CN109439846B

CN109439846B - 一种稀土处理的耐低温x80m管线钢及其制备方法

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Publication number: CN109439846B
Application number: CN201811335977.3A
Authority: CN
Inventors: 袁晓鸣; 宿成; 张晓磊; 李钊; 王少炳; 袁媛; 周学刚; 杨永朋; 岳祎楠
Original assignee: Baotou Iron and Steel Group Co Ltd
Current assignee: Baotou Iron and Steel Group Co Ltd
Priority date: 2018-11-08
Filing date: 2018-11-08
Publication date: 2020-12-22
Anticipated expiration: 2038-11-08
Also published as: CN109439846A

Abstract

本发明提供一稀土处理的耐低温X80M管线钢及其制备方法，其中所述管线钢的成分按质量百分比为：C：0.04～0.07％、Si：0.15～0.30％、Mn：1.65～1.80％、P：≤0.015％、S：≤0.005％、Nb：0.065～0.080％、Ti：0.008～0.025％、Alt：≤0.06％、Ni：0.15～0.30％、Cu：0.08～0.30％、Cr：0.15～0.30％、Mo：0.15～0.25％、Ce≤0.0020％，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明通过添加稀土铈铁合金，控制冶炼、连铸、轧制以及冷却工艺得到的管线钢具有良好的拉伸性能、低温冲击韧性、DWTT断裂韧性。

Description

一种稀土处理的耐低温X80M管线钢及其制备方法

技术领域

本发明属于稀土耐低温管线钢热轧卷板技术领域，特别涉及一种稀土处理的耐低温X80M管线钢及其制备方法。

背景技术

为保障国家能源安全，实现低碳排放和能源多元化供给，近年来我国正进一步加快“东北、西北、西南、海上”四大油气能源战略通道建设。其中，东北、西北通道途经高寒地区，严酷的低温施工和服役条件增加了该地区服役管道低温脆性失效的风险。几年前西气东输轮南首站低温液气分离器脆性断裂，造成了严重后果；格拉成品油管道因冻胀和融沉造成多次“露管”现象和30余次泄漏事件，造成巨大经济损失。因此，油气管道在低温条件下的安全运行问题亟待解决。

为确保管道低温安全运行，材料断裂韧性控制是关键。随着管线钢钢级提升，管材断裂韧性的厚度规格效应越来越明显。因此，低温断裂韧性是低温、高压服役用厚规格管线钢开发的主要技术瓶颈。俄罗斯乌恰天然气管道(最低运行温度-20℃)是当前国际上最高钢级低温管道，输送压力11.8MPa，单管输气量500亿m³/a，全部采用壁厚23.0～33.4mm的K65(相当于X80)Φ1420mm直缝焊管，管材DWTT性能满足-20℃考核要求。我国近年来在高钢级管线钢研发应用方面虽已取得突出成绩，但在低温断裂韧性控制方面与国外仍有较大差距，如试制的Φ1219×27.5mmX80钢管的DWTT性能仅达到0℃考核的水平。在热轧钢带方面，萨尔茨基特钢铁公司已开发出23.7mmX80热轧钢带。国内的首钢、太钢、武钢、本钢等几家热连轧装备先进的钢铁公司也都尝试过厚度20mm以上X80钢带试制，但普遍存在性能波动大、产品合格率低等系列问题。

目前，国内公开了相似专利，专利“一种耐低温超细晶管线钢及其制造方法”研究通过采用控制轧制控制冷却工艺，细化奥氏体晶粒尺寸，保证有效晶粒尺寸≤3μm、晶界取向差≥15°的晶粒体积分数约为85％～96％，使得材料具有良好的低温止裂特性。但该专利未提及采用添加稀土元素细化晶粒尺寸及变性夹杂物，从而提高低温止裂性能。

专利“低温韧性优良且稳定的管线钢及其热轧板卷轧制方法”研究了化学成分中未添加钒元素，同时采用控轧控冷工艺，细化晶粒，从而获得良好的强度和冲击韧性。-15℃低温止裂性能DWTT断口剪切面积率为100％。但该低温性不能满足-40℃环境下使用要求。

专利“一种适应低温裸露环境的X80管线钢板及其生产方法”研究采用调质处理生产一种厚度规格≥35mm的管线钢，可以通过时效过程中大量的ε-Cu析出来弥补低C、低Mn的强度缺失，配以相应的冶炼、轧制、冷却、调质等生产工艺获得低温管线钢所需的性能。由于增加热处理工序，导致成本增加。

背景技术部分的内容仅仅是发明人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。

发明内容

针对现有技术存在问题中的一个或多个，在本发明的一个方面，本发明提供一种稀土处理的耐低温X80M管线钢，所述管线钢的成分按质量百分比为：

C：0.04～0.07％、Si：0.15～0.30％、Mn：1.65～1.80％、P：≤0.015％、S：≤0.005％、Nb：0.065～0.080％、Ti：0.008～0.025％、Alt：≤0.06％、Ni：0.15～0.30％、Cu：0.08～0.30％、Cr：0.15～0.30％、Mo：0.15～0.25％、Ce≤0.0020％，余量为Fe和不可避免的杂质。

优选地，上述管线钢的成分按质量百分比为：

C：0.05～0.06％、Si：0.20～0.25％、Mn：1.70～1.76％、P：≤0.015％、S：≤0.005％、Nb：0.065～0.075％、Ti：0.010～0.020％、Alt：≤0.06％、Ni：0.20～0.25％、Cu：0.10～0.25％、Cr：0.20～0.30％、Mo：0.15～0.25％、Ce≤0.0020％，余量为Fe和不可避免的杂质。

优选地，上述管线钢屈服强度大于555MPa，延伸率大于28％，-60℃夏比V型纵向冲击功大于320J，-42℃落锤撕裂剪切面积大于90％。

在本发明的另一方面，本发明提供了上述的管线钢的制备方法，所述方法包括：冶炼、连铸、轧制和冷却卷曲；其中所述轧制轧制采用两阶段控制轧制，全部为纵轧，第一阶段为粗轧阶段，第二阶段精轧阶段；

其中所述粗轧阶段中间坯厚度为68mm，开轧温度为1160～1180℃，末道次入口温度≤980℃，末道次压下率≥25％；

所述精轧阶段开轧温度≤950℃，终轧温度为790～830℃，精轧压缩比≥3倍，累计压下率≥65％。

优选地，上述冶炼包括：铁水预处理、LF精炼、RH真空处理和软吹；其中所述RH真空处理时间为20-30min；所述RH真空处理时按质量配比加入Ce-Fe合金；所述软吹期间钢包渣面保持平静，不得有钢水液面裸露在空气中。

优选地，上述连铸采用保护浇注，保证板坯低倍检测要求中心偏析不大于C类3级，中心疏松不大于2级。

优选地，上述冷却卷曲的冷却速率≥30℃/s，卷取温度为365～435℃。

基于以上技术方案，本发明提供一种稀土处理的耐低温X80M管线钢，其与现有技术相比具有如下特点:

(1)从化学成分上看，本发明的稀土耐低温X80M管线钢合金成分以低碳、低合金为主，充分利用稀土在改善铸坯枝晶偏析、成品组织形貌、晶粒尺寸等方面的有益作用，进而提升产品的耐低温性能。解决了厚规格X80M管线钢-42℃低温环境下DWTT止裂性能的稳定性问题。

(2)从生产工艺上看，本发明的耐低温X80M管线钢冶炼过程添加了稀土铈铁合金，轧制过程采用TMCP工艺生产，通过控制中间坯厚度、轧制变形量及冷却速度等工艺参数，实现铸坯组织细化、成品组织细化，提高组织均匀性，进而得到低温性能优异的热轧钢带；同时保证了厚度方向的组织一致性。

(3)从产品性能上看，本发明的稀土耐低温X80M管线钢具有高强度、高的低温韧性(典型力学性能：屈服强度大于555MPa，延伸率大于28％，-60℃夏比V型纵向冲击功大于320J，-42℃落锤撕裂剪切面积大于90％。)等优点，显著提高了产品在低温环境下的使用周期及安全性。

基于以上，本发明提供的稀土耐低温X80M管线钢具有较明显的耐低温特性，通过添加稀土铈铁合金，控制冶炼、连铸、轧制以及冷却工艺得到的管线钢具有良好的拉伸性能、低温冲击韧性、DWTT断裂韧性，实现了厚规格管线钢的批量稳定生产，合格率显著提高。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例2的板卷显微组织照片。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

针对厚度规格20mm以上X80M管线钢低温止裂性能及生产中存在的重大技术难题，本发明的目的是提供一种稀土处理的耐低温X80M管线钢及其制备方法，本发明的目的将通过以下具体实施方式实现。

在本发明的第一实施方式中，本发明提供一种稀土处理的耐低温X80M管线钢，所述管线钢的成分按质量百分比为：

根据本发明的一个优选实施例，上述管线钢的成分按质量百分比为：

根据本发明的一个优选实施例，上述管线钢屈服强度大于555MPa，延伸率大于28％，-60℃夏比V型纵向冲击功大于320J，-42℃落锤撕裂剪切面积大于90％。

在本发明的第二实施方式中，本发明提供了上述稀土处理的耐低温X80M管线钢的制备方法，所述方法包括：冶炼、连铸、轧制和冷却卷曲；其中所述轧制采用两阶段控制轧制，全部为纵轧，第一阶段为奥氏体再结晶区轧制，即粗轧阶段，第二阶段为奥氏体未再结晶区轧制，即精轧阶段。

(1)粗轧中间坯厚度为68mm，开轧温度为1160～1180℃，末道次入口温度≤980℃，末道次压下率≥25％；

(2)精轧开轧温度≤950℃，终轧温度为790～830℃，精轧压缩比≥3倍，累计压下率≥65％。

根据本发明的一个优选实施例，上述冶炼包括：铁水预处理、LF精炼、RH真空处理和软吹；具体为冶炼用铁水经KR脱硫处理，加入自产优质废钢，经LF精炼，通过加热、成分微调、合金化，保证钢水成分、温度满足后部工序需要。RH真空处理时，真空处理时间20-30min，真空处理时添加稀土Ce-Fe合金，合金加入前测温定氧。真空处理结束后进行软吹，软吹期间钢包渣面保持平静，不得有钢水液面裸露在空气中。

根据本发明的一个优选实施例，上述连铸全程采用保护浇注，在浇铸过程中使用稀土钢特制的防氧化保护浇铸装置。保证稀土钢在浇铸过程中实现不絮钢，连续浇铸的目标。同时，投入电磁搅拌、轻压下，板坯低倍检测要求中心偏析不大于C类3级，中心疏松不大于2级。

根据本发明的一个优选实施例，精轧后进入冷却卷曲阶段，其采用高效加密层流冷却系统，冷却速率≥30℃/s，卷取温度控制在365～435℃。

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

对比例1：

钢板的化学成分质量百分比见表1。粗轧中间坯厚度68mm，开轧温度1173℃，末道次入口温度976℃，末道次压下率25.6％。精轧开轧温度948℃，终轧温度795℃，精轧压缩比3.1倍，累计压下率68％。精轧后进入高效加密层流冷却系统，冷却速率32℃/s，卷取温度390℃。最后即可得到本发明钢板。

实施例1：

钢板的化学成分质量百分比见表1。粗轧中间坯厚度68mm，开轧温度1168℃，末道次入口温度976℃，末道次压下率25.6％。精轧开轧温度控制在930℃，终轧温度805℃，精轧压缩比3.1倍，累计压下率68％。精轧后进入高效加密层流冷却系统，冷却速率31℃/s，卷取温度395℃。最后即可得到本发明钢板。本实施例得到的钢板的显微组织照片如图1所示，组织结构细化并且均匀，证明了本发明得到的管线钢优异的力学性能和耐低温性能。

实施例2：

钢板的化学成分质量百分比见表1。粗轧中间坯厚度68mm，开轧温度1165℃，末道次入口温度972℃，末道次压下率25.6％。精轧开轧温度936℃，终轧温度815℃，精轧压缩比3.1倍，累计压下率68％。精轧后进入高效加密层流冷却系统，冷却速率32℃/s，卷取温度405℃。最后即可得到本发明钢板。

表1：各实施例与对比例管线钢化学成分及质量百分含量(％)

下表2为本发明实施案例1-2和对比例对应的板卷的力学性能。

表2：各实施例与对比例板卷力学性能

从表2中可以看出，与对比例相比，采用实施例1、2生产的热轧钢带具有优良的低温止裂性能，-42℃低温DWTT断面剪切率均达到90％以上，-60℃低温冲击功均达到的320J，明显高于未添加稀土的试验钢。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种稀土处理的耐低温X80M管线钢，其特征在于，所述管线钢的成分按质量百分比为：

C：0.05～0.06％、Si：0.20～0.25％、Mn：1.70～1.76％、P：≤0.015％、S：≤0.005％、Nb：0.065～0.075％、Ti：0.010～0.020％、Alt：≤0.06％、Ni：0.20～0.25％、Cu：0.10～0.25％、Cr：0.20～0.30％、Mo：0.15～0.25％、Ce≤0.0020％，余量为Fe和不可避免的杂质；

所述管线钢屈服强度大于555MPa，延伸率大于28％，-60℃夏比V型纵向冲击功大于320J，-42℃落锤撕裂剪切面积大于90％；

所述管线钢的制备方法包括：冶炼、连铸、轧制和冷却卷曲；其中所述轧制采用两阶段控制轧制，全部为纵轧，第一阶段为粗轧阶段，第二阶段精轧阶段；

所述精轧阶段开轧温度≤950℃，终轧温度为790～830℃，精轧压缩比≥3倍，累计压下率≥65％；

所述冶炼包括：铁水预处理、LF精炼、RH真空处理和软吹；其中所述RH真空处理时间为20-30min；所述RH真空处理时按质量配比加入Ce-Fe合金；所述软吹期间钢包渣面保持平静，不得有钢水液面裸露在空气中；

所述连铸采用保护浇注，保证板坯低倍检测要求中心偏析不大于C类3级，中心疏松不大于2级；

所述冷却卷曲的冷却速率≥30℃/s，卷取温度为365～435℃。