CN107502821A

CN107502821A - 一种特厚规格超低温环境下使用的经济型x70管线钢板及其制造方法

Info

Publication number: CN107502821A
Application number: CN201710757031.5A
Authority: CN
Inventors: 孙宪进; 高助忠; 胡建国; 李经涛; 林涛; 石艾来; 许峰
Original assignee: Jiangyin Xingcheng Special Steel Works Co Ltd
Current assignee: Jiangyin Xingcheng Special Steel Works Co Ltd
Priority date: 2017-08-29
Filing date: 2017-08-29
Publication date: 2017-12-22
Anticipated expiration: 2037-08-29
Also published as: CN107502821B

Abstract

本发明涉及一种特厚规格超低温环境下使用的经济型X70管线钢板，该钢板的化学成分按质量百分比计为C 0.02‑0.08%，Si 0.2‑0.4%，Mn 0.9‑1.7%，Al 0.02‑0.04%，Nb 0.02‑0.08%，V≤0.05%，Cr≤0.2%，Ni≤0.2%，Mo≤0.1%，Cu≤0.2%，Ti0.01‑0.02%，B≤0.0005%，P≤0.006%，S≤0.001%，N≤0.002%，O≤0.0012%，H≤0.0001%，P+S+[N]+[O]+[H]≤100 ppm，Pcm≤0.19余量为Fe及不可避免的杂质。本申请利用大压缩比轧制技术，强化细化晶粒效果，弥补合金元素降低带来的强度和韧性损失，具有更强的经济性。

Description

一种特厚规格超低温环境下使用的经济型X70管线钢板及其制造方法

技术领域

本发明属于冶金技术领域，涉及一种特厚规格、超低温环境下使用的管线钢板及其制造方法。

背景技术

特厚规格超低温环境下使用的经济型X70管线钢板主要应用在海底管线、冻土带以及超低温等工况复杂的特殊环境，随着石油石化能源的不断开采，易采能源都已经在大规模开采，甚至枯竭。为满足能源需求的不断增长，复杂环境下的能源开发和输送近年来在不断增长，海底管线、高寒地区管线的设计需求和市场需求不断增加。由于使用环境苛刻，对管线钢板的厚度、低温韧性和性能均匀性均提出了更为苛刻的要求。目前，规格厚度在33-40.5mm范围，能够满足屈服强度490-560MPa，抗拉强度580-630MPa，延伸率≥40%，-60℃冲击功≥300J，-30℃落锤剪切面积≥75%的X70级经济型管线钢目前未见有商业化制造的报道。

专利公告号为CN103846277B的发明专利提出了一种提高海底管线低温止裂性的制造方法，涉及厚度28.6-31.8mm，仅能满足-30℃冲击功和-15℃落锤要求。规格厚度没有达到本发明专利厚度，同时未见有-60℃冲击功和-30℃落锤指标的描述。专利公告号为CN104264069 B的发明专利提出了一种特厚规格X70管线钢及制造方法，涉及钢板厚度30-32mm厚度，仅涉及到-30℃冲击功和-30℃落锤要求，未见-60℃冲击功的描述。在规格范围和合金元素设计上与本专利不同。专利公告号为CN 104357766 A的发明专利提出了一种用于超深海的高强度高韧性管线钢及其制造方法，该专利涉及钢板厚度未明确，成分上采用超低碳+Nb、Ni等高合金设计，Ni含量达到0.3-0.5%，文中仅提及钢板-20℃冲击功和-15℃落锤，未见有-60℃冲击功和-30℃落锤的描述，无法适应更低温环境下使用。专利公告号为CN 103999324 A的发明专利提出了一种大壁厚海底管线用中厚板及生产方法，涉及钢板厚度20-33mm，Ni含量0.15-0.40%，涉及钢板-15℃冲击和-15℃落锤，但没有-60℃冲击和-30℃落锤性能描述，无法适应更低温度环境下使用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种特厚规格超低温环境使用的经济型X70管线钢板及其制造方法。钢板产品的厚度可达33-40.5mm，能够满足-60℃超低温环境下使用。本申请从生产工艺上进行创新，能够降低贵重合金元素的添加种类和添加量，尤其是Ni的添加量可控制在0.2%以下。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种特厚规格超低温环境下使用的经济型X70管线钢板，该钢板的化学成分按质量百分比计为C 0.02-0.08%，Si 0.2-0.4%，Mn0.9-1.7%，Al 0.02-0.04%，Nb 0.02-0.08%，V ≤0.05%，Cr ≤0.2%，Ni ≤0.2%，Mo ≤0.1%，Cu ≤0.2%，Ti 0.01-0.02%，B ≤0.0005%，P ≤0.006%，S ≤0.001%，[N] ≤0.002%，[O] ≤0.0012%，[H] ≤0.0001%，P+S+[N]+[O]+[H]≤100 ppm，冷裂纹敏感系数Pcm≤0.19，余量为Fe及不可避免的杂质。

本申请钢板的厚度为33～40.5mm，屈服强度490～560MPa，抗拉强度580～630MPa，延伸率≥40%，-60℃冲击功≥300J，-30℃落锤剪切面积≥75%。钢板的组织为针状铁素体+少量多边形铁素体组织，1/4和1/2厚度位置的晶粒度均达到12级以上，通过特厚连铸坯保证大压缩比，充分进行晶粒细化，可很好的阻止低温条件下裂纹的起裂和扩展，从而大幅提高钢板的低温冲击和DWTT性能。

本发明中所含有所有关键组分的作用及其含量选择理由具体说明如下：

C：控轧控冷工艺中影响相变的关键因素，过高不仅容易生成铁素体珠光体，还容易加重中心偏析，损害低温韧性，本发明采用低碳设计，C含量选择范围为0.02-0.08%。

Si：脱氧元素，以固溶强化形式提高钢的强度，过低则影响脱氧效果，过高会对表面质量、韧性及焊接性能产生不利影响，综合考虑，本发明Si含量选择范围为0.2-0.4%。

Mn：影响强度、淬透性和焊接性的主要合金元素，以固溶强化形式提高钢的强度，Mn过高时需要防止Mn偏析，形成MNS而损害低温冲击韧性，同时考虑经济性，本发明Mn的含量范围为0.9-1.7%；

Al：起脱氧和固氮的作用，并通过形成AlN起到细化晶粒的作用。本发明Al含量的选择范围为0.02-0.04%。

Nb：能够在轧制过程中通过钉扎作用和沉淀强化作用显著细化奥氏体晶粒，提高未再结晶区温度，有利于晶粒细化，强度和韧性的提高。本发明Nb含量的选择范围为0.02-0.08%。

Ti：通过形成TiN起到析出强化的作用，有效细化晶粒，含量过高则会对韧性产生不利影响。本发明Ti含量的选择范围为0.01-0.02%。

P、S、[O]、[N]、[H]：作为钢中的主要杂质元素，对钢板尤其是钢板心部的低温韧性会产生不利影响，尤其是是心部低温韧性，在较低合金含量下，控制越低越好。根据现有实际生产条件，本发明P、S、[O]、[N]、[H]含量的选择范围为P≤0.006%，S≤0.001%，[N] ≤0.002，[O] ≤0.0012，[H] ≤0.0001，P+S+[N]+[O]+[H]≤100 ppm。

上述管线钢的主要工艺流程：KR铁水预处理—转炉冶炼—LF精炼—RH真空脱气—连铸—连铸坯加罩缓冷—连铸坯检查清理—铸坯加热—高压水除鳞—轧制—矫直—钢板堆缓冷—淬火—回火，

主要步骤说明如下：

①冶炼原料依次经KR铁水脱硫预处理、转炉顶底吹炼、LF精炼、RH精炼和连铸工艺处理，获得厚度在450mm的高纯净（是指P+S+[N]+[O]+[H]≤100 ppm）特厚连铸坯，连铸坯低倍中心偏析最低达到C1.0级，保证钢板匹配大压下轧制工艺；连铸完成后对连铸坯实施加罩缓冷，缓冷时间≥72小时；

②将连铸坯加热至1050～1100℃，采取低温加热的方法，防止原奥氏体晶粒度过分长大，均热段保温150-180min，连铸坯出炉后使用高压水除鳞；

③进行二阶段轧制，第一阶段为粗轧，开轧温度在1000-1100℃，后三道次单道次平均压下率≥20%，粗轧累计道次压下率≥60%以上，并手动控制粗轧终轧温度在950-980℃范围内；第二阶段为精轧，开轧温度为780-820℃，终轧温度770-810℃，累计道次压下率≥75%；粗轧和精轧均采用大压下轧制工艺，压缩比>10，充分发挥450mm厚度特厚连铸坯的优势，增大粗轧和精轧的道次压下率，两个阶段的轧制压下率均很高，从而提高细化晶粒的效果；轧后热矫直；

④钢板轧制后进入DQ+ACC冷却设备进行冷却，分为三阶段冷却，第一阶段快速冷却，采用一组DQ设置，冷却速度在25-30℃/s，第二阶段适当降低冷速，冷速在18-25℃/s，第三阶段为较慢速度冷却，冷速在10-18℃/s，终冷温度控制在400-450℃；利用DQ+ACC的独特快冷与慢冷相结合的方式，实现特厚管线钢的组织性能均匀性。

⑤热矫直后钢板进行下线堆缓冷，堆缓冷时间≥48小时。

本发明采取了低碳含量+Nb、Ti为主的微合金成分设计，限制Ni、Mo等贵重合金，可不添加Ni，同时严格控制P、S、[O]、[N]、[H]等杂质元素含量和连铸坯中心偏析，使偏析最低达到C1.0级，并充分发挥450mm厚度特厚连铸坯的优势，压缩比>10，增加粗轧和精轧阶段的道次压下率，粗轧平均道次压下率≥20%，精轧累计道次压下率≥60%，充分细化晶粒度，获得细小的针状铁素体+少量多边形铁素体组织，从而获得良好低温韧性。

本申请进一步通过特定的冷却工艺，对本申请钢板在厚度方向上的均匀性进行调控，消除钢板在厚度方向上的差异，有助于获得更大厚度的X70管线钢。

本发明采用低碳、Nb、Ti微合金化，P+S+[N]+[O]+[H]≤100 ppm高纯净度的成分设计生产33-40.5mm厚度超低环境下使用的X70管线钢钢板，利用大压缩比轧制技术，充分发挥450mm特厚连铸坯在生产特厚管线钢方面的优势，增大粗轧和精轧道次压下率，强化细化晶粒效果，弥补合金元素降低带来的强度和韧性损失，具有更强的经济性。同时，按照本发明生产的钢板，在满足强度的基础上，具有良好低温韧性，屈服强度490-560MPa，抗拉强度580-630MPa，延伸率≥40%，-60℃冲击功≥300J，-30℃落锤剪切面积≥75%。可满足在-60℃超低温环境下使用。

附图说明

图1为本发明实施例1的33mm厚度钢板的显微组织照片；

图2为本发明实施例2的40.5mm厚度钢板的显微组织照片。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1-2：

根据本发明的化学成分范围及制造方法，经KR铁水预处理—转炉顶底吹炼—LF精炼—RH真空脱气—连铸—连铸坯加罩缓冷—连铸坯检查清理—铸坯加热—高压水除鳞—轧制—矫直—钢板堆缓冷—淬火—回火等工艺步骤，制造厚度33mm（实施例1）和40.5mm（实施例2）的在-60℃低温条件下使用的X70管线钢板。

上述加热、轧制和缓冷阶段的具体工艺为：将450mm厚度左右的连铸坯加热至1080℃，保温180min（实施例1和2），连铸坯出炉后使用高压水除鳞；然后进行两阶段轧制，第一阶段开轧温度1050℃（实施例1）或1040℃（实施例2），中间坯厚度132mm（实施例1）和162mm（实施例2），后三道次单道次平均压下率21%（实施例1）和20%（实施例2），粗轧终轧温度在940℃（实施例1）和950℃（实施例2）；第二阶段开轧温度为805℃，累计道次压下率75%（实施例1）或第二阶段开轧温度800℃，累计道次压下率75%（实施例2），最终钢板厚度为33mm（实施例1）和40.5mm（实施例2）。轧后进行ACC加速冷却，分为三阶段冷却，第一阶段快速冷却，采用一组DQ设置，冷却速度28℃/S（实施例1）和25℃/S（实施例2），第二阶段适当降低冷速，冷却速度23℃/S（实施例1）和18℃/S（实施例2），第三阶段为较慢速度冷却，冷却速度在16℃/s（实施例1）和10℃（实施例2），终冷温度控制在440℃（实施例1）和410℃（实施例2）；热矫直后钢板进行下线堆缓冷，堆缓冷时间48小时（实施例1和实施例2）。

实施例1和2制得的钢板化学成分见表1，钢板的力学性能见表2，钢板的显微组织如图1和图2所示。

表1 实施例1和2中X70钢板的化学成分（wt.%）

实例	C	Si	Mn	P	S	Al	Nb+V+Ti	[O]	[N]	[H]	Ni+Cr
												1	0.04	0.25	1.60	0.004	0.0006	0.023	0.073	0.0011	0.0018	0.0001	0.18
2	0.04	0.24	1.65	0.004	0.0005	0.025	0.067	0.0009	0.0021	0.0001	0.20

Pcm=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B

表2 实施例1和2中X70钢板的力学性能

除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。

Claims

1.一种特厚规格超低温环境下使用的经济型X70管线钢板，其特征在于：该钢板的化学成分按质量百分比计为C 0.02-0.08%，Si 0.2-0.4%，Mn 0.9-1.7%，Al 0.02-0.04%，Nb0.02-0.08%，V ≤0.05%，Cr ≤0.2%，Ni ≤0.2%，Mo ≤0.1%，Cu ≤0.2%，Ti 0.01-0.02%，B≤0.0005%，P ≤0.006%，S ≤0.001%，[N] ≤0.002%，[O] ≤0.0012%，[H] ≤0.0001%，P+S+[N]+[O]+[H]≤100 ppm，冷裂纹敏感系数Pcm≤0.19，余量为Fe及不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的特厚规格超低温环境下使用的经济型X70管线钢板，其特征在于：所述V ≤0.05%，Cr ≤0.2%，Ni ≤0.2%，Mo ≤0.1%，Cu ≤0.2%中的一种或两种元素的添加量为0，或者以杂质元素的形式存在。

3.根据权利要求1所述的特厚规格超低温环境下使用的经济型X70管线钢板，其特征在于：钢板的厚度为33～40.5mm，屈服强度490～560MPa，抗拉强度580～630MPa，延伸率≥40%，-60℃冲击功≥300J，-30℃落锤剪切面积≥75%。

4.根据权利要求1所述的特厚规格超低温环境下使用的经济型X70管线钢板，其特征在于：钢板在整个厚度截面上均获得针状铁素体+少量多边形铁素体组织，晶粒度均达到12级以上。

5.一种制造权利要求1所述特厚规格超低温环境下使用的经济型X70管线钢板的方法，其特征在于：主要工艺流程为经KR铁水预处理—转炉冶炼—LF精炼—RH真空脱气—连铸—连铸坯加罩缓冷—连铸坯检查清理—铸坯加热—高压水除鳞—轧制—矫直—钢板堆缓冷—淬火—回火，

主要步骤说明如下：

①冶炼原料依次经KR铁水脱硫预处理、转炉顶底吹炼、LF精炼、RH精炼和连铸工艺处理，获得厚度在450mm的高纯净的特厚连铸坯，P+S+[N]+[O]+[H]≤100 ppm，连铸坯低倍中心偏析最低达到C1.0级，保证钢板匹配大压下轧制工艺；连铸完成后对连铸坯实施加罩缓冷，缓冷时间≥72小时；

②将连铸坯加热至1050～1100℃，防止原奥氏体晶粒度过分长大，均热段保温150-180min，连铸坯出炉后使用高压水除鳞；

③进行二阶段轧制，第一阶段为粗轧，开轧温度在1000-1100℃，后三道次单道次平均压下率≥20%，粗轧累计道次压下率≥60%以上，并手动控制粗轧终轧温度在950-980℃范围内；第二阶段为精轧，开轧温度为780-820℃，终轧温度770-810℃，累计道次压下率≥75%；粗轧和精轧均采用大压下轧制工艺，压缩比>10；

④钢板轧制后进入DQ+ACC冷却设备进行冷却，分为三阶段冷却，第一阶段快速冷却，采用一组DQ设置，冷却速度在25-30℃/s，第二阶段适当降低冷速，冷速在18-25℃/s，第三阶段为较慢速度冷却，冷速在10-18℃/s，终冷温度控制在400-450℃；

⑤热矫直后钢板进行下线堆缓冷，堆缓冷时间≥48小时。