CN106636888A - 一种低碳当量高强度x70管线钢热轧卷板及其制造方法 - Google Patents

一种低碳当量高强度x70管线钢热轧卷板及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低碳当量高强度X70管线钢热轧卷板及其制造方法，属于管线钢技术领域。所述卷板按照质量百分比包括以下组分：C：0.04～0.08％，Si：0.1～0.3％，Mn：1.4～1.6％，Nb≤0.06％，Ti≤0.02％，Mo：0.1～0.2％，Ceq≤0.38，其他为Fe和不可避免的微量杂质；所述卷板的内部显微组织为粒状贝氏体和铁素体。制造方法包括冶炼、连铸、二次加热、粗轧、精轧、冷却、卷取。本发明通过优化合金成分设计，同时通过控制加热、轧制、冷却工艺配合，良好的抵抗了制管过程中较大的包辛格效应，获得具有良好综合力学性能的适用于薄规格X70管线钢的热轧卷板，屈服强度545MPa以上。

Description

一种低碳当量高强度X70管线钢热轧卷板及其制造方法
技术领域
本发明涉及管线钢技术领域，特别涉及一种低碳当量高强度X70管线钢热轧卷板及其制造方法。
背景技术
随着世界经济的发展，对能源的需求以及使用大幅度提升。特别是近些年来环保的要求越来越高，以天然气为代表的清洁能源的使用比例和范围日渐提高。大壁厚(≥10mm)X70管线钢多用于主干线管道的建设之中，随着天然气管道的升级改造，薄规格(≤10mm)X70的管线钢成为一个新的需求点。从成本、安全等角度出发，“高钢级”成为管线钢的一个重要发展方向。随着管线钢强度的提高，可以有效的减薄壁厚，降低钢材的使用量，而且还可以有效的提高输送效率，进而降低建设及运营成本。
薄规格X70钢管可以有效的替代原有的低钢级大壁厚钢管，降低管道建设用钢量，提高输送压力以及输送效率，安全系数较此前有明显提升。且薄规格X70采用直缝高频电阻焊管(Electric Resistance Welding，简称为ERW)制管方式，较直缝埋弧焊管的制管效率明显提高，从而降低了钢管以及管道建设的成本。
现有X70管线钢生产技术集中于大壁厚(≥10mm)的低成本、高强度以及低温韧性控制。现有X70的生产技术主要通过添加高碳当量的Cr、V等廉价元素以及低温卷取的方式实现低成本、高强度以及低温韧性控制。然而对于采用ERW方式制管的薄规格X70而言，以上的方法并不适用。较高的碳当量给焊接过程造成很大的难度，制管过程中会出现较大的包辛格效应(制管后屈服强度降低40～60MPa)，而且低温卷取容易造成卷取温度波动大的问题，特别是屈服强度波动大，还会带来板形、回弹等问题。因此现有X70的生产技术不能满足对批量生产稳定性以及板形有更高要求的薄规格X70管线钢的生产。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低碳当量高强度X70管线钢热轧卷板及其制造方法，解决了现有技术中存在的碳当量过高使薄规格X70管线钢制管过程中焊接困难、成型过程中包辛格效应过大，以及大壁厚X70管线钢生产技术无法满足薄规格X70管线钢对卷板综合力学性能及板形要求的技术问题。
一方面，为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：
一种低碳当量高强度X70管线钢热轧卷板，按照质量百分比包括以下组分：C：0.04％～0.08％，Si：0.1％～0.3％，Mn：1.4％～1.6％，Nb≤0.06％，Ti≤0.02％，Mo：0.1％～0.2％，Ceq≤0.38，其他为Fe和不可避免的微量杂质；
所述卷板的内部显微组织为粒状贝氏体和铁素体。
进一步地，所述卷板的厚度为4.0～9.0mm。
进一步地，所述卷板的屈服强度Rt0.5≥545MPa，抗拉强度Rm≥615MPa，延伸率A50≥29％，屈强比≤0.93。
进一步地，所述卷板在-10℃全尺寸冲击功均值≥250J。
进一步地，所述卷板的硬度HV10≤230。
进一步地，所述卷板-20℃落锤试验剪切面积≥95％。
另一方面，提供一种低碳当量高强度X70管线钢热轧卷板的制造方法，按照质量百分比包括以下组分：C：0.04％～0.08％，Si：0.1％～0.3％，Mn：1.4％～1.6％，Nb≤0.06％，Ti≤0.02％，Mo：0.1％～0.2％，Ceq≤0.38，其他为Fe和不可避免的微量杂质；所述制造方法包括：冶炼、连铸、二次加热、粗轧、精轧、冷却、卷取过程，
控制所述二次加热的出炉温度为1230～1280℃，一加温度控制在1000℃以上，控制加热时间在200～300min，均热时间在30min以上；
控制所述精轧的终轧温度在780℃～850℃；
所述冷却采用水冷的方式进行加速冷却，冷却速率控制15℃/s～20℃/s；
卷取后获得显微组织为粒状贝氏体和铁素体的卷板。
进一步地，所述粗轧控制出口温度为1000～1100℃，末道次压下量≤22mm。
进一步地，控制所述卷取的温度为500℃～620℃。
进一步地，所述卷板的厚度为4.0～9.0mm；屈服强度Rt0.5≥545MPa。
本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
1、本发明实施例中提供的低碳当量高强度X70管线钢热轧卷板，采用合理的组分设计，其中：采用0.04％～0.08％的C含量，可以有效的降低碳原子固溶量，从而缩短屈服平台长度，缩小因包辛格效应引起的屈服强度降低的幅度，同时不至恶化塑形和韧性；采用0.1％～0.3％的Si含量，可提高卷板强度，同时不至恶化焊缝冲击韧性；采用1.4％～1.6％的Mn，可以确保低C成分下的高强度并促进细化组织；控制Nb元素含量≤0.06％，可细化显微组织，实现提高材料的韧性和塑性的同时提高强度；控制Ti元素含量≤0.02％，可细化组织同时不会影响钢材的低温韧性；通过添加0.1％～0.2％的Mo元素，可扩大贝氏体相变区，提高卷板强度，同时可以减少或不添加Mn、Cr等高碳当量元素，降低碳当量，有利于ERW制管的焊接过程；控制碳当量Ceq≤0.38，能够实现较好的焊接质量。通过各元素间协同作用，进而保证卷板具有良好的综合力学性能及板形，在降低碳当量、提高焊接性能的同时保证了较低的合金成本，提高了产品经济性。
2、本发明实施例中提供的低碳当量高强度X70管线钢热轧卷板的制造方法，通过优化合金成分设计，同时通过控制加热，采用较高的一加温度对合金元素进行充分回熔，提高后续冷却过程中的析出量，进而提高卷板强度；控制低的终轧温度，有利于在未再结晶区累积更多的形变能，促进相变过程中的组织细化；加速冷却并控制冷速促进粒状贝氏体的形成，并配合控制卷取工艺，良好的抵抗了制管过程中较大的包辛格效应，获得了具有良好综合力学性能和板形的适用于薄规格X70管线钢的热轧卷板，其屈服强度达到545MPa以上。
附图说明
图1是本发明实施例制造的厚度规格为7.9mm的热轧卷板的电镜图；
图2是本发明实施例制造的厚度规格为6.4mm的热轧卷板的电镜图；
图3是本发明实施例制造的厚度规格为4.5mm的热轧卷板的电镜图。
具体实施方式
本发明实施例通过提供一种低碳当量高强度X70管线钢热轧卷板及其制造方法，解决了现有技术中存在的碳当量过高使薄规格X70管线钢制管过程中焊接困难、成型过程中包辛格效应过大，以及大壁厚X70管线钢生产技术无法满足薄规格X70管线钢对卷板综合力学性能及板形要求的技术问题；抵抗了制管过程中较大的包辛格效应，获得的卷板具有良好综合力学性能，为薄规格ERW X70钢管提供良好的原料。
为解决上述技术问题，本发明提供一种低碳当量高强度X70管线钢热轧卷板，按照质量百分比包括以下组分：C：0.04％～0.08％，Si：0.1％～0.3％，Mn：1.4％～1.6％，Nb≤0.06％，Ti≤0.02％，Mo：0.1％～0.2％，Ceq≤0.38，其他为Fe和不可避免的微量杂质；
所述卷板的内部显微组织为粒状贝氏体和铁素体。
本发明通过添加合金元素进而形成化学成分为以上热轧卷板，是基于以下原理：
本发明实施例控制C元素含量为0.04％～0.08％，C元素主要通过固溶强化的方式提高卷板的力学性能，特别是对提高卷板的强度有显著的影响。而减小C含量可以有效的降低碳原子固溶量，从而缩短屈服平台长度，缩小因包辛格效应引起的屈服强度降低的幅度。此外，过高的C含量容易造成塑形和低温韧性的损失。因此本发明中C含量采用低碳成分设计，C含量控制在0.04％～0.08wt％，从而保证卷板有较好的强度，同时不至恶化塑形和韧性。
本发明实施例控制Si元素含量为0.1％～0.3％，Si是固溶强化元素，可以提高卷板的强度。但在ERW焊接过程中Si容易被氧化，形成含Si氧化物夹杂，恶化焊缝冲击韧性，因此应尽量控制Si含量在0.1％～0.3％。
本发明实施例控制Mn元素含量为1.4％～1.6％，Mn的主要作用是固溶强化元素，确保在低C成分体系下的高强度。此外Mn可以降低相变问题，进而促进组织细化。然而较高的Mn含量容易产生中心偏析，因此Mn含量不易过高，因此本发明的Mn含量控制在1.4％～1.6％。
本发明实施例控制Nb元素含量≤0.06％，Nb元素是重要的细晶强化元素，通过固溶Nb元素的拖曳效应和Nb(C、N)析出的阻碍作用，抑制奥氏体的回复、再结晶和晶粒长大，细化显微组织，实现提高材料的韧性和塑性的同时提高强度。但细晶强化提高屈服强度明显，容易造成屈强比超标。因此本发明的Nb元素含量控制在≤0.060wt％。
本发明实施例控制Ti元素含量≤0.02％，Ti元素是最重要的析出强化元素，还可以细化组织，但过高的Ti元素对钢材的低温韧性不利，因此本发明将Ti含量控制在≤0.02％。
本发明实施例控制Mo元素含量为0.1％～0.2％，Mo元素可以有效的降低珠光体的形核驱动力，推迟碳化物的形核和长大，还能够增加固溶体原子间的结合力，减小铁的自扩散系数，从而推迟了珠光体转变中的γ—α转变，进而扩大了贝氏体相区，使得在较大范围的冷速和终冷温度内获得贝氏体组织，有利于提高产品的稳定性。因此本发明的Mo元素控制在0.1～0.2wt％。
本发明实施例控制Ceq≤0.38，ERW制管通过辊压方式成型，并采用高频电阻将卷板母材边部进行熔融焊接。由于焊接材料即为母材本身，因此要求母材碳当量尽可能低，对成分设计要求较高。为保证能够实现较好的焊接质量，本发明在成分控制上满足Ceq≤0.38。
通过以上内容可以看出，本发明采用C：0.04％～0.08％，Si：0.1％～0.3％，Mn：1.4％～1.6％，Nb≤0.06％，Ti≤0.02％，Mo：0.1％～0.2％，Ceq≤0.38的成分设计，通过添加少量的Mo元素，扩大贝氏体相变区，提高卷板强度，同时可以减少或不添加Mn、Cr等高碳当量元素，降低碳当量，有利于ERW制管的焊接过程，各元素间协同作用，减少制管过程中出现包辛格效应，从而保证卷板具有良好的综合力学性能。在降低碳当量、提高焊接性能的同时保证了较低的合金成本，提高了产品经济性。本实施例可以获得宽度为700～1950mm，厚度为4.0～9.0mm规格的卷板。热轧卷板的屈服强度Rt0.5≥545MPa，抗拉强度Rm≥615MPa，延伸率A50≥29％，屈强比≤0.93。-10℃全尺寸冲击功均值≥250J，硬度HV10≤230。-20℃落锤试验剪切面积≥95％。
针对上述卷板，本发明还提出了一种制造方法。
一种低碳当量高强度X70管线钢热轧卷板的制造方法，按照质量百分比包括以下组分：C：0.04％～0.08％，Si：0.1％～0.3％，Mn：1.4％～1.6％，Nb≤0.06％，Ti≤0.02％，Mo：0.1％～0.2％，Ceq≤0.38，其他为Fe和不可避免的微量杂质；所述制造方法包括：冶炼→连铸→二次加热→粗轧→精轧→冷却→卷取，
通过冶炼、连铸后获得连铸坯，对连铸坯进行二次加热，具体在加热过程中，控制出炉温度为1230～1280℃，一加温度控制在1000℃以上，加热时间控制在200～300min，均热时间在30min以上。本实施例通过较高的一加温度，促进合金元素的固溶，使得合金元素在后续控轧控冷过程中实现细小弥散的析出，提高卷板的强度。而由于成品规格较薄，轧制过程中温降较大，因此较高的加热温度更有利于后续的控轧控冷。
在轧制阶段采用两阶段轧制，将二次加热后的坯板先进行粗轧后再进行精轧，粗轧及精轧工艺控制如下：
粗轧出口温度控制在1000～1100℃，通过粗轧进行多道次除鳞，末道次压下量≤22mm。较高的粗轧出口温度为后续精轧提供良好的温度基础；同时减小粗轧压下量，有利于获得板形良好的中间坯，为后续精轧提供良好的板形基础。
在精轧阶段，本实施例采用6机架连轧进行精轧，且控制精轧终轧温度为780℃～850℃。采用较低温度的轧制工艺，有利于在未再结晶区累积更多的形变能，促进相变过程中的组织细化。
在精轧后进行冷却，采用水冷方式进行加速冷却。冷速控制在15℃/s～20℃/s，通过控制适当的冷速细化显微组织，促进粒状贝氏体的形成。此外，由于本发明适用的卷板规格较薄，不适宜采用过大冷速，防止形成过冷组织。
本实施例控制卷取温度为500℃～620℃，较高的卷取温度有利于实现卷取温度的稳定控制，进而提高卷板的性能稳定性，同时有利于卷板板形的控制，最终获得粒状贝氏体+铁素体的显微组织。其中，粒状贝氏体组织可以降低由于制管过程中的包辛格效应引起的屈服强度降低，而铁素体可以保证卷板具有良好的塑形，确保制管过程的尺寸精度。
通过上述方法可以生产宽度为900～1950mm，厚度为4.0～9.0mm规格的低碳当量高强度的薄规格X70管线钢用热轧卷板，根据本实施例生产的热轧卷板具有如下性能：
热轧卷板的屈服强度Rt0.5≥545MPa，抗拉强度Rm≥615MPa，延伸率A50≥29％，屈强比≤0.93。-10℃全尺寸冲击功均值≥250J，硬度HV10≤230。-20℃落锤试验剪切面积≥95％。
通过上述内容可以看出，本发明提供的一种低碳当量高强度X70管线钢热轧卷板的制造方法，通过优化合金成分设计，同时通过控制加热，采用较高的一加温度对合金元素进行充分回熔，提高后续冷却过程中的析出量，进而提高卷板强度；控制低的终轧温度，有利于在未再结晶区累积更多的形变能，促进相变过程中的组织细化；加速冷却并控制冷速促进粒状贝氏体的形成，并配合控制卷取工艺，良好的抵抗了制管过程中较大的包辛格效应，获得了具有良好综合力学性能和板形的适用于薄规格X70管线钢的热轧卷板。
以下通过实施例对本发明作更详细的描述。这些实施例仅是对本发明最佳实施方式的描述，并不对本发明的范围有任何的限制。
本发明实施例的成分如表1所示。
表1实施例冶炼成分(质量百分数，％)
本发明实施例的热轧工艺如表2所示。
表2实施例热轧工艺
本发明实施例的热轧卷板力学性能如表3所示。
表3实施例热轧卷板力学性能
本发明实施例的热轧卷板的显微组织如图1～图3所示。由图1～图3可以看出：本发明实施例所生产的热轧卷板其显微组织为粒状贝氏体+铁素体组织，本发明实施例的成分及工艺设计获得了包辛格效应较小且塑形良好的适用于薄规格X70管线钢的热轧卷板。
本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
1、本发明实施例中提供的低碳当量高强度X70管线钢热轧卷板，采用合理的组分设计，其中：采用0.04％～0.08％的C含量，可以有效的降低碳原子固溶量，从而缩短屈服平台长度，缩小因包辛格效应引起的屈服强度降低的幅度，同时不至恶化塑形和韧性；采用0.1％～0.3％的Si含量，可提高卷板强度，同时不至恶化焊缝冲击韧性；采用1.4％～1.6％的Mn，可以确保低C成分下的高强度并促进细化组织；控制Nb元素含量≤0.06％，可细化显微组织，实现提高材料的韧性和塑性的同时提高强度；控制Ti元素含量≤0.02％，可细化组织同时不会影响钢材的低温韧性；通过添加0.1％～0.2％的Mo元素，可扩大贝氏体相变区，提高卷板强度，同时可以减少或不添加Mn、Cr等高碳当量元素，降低碳当量，有利于ERW制管的焊接过程；控制碳当量Ceq≤0.38，能够实现较好的焊接质量。通过各元素间协同作用，进而保证卷板具有良好的综合力学性能及板形，在降低碳当量、提高焊接性能的同时保证了较低的合金成本，提高了产品经济性。
2、本发明实施例中提供的低碳当量高强度X70管线钢热轧卷板的制造方法，通过优化合金成分设计，同时通过控制加热，采用较高的一加温度对合金元素进行充分回熔，提高后续冷却过程中的析出量，进而提高卷板强度；控制低的终轧温度，有利于在未再结晶区累积更多的形变能，促进相变过程中的组织细化；加速冷却并控制冷速促进粒状贝氏体的形成，并配合控制卷取工艺，良好的抵抗了制管过程中较大的包辛格效应，获得了具有良好综合力学性能和板形的适用于薄规格X70管线钢的热轧卷板，其屈服强度达到545MPa以上。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种低碳当量高强度X70管线钢热轧卷板，其特征在于，按照质量百分比包括以下组分：C：0.04％～0.08％，Si：0.1％～0.3％，Mn：1.4％～1.6％，Nb≤0.06％，Ti≤0.02％，Mo：0.1％～0.2％，Ceq≤0.38，其他为Fe和不可避免的微量杂质；
所述卷板的内部显微组织为粒状贝氏体和铁素体。
2.如权利要求1所述的低碳当量高强度X70管线钢热轧卷板，其特征在于，所述卷板的厚度为4.0～9.0mm。
3.如权利要求1所述的低碳当量高强度X70管线钢热轧卷板，其特征在于，所述卷板的屈服强度Rt0.5≥545MPa，抗拉强度Rm≥615MPa，延伸率A50≥29％，屈强比≤0.93。
4.如权利要求1所述的低碳当量高强度X70管线钢热轧卷板，其特征在于，所述卷板在-10℃全尺寸冲击功均值≥250J。
5.如权利要求1所述的低碳当量高强度X70管线钢热轧卷板，其特征在于，所述卷板的硬度HV10≤230。
6.如权利要求1所述的低碳当量高强度X70管线钢热轧卷板，其特征在于，所述卷板-20℃落锤试验剪切面积≥95％。
7.一种低碳当量高强度X70管线钢热轧卷板的制造方法，其特征在于，按照质量百分比包括以下组分：C：0.04％～0.08％，Si：0.1％～0.3％，Mn：
1.4％～1.6％，Nb≤0.06％，Ti≤0.02％，Mo：0.1％～0.2％，Ceq≤0.38，其他为Fe和不可避免的微量杂质；所述制造方法包括：冶炼、连铸、二次加热、粗轧、精轧、冷却、卷取过程，
控制所述二次加热的出炉温度为1230～1280℃，一加温度控制在1000℃以上，控制加热时间在200～300min，均热时间在30min以上；
控制所述精轧的终轧温度在780℃～850℃；
所述冷却采用水冷的方式进行加速冷却，冷却速率控制15℃/s～20℃/s；
卷取后获得显微组织为粒状贝氏体和铁素体的卷板。
8.如权利要求7所述的低碳当量高强度X70管线钢热轧卷板的制造方法，其特征在于，所述粗轧控制出口温度为1000～1100℃，末道次压下量≤22mm。
9.如权利要求7所述的低碳当量高强度X70管线钢热轧卷板的制造方法，其特征在于，控制所述卷取的温度为500℃～620℃。
10.如权利要求7-9中任一权利要求所述的低碳当量高强度X70管线钢热轧卷板的制造方法，其特征在于，所述卷板的厚度为4.0～9.0mm；屈服强度Rt0.5≥545MPa。
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