控冷阶段中，通过适当控制冷却速度，促使相变产物向细小、均匀的中低温组织转变。由于冷却速度较高，促使钢中产生一定数量的弥散M/A岛或退化珠光体等硬相组织，从而导致钢的屈强比呈现较低水平，且不会引起钢的韧性恶化。
本发明涉及的管线钢板力学性能为：屈服强度≥415MPa，抗拉强度≥500MPa，屈强比≤0.80，-20℃冲击功KV2≥280J，-15℃落锤撕裂韧性SA≥95％。本发明涉及的管线钢板的组织类型为准多边形铁素体+弥散M/A或退化珠光体。
本发明在低C中低Mn体系的基础上，通过仅添加了少量的Nb、Cr、Ti等合金元素。同时，通过优化TMCP生产工艺，最终获得在线淬火工艺生产的低屈强比热轧管线钢原卷。根据用户需求，原卷经过开平后可以获得较中厚板产线的淬火平板板型质量更加优异的淬火开平板。
附图说明
图1是本发明在线淬火工艺生产的低屈强比管线钢金相组织示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
表1为本发明各实施例及对比例的取值列表；
表2为本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表；
表3为本发明各实施例及对比例力学性能检测情况列表；
本发明各实施例按照以下步骤生产：
(1)板坯在炉加热温度为1160-1180℃，粗轧终轧温度为1020-1050℃，精轧终轧温度为880-900℃，终冷温度≤250℃。
(2)轧后采用超快冷冷却，冷速≥64℃/s。
(3)热轧钢卷可经开平成为热轧钢板，钢板不平度不大于5/1000mm。
表1本发明各实施例与对比钢化学成分(wt％)
编号 C Si Mn P S Cr Nb Ti
实施例1 0.042 0.23 1.14 0.016 0.0013 0.18 0.020 0.011
实施例2 0.055 0.29 1.09 0.015 0.0010 0.21 0.032 0.012
实施例3 0.057 0.25 1.22 0.015 0.0011 0.16 0.040 0.014
实施例4 0.036 0.24 1.11 0.012 0.0015 0.19 0.039 0.013
实施例5 0.037 0.25 1.17 0.011 0.0014 0.23 0.043 0.011
实施例6 0.049 0.22 1.06 0.015 0.0010 0.25 0.026 0.015
实施例7 0.043 0.28 1.25 0.013 0.0014 0.15 0.028 0.014
实施例8 0.052 0.30 1.23 0.012 0.0013 0.17 0.031 0.012
实施例9 0.056 0.27 1.13 0.010 0.0011 0.20 0.037 0.012
实施例10 0.047 0.26 1.02 0.011 0.0015 0.21 0.044 0.013
对比例1 0.050 0.23 0.85 0.013 0.0012 0.23 — 0.014
对比例2 0.047 0.26 0.92 0.011 0.0015 — 0.010 0.011
表2本发明实施例与对比例的主要工艺过程
表3本发明各实施例及对比例力学性能列表
从表3数据可知，本发明实施例的力学性能性能均优于对比例。
本发明涉及的管线钢板力学性能为：屈服强度≥415MPa，抗拉强度≥500MPa，屈强比≤0.80，-20℃冲击功KV2≥280J，-15℃落锤撕裂韧性SA≥95％。
上述实施例仅为最佳例举，而并非是对本发明的实施方式的限定。除上述实施例外，本发明还有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种低屈强比热轧管线钢原卷或开平板，其特征在于：它化学成分重量百分比为：C：0.036-0.057％；Si：0.22-0.30％；Mn：1.02-1.25％；P≤0.016％；S≤0.0015％；Cr：0.15-0.25％；Nb：0.020-0.044％；Ti：0.011-0.015％；其它为Fe及不可避免的杂质；
其制备方法的关键工艺参数控制如下：
(1)板坯在炉加热温度为1160-1180℃，粗轧终轧温度为1020-1050℃，精轧终轧温度为880-900℃，终冷温度≤240℃；
(2)轧后采用超快冷冷却，冷速≥64℃/s；
(3)热轧钢卷可经开平成为热轧钢板，钢板不平度不大于5/1000mm；
(4)组织类型为准多边形铁素体+弥散M/A或退化珠光体；
(5)采用上述成分与工艺生产管线钢力学性能为：屈服强度≥415MPa，抗拉强度≥500MPa，屈强比≤0.80，-20℃冲击功KV2≥280J，-15℃落锤撕裂韧性SA≥95％。
2.根据权利要求1所述的低屈强比热轧管线钢原卷或开平板，其特征在于：它化学成分重量百分比为：C：0.037％；Si：0.25％；Mn：1.17％；P：0.011％；S：0.0014％；Cr：0.23％；Nb：0.043％；Ti：0.011％；其它为Fe及不可避免的杂质。
3.一种制备如权利要求1所述低屈强比热轧管线钢原卷或开平板的方法，其特征在于：该方法的关键工艺参数控制如下：
(1)板坯在炉加热温度为1160-1180℃，粗轧终轧温度为1020-1050℃，精轧终轧温度为880-900℃，终冷温度≤240℃；
(2)轧后采用超快冷冷却，冷速≥64℃/s；
(3)热轧钢卷可经开平成为热轧钢板，钢板不平度不大于5/1000mm；
(4)组织类型为准多边形铁素体+弥散M/A或退化珠光体；
(5)采用上述成分与工艺生产管线钢力学性能为：屈服强度≥415MPa，抗拉强度≥500MPa，屈强比≤0.80，-20℃冲击功KV2≥280J，-15℃落锤撕裂韧性SA≥95％。
4.根据权利要求3所述的低屈强比热轧管线钢原卷或开平板的制备方法，其特征在于：
所述(1)中板坯在炉加热温度为1180℃，粗轧终轧温度为1025℃，精轧终轧温度为895℃，终冷温度为235℃；
所述(2)中轧后采用超快冷冷却，冷速为71℃/s；
所述(3)中热轧钢卷可经开平成为热轧钢板，钢板不平度不大于5/1000mm。
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