CN109628832B - 一种极低温环境服役的管件用高强韧性钢板及其制造方法 - Google Patents

一种极低温环境服役的管件用高强韧性钢板及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种极低温环境服役的管件用高强韧性钢板及其制造方法，所述高强韧性钢板包括如下重量百分比的化学成分：C：0.07％～0.10％，Si：0.20％～0.35％，Mn:1.3％～1.6％，P:≤0.009％，S:≤0.0015％，Nb:0.04％～0.06％，V:0.03％～0.06％，Ti:0.012％～0.020％，Ni:0.45％～060％，Cr:0.15％～0.20％，Mo:0.18％～0.25％，余量为Fe和不可避免杂质元素。本发明采用两阶段控制轧制，对粗轧阶段道次压下量上限和斜率分配系数进行调整得到理想的道次压下率，并配以优化的轧后水冷工艺和调质热处理工艺。本发明有效解决了极低温环境服役下厚规格管件用钢板心部高强度和优良低温冲击韧性的难题，所提供钢板在轧态具有高强度、优良低温韧性、良好的延伸率，低的屈强比，同时经调质热处理后仍具有较高的强韧性能。

Description

一种极低温环境服役的管件用高强韧性钢板及其制造方法
技术领域
本发明属于管线钢生产技术领域，尤其涉及一种极低温环境服役的管件用高强韧性钢板及其制造方法。
背景技术
为了满足我国日趋增大的石油、天然气能源需求量，近年来我国规划建设了多条境内外的油气输送通道。在这些开工建设的管道当中，部分管道途径高寒、永久冻土等一系列地质恶劣地区，如中俄东线管道，由于地处我国东北地区，地面裸露站场位置的服役温度可达-45℃甚至更低。在这些地区铺设管道时，需要大量耐极低温的厚规格管件，这就要求制造管件用的钢板在具有高强度的同时还应具有优良的低温韧性。
厚规格管件用钢板通常要求保证钢板厚度心部位置的强韧性能，由于钢板越厚轧制变形越难以渗透到心部，造成心部组织难以被有效细化，而心部组织的粗化会对钢板力学性能尤其是低温韧性产生不利影响。因此如何保证厚规格管件用钢板心部位置在具有高强度的同时，获得优良的低温韧性具有较大的难度。同时考虑到管件在制作过程中要经历多次热成型过程，最终还要进行调质热处理，因此，如何使钢板在经过调质热处理后仍具高的强度和优异的低温韧性从而保证成品管件的性能更是增加了技术难度。
发明内容
针对现有技术中的上述缺陷，本发明的主要目的在于提供一种极低温环境服役的管件用高强韧性钢板及其制造方法，本发明所提供钢板在轧态具有高强度、优良低温韧性、良好的延伸率，低的屈强比，同时经调质热处理后仍可获得较高的强韧性能。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种极低温环境服役的管件用高强韧性钢板，包括如下重量百分比的化学成分：C：0.07％～0.10％，Si：0.20％～0.35％，Mn:1.3％～1.6％，P:≤0.009％，S:≤0.0015％，Nb:0.04％～0.06％，V:0.03％～0.06％，Ti:0.012％～0.020％，Ni:0.45％～060％，Cr:0.15％～0.20％，Mo:0.18％～0.25％，余量为Fe和不可避免杂质元素。
作为进一步的优选，所述极低温环境服役的管件用高强韧性钢板，包括如下重量百分比的化学成分：C：0.073％～0.086％，Si：0.23％～0.26％，Mn:1.46％～1.48％，P:≤0.009％，S:≤0.0015％，Nb:0.043％～0.056％，V:0.035％～0.04％，Ti:0.012％～0.015％，Ni:0.52％～053％，Cr:0.18％～0.19％，Mo:0.19％～0.20％，余量为Fe和不可避免杂质元素。
本发明的另一目的在于提供上述极低温环境服役的管件用高强韧性钢板的制备方法，包括如下步骤：
1)钢板采用连铸板坯进行生产，所述连铸板坯化学成分重量百分比如下：C：0.07％～0.10％，Si：0.20％～0.35％，Mn:1.3％～1.6％，P:≤0.009％，S:≤0.0015％，Nb:0.04％～0.06％，V:0.03％～0.06％，Ti:0.012％～0.020％，Ni:0.45％～060％，Cr:0.15％～0.20％，Mo:0.18％～0.25％，余量为Fe和不可避免杂质元素；
2)将所述板坯进行加热，再经过粗轧、精轧获得热轧板，然后将所述热轧板采用ACC方式进行冷却，得到轧态钢板；其中，粗轧成型道次和展宽道次压下量上限设定为30mm，粗轧纵轧道次压下量上限设为45mm，粗轧纵轧压下量斜率分配系数为[0.9，1)，使粗轧纵轧道次压下量递增；
3)将所述轧态钢板进行热处理。
作为进一步的优选，所用连铸板坯厚度与成品钢板厚度的比值为8～12。
作为进一步的优选，粗轧最后三道次单道次压下率为14～25％，粗轧阶段累计压下率为62～76％。
作为进一步的优选，所述板坯加热温度控制在1160℃～1180℃，板坯总加热时间控制在390～450min，其中均热时间≥30min。
作为进一步的优选，所述粗轧温度控制在1050～1150℃。
作为进一步的优选，所述精轧温度控制在790～850℃，精轧阶段累计压下率为56～70％。
作为进一步的优选，所述ACC方式进行冷却，包括：开冷温度控制在780～800℃，终冷温度控制在390～420℃，冷却速度控制在20～30℃/s。
作为进一步的优选，所述热处理包括：控制淬火温度为920～960℃，保温时间为0.8～1.5min/mm；回火温度为500～550℃，保温时间为2～2.3min/mm。
本发明的有益效果是：本发明控制各元素成分及含量，同时对轧制、轧后冷却、热处理等工序进行控制，得到了一种极低温环境下服役的管件用高强韧性钢板，轧态钢板厚度心部横向屈服强度Rt0.5≥560MPa，抗拉强度Rm≥670MPa，屈强比≤0.83，延伸率≥26％，钢板厚度心部-45℃夏比冲击功单值≥260J。钢板厚度方向不同位置都得到了均匀、细小的组织。经调质处理后钢板厚度心部屈服强度Rt0.5≥620MPa，抗拉强度Rm≥700MPa，屈强比≤0.91，延伸率≥24％，钢板厚度心部-45℃夏比冲击功单值≥220J。因而，本发明有效解决了极低温环境服役下厚规格管件用钢板心部高强度和优良低温冲击韧性的难题，所提供钢板板厚不同位置都得到了均一化的组织，从而为保证钢板调质处理后厚度不同位置的组织均匀性和性能均匀性提供了保障。钢板在轧态具有高强度、优良低温韧性、良好的延伸率，低的屈强比，同时经调质热处理后仍具有较高的强韧性能。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。
图1为实施例1高强韧性钢板厚度表面的显微组织图。
图2为实施例1高强韧性钢板厚度四分之一的显微组织图。
图3为实施例1高强韧性钢板厚度心部的显微组织图。
图4为实施例2高强韧性钢板厚度表面的显微组织图。
图5为实施例2高强韧性钢板厚度四分之一的显微组织图。
图6为实施例2高强韧性钢板厚度心部的显微组织图。
具体实施方式
本发明通过提供一种极低温环境服役的管件用高强韧性钢板及其制造方法，有效解决了极低温环境服役下厚规格管件用钢板心部高强度和优良低温冲击韧性的难题。
为了解决上述问题，本发明实施例的主要思路是：
本发明实施例极低温环境服役的管件用高强韧性钢板，包括如下重量百分比的化学成分：C：0.07％～0.10％，Si：0.20％～0.35％，Mn:1.3％～1.6％，P:≤0.009％，S:≤0.0015％，Nb:0.04％～0.06％，V:0.03％～0.06％，Ti:0.012％～0.020％，Ni:0.45％～060％，Cr:0.15％～0.20％，Mo:0.18％～0.25％，余量为Fe和不可避免杂质元素。
本发明实施例通过上述成分的配比设计以及选用相应的制备方法，且对方法中的参数进行调整，得到了一种极低温环境服役的管件用高强韧性钢板。
上述高强韧性钢板的制备方法，可包括如下步骤：
1)钢水经过转炉冶炼后获得包含上述成分的板坯；
2)将所述板坯进行加热，再经过粗轧、精轧获得热轧板，然后将所述热轧板采用ACC方式进行冷却，得到轧态钢板；
3)将所述轧态钢板进行热处理。
其中，本发明实施例采用奥氏体再结晶区和非再结晶区两阶段控制轧制。粗轧阶段对应奥氏体再结晶区轧制，粗轧阶段不限定机前和机后放钢，粗轧成型道次和展宽道次压下量上限设定为30mm，粗轧纵轧道次压下量上限设为45mm，粗轧纵轧压下量斜率分配系数为[0.9，1)，使粗轧纵轧道次压下量递增。
粗轧成型道次和展宽道次压下量上限低于粗轧纵轧阶段，由于成型和展宽道次的变形温度相对较高，此时大的道次压下量虽利于再结晶但再结晶后晶粒长大的驱动力也较大，因此不宜采用过大的道次压下量。粗轧纵轧阶段由于变形温度已经有所降低，此时增大压下量上限并通过斜率分配系数的调整使道次压下量递增从而使变形能够充分渗透到心部，细化心部组织，达到整个板厚方向的组织均匀、细化的目的。
粗轧温度控制在1050～1150℃，粗轧最后三道次单道次压下率为14～25％，粗轧阶段累计压下率为62～76％。
具体地，本发明实施例采用连铸板坯进行生产，所用连铸板坯厚度与成品钢板厚度的比值为8～12，可保证一定总压缩比并提高轧机和加热炉效率。
进一步地，连铸板坯加热温度控制在1160℃～1180℃，钢坯总加热时间控制在390～450min，其中均热时间≥30min。板坯不要在加热炉炉头停留，避免厚度方向加热温度不均匀。
进一步地，精轧阶段对应奥氏体非再结晶区轧制，精轧温度控制在790～850℃，累计压下率为56～70％。
进一步地，轧后采用ACC方式进行冷却，开冷温度控制在780～800℃，终冷温度控制在390～420℃，冷却速度控制在20～30℃/s。
进一步地，调质热处理可包括：控制淬火温度为920～960℃，保温时间为0.8～1.5min/mm；回火温度为500～550℃，保温时间为2～2.3min/mm，空冷即可。
本发明实施例轧态钢板板厚不同位置都得到了均一化的组织，从而为保证钢板调质热处理后厚度不同位置的组织均匀性和性能均匀性提供了保障。因此，本发明实施例所提供钢板在轧态具有高强度、优良低温韧性、良好的延伸率，低的屈强比，同时经调质热处理后仍可获得较高的强韧性能。
为了让本发明之上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举数实施例，来说明本发明所述之高强韧性钢板及其制造方法。
实施例1
本发明实施例1提供的一种在极低温环境下服役的管件用高强韧性钢板及其制造方法，在4300mm宽厚板生产线上进行生产，具体包括如下步骤：
1)钢板采用连铸坯进行生产；
2)将所述板坯进行加热，再经过粗轧、精轧获得热轧板，然后将所述热轧板采用ACC方式进行冷却，得到轧态钢板；
3)将所述轧态钢板进行调质热处理。
其中，成品钢板厚度规格为36mm，钢板化学成分如表1所示。采用400mm厚的连铸板坯进行轧制，钢坯加热温度1176℃，总加热时间为400min，均热段时间为50min。粗轧纵轧压下量斜率分配系数为0.9，具体的轧制工艺参数如表2所示。钢板ACC开冷温度为788℃，终冷温度为420℃，冷却速度为23℃/s。
钢板淬火温度为920℃，保温时间为40min；回火温度为500℃，保温时间为80min。
实施例1轧态钢板和经调质处理后钢板的心部力学性能结果如表3所示。
表1实施例1的化学成分
Figure BDA0001928061230000061
表2实施例1的轧制工艺参数
Figure BDA0001928061230000062
表3实施例1轧态钢板和调质态钢板心部力学性能
Figure BDA0001928061230000063
轧态钢板厚度方向表面、四分之一、心部三个位置显微组织见图1、图2、图3所示，可见钢板厚度方向不同位置都得到了均一化的组织。
实施例2
本发明实施例2提供的一种在极低温环境下服役的管件用高强韧性钢板及其制造方法，在4300mm宽厚板生产线上进行生产，步骤与实施例1类似，具体参数包括：
钢板厚度规格为47mm，钢板化学成分如表4所示。采用400mm厚的连铸坯进行轧制，钢坯加热温度1176℃，总加热时间为410min，均热段时间为50min。粗轧纵轧压下量斜率分配系数为0.9，具体的轧制工艺参数如表5所示。钢板ACC开冷温度为784℃，终冷温度为416℃，冷却速度为28℃/s。
钢板淬火温度为940℃，保温时间为47min；回火温度为500℃，保温时间为104min。
实施例2轧态钢板和经调质处理后钢板的心部力学性能结果如表6所示。
表4实施例2的化学成分
元素 C Si Mn P S Nb V Ti Ni Cr Mo
含量 0.086 0.26 1.48 0.009 0.0015 0.056 0.04 0.015 0.52 0.19 0.19
表5实施例2的轧制工艺参数
Figure BDA0001928061230000071
表6实施例2轧态钢板和调质态钢板心部力学性能
Figure BDA0001928061230000072
本实施例轧态钢板厚度方向表面、四分之一、心部三个位置显微组织见图4、图5、图6所示，可见钢板厚度方向不同位置都得到了均一化的组织。
实施例3
本发明实施例3提供的一种在极低温环境下服役的管件用高强韧性钢板及其制造方法，在4300mm宽厚板生产线上进行生产，步骤与实施例1类似，具体参数包括：
钢板厚度规格为50mm，钢板化学成分如表7所示。采用400mm厚的连铸坯进行轧制，钢坯加热温度1180℃，总加热时间为450min，均热段时间为40min。粗轧纵轧压下量斜率分配系数为0.91，具体的轧制工艺参数如表8所示。钢板ACC开冷温度为800℃，终冷温度为410℃，冷却速度为30℃/s。
钢板淬火温度为960℃，保温时间为50min；回火温度为550℃，保温时间为108min。
实施例3轧态钢板和经调质处理后钢板的心部力学性能结果如表9所示。
表7实施例3的化学成分
元素 C Si Mn P S Nb V Ti Ni Cr Mo
含量 0.086 0.20 1.48 0.009 0.0015 0.04 0.03 0.012 0.60 0.15 0.25
表8实施例3的轧制工艺参数
Figure BDA0001928061230000081
表9实施例3轧态钢板和调质态钢板心部力学性能
Figure BDA0001928061230000082
上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：
本发明控制各元素成分及含量，同时对轧制、轧后冷却、热处理等工序进行控制，得到了一种极低温环境下服役的管件用高强韧性钢板，轧态钢板厚度心部横向屈服强度Rt0.5≥560MPa，抗拉强度Rm≥670MPa，屈强比≤0.83，延伸率≥26％，钢板厚度心部-45℃夏比冲击功单值≥260J。钢板厚度方向不同位置都得到了均匀、细小的组织。经调质处理后钢板厚度心部屈服强度Rt0.5≥620MPa，抗拉强度Rm≥700MPa，屈强比≤0.91，延伸率≥24％，钢板厚度心部-45℃夏比冲击功单值≥220J。因而，本发明有效解决了极低温环境服役下厚规格管件用钢板心部高强度和优良低温冲击韧性的难题，所提供钢板在轧态具有高强度、优良低温韧性、良好的延伸率，低的屈强比，同时经调质热处理后仍具有较高的强韧性能。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种极低温环境服役的管件用高强韧性钢板，其特征在于：包括如下重量百分比的化学成分：C：0.073％～0.086％，Si：0.23％～0.26％，Mn:1.46％～1.48％，P:≤0.009％，S:≤0.0015％，Nb:0.043％～0.056％，V:0.035％～0.04％，Ti:0.012％～0.015％，Ni:0.52％～0.53％，Cr:0.18％～0.19％，Mo:0.19％～0.20％，余量为Fe和不可避免杂质元素；
其中，所述极低温环境服役的管件用高强韧性钢板的制备方法包括如下步骤：
1)钢板采用连铸板坯进行生产，所述连铸板坯化学成分重量百分比如下：C：0.073％～0.086％，Si：0.23％～0.26％，Mn:1.46％～1.48％，P:≤0.009％，S:≤0.0015％，Nb:0.043％～0.056％，V:0.035％～0.04％，Ti:0.012％～0.015％，Ni:0.52％～0.53％，Cr:0.18％～0.19％，Mo:0.19％～0.20％，余量为Fe和不可避免杂质元素；
2)将所述板坯进行加热，再经过粗轧、精轧获得热轧板，然后将所述热轧板采用ACC方式进行冷却，得到轧态钢板；其中，粗轧成型道次和展宽道次压下量上限设定为30mm，粗轧纵轧道次压下量上限设为45mm，粗轧纵轧压下量斜率分配系数为[0.9，1)，使粗轧纵轧道次压下量递增；
3)将所述轧态钢板进行热处理；
其中，粗轧最后三道次单道次压下率为14～25％，粗轧阶段累计压下率为62～76％；
所用连铸板坯厚度与成品钢板厚度的比值为8～12；
所述ACC方式进行冷却，包括：开冷温度控制在780～800℃，终冷温度控制在390～420℃，冷却速度控制在20～30℃/s。
2.如权利要求1所述极低温环境服役的管件用高强韧性钢板的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)钢板采用连铸板坯进行生产，所述连铸板坯化学成分重量百分比如下：C：0.073％～0.086％，Si：0.23％～0.26％，Mn:1.46％～1.48％，P:≤0.009％，S:≤0.0015％，Nb:0.043％～0.056％，V:0.035％～0.04％，Ti:0.012％～0.015％，Ni:0.52％～0.53％，Cr:0.18％～0.19％，Mo:0.19％～0.20％，余量为Fe和不可避免杂质元素；
2)将所述板坯进行加热，再经过粗轧、精轧获得热轧板，然后将所述热轧板采用ACC方式进行冷却，得到轧态钢板；其中，粗轧成型道次和展宽道次压下量上限设定为30mm，粗轧纵轧道次压下量上限设为45mm，粗轧纵轧压下量斜率分配系数为[0.9，1)，使粗轧纵轧道次压下量递增；
3)将所述轧态钢板进行热处理；
其中，粗轧最后三道次单道次压下率为14～25％，粗轧阶段累计压下率为62～76％；
所用连铸板坯厚度与成品钢板厚度的比值为8～12；
所述ACC方式进行冷却，包括：开冷温度控制在780～800℃，终冷温度控制在390～420℃，冷却速度控制在20～30℃/s。
3.根据权利要求2所述极低温环境服役的管件用高强韧性钢板的制备方法，其特征在于：所述板坯加热温度控制在1160℃～1180℃，板坯总加热时间控制在390～450min，其中均热时间≥30min。
4.根据权利要求2所述极低温环境服役的管件用高强韧性钢板的制备方法，其特征在于：所述粗轧温度控制在1050～1150℃。
5.根据权利要求2所述极低温环境服役的管件用高强韧性钢板的制备方法，其特征在于：所述精轧温度控制在790～850℃，精轧阶段累计压下率为56～70％。
6.根据权利要求2所述极低温环境服役的管件用高强韧性钢板的制备方法，其特征在于：所述热处理包括：控制淬火温度为920～960℃，保温时间为0.8～1.5min/mm；回火温度为500～550℃，保温时间为2～2.3min/mm。
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