CN118127399A - 一种厚度15-20mm的X52M管线钢热轧卷及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种厚度15‑20mm的X52M管线钢热轧卷及其制造方法，该热轧卷成分重量百分比为：C：0.04‑0.085％，Si：0.10‑0.30％，Mn：1.25‑1.40％，Nb：0.02‑0.035％，Cr：0.30‑0.40％，Al：0.015‑0.040％，Ti：≤0.018％，Ca：≤0.0035％，P：≤0.018％，S：≤0.006％，N：≤0.006％，H：≤0.0003％，余量为铁和不可避免的微量杂质；冷裂纹敏感系数Pcm≤0.20％；本发明通过冶炼、连铸、铸坯再加热、粗轧、精轧、轧后冷却和卷取步骤，控制热轧工艺，生产出具有优良的拉伸性能和低温韧性的厚度15‑20mm的X52M管线钢热轧卷。
Description
技术领域
本发明属于热轧管线钢生产技术领域，具体涉及一种输送石油、天然气用的厚度15-20mm的X52M管线钢热轧卷及其制造方法。
背景技术
随着国际油气行业发展的需要，管道建设正向着大壁厚、高强韧性方向发展，通过增加管线钢壁厚来提升管道输送压力，可大幅度提高输运效率。但是管线钢厚度规格的增加，其生产难度也急剧增加。有关资料表明，钢板厚度每增加1mm，其DWTT(drop-weighttear test，落锤撕裂试验)性能控制难度就要成倍增加，特别是15mm以上厚度规格的管线钢，其厚度截面组织的细化程度直接影响低温韧性。
X52M级别管线钢是管道支线工程的常用钢种，目前生产X52M及以下强度级别的管线钢热轧卷时，通常采用常规的慢冷速来获得多边形铁素体组织，属于扩散型转变。转变过程中，铁素体优先在原奥氏体晶界形核，其生长表现为置换原子的快速迁移和碳原子的长程扩散，生长速度慢。当碳含量超过多边形铁素体的固溶度时，在其基体旁形成富碳区。富碳奥氏体较稳定，在后续缓慢冷却过程中转变为层片状珠光体。这种组织结构位错密度低，没有明显的亚结构，因此强度取决于珠光体的百分含量；但随着厚度增加，由于珠光体的形成，以及轧制变形过程中形成珠光体带状组织，使得材料韧性降低。
中国专利CN103572025A、CN104109744A和CN110846574A分别公开了成品厚度为2-10mm、10-13.7mm、9.5mm的X52管线钢热轧卷制造方法，但是不适用于厚度15-20mm热轧卷的制造。中国专利CN105734236A、CN106282799A分别公开了成品厚度为14-18mm、12-20mm的X52管线钢热轧卷制造方法，但热轧轧制工艺均较为复杂且均采用520℃以下低温卷取，不利于生产现场稳定控制。中国专利CN110777296A公开了一种超厚规格X52管线钢热轧卷板及其生产方法，所述热轧卷厚度超过20mm，但Mn和Nb加入量较多，合金成本较高。中国专利CN110629129A、CN114737109A、CN114737110A、CN115233099A则分别公开了X52管线钢钢板的制造方法，但不适用于生产X52管线钢热轧卷。
因此，开发具有较好低温韧性的厚度15-20mm的X52M管线钢热轧卷及其制造方法十分有必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种厚度15-20mm的X52M管线钢热轧卷及其制造方法，该制造方法合金加入量少、易于热轧轧制控制，制造的热轧卷获得了细小均匀的准多边形铁素体+少量弥散的珠光体组织，具有较好的强度和塑性、低的屈强比和高的应变硬化能力。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明提供一种厚度15-20mm的X52M管线钢热轧卷，所述热轧卷的化学成分按质量百分比计为：
C：0.04-0.085％，Si：0.10-0.30％，Mn：1.25-1.40％，Nb：0.02-0.035％，Cr：0.30-0.40％，Al：0.015-0.040％，Ti：≤0.018％，Ca：≤0.0035％，P：≤0.018％，S：≤0.006％，N：≤0.006％，H：≤0.0003％，余量为铁和不可避免的微量杂质；冷裂纹敏感系数Pcm≤0.20％。
冷裂纹敏感系数Pcm＝C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5×B，冷裂纹敏感系数Pcm≤0.20％，以保证钢具有良好的焊接性能。
本发明还提供一种厚度15-20mm的X52M管线钢热轧卷的制造方法，所述制造方法包括以下步骤：冶炼、连铸、铸坯再加热、粗轧、精轧、轧后冷却和卷取，钢坯加热温度为1140～1180℃。
优选地，冶炼工艺包括KR法搅拌预脱硫、LD顶底复合吹炼、LF脱硫、RH深脱气。
优选地，所述连铸过程包括全程保护浇注、全程动态二冷控制、全程轻压下控制，得到钢坯。
所述铸坯加热过程在保证碳/氮化物充分固溶的前提下，采用低温加热可使铸坯在具有较细化的原始γ晶粒的温度下进行热变形，并降低粗轧过程中的轧制温度，这两种因素都会提高粗轧最后阶段的再结晶晶粒尺寸的细化程度和均匀性，因而改善厚规格管线钢的低温韧性和强度水平。
优选的，所述粗轧进行3+3道次奥氏体再结晶轧制，粗轧中间坯厚度≥63mm。
优选地，所述精轧进行7道次奥氏体再结晶连轧，开轧温度≤950℃，累积压下率≥68％，终轧温度≤850℃。
优选地，所述轧后冷却是在带钢经精轧末道次轧制后立即以25-35℃/s速度快速冷却至530-590℃进行中温卷取。
其中主要合金元素的选择理由如下：
C：是钢中最基本、最经济的强化元素，也是影响管线钢低温韧性、断裂抗力以及延性和成形性的主要元素。本发明中C：0.04-0.085％含量较低，不但改善了焊接性和成形性，而且通过微合金化和TMCP轧制等技术的结合，使得钢的冷却相变组织中仅含少量弥散的渗碳体，具有高的韧性。
Mn：通过固溶强化提高钢的强度，是管线钢中补偿因C含量下降而引起强度损失的最主要且最经济的强化元素。Mn还能降低γ→α相变温度，细化α晶粒尺寸的同时改变相变后的微观组织，提高钢的韧性，降低韧脆转变温度。本发明中Mn：1.25-1.40％。
Nb：有显著的晶粒细化作用和中等的沉淀强化作用，在增加强度的同时还降低韧脆转变温度，但Nb为贵金属元素且加入到一定量后强韧化效果不再明显。本发明中Nb：0.02-0.035％。
Cr：通过固溶强化作用提高钢的强度，并通过提高淬透性补偿因厚度增加而引起的钢的强度下降；还可改善钢的耐候、耐腐蚀性能。本发明中Cr：0.30-0.40％。
本发明相对于现有技术具有以下有益效果：
本发明的提供的厚度15-20mm的X52M管线钢热轧，采用Mn-Nb-Cr微合金化，合金加入量少，热轧工艺通过钢坯低温加热，结合粗轧3+3道次奥氏体再结晶轧制和精轧7道次奥氏体非再结晶轧制，并以冷却速度25-35℃/s将带钢快速冷却至530-590℃进行中温卷取，达到控制铁素体形态、晶粒度和珠光体弥散析出的目的，获得具有细小均匀的准多边形铁素体+少量弥散的珠光体组织，具有较好的强度和塑性、低的屈强比和高的应变硬化能力，产品具有优良的拉伸性能和低温韧性。
附图说明
图1为本发明实施例1的典型金相图；
图2为本发明实施例1的典型扫描电镜图。
具体实施方式
以下结合附图，通过具体的实施例，对本说明技术方案的具体实施方式进行进一步描述，这些实施例是为了对本技术方案的详细描述，而不是为了限制本技术方案。基于本说明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本说明保护的范围。
实施例
一种厚度15-20mm的X52M管线钢热轧卷，所述热轧卷的化学成分按质量百分比计为：
C：0.04-0.085％，Si：0.10-0.30％，Mn：1.25-1.40％，Nb：0.02-0.035％，Cr：0.30-0.40％，Al：0.015-0.040％，Ti：≤0.018％，Ca：≤0.0035％，P：≤0.018％，S：≤0.006％，N：≤0.006％，H：≤0.0003％，余量为铁和不可避免的微量杂质；冷裂纹敏感系数Pcm≤0.20％。
冷裂纹敏感系数Pcm＝C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5×B，冷裂纹敏感系数Pcm≤0.20％，以保证钢具有良好的焊接性能。
本发明还提供一种厚度15-20mm的X52M管线钢热轧卷的制造方法，所述制造方法包括以下步骤：冶炼、连铸、铸坯再加热、粗轧、精轧、轧后冷却和卷取，钢坯加热温度为1140～1180℃。
优选地，冶炼工艺包括KR法搅拌预脱硫、LD顶底复合吹炼、LF脱硫、RH深脱气。
优选地，连铸过程包括全程保护浇注、全程动态二冷控制、全程轻压下控制，铸坯厚度230mm。
全程保护浇注：是指对连铸过程中裸露于空气中的钢液采取保护，以避免钢液被空气二次氧化的一种重要的技术措施。
全程动态二冷控制：是指对连铸二次冷却区的铸坯进行动态冷却控制，以提高冷却均匀性，保证铸坯质量的一种重要的技术措施。
全程轻压下控制：是指在连铸坯凝固末端附近通过改变辊缝对铸坯施加压力产生一定的压下量来补偿铸坯的凝固收缩量，用于改善铸坯中心疏松和中心偏析的一种重要的技术措施。通过冶炼和连铸过程获得高纯净度、低偏析度的铸坯。
所述铸坯加热过程在保证碳/氮化物充分固溶的前提下，采用低温加热可使铸坯在具有较细化的原始γ晶粒的温度下进行热变形，并降低粗轧过程中的轧制温度，这两种因素都会提高粗轧最后阶段的再结晶晶粒尺寸的细化程度和均匀性，因而改善厚规格管线钢的低温韧性和强度水平。优选的，所述粗轧进行3+3道次奥氏体再结晶轧制，粗轧中间坯厚度≥63mm。
优选地，所述精轧进行7道次奥氏体再结晶连轧，开轧温度≤950℃，累积压下率≥68％，终轧温度≤850℃。
优选地，所述带钢经精轧末道次轧制后立即以冷却速度25-35℃/s快速冷却至530-590℃进行中温卷取。
实施例1-10及对比例1-2
本实施例1-10提供厚度15-20mm的X52M管线钢热轧卷，具体化学成分见表1。
表1本发明热轧卷的化学成分(wt％)
实施例1-10提供的厚度15-20mm的X52M管线钢热轧卷的制造方法，工艺流程为：KR法搅拌预脱硫→LD顶底复合吹炼→LF脱硫→RH深脱气→连铸→铸坯再加热→粗轧→精轧→轧后冷却和卷取，具体热轧工艺参数见表2。
相对于常规的3+5道次奥氏体再结晶轧制，本发明在粗轧阶段采用3+3道次奥氏体再结晶轧制，减少轧制道次、增加道次压下率，使γ变形和再结晶在大压下量条件下同时进行，获得的细小γ晶粒将导致α晶粒的细化，有利于提高晶粒尺寸的细化程度和均匀性，因而改善厚规格管线钢的低温韧性和强度水平。在精轧阶段采用7道次奥氏体非再结晶连轧，由此带来的形变使被拉长而未再结晶的γ晶粒内形成高密度的形变孪晶和形变带，同时微合金碳/氮化物因应变诱导析出，因而增加了α的形核位置，细化了α晶粒，有利于提高晶粒尺寸的细化程度和均匀性，因而改善厚规格管线钢的低温韧性和强度水平。
表2本发明热轧卷的热轧工艺参数
性能测试：
(1)组织结构鉴定
图1和图2分别是实施例1的典型金相图和扫描电镜图。由图1和图2可以清楚地看出，钢卷的显微组织主要为细小均匀的准多边形铁素体+少量弥散的珠光体组织，晶粒度≥10级。
(2)力学性能测试
对实施例1-10提供的热轧卷进行90°方向的力学性能测试，测试结果如表3所示。
表3实施例热轧卷90°方向的力学性能
由表3可知，本发明实施例1-10所制备的X52M热轧卷厚度为15-20mm，90°方向屈服强度Rt0.5为464-518MPa、抗拉强度Rm为553-610MPa、断裂延伸率A50mm≥46％、0℃夏比V型冲击功Akv≥320J、0℃落锤撕裂试验DWTT剪切面积SA≥97.5％，拉伸性能和低温韧性优良。
尽管已经示出和描述了本说明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本说明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本说明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (5)
1.一种厚度15-20mm的X52M管线钢热轧卷，其特征在于，所述热轧卷的化学成分按质量百分比计为：C：0.04-0.085％，Si：0.10-0.30％，Mn：1.25-1.40％，Nb：0.02-0.035％，Cr：0.30-0.40％，Al：0.015-0.040％，Ti：≤0.018％，Ca：
≤0.0035％，P：≤0.018％，S：≤0.006％，N：≤0.006％，H：≤0.0003％，余量为铁和不可避免的微量杂质；冷裂纹敏感系数Pcm≤0.20％。
2.一种如权利要求1所述的厚度15-20mm的X52M管线钢热轧卷的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括冶炼、连铸、铸坯再加热、粗轧、精轧、轧后冷却和卷取，钢坯加热温度为1140-1180℃。
3.如权利要求2所述的厚度15-20mm的X52M管线钢热轧卷的制造方法，其特征在于，所述粗轧进行3+3道次奥氏体再结晶轧制，粗轧中间坯厚度≥63mm。
4.如权利要求2所述一种厚度15-20mm的X52M管线钢热轧卷的制造方法，其特征在于，所述精轧进行7道次奥氏体非再结晶连轧，开轧温度≤950℃，累积压下率≥68％，终轧温度≤850℃。
5.如权利要求2所述一种厚度15-20mm的X52M管线钢热轧卷的制造方法，其特征在于，所述带钢经精轧末道次轧制后立即以冷却速度25-35℃/s快速冷却至530-590℃进行中温卷取。
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| CN202410288119.7A Pending CN118127399A (zh) | 2024-03-14 | 2024-03-14 | 一种厚度15-20mm的X52M管线钢热轧卷及其制造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN118127399A (zh) |
-
2024
- 2024-03-14 CN CN202410288119.7A patent/CN118127399A/zh active Pending
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