CN111910126A - 一种厚规格高韧性x80管线钢及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的一种厚规格高韧性X80管线钢及其生产方法，管线钢化学成分按质量百分数为：C：0.04～0.08％，Si：0.05～0.15％，Mn：1.75～1.85％，S：≤0.003％，P：≤0.008％，Cr：0.15～0.25％，Als：0.02～0.05％，Nb：0.07～0.08％，Ti：0.015～0.025％，余量为Fe和不可避免杂质。钢坯加热保温后进行2道次粗轧，控制开轧温度与总累积压下率，获得中间坯，并在两道次轧制之间进行水冷降温，中间坯再次水冷后，控制相应开轧、终轧温度与总累积压下率，进行3道次精轧，控制冷速与终冷温度，制得厚规格高韧性X80管线钢。本发明在合金成本大幅降低基础上，通过工艺调控，能够获得表面质量良好的钢板，兼具良好的强度与韧性，且生成效率大幅提高。

Description

一种厚规格高韧性X80管线钢及其生产方法
技术领域
本发明属于低碳低合金钢领域，具体涉及一种厚规格高韧性X80管线钢及其生产方法。
背景技术
X80管线钢因具有高强度，良好的韧性和延伸性，被应用于多个管道建设项目中。但是，随着油气开采地向着极寒的西北地区扩展，X80管线钢的运行环境趋于复杂化，对其性能提出了更高的要求，尤其是低温冲击韧性。传统X80管线钢在成分设计上多添加大量铌(Nb)，钒(V)，钛(Ti)等微合金元素，甚至是贵重的合金元素钼(Mo)和镍(Ni)，大幅度提高了生产成本。管线钢的性能主要由材料的合金成分体系和热轧工艺参数共同决定，单方面通过添加合金元素不仅会增加成本，而且对管线钢性能的提升也是有限的，因此本发明在设计成分时省去了贵重的合金元素钼(Mo)和镍(Ni)，并提出了一种高温变形耦合水冷的新工艺，实现了高强度、高韧性X80管线钢的低成本、高效率制备。
本发明专利之前，专利CN104372261A公开了一种适用于高寒地区的高韧X80管线钢板及生产方法，其采用低C、高Mn、高Cr、低Mo的成分体系，成本高，且对热轧之后的钢板进行了热处理，高温淬火至室温，再回火，最后出炉空冷，增加了生产工序成本，并降低了生产效率；专利CN104726665B公开了一种X80管线钢卷板的热轧工艺，在成分设计上添加了0.15％的贵重合金元素Mo，合金成本较高；专利CN102851614A公开了一种低屈强比X80管线钢热轧卷板及其制造方法，在成分设计上添加了0.15～0.25％的贵重合金元素Ni，合金成本较高，此外，钢中还添加了0.15～0.30％的Si，钢板易于生成红色氧化铁皮，恶化表面质量；专利CN103276314B公开了一种低屈强比高韧性X80管线钢板及其制造方法，在成分设计上添加了贵合金元素Mo和Ni，合金成本较高，添加了0.15～0.40％的Si，钢板易于生成红色氧化铁皮，影响钢板表面质量，此外，在控轧控冷的基础上，还增加了淬火加回火的调质处理工艺，提高工序成本的同时，降低了生产效率。
发明内容
针对现有技术存在的各种问题，本发明提供一种厚规格高韧性X80管线钢及其生产方法，在合金成本大幅降低基础上，通过工艺调控，能够获得表面质量良好的钢板，兼具良好的强度与韧性，且生成效率大幅提高。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种厚规格高韧性X80管线钢，其化学成分按质量百分数为：C：0.04～0.08％，Si：0.05～0.15％，Mn：1.75～1.85％，S：≤0.003％，P：≤0.008％，Cr：0.15～0.25％，Als：0.02～0.05％，Nb：0.07～0.08％，Ti：0.015～0.025％，余量为Fe和不可避免的杂质。
所述的厚规格高韧性X80管线钢组织为细小针状铁素体。
所述的厚规格高韧性X80管线钢板厚度22～25mm，抗拉强度为665～710MPa，屈服强度为565～625MPa，屈强比为0.85～0.88，断后伸长率为26.0～32.4％，-40℃下冲击吸收功为310～360J。
所述的厚规格高韧性X80管线钢生产方法，包括以下步骤：
(1)将钢坯加热至1200～1240℃，保温1.0～1.3h，钢坯的化学成分按质量百分数为：C：0.04～0.08％，Si：0.05～0.15％，Mn：1.75～1.85％，S：≤0.003％，P：≤0.008％，Cr：0.15～0.25％，Als：0.02～0.05％，Nb：0.07～0.08％，Ti：0.015～0.025％，余量为Fe和不可避免的杂质；
(2)对加热后的钢坯进行2道次粗轧，开轧温度为1180～1200℃，总累积压下率为56.7～60.0％，粗轧第1道次结束后，进行水冷，使表面温度降至1140℃～1170℃后，进行粗轧阶段第2道次变形，得到中间坯，对中间坯进行水冷，使中间坯表面温度降至950～980℃；
(3)对水冷后的中间坯进行3道次精轧，开轧温度为940～970℃，总累积压下率为51.9～55.1％，终轧温度为800～850℃，得到厚度为22～25mm的钢板；
(4)对钢板以60～80℃/s的冷速快速冷却，终冷温度为430～560℃，再空冷至室温，得到厚规格高韧性X80管线钢。
所述步骤(1)中，钢坯的厚度为120mm。
所述步骤(2)中，第2道次压下率为40.2～47.8％，粗轧第1道次与第2道次间隔板坯的水冷冷却速度为30～35℃/s。
所述步骤(2)中，中间坯的厚度为48～52mm，中间坯的水冷冷却速度为35～40℃/s。
所述步骤(3)中，3道次精轧的单道次压下率为14.6～33.3％。
本发明对厚规格高韧性X80管线钢的化学成分和生产工艺进行了全新设计，有益效果如下：
(1)在成分设计中，省去了贵重合金钼(Mo)和镍(Ni)，钢中每添加0.1％钼(Mo)合金成本约为200元/吨，每添加0.1％镍(Ni)合金成本约为100元/吨，所生产的厚规格高韧性X80管线钢较传统添加钼(Mo)和镍(Ni)的X80管线钢成本大幅下降；
(2)采用低硅(Si)的成分设计思路，减少钢板表面红色氧化铁皮的生成，钢板表面质量良好；
(3)与生产X80管线钢的传统工艺相比，本发明通过控制轧制，在粗轧的道次间隔和获得中间坯后，都对钢板进行了快速冷却，在增加钢板变形渗透性的同时，减少了中间坯的待温时间，提高了生产效率。
附图说明
图1本发明实施例1制备的25.0mm厚X80管线钢板厚度截面四分之一位置处金相组织照片；
图2本发明实施例4制备的22.0mm厚X80管线钢板厚度截面四分之一位置处金相组织照片；
图3本发明实施例4制备的22.0mm厚X80管线钢板冲击试样断口扫描照片。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围不仅限于以下实施例。
实施例1
本实施例的厚规格高韧性的X80管线钢，其化学成分按质量百分数为：C：0.04％，Si：0.05％，Mn：1.75％，S：0.003％，P：0.008％,Cr：0.15％，Als：0.02％，Nb：0.07％，Ti：0.015％，余量为Fe和不可避免的杂质。
一种厚度为25.0mm的厚规格高韧性的X80管线钢的制备方法，包括以下工艺步骤：
(1)将厚度为120mm的钢坯加热至1240℃，保温1.0h，钢坯的化学成分按质量百分数为：C：0.04％，Si：0.05％，Mn：1.75％，S：0.003％，P：0.008％，Cr：0.15％，Als：0.02％，Nb：0.07％，Ti：0.015％，余量为Fe和不可避免的杂质；
(2)对加热后的钢坯进行2道次粗轧，开轧温度为1200℃，压下道次分配为120mm→87mm→52mm，道次间采用水冷的方式，冷却速度为30℃/s，冷至1170℃进行第2道次变形，总累积压下率为56.7％，第2道次压下率为40.2％，得到厚度为52mm的中间坯；
(3)采用水冷的方式将中间坯冷却至980℃，冷却速度为35℃/s；
(4)对中间坯进行3道次精轧，开轧温度为970℃，压下道次分配为52mm→41mm→33mm→25mm，总累积压下率为51.9％，终轧温度为850℃，得到厚度为25.0mm的钢板；
(5)对钢板以60℃/s的速度快速冷至560℃，再空冷至室温得到厚规格高韧性的X80管线钢。
制备的25.0mm厚X80管线钢板厚度截面四分之一位置处金相组织照片如图1所示，钢组织为细小的针状铁素体；抗拉强度为665MPa，屈服强度为567MPa，屈强比为0.85，断后伸长率为27.0％，-40℃下冲击吸收功为310J。钢板经冲击试验后，扫描冲击试样断口形貌可见，断裂方式为韧窝断裂。
实施例2
本实施例的厚规格高韧性的X80管线钢，其化学成分按质量百分数为：C：0.05％，Si：0.055％，Mn：1.77％，S：0.001％，P：0.007％，Cr：0.16％，Als：0.021％，Nb：0.07％，Ti：0.015％，余量为Fe和不可避免的杂质。
一种厚度为24.0mm的厚规格高韧性的X80管线钢的制备方法，包括以下工艺步骤：
(1)将厚度为120mm的钢坯加热至1230℃，保温1.1h，钢坯的化学成分按质量百分数为：C：0.05％，Si：0.055％，Mn：1.77％，S：0.001％，P：0.007％，Cr：0.16％，Als：0.021％，Nb：0.07％，Ti：0.015％，余量为Fe和不可避免的杂质；
(2)对加热后的钢坯进行2道次粗轧，开轧温度为1190℃，压下道次分配为120mm→89mm→51mm，道次间采用水冷的方式，冷却速度为31℃/s，冷至1160℃进行第二道次变形，总累积压下率为57.5％，第2道次压下率为42.7％，得到厚度为51mm的中间坯；
(3)采用水冷的方式将中间坯冷却至970℃，冷却速度为36℃/s；
(4)对中间坯进行3道次精轧，开轧温度为965℃，压下道次分配为51mm→41mm→33mm→24mm，总累积压下率为52.9％，终轧温度为840℃，得到厚度为24.0mm的钢板；
(5)对钢板以65℃/s的速度快速冷至530℃，再空冷至室温得到厚规格高韧性的X80管线钢。
厚度为24.0mm的X80管线钢组织为细小的针状铁素体；抗拉强度为668MPa，屈服强度为565MPa，屈强比为0.85，断后伸长率为26.0％，-40℃下冲击吸收功为320J。钢板经冲击试验后，扫描冲击试样断口形貌可见，断裂方式为韧窝断裂。
实施例3
本实施例的厚规格高韧性的X80管线钢，其化学成分按质量百分数为：C：0.06％，Si：0.08％，Mn：1.78％，S：0.002％，P：0.007％，Cr：0.17％，Als：0.028％，Nb：0.075％，Ti：0.018％，余量为Fe和不可避免的杂质。
一种厚度为23.0mm的厚规格高韧性的X80管线钢的制备方法，包括以下工艺步骤：
(1)将厚度为120mm的钢坯加热至1220℃，保温1.2h，钢坯的化学成分按质量百分数为：C：0.06％，Si：0.08％，Mn：1.78％，S：0.002％，P：0.007％，Cr：0.17％，Als：0.028％，Nb：0.075％，Ti：0.018％，余量为Fe和不可避免的杂质；
(2)对加热后的钢坯进行2道次粗轧，开轧温度为1190℃，压下道次分配为120mm→90mm→50mm，道次间采用水冷的方式，冷却速度为32℃/s，冷至1150℃进行第二道次变形，总累积压下率为58.3％，第2道次压下率为44.4％，得到厚度为50mm的中间坯；
(3)采用水冷的方式将中间坯冷却至965℃，冷却速度为37℃/s；
(4)对中间坯进行3道次精轧，开轧温度为958℃，压下道次分配为50mm→41mm→33mm→23mm，总累积压下率为54.0％，终轧温度为830℃，得到厚度为23.0mm的钢板；
(5)对钢板以70℃/s的速度快速冷至480℃，再空冷至室温得到厚规格高韧性的X80管线钢。
厚度为23.0mm的X80管线钢组织为细小的针状铁素体；抗拉强度为703MPa，屈服强度为605MPa，屈强比为0.86，断后伸长率为30.0％，-40℃下冲击吸收功为335J。钢板经冲击试验后，扫描冲击试样断口形貌可见，断裂方式为韧窝断裂。
实施例4
本实施例的厚规格高韧性的X80管线钢，其化学成分按质量百分数为：C：0.06％，Si：0.09％，Mn：1.80％，S：0.002％，P：0.007％，Cr：0.18％，Als：0.035％，Nb：0.078％，Ti：0.019％，余量为Fe和不可避免的杂质。
一种厚度为22.0mm的厚规格高韧性的X80管线钢的制备方法，包括以下工艺步骤：
(1)将厚度为120mm的钢坯加热至1210℃，保温1.2h，钢坯的化学成分按质量百分数为：C：0.06％，Si：0.09％，Mn：1.80％，S：0.002％，P：0.007％，Cr：0.18％，Als：0.035％，Nb：0.078％，Ti：0.019％，余量为Fe和不可避免的杂质；
(2)对加热后的钢坯进行2道次粗轧，开轧温度为1180℃，压下道次分配为120mm→92mm→48mm，道次间采用水冷的方式，冷却速度为33℃/s，冷至1145℃进行第二道次变形，总累积压下率为60.0％，第2道次压下率为47.8％，得到厚度为48mm的中间坯；
(3)采用水冷的方式将中间坯冷却至960℃，冷却速度为37℃/s；
(4)对中间坯进行3道次精轧，开轧温度为950℃，压下道次分配为48mm→41mm→33mm→22mm，总累积压下率为54.2％，终轧温度为820℃，得到厚度为22.0mm的钢板；
(5)对钢板以75℃/s的速度快速冷至480℃，再空冷至室温得到厚规格高韧性的X80管线钢。
22.0mm厚X80管线钢板厚度截面四分之一位置处金相组织照片如图2所示，钢组织为细小的针状铁素体，钢板冲击试样断口扫描照片如图3所示，断裂方式为韧窝断裂；抗拉强度为700MPa，屈服强度为605MPa，屈强比为0.86，断后伸长率为32.4％，-40℃下冲击吸收功为360J。
实施例5
本实施例的厚规格高韧性的X80管线钢，其化学成分按质量百分数为：C：0.08％，Si：0.15％，Mn：1.85％，S：0.003％，P：0.006％，Cr：0.25％，Als：0.05％，Nb：0.08％，Ti：0.025％，余量为Fe和不可避免的杂质。
一种厚度为22.0mm的厚规格高韧性的X80管线钢的制备方法，包括以下工艺步骤：
(1)将厚度为120mm的钢坯加热至1200℃，保温1.3h，钢坯的化学成分按质量百分数为：C：0.08％，Si：0.15％，Mn：1.85％，S：0.003％，P：0.006％，Cr：0.25％，Als：0.05％，Nb：0.08％，Ti：0.025％，余量为Fe和不可避免的杂质；
(2)对加热后的钢坯进行2道次粗轧，开轧温度为1180℃，压下道次分配为120mm→91mm→49mm，道次间采用水冷的方式，冷却速度为34℃/s，冷至1140℃进行第二道次变形，总累积压下率为59.2％，第2道次压下率为46.2％，得到厚度为49mm的中间坯；
(3)采用水冷的方式将中间坯冷却至950℃，冷却速度为38℃/s；
(4)对中间坯进行3道次精轧，开轧温度为940℃，压下道次分配为49mm→41mm→33mm→22mm，总累积压下率为55.1％，终轧温度为800℃，得到厚度为22.0mm的钢板；
(5)对钢板以80℃/s的速度快速冷至430℃，再空冷至室温得到厚规格高韧性的X80管线钢。
厚度为22.0mm的X80管线钢组织为细小的针状铁素体；抗拉强度为710MPa，屈服强度为625MPa，屈强比为0.88，断后伸长率为31.5％，-40℃下冲击吸收功为344J。钢板经冲击试验后，扫描冲击试样断口形貌可见，断裂方式为韧窝断裂。

Claims (8)

1.一种厚规格高韧性X80管线钢，其特征在于，其化学成分按质量百分数为：C：0.04～0.08％，Si：0.05～0.15％，Mn：1.75～1.85％，S：≤0.003％，P：≤0.008％，Cr：0.15～0.25％，Als：0.02～0.05％，Nb：0.07～0.08％，Ti：0.015～0.025％，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的厚规格高韧性X80管线钢，其特征在于，所述的厚规格高韧性X80管线钢组织为针状铁素体。
3.根据权利要求1所述的厚规格高韧性X80管线钢，其特征在于，所述的厚规格高韧性X80管线钢板厚度22～25mm，抗拉强度为665～710MPa，屈服强度为565～625MPa，屈强比为0.85～0.88，断后伸长率为26.0～32.4％，-40℃下冲击吸收功为310～360J。
4.权利要求1所述的厚规格高韧性X80管线钢生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将钢坯加热至1200～1240℃，保温1.0～1.3h，钢坯的化学成分按质量百分数为：C：0.04～0.08％，Si：0.05～0.15％，Mn：1.75～1.85％，S：≤0.003％，P：≤0.008％，Cr：0.15～0.25％，Als：0.02～0.05％，Nb：0.07～0.08％，Ti：0.015～0.025％，余量为Fe和不可避免的杂质；
(2)对加热后的钢坯进行2道次粗轧，开轧温度为1180～1200℃，总累积压下率为56.7～60.0％，粗轧第1道次结束后，进行水冷，使表面温度降至1140℃～1170℃后，进行粗轧阶段第2道次变形，得到中间坯，对中间坯进行水冷，使中间坯表面温度降至950～980℃；
(3)对水冷后的中间坯进行3道次精轧，开轧温度为940～970℃，总累积压下率为51.9～55.1％，终轧温度为800～850℃，得到厚度为22～25mm的钢板；
(4)对钢板以60～80℃/s的冷速快速冷却，终冷温度为430～560℃，再空冷至室温，得到厚规格高韧性X80管线钢。
5.根据权利要求4所述的厚规格高韧性X80管线钢生产方法，其特征在于，所述步骤(1)中，钢坯的厚度为120mm。
6.根据权利要求4所述的厚规格高韧性X80管线钢生产方法，其特征在于，所述步骤(2)中，第2道次压下率为40.2～47.8％，道次间隔板坯的水冷冷却速度为30～35℃/s。
7.根据权利要求4所述的厚规格高韧性X80管线钢生产方法，其特征在于，所述步骤(2)中，中间坯的厚度为48～52mm，中间坯的水冷冷却速度为35～40℃/s。
8.根据权利要求4所述的厚规格高韧性X80管线钢生产方法，其特征在于，所述步骤(3)中，3道次精轧的单道次压下率为14.6～33.3％。
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