CN106834932A - 一种低碳x80管线钢板卷及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种低碳X80管线钢板卷，其化学成分质量百分比(wt％)为：C≤0.035％，1.60％≤Mn≤1.90％，Si≤0.30％，0.050＜Nb≤0.075％，0.010％≤Ti≤0.020％，0.20≤Mo≤0.30％，0.20≤Ni≤0.60％，0.15≤Cu≤0.30％，0.15≤Cr≤0.30％，S：≤0.0025wt％，P：≤0.0100wt％，N≤0.0040wt％，其中0.60％≤Mo+Cr+Ni+Cu≤1.10％；显微组织含针状铁素体大于90％，粒状贝氏体含量小于5％；屈服强度典型值为580MPa，抗拉强度典型值680MPa，‑30℃夏比V型冲击功典型值为400J。

Description

一种低碳X80管线钢板卷及其制造方法

技术领域

本发明属于微合金化钢的制造领域，尤其涉及一种低碳X80管线钢板卷及其制造方法。

背景技术

煤制气是指以煤为原料经过加压气化后脱硫提纯制得的含有可燃组分的气体。用于煤制气输送管道制造的管线钢应当具有优良的可焊接性能、一定程度的抗HIC性能和低温冲击韧性。中国专利200910061568.3公开一种低碳高铌铬系高强度高韧性管线钢卷及其制造方法，其化学成份按重量百分数计为：C＝0.01～0.06、Si＝0.10～0.40、Mn＝1.00～1.80、P≤0.018、S≤0.004、Ti＝0.005～0.030、Nb＝0.08～0.18、Cu≤0.30、Mo＝0.08～0.20、Cr＝0.10～0.35、A1＝0.01～0.06、N＝0.002～0.008，该专利申请试图通过添加高含量Nb来替代Mo，在管线钢卷生产工艺中采用C-Mn-Cr-高Nb成分体系，配合其他合金元素的强化得到良好的机械性能。但上述工艺中未添加强韧化元素钼(Mo)，完全忽略了强韧化元素钼(Mo)的作用，所制造出的管线钢卷韧性明显不足，实际上无法用于制造适于石油天然气管道工程的螺埋弧焊管。中国专利201210050196.6公开一种韧性优良的X70级抗大变形管线钢板及其制备方法，其化学成份按重量百分数计为：C：0.03～0.08％，Si：0.10～0.45％，Mn：1.40～1.69％，P：≤0.015％，S：≤0.005％，Alt：0.01～0.06％，Nb：0.01～0.05％，Ti：0.004～0.014％，N：＜0.008％，H：＜0.0002％；在上述的钢成分中还可含有Mo：0.00～0.30％，Ni：0.00～0.30％，Cr：0.00～0.30％，Cu：0.00～0.30％中的1～4种，该钢由于采用少量的合金元素，金相组织以细晶铁素体构成的第一相为主，还包含碳化物、珠光体、贝氏体、马氏体中的一种或多种组分的第二相，第一相所占比例为50～70％，由此导致强度低，只能达到X70级别，同时低温韧性也不足。中国专利201510227327.7公开一种管线钢的生产方法，其化学成份按重量百分数计为：C＝0.02～0.03，Si＝0.20～0.30，Mn＝1.00～1.20，P≤0.015，S≤0.005，Nb＝0.04～0.05，Ti＝0.008～0.02，Cu＝0.10～0.15，Ni＝0.10～0.15，Mo＝0.10～0.15，该专利采用低碳低合金元素，具有良好的低温韧性和抗HIC性能，但强度偏低，不能满足X80煤制气管线钢的要求。

发明内容

为克服现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种强韧性能优异的X80管线钢，含有很低的碳含量，接近于西气东输三线用X80的碳含量的一半，具有极低的硫含量(0.0020％以下)和磷含量(0.0010％以下)，在TMCP工艺制度下，调整控制轧制和控制冷却工艺，以得到细小的针状体素体为主的复相组织，使其具有高韧性的特点，-30度低温冲击功大于350J，优良的抗氢致开裂(HIC)性能,用于煤制气输送管道制造用管线钢的生产。

为解决上述技术问题，本发明提供一种低碳X80管线钢板卷，其化学成分质量百分比(wt％)为：C≤0.035％，1.60％≤Mn≤1.90％，Si≤0.30％，0.050＜Nb≤0.075％，0.010％≤Ti≤0.020％，0.20≤Mo≤0.30％，0.20≤Ni≤0.60％，0.15≤Cu≤0.30％，0.15≤Cr≤0.30％，S：≤0.0025wt％，P：≤0.0100wt％，N≤0.0040wt％，其中0.60％≤Mo+Cr+Ni+Cu≤1.10％，其余为铁和不可避免的杂质；

所述X80管线钢板卷显微组织为：针状铁素体含量大于90％，粒状贝氏体含量小于5％，还含有极少量不可避免的其它组织，晶粒度12～13级；

所述X80管线钢板卷的力学性能为：屈服强度典型值为580MPa，抗拉强度典型值680MPa，-30℃夏比V型冲击功典型值为400J。

本发明还提供一种低碳X80管线钢板卷的制造方法，包括加热、轧制、冷却和卷取工艺，其特征在于，所述加热工艺为：加热温度1220～1250℃，均热时间不少于120分钟；

所述轧制工艺为：(1)粗轧轧制道次分配：使用8～10道次粗轧，每道次变形量要求在10～20％之间，粗轧的最后3道次的变形量16-20％；

(2)精轧轧制道次分配：使用热连轧轧制，精轧第一道次轧制温度1020～1050℃，精轧的最后一道次变形量小于8％，最后两道次累积变形量小于16％，精轧终轧温度不高于830℃，不低于800℃，采用TMCP热机械控制轧制工艺，不允许任何一机架不施加变形量空过，也不采用HTP高温轧制工艺；

所述冷却工艺为：精轧后立即实施层流冷却，在层流冷却和精轧最后一道次之间无其他特意增加的工艺措施，冷却速率大于25℃/s；冷却开始后，钢的温度未达到目标卷取温度之前不允许有中断冷却的行为；

所述卷取工艺为：经过层流冷却后，经卷取机卷取成板卷，卷取温度范围不高于400℃，不低于300℃。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明的技术方案有以下三个要点：(1)采用低碳成分设计，进行铌微合金化；(2)目标在于获得均匀细小的针状铁素体组织以提高强韧性；(3)通过高纯净冶炼最大限度降低S、P、N含量，减少硫化锰夹杂和磷的晶界偏聚以进一步提高低温冲击功和抗HIC能力。

低碳含量X80管线钢的化学成分为：

C≤0.035％，1.60％≤Mn≤1.90％；Si≤0.30％；0.050＜Nb≤0.075％，0.010％≤Ti≤0.020％；0.20≤Mo≤0.30％，0.20≤Ni≤0.60％，0.15≤Cu≤0.30％，0.15≤Cr≤0.30％；S：≤0.0025wt％，P：≤0.0100wt％，N≤0.0040wt％；其余为铁和不可避免的杂质。

本发明不含有钒，含有铬、钼、镍、铜元素全部种类元素。

本发明的煤制气长输管道用X80M具有较低的碳含量，当碳含量降低到0.030％以下，材料的焊接性能、抗HIC性能、低温冲击性能等会获得明显的提升。

出于提高材料环焊性能方面考虑、C、Mn、Nb这三项传统X80M极为倚重的最重要的元素的使用量被严格限定，接近于X70M的成分设计的水平。

因此，为弥补强度方面的损失，需要依赖较多的Mo、Cr、Ni、Cu元素的加入量，更多的依赖固溶强化和相变强化，细化其有效晶粒以使材料的屈服强度提高、能够达到X80M屈服强度下限555MPa的要求。

Mo、Cr、Ni、Cu元素为必需加入元素，最小加入量合计不小于0.60％，最多1.10％max，因此，成本较高是本发明成分设计的特点和缺点；强度适中，韧性突出，可焊接性优异是本发明成分设计的优点。

本发明专利所述的低碳X80管线钢的控轧控冷工艺制度为：

加热温度1220～1250℃，均热时间不少于120分钟。

1)粗轧轧制道次分配：使用8～10道次粗轧。每道次变形量要求在10～20％之间。为了细化奥氏体晶粒，粗轧的最后3道次的变形量要求接近于20％；为避免轧制力过大，粗轧的最后3道次的每一道次的变形量要求不大于20％。

2)精轧轧制道次分配：使用热连轧轧制。精轧第一道次轧制温度1020～1050℃。要求精轧的最后一道次变形量小于8％，最后两道次累积变形量小于16％。精轧终轧温度不高于830℃，不低于800℃。采用TMCP热机械控制轧制工艺，不允许任何一机架不施加变形量空过，也不采用HTP高温轧制工艺。

3)精轧后立即实施层流冷却。在层流冷却和精轧最后一道次之间无其他特意增加的工艺措施，如弛豫析出控制相变控制、超快冷却装置等。冷却速率大于25℃/s。

4)冷却开始后，钢的温度未达到目标卷取温度之前不允许有中断冷却的行为。

经过层流冷却后，经卷取机卷取成板卷。卷取温度范围不高于400℃，不低于300℃。

本发明专利所述的低碳X80管线钢的TMCP工艺制度的依据是：

低碳X80管线钢采用‘控制轧制+加速冷却’的方式生产，它通过高温奥氏体区形变再结晶、低温奥氏体未再结晶区的变形以及轧后的加速冷却来获得最佳晶粒细化效果。对显微组织进行控制并细化晶粒，在奥氏体再结晶区和奥氏体未再结晶区的较低温度区进行多道次轧制，在进行较高的冷却速度(≥25℃/S)下，使变形奥氏体转变为细小均匀的以针状铁素体为主体，并存在少量的粒状贝氏体组成的复相组织。

实施效果:

1)本发明的低碳X80管线钢具有更稳定的强度和优异的低温冲击韧性。

2)本发明的低碳X80管线钢的晶粒尺寸细小，晶粒度12～13级。

3)本发明的低碳X80管线钢的显微组织为90％以上含量的针状铁素体，含有不超过5％的粒状贝氏体，其余为不可避免的组织。

低碳X80板卷的屈服强度典型值为580MPa，抗拉强度典型值680MPa，-30℃夏比V型冲击功典型值为400J(10×10×55mm)。制管后，低碳含量的X80管的屈服强度典型值为580MPa，抗拉强度典型值680MPa。板卷和钢管的-30℃夏比冲击剪切面积(SA％)100％、-30℃DWTT为100％。

附图说明

图1：低碳X80管线钢的显微组织。

本发明的低碳X80管线钢的显微组织为90％以上含量的针状铁素体，含有不超过5％的粒状贝氏体，其余为不可避免的组织，如极少量的准多边形铁素体和马氏体/奥氏体组织。

具体实施方式

根据本发明管线钢的化学成分范围，经300吨转炉冶炼，经过钢包吹氩、LF炉精炼、RH真空处理和连铸，再加热后，进入两机架R1和R2粗轧，再经7机架2250连轧机组生产线进行热机械控轧，轧后采用高强度冷却工艺，热轧厚度规格18.5mm。

低碳X80M管线钢的化学成分见表1，TMCP热机械控制轧制工艺制度见表2，性能见表3～表7。

表1实施例低碳X80M化学成分

续表1实施例X80M熔炼和成品化学成分

表2实施例X80M管线钢的TMCP工艺制度

板卷拉伸检验取样位置为对应钢管横向(轧制方向30°)位置。拉伸试样为矩形截面板状试样。

表3实施例X80M板卷拉伸性能试验结果

表4实施例X80板卷夏比冲击试验结果(-30℃)

表5实施例X80M板卷落锤撕裂试验结果(-30℃)

表6实施例X80M钢管拉伸试验结果

HIC试验依据NACE Standard TM 0284-2011标准进行。试验时间为96小时，试验溶液为A溶液，用蒸馏水和分析纯化学药品配制而成，试验前溶液pH值为2.7，试验后pH值为3.4。所有试样先经丙酮清洗，以除去表面防锈油，之后用乙醇清洗之后放入试验容器中进行试验。试验所用的氮气和硫化氢气体纯度为99.9％以上。经96小时硫化氢饱和溶液A溶液浸泡，试样表面无氢鼓泡，剖面金相观察无裂纹。

表7实施例X80M试样内部剖面HIC裂纹测量结果

Claims (2)

1.一种低碳X80管线钢板卷，其特征在于，其化学成分质量百分比(wt％)为：C≤0.035％，1.60％≤Mn≤1.90％，Si≤0.30％，0.050＜Nb≤0.075％，0.010％≤Ti≤0.020％，0.20≤Mo≤0.30％，0.20≤Ni≤0.60％，0.15≤Cu≤0.30％，0.15≤Cr≤0.30％，S：≤0.0025wt％，P：≤0.0100wt％，N≤0.0040wt％，其中0.60％≤Mo+Cr+Ni+Cu≤1.10％，其余为铁和不可避免的杂质；所述X80管线钢板卷显微组织为：针状铁素体含量大于90％，粒状贝氏体含量小于5％，还含有极少量不可避免的其它组织，晶粒度12～13级；所述X80管线钢板卷的力学性能为：屈服强度典型值为580MPa，抗拉强度典型值680MPa，-30℃夏比V型冲击功典型值为400J。

2.一种低碳X80管线钢板卷的制造方法，包括加热、轧制、冷却和卷取工艺，其特征在于，所述加热工艺为：加热温度1220～1250℃，均热时间不少于120分钟；

所述轧制工艺为：(1)粗轧轧制道次分配：使用8～10道次粗轧，每道次变形量要求在10～20％之间，粗轧的最后3道次的变形量16-20％；

(2)精轧轧制道次分配：使用热连轧轧制，精轧第一道次轧制温度1020～1050℃，精轧的最后一道次变形量小于8％，最后两道次累积变形量小于16％，精轧终轧温度不高于830℃，不低于800℃，采用TMCP热机械控制轧制工艺，不允许任何一机架不施加变形量空过，也不采用HTP高温轧制工艺；

所述冷却工艺为：精轧后立即实施层流冷却，在层流冷却和精轧最后一道次之间无其他特意增加的工艺措施，冷却速率大于25℃/s；冷却开始后，钢的温度未达到目标卷取温度之前不允许有中断冷却的行为；

所述卷取工艺为：经过层流冷却后，经卷取机卷取成板卷，卷取温度范围不高于400℃，不低于300℃。