CN106636943A - 延伸率a50．8≥48%的薄规格高强管线钢及其生产方法 - Google Patents

延伸率a50．8≥48%的薄规格高强管线钢及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种延伸率A50.8≥48％的薄规格高强管线钢及其生产方法，该管线钢由以下重量百分比的化学元素构成：C：0.07％～0.12％，Si：0.15％～0.30％，Mn：1.45％～1.75％，Cr：0.1％～0.35％，Nb：0.025％～0.055％，V：0.015％～0.045％，Ti：0.010％～0.025％，Mo：0.08％～0.15％，N：≤0.006％，P：≤0.015％，S：≤0.002％，其余为Fe及不可避免的杂质。该管线钢的生产方法包括如下步骤：1)冶炼并浇铸成坯；2)缓冷后装炉再加热；3)进行粗轧；4)进行精轧；5)进行冷却；6)矫直上冷床冷却至室温；7)进行回火热处理。所生产的薄规格高强管线钢的延伸率提高至A50.8≥48％，力学性能完全满足俄罗斯等高寒地区对于高延伸率和低温韧性的需求。

Description

延伸率A50.8≥48％的薄规格高强管线钢及其生产方法
技术领域
本发明涉及一种高强度管线钢，特别是指一种延伸率A50.8≥48％的薄规格高强管线钢及其生产方法。
背景技术
一直以来，我国以API 5L为管线钢领域适用标准进行产品开发，管线钢产品质量赢得了世界各地客户的认可。随着中俄经济联系的逐渐加深，中俄管道建设展现出良好的发展前景。但是API 5L标准对俄罗斯管线管工业体系并不完全适用。由于俄罗斯冬季漫长，最低温度达到-40℃，西伯利亚地区甚至更低，常规高强管线钢虽然其延伸率满足API 5L要求，但在俄罗斯西伯利亚地区由于环境温度很低，导致钢板延伸率有所下降，制管过程中存在由于延伸率不足导致的变形不均匀，造成钢管内应力增大，在低温环境下使用出现开裂的风险加大。因此针对高寒地区不仅需要提高高强管线钢的低温冲击和DWTT韧性，同样需要大幅提高高强度管线钢的延伸率。
公开号为CN 103255237A的中国专利申请，公开了“一种提高管线钢板塑性的制造方法”，其主要通过对成品管线钢板进行再加热至780～830℃两相区淬火或空冷获得具有双峰分布特性的铁素体超细晶粒结构，但是其延伸率仅约为27～28％，显然不属于高延伸率范畴。
公开号为CN 104294165A的中国专利申请，公开了“一种高均匀塑性变形的高强度中厚钢板及其生产方法”，其组份采用高Cr：0.3～0.8％，高Nb：0.08～0.12％成分体系，通过轧制后冷却获得细小贝氏体组织，力学性能为：Rt0.5≥690MPa，Rm≥770MPa，均匀延伸率14.5～17.5％，-20℃冲击功≥72J，屈强比≤0.90。虽然其均匀延伸率确实较高，但并未公布总延伸率情况；同时，其高Cr、高Nb成分使得该产品成本十分昂贵，且-20℃冲击功均值不足150J，单值可能小于100J，其产品韧性差，不足以应用于条件严酷的高寒地区。
公开号为CN 104073744A的中国专利申请，公开了一种“厚度≥18.5mm的高韧性X80管线钢板卷及生产方法”，其组份及主要工艺为：C：0.025～0.055％、Si：0.10～0.35％、Mn：1.85～2.00％、P：≤0.012％、S≤0.0015％、Cu：0.15～0.30％、Cr：0.20～0.40％、Ni：0.15～0.40％、Mo：0.20～0.40％、Nb：0.070～0.095％、V：0.015～0.040％，经过铸坯再加热后，采用两阶段轧制+快速冷却的方式进行生产，其力学性能为：屈服强度(Rt0.5)≥570MPa，抗拉强度(Rm)≥625MPa，屈强比(Rt0.5/Rm)≤0.90，延伸率(A50)≥40％，-20℃KV2≥300J，-15℃DWTTSA≥85％。虽然其强度和低温冲击和DWTT韧性均很高，延伸率也达到40％，但是其采用低碳、高锰体系，同时添加Nb、V、Ti、Cu、Cr、Ni、Mo合金元素，一方面合金成本较高；另一方面延伸率仍然达不到俄罗斯西伯利亚地区使用要求。
综上所述，现有的高塑性、高韧性、抗大变形管线钢，尚未有将薄规格高强管线钢的延伸率提高至A50.8≥48％以上的报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种延伸率A50.8≥48％的薄规格高强管线钢及其生产方法。
为实现上述目的，本发明所提供的延伸率A50.8≥48％的薄规格高强管线钢，由以下重量百分比的化学元素构成：C：0.07％～0.12％，Si：0.15％～0.30％，Mn：1.45％～1.75％，Cr：0.1％～0.35％，Nb：0.025％～0.055％，V：0.015％～0.045％，Ti：0.010％～0.025％，Mo：0.08％～0.15％，N：≤0.006％，P：≤0.015％，S：≤0.002％，其余为Fe及不可避免的杂质。声明：本发明中，延伸率A50.8标距为50.8mm，试样宽度B＝30mm，薄规格是指厚度为8～16mm。
各元素的作用说明如下：
C：本发明中C含量为0.07～0.12％。碳不仅是钢种最重要的固溶强化元素，同时还是主要的析出强化元素，可以与微合金元素Nb、V、Ti形成细小的析出物进行强化。但碳也是最损害韧性的元素。本方案中针对薄规格钢板采用较低碳成分设计路线，若碳含量低于0.07％则在本发明工艺中，钢板强度达不到要求，若高于0.12％则钢板的冲击韧性和DWTT性能无法满足技术要求。
Si：本发明中Si含量为0.15～0.30％。该元素有固溶强化及脱氧作用，含量低于0.15％无法起作用，但若高于0.30％则会恶化管线钢的塑、韧性，特别是对于焊接热影响区的冲击降低显著。
Mn：本发明中Mn含量为1.45～1.75％，锰是廉价的合金化元素，不仅可以显著提高钢的强度，而且其能扩大奥氏体稳定区，扩大热加工温度区域。若低于1.45％，则强化效果不足，若高于1.75％容易在铸坯心部形成偏析带，降低钢板的韧性。
Nb：本发明中Nb含量为0.025～0.55％，铌是可以显著提高钢的奥氏体再结晶温度，扩大未再结晶区范围，是细化奥氏体最有效元素，同时也是析出强化的主要元素。由于本发明主要针对薄规格钢板，故采用较低的Nb成分设计。但若Nb含量低于0.025％，则对于强度贡献微弱，若高于0.055％则造成成本高昂，浪费资源。
V：本发明中V含量为0.015～0.045％。添加适量的钒可以强化Nb的强化效果，同时V也是强烈的碳化物析出元素，特别是针对本方案中返红温度在600℃左右的温度，细小的VC析出物弥补强度不足问题。若低于0.015％则强化效果微弱，若高于0.045％则会降低冲击、落锤韧性。
Ti：本发明中Ti的含量为0.015～0.025％。钛是一种强烈的碳化物和氮化物形成元素，在钢重新加热及高温奥氏体区、粗轧过程中会阻止奥氏体晶粒长大，在焊接过程中细化热影响区晶粒，提高冲击韧性。若其含量低于0.015％，则对原奥氏体晶粒细化作用不足，若高于0.025％则可能形成大颗粒TiN，富集于钢板心部，显著降低钢板韧性。
N：本发明中N≤0.006％。属于转炉钢中正常残余，可以与钢中钛(Ti)、铌(Nb)结合形成TiN、NbN析出，起到抑制奥氏体晶粒长大和析出强化作用。过量的N与Ti形成大颗粒TiN，恶化韧性。
Cr：本发明中Cr的含量为0.1～0.35％。铬较强的固溶强化作用，且价格低廉，能够有效替代Mo、Ni等贵重合金元素，降低生产成本。此外，加入一定的铬还能改善钢的耐候、耐腐蚀性能。若含量低于0.1％，则无法启到强化作用；若高于0.35％，则会恶化焊接性能。
Mo：本发明中Mo的含量为0.08～0.15％。钼显著推迟奥氏体相变，强烈促进中温组织转变，促进钢板在较高温度区间形成贝氏体组织，提高钢板强度。若低于0.08％则属于钢中残留，起不到作用，若高于0.15％一方面造成浪费，另一方面造成铁素体含量过少，钢板延伸率降低。
P、S:本发明中其含量分别为：P≤0.015，S≤0.0020。磷易导致钢的冷脆，硫易引起热脆，降低钢的韧性，因此应尽量降低钢中的磷、硫的含量。考虑生产成本及性能要求将本发明中的P、S元素限定在该水平。
优选地，该薄规格高强管线钢由以下重量百分比的化学元素构成：C：0.092％～0.12％，Si：0.2％～0.23％，Mn：1.45％～1.55％，Cr：0.15％～0.23％，Nb：0.025％～0.042％，V：0.015％～0.04％，Ti：0.013％～0.025％，Mo：0.08％～0.14％，N：≤0.006％，P：≤0.015％，S：≤0.002％，其余为Fe及不可避免的杂质。
优选地，该薄规格高强管线钢的钢板力学性能满足如下要求：屈服强度：Rt0.5≥470MPa；抗拉强度：Rm≥580MPa；屈强比：Rt0.5/Rm≤0.85；-20℃V型缺口冲击功：KCV≥250J；-60℃U型缺口冲击功：KUV≥350J；-15℃落锤撕裂韧性：DWTT≥90％；维氏硬度：HV10≤220。
本发明同时提供了上述延伸率A50.8≥48％的薄规格高强管线钢的生产方法，包括如下步骤：
1)采用转炉-LF炉-真空炉冶炼并浇铸成坯；
2)将铸坯缓冷至少24小时后装炉再加热至1150～1200℃；
3)进行粗轧，轧制温度控制在1020～1100℃，粗轧阶段累积压下率≥65％；
4)进行精轧，开轧温度控制在920～980℃，终轧温度控制在820～880℃，精轧阶段累积压下率≥70％；
5)进行冷却，开冷温度控制在780～820℃，返红温度控制在600～650℃，冷却速度控制在5～15℃/s；
6)冷却后钢板进行矫直上冷床冷却至室温；
7)冷却后的钢板进入热处理炉进行回火热处理，回火炉温控制在380～450℃，随炉保温时间为1.5t～2.0t分钟，t为以mm为单位的板厚数值，板厚一般在8～16mm左右。
优选地，步骤2)中，缓冷时间为24小时，铸坯加热温度为1170～1193℃。
优选地，步骤3)中，粗轧温度为1072～1100℃，粗轧阶段累积压下率为68～74％。
优选地，步骤4)中，精轧开轧温度为955～980℃，精轧终轧温度为849～880℃，精轧阶段总累积压下率71～75％。
优选地，步骤5)中，返红温度为629～648℃，冷却速度为5～10℃/s。
优选地，步骤7)中，回火炉温为419～450℃，随炉保温时间为1.5t分钟，t为以mm为单位的板厚数值。
优选地，还包括如下步骤(步骤7)后)：8)出热处理炉后进行矫直、喷标。
本发明的有益效果是：1)针对薄规格特点，采用较低碳成分0.07～0.12％，利用碳的固溶强化作用解决该产品在高温返红下导致强度不足问题，同时不会引起冲击和落锤韧性的大幅降低。2)采用0.08～0.15％的Mo的成分设计，推迟了奥氏体向先共析铁素体的转变，促进钢板在600～650℃之间生成少量的贝氏体，保证强度，降低屈强比。3)设定较高的返红温度，保证多边形铁素体的形态和含量达到设计要求，同时又处于含Mo钢粒状贝氏体转变的上限温度范围，在大幅提高产品延伸率的同时保证了强度。4)采用轧后进行380～450℃，保温1.5t～2t分钟进行回火热处理，一方面进一步提高钢板屈服强度；另一方面进一步提高钢板的延伸率。5)所生产的薄规格高强管线钢的延伸率提高至A50.8≥48％，力学性能完全满足俄罗斯等高寒地区对于高延伸率和低温韧性的需求，同时采用低成本的路线，增强了市场竞争力。
附图说明
图1为本发明所提供的延伸率A50.8≥48％的薄规格高强管线钢的典型显微组织图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明所提供的延伸率A50.8≥48％的薄规格高强管线钢，由以下重量百分比的化学元素构成：C：0.07％～0.12％，Si：0.15％～0.30％，Mn：1.45％～1.75％，Cr：0.1％～0.35％，Nb：0.025％～0.055％，V：0.015％～0.045％，Ti：0.010％～0.025％，Mo：0.08％～0.15％，N：≤0.006％，P：≤0.015％，S：≤0.002％，其余为Fe及不可避免的杂质。各实施例和对比例的具体成分取值如表1所示：
表1实施例和对比例的成分取值列表(wt％)
上述延伸率A50.8≥48％的薄规格高强管线钢的生产方法，包括如下步骤：
1)按表1中所列化学成分，采用转炉-LF炉-真空炉冶炼并浇铸成坯；
2)将铸坯缓冷至少24小时后装炉再加热至1150～1200℃；
3)进行粗轧，轧制温度控制在1020～1100℃，粗轧阶段累积压下率≥65％；
4)进行精轧，开轧温度控制在920～980℃，终轧温度控制在820～880℃，精轧阶段累积压下率≥70％；
5)进行冷却，开冷温度控制在780～820℃，返红温度控制在600～650℃，冷却速度控制在5～15℃/s；
6)出水后钢板进行矫直上冷床冷却至室温；
7)冷却后的钢板进入热处理炉进行回火热处理，回火炉温控制在380～450℃，随炉保温时间为1.5t分钟，t为以mm为单位的板厚数值；
8)出热处理炉后进行矫直、喷标。
本发明各实施例的具体工艺参数如表2所示。
对比例的具体实施步骤为：
对比例1：a.电炉冶炼方坯；b.再加热温度1250℃，保温时间1.5～2h；c.奥氏体未再结晶区开轧温度850℃，单道次压下量20～35％，终轧温度800℃，钢板温度均匀；d.控制冷却开冷温度800℃，终止冷却温度400℃，冷却速率35℃/s随后控冷至室温，获得细小贝氏体组织。
对比例2：a.经冶炼并浇铸成坯后，对铸坯均匀加热至1160℃；b.进行粗轧，并控制粗轧结束温度在1030℃，单道次压下率不低于12％，粗轧累计压下率75％；c.进行精轧，并控制精轧入口温度960℃，累计压下率不低于60％；当轧制温度在900℃以下低温区轧制时，其累计压下率63％；终轧温度在841℃；d.进行水冷却，冷却速率为13.5℃/s；e.进行卷取，控制卷取温度在381℃；f.空冷至室温。
表2实施例和对比例的控轧控冷工艺参数表
按以上成分和工艺步骤所得产品的的主要性能如表3所示。表3中，“对应表1成分和表2工艺”一列为对应于该行产品性能的表1中成分实施例编号和表2中的工艺实施例编号。
表3本发明各实施例和对比例横向主要性能检测统计表
从表3可以看出，本发明通过成分和工艺的组合控制，可以实现薄规格高延伸率(A50.8≥48％)高强管线钢的强、塑、韧性匹配，相较于对比例来说，该发明不仅成本更低，而且延伸率明显高于对比例，可以满足俄罗斯客户对于高寒地区高延伸率的需求。
图1为表3中实施例2的典型显微组织图，从图中可以看出，该管线钢由多边形铁素体+珠光体+少量粒状贝氏体组成。

Claims (10)

1.一种延伸率A50.8≥48％的薄规格高强管线钢，其特征在于：由以下重量百分比的化学元素构成：
C：0.07％～0.12％，Si：0.15％～0.30％，Mn：1.45％～1.75％，Cr：0.1％～0.35％，Nb：0.025％～0.055％，V：0.015％～0.045％，Ti：0.010％～0.025％，Mo：0.08％～0.15％，N：≤0.006％，P：≤0.015％，S：≤0.002％，其余为Fe及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的延伸率A50.8≥48％的薄规格高强管线钢，其特征在于：由以下重量百分比的化学元素构成：
C：0.092％～0.12％，Si：0.2％～0.23％，Mn：1.45％～1.55％，Cr：0.15％～0.23％，Nb：0.025％～0.042％，V：0.015％～0.04％，Ti：0.013％～0.025％，Mo：0.08％～0.14％，N：≤0.006％，P：≤0.015％，S：≤0.002％，其余为Fe及不可避免的杂质。
3.根据权利要求1或2所述的延伸率A50.8≥48％的薄规格高强管线钢，其特征在于：该薄规格高强管线钢的钢板力学性能满足如下要求：屈服强度：Rt0.5≥470MPa；抗拉强度：Rm≥580MPa；屈强比：Rt0.5/Rm≤0.85；-20℃V型缺口冲击功：KCV≥250J；-60℃U型缺口冲击功：KUV≥350J；-15℃落锤撕裂韧性：DWTT≥90％；维氏硬度：HV10≤220。
4.一种权利要求1所述的延伸率A50.8≥48％的薄规格高强管线钢的生产方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)采用转炉-LF炉-真空炉冶炼并浇铸成坯；
2)将铸坯缓冷至少24小时后装炉再加热至1150～1200℃；
3)进行粗轧，轧制温度控制在1020～1100℃，粗轧阶段累积压下率≥65％；
4)进行精轧，开轧温度控制在920～980℃，终轧温度控制在820～880℃，精轧阶段累积压下率≥70％；
5)进行冷却，开冷温度控制在780～820℃，返红温度控制在600～650℃，冷却速度控制在5～15℃/s；
6)冷却后钢板进行矫直上冷床冷却至室温；
7)冷却后的钢板进入热处理炉进行回火热处理，回火炉温控制在380～450℃，随炉保温时间为1.5t～2.0t分钟，t为以mm为单位的板厚数值。
5.根据权利要4所述的延伸率A50.8≥48％的薄规格高强管线钢的生产方法，其特征在于：步骤2)中，缓冷时间为24小时，铸坯加热温度为1170～1193℃。
6.根据权利要4所述的延伸率A50.8≥48％的薄规格高强管线钢的生产方法，其特征在于：步骤3)中，粗轧温度为1072～1100℃，粗轧阶段累积压下率为68～74％。
7.根据权利要4所述的延伸率A50.8≥48％的薄规格高强管线钢的生产方法，其特征在于：步骤4)中，精轧开轧温度为955～980℃，精轧终轧温度为849～880℃，精轧阶段累积压下率为71～75％。
8.根据权利要4所述的延伸率A50.8≥48％的薄规格高强管线钢的生产方法，其特征在于：步骤5)中，返红温度为629～648℃，冷却速度为5～10℃/s。
9.根据权利要4所述的延伸率A50.8≥48％的薄规格高强管线钢的生产方法，其特征在于：步骤7)中，回火炉温为419～450℃，随炉保温时间为1.5t分钟，t为以mm为单位的板厚数值。
10.根据权利要4～9中任一项所述的延伸率A50.8≥48％的薄规格高强管线钢的生产方法，其特征在于：还包括如下步骤：8)出热处理炉后进行矫直、喷标。
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