CN1128242C - 一种高洁净度高强韧性输气管线钢的制备方法 - Google Patents

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一种高洁净度高强韧性输气管线钢的制备方法，化学成分为C0.066～0.086%，Si 0.139～0.339%，Mn 1.23～1.43%，Ti 0.009～0.029%，Nb0.03～0.05%，V 0.03～0.05%，S＜0.0008%，P＜0.0015%，O＜15PPm，N＜30PPm，其余为铁Fe，其特征在于相应的热机械控轧工艺制度为1200℃(加热)-1150℃(开轧)-(1000℃-950℃)(轧制)-(900℃-830℃)(终轧)-(500℃-400℃)(终冷)，水冷(15-30℃/s)。显微组织为针状铁素体AF+少量的准多边形铁素体+极少量的珠光体P+M/A组元。由本发明得到的管线钢不但具有更高的强度和很高的低温冲击韧性，而且能具有很好的抗硫化氢应力腐蚀能力。

Description

一种高洁净度高强韧性输气管线钢的制备方法
本发明属于高强度低合金控轧控冷钢的领域，主要用于制造高压、大管径石油天然气输送管线钢。
石油天然气是国民经济的重要组成部分，是社会发展的物质基础。到2010年，我国原油缺口每年达7000万吨，天然气缺口达40-50亿立方米，为此，我国近一年来制定了“西气东输”的宏伟战略方针，将铺设数千公里的自西向东的输气管线，同时将建立从国外向国内的数千公里输送管线，引进国外的能源。由于输送管线大部分都要经过严寒地带，沿途地域复杂，为了降低油气输送成本，按照国际惯例，均要采用大管径，大输量的高压管线进行输送，这就要求输送管线钢在满足强度的条件下，具有极佳的韧性。对于输送酸气用管线钢还要求其具有很高的抗H2S腐蚀性能。目前国内最长、压力最高、性能最好的输气管线为X60陕京输气管线，其主要板材由宝山钢铁(集团)公司生产，虽然X60陕京管线用钢具有较高的强度、韧性和良好的焊接性能，但其S，P，O，N总量偏高，热机械控制轧制工艺(TMCP)简单，获得的管线钢组织为铁素体+珠光体，难以满足更高级别的高压大管径输送管线用钢的要求。
本发明的目的在于提供一种超纯净的高强韧性X70级高压输气管线用钢的生产工艺制度，其产品的组织状态是以针状铁素体AF为主的复相组织，在具有较高强度和韧性的同时又具有较强的抗H2S腐蚀性。
本发明提供了一种高洁净度高强韧性输气管线钢的制备方法，钢的化学成分重量百分比为：C 0.066～0.086％，Si 0.139～0.339％，Mn 1.23～1.43％，Ti0.009～0.029％，Nb 0.03～0.05％，V 0.03～0.05％，S＜0.0008％，P＜0.0015％，O＜15PPm，N＜30PPm，其余为铁Fe；其特征在于热机械控制轧制工艺制度(TMCP)如下：
1)轧制道次分配：共五道次，第一道次从厚度66mm轧至44mm，第二道次从44mm轧至32mm，第三道次从32mm轧至22mm，第四道次从22mm轧至12mm，最后一道次从12mm轧至8mm，在奥氏体再结晶区及未再结晶区多道次控轧控冷，加热温度1200℃，开轧温度为1150℃，待温温度区间为1000℃～950℃，终轧温度区间为900℃～830℃，终轧后水冷至500℃～400℃之间；
2)冷却方式：水冷15～30℃/s。
本发明在原X60陕京输气管线用钢的基础上进行了超纯净化，进行超纯净处理的依据是：
钢中的S、P是有害元素，特别是S的含量偏高时，会明显降低钢的韧性和抗硫化氢应力腐蚀及抗氢致诱发裂纹的能力。
本发明采用的TMCP工艺的依据是：对组织进行控制并细化晶粒，即利用在奥氏体再结晶区和奥氏体未再结晶区的较低温度区域进行多道次轧制，并加大最后一道次变形量，再配合中等的冷却速度(15-30℃/s)，能够获得以针状铁素体AF为主+少量的准多边形铁素体+极少量的珠光体P+M/A组元的复相组织，且晶粒得到细化。
本发明对超纯净冶炼的X70级高压天然气输送管线用钢提供了一种新的组织状态即：
针状铁素体AF+少量的准多边形铁素体+极少量的珠光体P+M/A组元。
采用该复相组织的依据是：在上贝氏体形成温度以上形成的细的非等轴针状铁素体AF基体中弥散分布着渗碳体和马氏体岛，其亚结构具有较高的位错密度；该种组织与细小的准多边形铁素体F形成的复相组织结构具有较高的强度和韧性。针状铁素体AF具有连续屈服的特性，更重要的是针状铁素体AF能够削弱因包辛格效应引起的屈服强度降低。针状铁素体AF具有轧制强化和相变强化的综合作用，克服了铁素体F+珠光体P管线钢的弱点，能生产出更厚、强度级别和韧性更高的板材。
总之，本发明管线钢与现有X60陕京管线钢相比具有如下优点：
1)本发明管线钢具有更高的强度和很高的低温冲击韧性，同时还具有很好的抗硫化氢应力腐蚀能力。
2)本发明管线钢的晶粒尺寸明显小于X60陕京管线钢，晶粒平均尺寸达到4um左右。
3)本发明管线钢的综合性能：σs＝574～589MPa，σb＝640～659MPa，δ50＝20.9～24.7％，Ψ＝78.3～79.1，CVN-20℃＝337～408J/mm2，CVN-50℃＝319～336J/mm2，CVN-80℃＝314～345J/mm2。
下面通过实施例详述本发明。
附图1为X70管线钢的金相组织照片。
实施例
根据本发明管线钢的化学成分范围，采用真空感应炉熔炼，锻造并加工成60X80X140的方坯，在小型轧机上进行热机械控轧控冷，最后在等温炉中模拟卷取，轧制成8mm厚的板材。其化学成分见表1，TMCP工艺制度见表2，机械性能见表3，金相组织见图1。
                                   表1、实施例管线钢的化学成分
  钢号     C    Si    Mn     Ti     Nb     V      S      P     O(ppm)     N(ppm)
   E1   0.076   0.26   1.47   0.020   0.049   0.049   0.0006   0.0010    10    28
   E2   0.077   0.25   1.28   0.027   0.045   0.053   0.0006   0.0010    11    18
                                   表2、TMCP工艺制度
  试样号   60～44   44～32    32-22   22-12   12-8   冷却时间   冷却速度   终冷温度
   开轧    待温   终轧
   E11    1129    1059    1000   900    17    30    386
   E12    1128    947     920   850    14    27    470
   E21    1134    1095    1003   902    16    29    434
   E22    1110    1080    950   852    13    32    435
                                   表3材料机械性能试验结果
试样号 σaMPa σbMPa Y·R δ50％ Ψ％     CVN-20℃J/mm2     CVN-50℃J/mm2     CVN-80℃J/mm2
    E11     589     659    0.89     20.9     79.0     394     336     342
    E12     574     644    0.89     23.8     78.5     408     335     345
    E21     574     648    0.89     24.7     79.1     361     330     328
    E22     585     640    0.91     23.0     78.3     337     319     314

Claims (1)

1、一种高洁净度高强韧性输气管线钢的制备方法，钢的化学成分重量百分比为：C 0.066～0.086％，Si 0.139～0.339％，Mn 1.23～1.43％，Ti0.009～0.029％，Nb 0.03～0.05％，V 0.03～0.05％，S＜0.0008％，P＜0.0015％，O＜15PPm，N＜30PPm，其余为铁Fe；其特征在于热机械控制轧制工艺制度(TMCP)如下：
1)轧制道次分配：共五道次，第一道次从厚度66mm轧至44mm，第二道次从44mm轧至32mm，第三道次从32mm轧至22mm，第四道次从22mm轧至12mm，最后一道次从12mm轧至8mm，在奥氏体再结晶区及未再结晶区多道次控轧控冷，加热温度1200℃，开轧温度为1150℃，待温温度区间为1000℃～950℃，终轧温度区间为900℃～830℃，终轧后水冷至500℃～400℃之间；
2)冷却方式：水冷15～30℃/s。
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