CN107488812A - 屈服485MPa级低温环境服役管件钢板及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种屈服485MPa级低温环境服役管件钢板及其生产方法，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.06‑0.08%，Si：0.20‑0.40%，Mn：1.48‑1.58%，P≤0.010%，S≤0.005%，Nb：0.020‑0.030%，V：0.040‑0.050%，Ni：0.25‑0.35%，Cr：0.10‑0.15%，Mo：0.20‑0.25%，Alt：0.020～0.040%，余量为Fe和不可避免的杂质；生产方法包括加热、轧制和试样调质工序。本发明钢板具有低碳当量、低焊接裂纹敏感指数，具有良好的焊接性，强度及低温韧性；采用控轧控冷+试样调质工艺得到贝氏体、铁素体的复合组织。

Description

屈服485MPa级低温环境服役管件钢板及其生产方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种屈服485MPa级低温环境服役管件钢板及其生产方法。
背景技术
中俄东线天然气管道工程国内起点位于黑龙江省黑河市，站场用管服役环境较低，中石油已立项研制中俄东线站场用低温（-45℃）钢管、管件及焊接技术。目前鞍钢、钢研总院与渤海石油装备制造有限公司合作进行该项目管件的试制，-45℃低温管件为国内适用温度最低，是下步管件钢发展趋势，因此研制该级别低温管件板意义重大。
管件钢通常用来制作天然气管道三通、弯头等，用于管道分支和站场的管接头部位，长期处于高压、强腐蚀和复杂的流动应力工作环境，且制作需经过复杂的冷卷、焊接和多次热冲压成型，最终还需整体调质处理，因而对管件三通用钢的强度、韧度、抗水压、焊接、耐腐蚀等性能指标有着严格的要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种屈服485MPa级低温环境服役管件钢板；本发明还提供了一种屈服485MPa级低温环境服役管件钢板的生产方法。该方法生产的钢板具有良好的焊接性、强度及低温韧性。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种屈服485MPa级低温环境服役管件钢板，所述钢板化学成分组成及质量百分含量为：C：0.06-0.08%，Si：0.20-0.40%，Mn：1.48-1.58%，P≤0.010%，S≤0.005%，Nb：0.020-0.030%，V：0.040-0.050%，Ni：0.25-0.35%，Cr：0.10-0.15%，Mo：0.20-0.25%，Alt：0.020～0.040%，余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明所述钢板的组织为贝氏体和铁素体的复合组织。
本发明所述钢板最大厚度为60mm。
本发明所述钢板Ceq：0.39～0.46%；板厚1/2位置屈服强度在540～600MPa，抗拉强度620～700MPa，屈强比0.87-0.91，板厚1/2位置-45℃冲击功≥200J。
本发明还提供了一种屈服485MPa级低温环境服役管件钢板的生产方法，所述方法包括加热、轧制、试样调质工序；所述轧制工序采用再结晶区＋未再结晶区两阶段控轧控冷工艺；所述试样调质工序采用淬火和回火相结合工艺。
本发明所述加热工序，钢坯的最高加热温度1240-1250℃，均热温度1200-1220℃，总加热时间≥330min，均热段在炉时间≥60min。
本发明所述轧制工序，采用再结晶区＋未再结晶区两阶段控轧控冷工艺，第一阶段轧制温度为1000～1100℃，单道次压下量为10～20%，累计压下率为30～50%；第二阶段轧制温度为850～880℃，累计压下率为30～50%。
本发明所述轧制工序，轧后进行ACC水冷，入水温度为760-780℃，返红温度600～650℃。
本发明所述试样调质工序，淬火加热温度900-910℃，保温时间系数2min/mm。
本发明所述试样调质工序，回火加热温度620-640℃，保温时间系数4min/mm。
本发明及方法的设计思路如下：碳、锰固溶强化；加入适量的Nb、V、Ni、Cr、Mo细化晶粒，其碳氮化物起到弥散强化作用；通过后续精准的控轧控冷和试样调质工艺，使钢板具有良好的力学性能。其中，各组分及含量在本发明中的作用是：
C：碳对钢的屈服、抗拉强度、焊接性能产生显著影响，碳通过间隙固溶能显著提高钢板强度，但碳含量过高，又会影响钢的焊接性能及韧性。
Si：在炼钢过程中作为还原剂和脱氧剂，同时Si也能起到固溶强化作用，但超过0.5%时，会造成钢的韧性下降，降低钢的焊接性能。
Mn：锰成本低廉，能增加钢的韧性、强度和硬度，提高钢的淬透性，改善钢的热加工性能；锰量过高，对于大厚度钢板易出现中心偏析。
P、S：在一般情况下，磷和硫都是钢中有害元素，增加钢的脆性，磷使焊接性能变坏，降低塑性；硫降低钢的延展性和韧性，在轧制时造成裂纹；因此应尽量减少磷和硫在钢中的含量。
Al：铝是钢中常用的脱氧剂，钢中加入少量的铝，可细化晶粒，提高冲击韧性。铝还具有抗氧化性和抗腐蚀性能，过高则影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能。
Nb：为了促进钢轧制显微组织的晶粒细化，可同时提高强度和韧性，铌可在控轧过程中通过抑制奥氏体再结晶，有效的细化显微组织，并通过析出强化基体。焊接过程中，铌原子的偏聚及析出可以阻碍加热时奥氏体晶粒的粗化，并保证焊接后得到比较细小的热影响区组织，改善焊接性能。
V：主要作用是γ-α转变过程中的相间析出和在铁素体中的析出强化。
Ni：主要作用是保证钢板低温韧性。
Cr：能提高淬透性和固溶强化，能够提高钢在热处理状态下的强度和硬度。但也使钢板韧性有所降低，并增加回火脆性，因此可以根据强韧性要求，确定合理的Cr含量。
Mo：主要作用提高高温回火稳定性，显著提高钢的高温强度。
本发明屈服485MPa级低温环境服役管件钢板检测方法参考ASTM A860。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：1、本发明化学成分设计采用低C，保证钢板良好的焊接性。2、本发明采用Nb、V微合金化设计，辅以Mo等合金元素，确保钢板强度、韧性匹配。3、本发明钢板具有良好的低温性能，组织为贝氏体、铁素体的复合组织。4、本发明方法通过控轧控冷＋淬火+回火工艺生产钢板，所得屈服485MPa级钢板具有良好的焊接性Ceq：0.39～0.46%，板厚1/2位置屈服强度在540～600MPa，抗拉强度在620～700MPa，屈强比在0.87-0.91之间，板厚1/2位置-45℃冲击功≥200J。5、本发明钢板具有低碳当量、低焊接裂纹敏感指数，良好的焊接性、强度及低温韧性。
附图说明
图1为实施例1钢板的显微组织图；
图2为实施例2钢板的显微组织图；
图3为实施例3钢板的显微组织图；
图4为实施例4钢板的显微组织图；
图5为实施例5钢板的显微组织图；
图6为实施例6钢板的显微组织图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
屈服485MPa级低温环境服役管件钢板的生产方法包括冶炼、连铸、加热、轧制、淬火及回火工序，具体生产工艺如下所述：
（1）冶炼工序：钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，精炼时喂入Al线1.2-1.4kg/t钢；钢水温度达到1530－1550℃转入VD炉真空脱气处理，真空脱气处理前加入CaSi块1.0-1.5kg/t钢改变夹杂物形态，真空脱气处理的真空度≤66.6Pa，真空保持时间≥20min；出钢钢水化学成分组成及质量百分含量为：C：0.06-0.08%，Si：0.20-0.40%，Mn：1.48-1.58%，P≤0.010%，S≤0.005%，Nb：0.020-0.030%，V：0.040-0.050%，Ni：0.25-0.35%，Cr：0.10-0.15%，Mo：0.20-0.25%，Alt：0.020～0.040%，余量为Fe和不可避免的杂质；
（2）连铸工序：采用300mm厚度连铸坯成材，钢坯按照1.1min/mm进行加热；
（3）加热工序：钢坯的最高加热温度1240～1250℃，均热温度1200-1220℃，总加热时间≥330min，均热段在炉时间≥60min；
（4）轧制工序：采用再结晶区+未再结晶区两阶段控轧工艺进行轧制，得到半成品钢板；第一阶段轧制温度为1000～1100℃，此阶段单道次压下量为10～20%，累计压下率为30～50%；第二阶段轧制温度为850～880℃，累计压下率为30～50%；轧后进行ACC水冷，入水温度760-780℃，返红温度600～650℃；
（5）淬火工序：试样淬火加热温度900-910℃，保温时间系数2min/mm；
（6）回火工序：试样回火加热温度620-640℃，保温时间系数4min/mm。
即可得到最大厚度为60mm的管件钢板。
实施例1
本实施例屈服485MPa级低温环境服役管件钢板厚度为20mm，其化学成分组成及其质量百分含量见表1。
本实施例屈服485MPa级低温环境服役管件钢板的生产方法包括冶炼、连铸、加热、轧制、淬火及回火工序，具体生产工艺如下所述：
（1）冶炼工序：钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，精炼时喂入Al线1.2kg/t钢；钢水温度达到1540℃转入VD炉真空脱气处理，VD前加入CaSi块1.3kg/t钢改变夹杂物形态；真空脱气处理的真空度66.6Pa，真空保持时间20min；出钢钢水化学成分组成及其质量百分含量见表1；
（2）连铸工序：采用300mm厚度的连铸坯，钢坯按照1.1min/mm进行加热；
（3）加热工序：最高加热温度1250℃，均热温度1220℃，总加热时间331min，均热段在炉时间63min；
（4）轧制工序：第一阶段轧制温度为1030℃，单道次压下量为20%，累计压下率为50％；第二阶段轧制温度为850℃，累计压下率为30％；轧后进行ACC水冷，入水温度780℃，返红温度650℃；
（5）淬火工序：试样淬火加热温度900℃，保温时间系数2min/mm；
（6）回火工序：试样回火加热温度620℃，保温时间系数4min/mm。
板厚1/2位置屈服强度540MPa，抗拉强度620MPa，屈强比0.87，板厚1/2位置-45℃冲击功平均268J；钢板的显微组织见图1，由图1可见其组织为贝氏体和铁素体的复合组织。
实施例2
本实施例屈服485MPa级低温环境服役管件钢板厚度为28mm，其化学成分组成及其质量百分含量见表1。
本实施例屈服485MPa级低温环境服役管件钢板的生产方法包括冶炼、连铸、加热、轧制、淬火及回火工序，具体生产工艺如下所述：
（1）冶炼工序：钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，精炼时喂入Al线1.3kg/t钢；钢水温度1550℃转入VD炉真空脱气处理，VD前加入CaSi块1.2kg/t钢改变夹杂物形态；真空脱气处理的真空度66Pa，真空保持时间24min；出钢钢水化学成分组成及其质量百分含量见表1；
（2）连铸工序：采用300mm厚度的连铸坯，钢坯按照1.1min/mm进行加热；
（3）加热工序：钢坯加热温度最高1245℃，均热温度1218℃，总加热时间335min，均热段在炉时间65min；
（4）轧制工序：第一阶段轧制温度为1100℃，单道次压下量为10%，累计压下率为30％；第二阶段轧制温度为880℃，累计压下率为30％，轧后进行ACC水冷，入水温度780℃，返红温度600℃；
（5）淬火工序：试样淬火温度905℃，加热时间系数2min/mm；
（6）回火工序：试样回火加热温度620℃，保温时间系数4min/mm。
板厚1/2位置屈服强度549MPa，抗拉强度622MPa，屈强比0.88，板厚1/2位置-45℃冲击功平均207J；钢板的显微组织见图2，由图2可见其组织为贝氏体和铁素体的复合组织。
实施例3
本实施例屈服485MPa级低温环境服役管件钢板厚度为42mm，其化学成分组成及其质量百分含量见表1。
本实施例屈服485MPa级低温环境服役管件钢板的生产方法包括冶炼、连铸、加热、轧制、淬火及回火工序，具体生产工艺如下所述：
（1）冶炼工序：钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，精炼时喂入Al线1.4kg/t钢；钢水温度1530℃转入VD炉真空脱气处理，VD前加入CaSi块1.4kg/t钢改变夹杂物形态；真空脱气处理的真空度60Pa，真空保持时间25min；出钢钢水化学成分组成及其质量百分含量见表1；
（2）连铸工序：采用300mm厚度的连铸坯，钢坯按照1.1min/mm进行加热；
（3）加热工序：最高加热温度1240℃，均热温度1220℃，总加热时间337min，均热段在炉时间62min；
（4）轧制工序：第一阶段轧制温度为1050℃，单道次压下量为15%，累计压下率为38％；第二阶段轧制温度为880℃，累计压下率为40％；轧后进行ACC水冷，入水温度780℃，返红温度650℃；
（5）淬火工序：试样淬火加热温度910℃，加热时间系数2min/mm；
（6）回火工序：试样回火加热温度632℃，保温时间系数4min/mm。
板厚1/2位置屈服强度568MPa，抗拉强度624MPa，屈强比0.91，板厚1/2位置-45℃冲击功平均257J；钢板的显微组织见图3，由图3可见其组织为贝氏体和铁素体的复合组织。
实施例4
本实施例屈服485MPa级低温环境服役管件钢板厚度为50mm，其化学成分组成及其质量百分含量见表1。
本实施例屈服485MPa级低温环境服役管件钢板的生产方法包括冶炼、连铸、加热、轧制、淬火及回火工序，具体生产工艺如下所述：
（1）冶炼工序：钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，精炼时喂入Al线1.3kg/t钢；钢水温度1535℃转入VD炉真空脱气处理，VD前加入CaSi块1.5kg/t钢改变夹杂物形态；真空脱气处理的真空度62Pa，真空保持时间26min；出钢钢水化学成分组成及其质量百分含量见表1；
（2）连铸工序：采用300mm厚度的连铸坯，钢坯按照1.1min/mm进行加热；
（3）加热工序：最高加热温度1250℃，均热温度1220℃，总加热时间339min，均热段在炉时间68min；
（4）轧制工序：第一阶段轧制温度为1000℃，此阶段单道次压下量为18%，累计压下率为40％；第二阶段轧制温度为870℃，累计压下率为42％，轧后进行ACC水冷，入水温度780℃，返红温度650℃；
（5）淬火工序：试样淬火加热温度902℃，保温时间系数2min/mm；
（6）回火工序：试样回火加热温度622℃，保温时间系数4min/mm。
板厚1/2位置屈服强度600MPa，抗拉强度660MPa，屈强比0.91，板厚1/2位置-45℃冲击功平均252J；钢板的显微组织见图4，由图4可见其组织为贝氏体和铁素体的复合组织。
实施例5
本实施例屈服485MPa级低温环境服役管件钢板厚度为55mm，其化学成分组成及其质量百分含量见表1。
本实施例屈服485MPa级低温环境服役管件钢板的生产方法包括冶炼、连铸、加热、轧制、淬火及回火工序，具体生产工艺如下所述：
（1）冶炼工序：钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，精炼时喂入Al线1.4kg/t钢；钢水温度达到1545℃转入VD炉真空脱气处理，VD前加入CaSi块1.2kg/t钢改变夹杂物形态；真空脱气处理的真空度65Pa，真空保持时间30min；出钢钢水化学成分组成及其质量百分含量见表1；
（2）连铸工序：采用300mm厚度的连铸坯，钢坯按照1.1min/mm进行加热；
（3）加热工序：最高加热温度1248℃，均热温度1220℃，总加热时间330min，均热段在炉时间65min；
（4）轧制工序：第一阶段轧制温度为1080℃，单道次压下量为12%，累计压下率为32％；第二阶段轧制温度为860℃，累计压下率为50％；轧后进行ACC水冷，入水温度780℃，返红温度620℃；
（5）淬火工序：试样淬火加热温度906℃，保温时间系数2min/mm；
（6）回火工序：试样回火加热温度630℃，保温时间系数4min/mm。
板厚1/2位置屈服强度582MPa，抗拉强度640MPa，屈强比0.91，板厚1/2位置-45℃冲击功平均222J；钢板的显微组织见图5，由图5可见其组织为贝氏体和铁素体的复合组织。
实施例6
本实施例屈服485MPa级低温环境服役管件钢板厚度为60mm，其化学成分组成及其质量百分含量见表1。
本实施例屈服485MPa级低温环境服役管件钢板的生产方法包括冶炼、连铸、加热、轧制、淬火及回火工序，具体生产工艺如下所述：
（1）冶炼工序：钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，精炼时喂入Al线1.2kg/t钢；钢水温度达到1540℃转入VD炉真空脱气处理，VD前加入CaSi块1.0kg/t钢改变夹杂物形态；真空脱气处理的真空度64Pa，真空保持时间25min；出钢钢水化学成分组成及其质量百分含量见表1；
（2）连铸工序：采用300mm厚度的连铸坯，钢坯按照1.1min/mm进行加热；
（3）加热工序：最高加热温度1243℃，均热温度1200℃，总加热时间338min，均热段在炉时间65min；
（4）轧制工序：第一阶段轧制温度为1040℃，单道次压下量为14%，累计压下率为45％；第二阶段轧制温度为870℃，累计压下率为36％；轧后进行ACC水冷，入水温度760℃，返红温度630℃；
（5）淬火工序：试样淬火加热温度910℃，保温时间系数2min/mm；
（6）回火工序：试样回火加热温度640℃，保温时间系数4min/mm。
板厚1/2位置屈服强度580MPa，抗拉强度665MPa，屈强比0.87，板厚1/2位置-45℃冲击功平均223J；钢板的显微组织见图6，由图6可见其组织为贝氏体和铁素体的复合组织。
表1 实施例1-6中钢板化学成分组成及质量百分含量（%）
表1中，化学成分的余量为Fe和不可避免的杂质。
由上述实施例可知，本方法生产的屈服485MPa级低温环境服役管件钢板具有低碳当量、低屈强比、低温冲韧性优良、焊接性良好等特点。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施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：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种屈服485MPa级低温环境服役管件钢板，其特征在于，所述钢板化学成分组成及质量百分含量为：C：0.06-0.08%，Si：0.20-0.40%，Mn：1.48-1.58%，P≤0.010%，S≤0.005%，Nb：0.020-0.030%，V：0.040-0.050%，Ni：0.25-0.35%，Cr：0.10-0.15%，Mo：0.20-0.25%，Alt：0.020～0.040%，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种屈服485MPa级低温环境服役管件钢板，其特征在于，所述钢板的组织为贝氏体和铁素体的复合组织。
3.根据权利要求1所述的一种屈服485MPa级低温环境服役管件钢板，其特征在于，所述钢板最大厚度为60mm。
4.根据权利要求1所述的一种屈服485MPa级低温环境服役管件钢板，其特征在于，所述钢板Ceq：0.39～0.46%；板厚1/2位置屈服强度在540～600MPa，抗拉强度620～700MPa，屈强比0.87-0.91，板厚1/2位置-45℃冲击功≥200J。
5.基于权利要求1-4任意一项所述的一种屈服485MPa级低温环境服役管件钢板的生产方法，其特征在于，所述方法包括加热、轧制、试样调质工序；所述轧制工序采用再结晶区＋未再结晶区两阶段控轧控冷工艺；所述试样调质工序采用淬火和回火相结合工艺。
6.根据权利要求5所述的一种屈服485MPa级低温环境服役管件钢板的生产方法，其特征在于，所述加热工序，钢坯的最高加热温度1240-1250℃，均热温度1200-1220℃，总加热时间≥330min，均热段在炉时间≥60min。
7.根据权利要求5所述的一种屈服485MPa级低温环境服役管件钢板的生产方法，其特征在于，所述轧制工序，采用再结晶区＋未再结晶区两阶段控轧控冷工艺，第一阶段轧制温度为1000～1100℃，单道次压下量为10～20%，累计压下率为30～50%；第二阶段轧制温度为850～880℃，累计压下率为30～50%。
8.根据权利要求5-7任意一项所述的一种屈服485MPa级低温环境服役管件钢板的生产方法，其特征在于，所述轧制工序，轧后进行ACC水冷，入水温度为760-780℃，返红温度600～650℃。
9.根据权利要求5-7任意一项所述的一种屈服485MPa级低温环境服役管件钢板的生产方法，其特征在于，所述试样调质工序，淬火加热温度900-910℃，保温时间系数2min/mm。
10.根据权利要求5-7任意一项所述的一种屈服485MPa级低温环境服役管件钢板的生产方法，其特征在于，所述试样调质工序，回火加热温度620-640℃，保温时间系数4min/mm。
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