CN108048733B - 一种经济型低温高韧性自回火管件用钢板及其制造方法 - Google Patents

一种经济型低温高韧性自回火管件用钢板及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种经济型低温高韧性自回火管件用钢板，该钢板的化学成分按质量百分比％计为C 0.06～0.18，Si 0.2～0.35；Mn 0.9～1.6；Al 0.02～0.04；Nb+V+Ti≤0.15％；Cr≤0.5；Ni≤0.5；Mo≤0.4；Cu≤0.3；Ti 0.01～0.02；余量为Fe及不可避免的杂质。工艺流程为KR铁水预处理—转炉—LF精炼—RH真空脱气—370～450mm板坯连铸—缓冷—轧制—加罩堆缓冷自回火—精检—性能检测—入库。采用低碳+微合金化成分设计，采用控轧控冷工艺+在线自回火工艺代替调质工艺生产管件钢，并能够保证管件在整体热处理后仍旧满足低温管线工程所需的性能要求，具有很好的经济性。

Description

一种经济型低温高韧性自回火管件用钢板及其制造方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，涉及一种经济型低温高韧性管件用钢板及制造方法。
背景技术
管件用钢主要用于长输管线工程项目中的压气站、输配气站场、三通等项目中，在其生产过程中，需要经过加热、鼓包、拉拔等热成型过程，然后整体回火热处理，因此，通常要求材料经过调质处理后，管件用钢的性能仍旧能够满足项目要求。传统管件用钢一般采用调质工艺设计，如发明专利CN 102021499提出了一种管件用钢及制造方法，采用调质工艺生产，整个制造成本上增加很多，经济性大幅下降。
同时，对于一些高寒地带下使用的管件用钢，极限使用温度一般在-50℃左右，普通管件用钢难以满足要求，急需具有更好低温韧性的管件用钢板。目前低温管件用钢，通常仅满足-46℃条件下使用，如专利公告号CN 102011064提出了一种X80级低温管件用钢及其制备和应用，可满足-46℃条件下30-70mm厚度管件用钢的使用。
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经济型低温高韧性管件用钢板及制造方法。设计采用低碳+Nb、V、Ti等微合金化成分设计和热轧工艺+自回火工艺生产，可满足整体热处理后的X70管件用钢在-60℃低温条件下使用。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种经济型低温高韧性自回火管件用钢板，该钢板的化学成分按质量百分比％计为C 0.06～0.18，Si 0.2～0.35；Mn 0.9～1.6；Al 0.02～0.04；Nb+V+Ti≤0.15％；Cr≤0.5；Ni≤0.5；Mo≤0.4；Cu≤0.3；Ti 0.01～0.02；余量为Fe及不可避免的杂质。
本申请设计的经济型低温高韧性钢板的屈服强度≥500MPa，-60℃下钢板在1/4厚度处夏比冲击功均≥100J，能够满足X70管线钢在-60℃低温条件下的使用要求。
本发明专利通过低碳+微合金化成分设计，主要化学元素的设计原理是
C：重点平衡低温韧性和强度的关键元素，C过高则影响低温韧性，过低，则管件用钢的强度难以保证，综合考虑，本发明C含量选择范围为0.06-0.18％。
Si：脱氧元素，固溶强化提高钢的强度，综合考虑，本发明Si含量选择范围为0.2-0.35％。
Mn：低合金钢种基本合金元素，可扩大奥氏体相温度范围，主要通过固溶强化提高钢的强度，可弥补C过低导致的强度损失；是影响强度、淬透性、焊接性的主要合金元素之一。综合考虑，本发明Mn含量的选择范围为0.9-1.6％；
Al：脱氧元素，可通过形成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：在控轧过程中，可提高奥氏体再结晶区温度范围，有效细化奥氏体晶粒从而达到细晶强化的效果，有利于强度和韧性的提高。在淬火+回火处理过程中，固溶的Nb会形成NbC以弥散强化的形式析出，能够提高强度而不损害韧性，综合考虑，本发明Nb含量的选择范围为0.01-0.07％。
V：碳氮化物形成元素，主要以细晶强化和析出强化为主，通过形成V(C，N)以弥散强化和析出强化的方式细化晶粒，提高钢的强度和韧性。本发明V含量的选择范围为0.01-0.07％。
Ti：固氮元素，0.02％的Ti就可以固定钢中60ppm以下的N，并通过形成TiN起到析出强化和细晶强化的作用，有效细化晶粒。但Ti含量过多容易出现粗大的析出相，对韧性不利，综合考虑，本发明Ti含量的选择范围为0.01-0.02％。
本申请另外提高该经济型低温高韧性管线钢的制造方法，通过低碳+微合金化成分设计，利用在线控轧控冷+自回火工艺，具体生产步骤为：KR铁水预处理-转炉-LF精炼-RH真空脱气-370-450mm板坯连铸-缓冷-轧制-加罩堆缓冷-精检-性能检测-入库。
主要步骤的操作如下
(1)炼钢，采用KR铁水预处理、150t转炉冶炼、LF精炼、RH真空脱气处理生产出高纯净钢水，然后利用370～450mm厚度连铸板坯生产工艺生产特厚连铸坯，随后对连铸坯进行加罩堆垛缓冷扩氢处理，堆垛缓冷时间≥72小时；
(2)将连铸坯加热至1100～1230℃，保温160～200min，使钢中的合金元素充分固溶以保证性能的均匀性，出炉后使用高压水除鳞除去氧化铁皮；
(3)经高压水除鳞后，进行两阶段轧制，第一阶段采用粗轧，开轧温度在1000～1150℃，中间坯厚度≥2×钢板厚度；第二阶段为精轧阶段，开轧温度为820～900℃，终轧温度800～860℃；轧后钢板进行ACC快冷，出水温度550～650℃；出水后进行下线堆缓冷；
(4)加罩堆缓冷自回火处理，进罩温度在450～600℃，时间3～6个小时，出罩温度≥300℃；出罩后空冷，获得钢板成品。
本发明针对在低温条件下使用的易焊接管件用钢板，使用低碳、低裂纹敏感系数成分设计、高纯净钢的冶炼、370-450mm厚度特厚连铸板坯作为原料，采取控制轧制加控制冷却的方法生产出屈服强度500MPa以上的易焊接管件用钢板，该钢板经过实验室试样调质处理，淬火温度880-930℃，保温时间1.5min/mm，水淬，然后进行试样回火处理，回火温度500-600℃，保温时间3.5min/mm后，性能仍旧能够满足-60℃低温条件下使用的X70级管件用钢的要求。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本申请发明人开发了一种经济型低温管件用钢的制造方法，采用低碳+微合金化成分设计，采用控轧控冷工艺+在线自回火工艺代替调质工艺生产管件钢，并能够保证管件在整体热处理后仍旧满足低温管线工程所需的性能要求，具有很好的经济性。
(2)本发明所提供的钢板，在热轧态和经过试样调质热处理后，钢板热轧态的组织为低碳板条贝氏体组织，该组织在保持较高强度的基础上，仍能够具有良好的低温冲击韧性；经实验室调质处理后，组织形态为回火索氏体+回火板条贝氏体组织，调质处理提高了钢板的强度，但回火索氏体和低碳板条贝氏体仍具有良好的低温韧性，因此，在热轧和调质处理后，钢板均能满足-60℃低温条件下使用，-60℃下钢板的1/4厚度处夏比冲击功均≥100J，具有良好的低温韧性，能够满足X70管线钢在-60℃条件下的服役要求。
附图说明
图1为本发明50mm厚度钢板的显微组织照片；
图2为本发明70mm厚度钢板的显微组织照片。
具体实施方式
以下结合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—转炉冶炼—LF精炼—RH真空脱气—370-450mm厚度连铸坯连铸—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—冷却—钢板加罩堆缓冷自回火工艺步骤，制造-60℃低温条件下使用的经济型低裂纹敏感性管件用钢板。
上述加热、轧制和缓冷阶段的具体工艺为：将370mm厚度连铸坯加热至1180℃，保温180min(实施例1)或450mm厚度连铸坯加热至1200℃，保温200min(实施例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1000-1050℃，中间坯厚度100mm(实施例1)或第一阶段开轧温度1050-1080℃，中间坯厚度180mm(实施例2)；第二阶段开轧温度为830℃，终轧温度为820℃(实施例1)或第二阶段开轧温度850℃，终轧温度为830℃(实施例2)，最终钢板厚度为50mm(实施例1)和70mm(实施例2)；轧后进行ACC快速冷却，出水温度控制在630℃(实施例1)和出水温度600℃(实施例2)；出水后下线加罩堆缓冷自回火，堆缓冷自回火开始温度550℃，时间4小时，出罩温度450℃；(实施例1)和堆缓冷自回火开始温度530℃，时间6小时，出罩温度400℃(实施例2)。
缓冷完成后，采用试样热处理的方式，试样淬火温度910℃，保温时间1.5min/mm，水淬(实施例1和2)，然后进行试样回火处理，回火温度600℃，保温时间3.5min/mm(实施例1)和回火温度580℃，保温时间3.5min/mm(实施例2)
试验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中管件用钢板的化学成分(wt.％)
实例 C Si Mn P S Al Nb+Ti+V
1 0.09 0.23 1.51 0.007 0.001 0.027 0.12
2 0.12 0.24 1.54 0.006 0.001 0.023 0.15
表2实施例1和2中管件用钢板的力学性能
Figure BDA0001462410670000041
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 (3)

1.一种经济型低温高韧性自回火管件用钢板的制造方法，其特征在于：该钢板的化学成分按质量百分比%计为C 0.06～0.18，Si 0.2～0.35；Mn 0.9～1.6；Al 0.02～0.04；Nb +V+Ti≤0.15%；Cr≤0.5；Ni ≤0.5；Mo ≤0.4；Cu ≤0.3；Ti 0.01～0.02；余量为Fe及不可避免的杂质；
钢板制造工艺流程为KR铁水预处理—转炉—LF精炼—RH真空脱气—370～450mm板坯连铸—缓冷—轧制—加罩堆缓冷自回火—精检—性能检测—入库，
主要步骤的操作如下
（1）炼钢，采用KR铁水预处理、150t转炉冶炼、LF精炼、RH真空脱气处理生产出高纯净钢水，然后利用370～450mm厚度连铸板坯生产工艺生产特厚连铸坯，随后对连铸坯进行加罩堆垛缓冷扩氢处理，堆垛缓冷时间≥72小时；
（2）将连铸坯加热至1100～1230℃，保温160～200min，使钢中的合金元素充分固溶以保证性能的均匀性，出炉后使用高压水除鳞除去氧化铁皮；
（3）经高压水除鳞后，进行两阶段轧制，第一阶段采用粗轧，开轧温度在1000～1150℃，中间坯厚度≥2×钢板厚度；第二阶段为精轧阶段，开轧温度为820～900℃，终轧温度800～860℃；轧后钢板进行ACC快冷，出水温度550～650℃；出水后进行下线堆缓冷；
（4）加罩堆缓冷自回火处理，进罩温度在450～600℃，时间3～6个小时，出罩温度≥300℃；出罩后空冷，获得钢板成品。
2.根据权利要求1所述的经济型低温高韧性自回火管件用钢板的制造方法，其特征在于：所述钢板的屈服强度≥500MPa，-60℃下钢板在1/4厚度处夏比冲击功均≥100J，钢板热轧态的组织为低碳板条贝氏体组织。
3.根据权利要求1所述的经济型低温高韧性自回火管件用钢板的制造方法，其特征在于：获得的钢板成品试样经调质处理，淬火温度880～930℃，保温时间1.5min/mm，水淬，然后进行试样回火处理，回火温度500～600℃，保温时间3.5min/mm后，调质处理后，组织形态为回火索氏体+回火板条贝氏体组织，性能仍能够满足-60℃低温条件下使用的X70级管件用钢的要求。
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