CN103103449A - 一种抗大变形的x80管线用钢及其生产方法 - Google Patents

Abstract

一种抗大变形的X80管线用钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.050～0.085%、Si：0.20～0.45%、Mn：1.75～1.90%、P≤0.012%、S≤0.0015%、Mo：0.15～0.35%、Cr：0.25～0.50%、Cu≤0.03%、Nb：0.045～0.080%、V≤0.01%、Ti：0.005～0.030%、Al：0.02～0.05%、N≤0.010%、Ca：0.0010～0.0050%；其生产步骤：冶炼并连铸成坯；将铸坯加热；粗轧；精轧；分两段冷却；空冷至室温后矫直。本发明通过采用精确的复相组织控制，显著提高钢的均匀延伸率A、应力比及变形能力；通过采用低温加热及两阶段冷却，取消了轧后驰豫，缩短轧制待温时间，改善管线钢的低温韧性和组织，且性能稳定。

Description

一种抗大变形的X80管线用钢及其生产方法

技术领域

本发明涉及管线钢及其生产方法，具体地属于一种抗大变形的X80管线用钢及其生产方法，确切地为满足国内外重大长输管道工程在地震、滑坡、极地冻土带等环境恶劣地区对高钢级大变形管线钢的需求，提供一种基于应变设计的X80管线钢及其制造方法。

背景技术

随着陆地油气资源的逐步枯竭，新的资源开采向地震、滑坡带、海底、极地冻土带等地质条件恶劣的地区延伸。通过这类地区的长输管道受使用环境的影响，需要承受由于地震、山体滑坡、冻土融沉等地面位移诱发的大应变，该类地区铺设的管道需要采用应变设计，所使用的管线钢材料必须具有较高的抗大变形能力，即使在大的变形行为下钢管由于具有优异的塑性、韧性，仍然能够维持原有的输送功能。

经检索：

中国专利申请号为 200910187466.6的文献，其公开了“一种X80管线钢热轧板卷及其制造方法”；还有中国专利号为200410025584.4 的文献，其公开了一种“高强度高韧性X80管线钢及其热轧板制造方法”，上述文献存在屈强比偏高，均匀延伸率低，变性能力不足，无法承载地震、滑坡、极地冻土带等环境恶劣地区由于地面位移诱发的大应变。

中国专利申请号为200910076066.8的文献，其公开了“一种生产X80级抗大变形管线钢中厚板的方法”，其采用低C-Mn-Nb-Cu-Cr-Ni的成分设计和控制轧制＋轧后驰豫＋加速冷却的生产方式。其存在的不足是钢板的厚度严格受限，且轧后驰豫不利于生产稳定、高效、顺行。中国专利申请号为201010266539.3的文献，其公开了“一种热处理方法制备的抗大变形管线钢及其制造方法”其采用两相区淬火＋回火热处理工艺生产，需要进行复杂、耗时的淬火和回火热处理工艺，生产成本会有大幅的上升。

发明内容

本发明的目的在于克服上述文献中存在的不足，提供一种横向Rt0.5≥555MPa，Rm≥625MPa，Rt0.5/Rm≤0.90，-20℃ KV2≥240J，-15℃ DWTT SA≥85％，纵向Rt0.5≥530MPa，Rm≥625MPa，Rt0.5/Rm≤0.80，Rt0.4/Rt0.8≤0.93，Rt0.8/Rt1.5≤0.97，Rt1.5/Rm≤0.95，Rt1.5/Rt0.5≥1.15，Rt2.0/Rt1.0≥1.06，UEL≥10%，n1-4≥0.10，且无需弛豫的X80管线钢及其制造方法。

实现上述目的的措施：

一种抗大变形的X80管线用钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.050～0.085%、Si：0.20～0.45%、Mn：1.75～1.90%、P：≤0.012%、S≤0.0015%、Mo：0.15～0.35%、Cr：0.25～0.50%、Cu：≤0.03%、Nb：0.045～0.080%、V：≤0.01%、Ti：0.005～0.030%、Al：0.02～0.05%、N：≤0.010%、Ca：0.0010～0.0050%，余量为Fe及不可避免的夹杂，同时应满足：Ni＋Mo＋Cr≤1.0%，Ca/S=1.5~3.0。

其特征在于：添加有重量百分比含量为0.05～0.30%的Ni。

生产一种抗大变形的X80管线用钢的方法，其步骤为：

1）冶炼并连铸成坯；

2）对铸坯加热，温度控制在1100～1150℃；

3）进行粗轧，控制粗轧结束温度在970～1050℃，控制每道次压下率不低于10%；

4）进行精轧，控制其开轧温度在860～890℃，控制其终轧温度在780～820℃，控制其累计压下率不低于75%；

5）分两段进行冷却：冷却第一阶段在冷却速度为4～7℃/S下冷却至720～760℃，冷却第二阶段在冷却速度为35～70℃/S下冷却至250～400℃；

6）空冷至室温后矫直。

本发明中各元素的作用机理如下：

碳：含量为0.050～0.085％，加入一定量的碳，可以大幅提高钢的强度和降低钢的屈强比，减少其他贵重合金的加入量，降低生产成本，但是碳含量超过0.085％时，钢的低温韧性显著恶化，因而将碳含量限定为0.050～0.085％。

硅：含量为0.20～0.45％，主要起固溶强化作用，同时避免因添加过量硅导致钢的塑、韧性显著恶化。

锰：含量为1.75～1.90％，加入较高的经济合金化元素锰，可以显著提高钢的强度，此外，锰还可以在一定程度上细化晶粒，改善钢的冲击韧性，但是过量的锰易形成中心偏聚，导致钢的成分和组织不均。

铌：含量为0.045～0.080％，铌可以显著提高钢的奥氏体再结晶温度，扩大未再结晶区范围，便于实现高温控轧，降低轧机负荷，同时铌还可以抑制奥氏体晶粒长大，具有显著的细晶强化和析出强化作用。但是在高强度贝氏体钢中，添加过量的铌会促进M-A岛的生成，降低焊接热影响区的韧性，因此，将铌的含量限定为0.045～0.080％。

钒：含量为≤0.01％，钒具有较强的沉淀强化和较弱的细晶强化作用，易导致钢的韧脆转变温度提高，因此，严格限制钒的加入。

钛：含量为0.005～0.030％，钛与铌在钢中的作用类似，有较强的细晶强化和析出强化作用，微量的钛还可以在高温下与碳、氧结合，形成高温难熔的析出物，有利于抑制焊接热影响区的奥氏体晶粒长大，显著改善焊接热影响区的韧性。

钼：含量为0.15～0.35％，钼显著推迟γ→α转变，抑制铁素体和珠光体形核，促进具有高密度位错亚结构的贝氏体/针状铁素体的形成，使得钢在轧后一个较宽的冷速范围内得到贝氏体/针状铁素体组织，能够在提高强度的同时使钢具有稳定的高韧性。且经充分的试验研究发现，加入一定含量的钼，能够显著降低快冷后MA组织的尺寸，并使之弥散化分布，有效提高显微组织的均匀性，从而显著提高管线钢的低温韧性。但钼属于贵重金属，加入量增加会提高钢的制造成本，同时过高的钼还会导致钢的低温韧性恶化。

镍：含量为0～0.30％，镍能够有效提高钢的淬透性，具有一定的固溶强化作用，还能显著改善钢的低温韧性。此外，镍还能有效阻止Cu的热脆性引起的网裂，并显著提高钢的耐腐蚀性能。但镍与钼类似，属于贵重金属，易导致钢的制造成本大幅提高，此外，过高的镍含量易造成钢板氧化铁皮难以去除，导致钢板表面质量问题。

铬：含量为0.25～0.50％，铬是提高钢淬透性的元素，并具有一定的固溶强化作用。通过加入较高含量的Cr，可以大幅提高钢的淬透性，改善高钢级管线钢，尤其是厚规格管线钢板厚度方向的组织均匀性，显著提高钢的强度和断裂韧性。 相比较Mo、Ni等贵重合金，加入具有相似作用的Cr能够大幅降低钢的合金设计成本。此外，加入一定的铬还能改善钢的耐候、耐腐蚀性能。

铝：含量为0.02～0.05％，铝是钢中主要的脱氧元素，能够显著降低钢中的氧含量，同时铝与氮的结合形成AlN，能够有效地细化晶粒。但是钢中铝含量超过0.05％时，易导致铝的氧化物夹杂明显增加，降低钢的洁净度，对钢的低温韧性不利。

钙：含量为0.0010～0.0050％，且Ca/S=1.5~3.0，在二次精炼过程中对钢进行钙处理，可以改善钢中的夹杂物形态，提高钢的横向冲击韧性，显著改善钢板的各项异性，但加入过量，易降低钢的洁净度，对钢的低温韧性不利。

磷、硫、氮含量分别为：[%P]≤0.012，[%S]≤0.0015，[%N]≤0.010。磷易导致钢的冷脆，硫易引起热脆，而氮易引起钢的淬火失效和形变失效，导致钢的性能不稳定，因此应尽量降低钢中的磷、硫、氮的含量。

铜：含量为≤0.03，铜为低熔点金属，易引起热脆，对钢的低温韧性不利。

严格控制铬、钼、镍等合金含量总量：Ni＋Mo＋Cr≤1.0%，降低合金成本，保证钢板具有良好的焊接性能。

采取上述分两段进行冷却的目的，一方面，通过第一阶段轧后相对轧后空冷驰豫而言，较高速度的冷却可以显著提高生产效率，而且可以进一步细化多边形铁素体的晶粒尺寸，改善钢的塑性和断裂韧性。另一方面，通过第二阶段的在更快速冷却下，使过冷奥氏体迅速转化为均匀、细小的贝氏体组织和少量弥散分布的MA组元，进一步改善钢成品组织的均匀性，提高钢的综合性能。

本发明与现有技术相比，通过采用较经济的成分设计和精确的复相组织控制，能降低生产成本，显著提高钢的均匀延伸率A、应力比、应变强化指数等技术指标，大幅提高高钢级管线钢的变形能力；通过采用低温加热、精确的两阶段控制轧制和两阶段控制冷却，取消了轧后驰豫，并缩短轧制待温时间，从而显著提高了生产效率，及改善了管线钢的低温韧性和组织，且性能稳定，各项主要力学性能达到：横向Rt0.5≥555MPa，Rm≥625MPa，Rt0.5/Rm≤0.90，-20℃ KV2≥240J，-15℃ DWTT SA≥85％，纵向Rt0.5≥530MPa，Rm≥625MPa，Rt0.5/Rm≤0.80，Rt0.4/Rt0.8≤0.93，Rt0.8/Rt1.5≤0.97，Rt1.5/Rm≤0.95，Rt1.5/Rt0.5≥1.15，Rt2.0/Rt1.0≥1.06，UEL≥10%，n1-4≥0.10。

具体实施方式

下面对本发明予以详细描述：

表1为本发明各实施例的横向主要性能检测统计表；

表2为本发明各实施例的纵向拉伸性能检测统计表。

实施例1

一种抗大变形的X80管线用钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.051、Si：0.26、Mn：1.89、P：0.010、S：0.0010、Ni：0.01、Mo：0.34、Cr：0.26、Cu：0.02、Nb：0.056、V：0.003％、Ti：0.026％、Al：0.032、N：0.0090、Ca：0.0021，余量为Fe及不可避免的夹杂。

生产步骤：

1）冶炼并连铸成坯；

2）对铸坯加热，温度控制在1126℃；

3）进行粗轧，粗轧结束温度在973℃，每道次压下率12%；

4）进行精轧，其开轧温度在885℃，其终轧温度在817℃，其累计压下率为78.3％；

5）分两段进行冷却：冷却第一阶段在冷却速度为5.6℃/S下冷却至749℃，冷却第二阶段在冷却速度为35.3℃/S下冷却至303℃；

6）空冷至室温后矫直。

实施例2

一种抗大变形的X80管线用钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.084、Si：0.20、Mn：1.78、P：0.008、S：0.0005、Ni：0.16、Mo：0.17、Cr：0.34、Cu：0.05、Nb：0.045、V：0.004％、Ti：0.013％、Al：0.022、N：0.0085、Ca：0.0012，余量为Fe及不可避免的夹杂。

生产步骤：

1）冶炼并连铸成坯；

2）对铸坯加热，温度控制在1139℃；

3）进行粗轧，粗轧结束温度在1049℃，每道次压下率13%；

4）进行精轧，其开轧温度在879℃，其终轧温度在806℃，其累计压下率为81％；

5）分两段进行冷却：冷却第一阶段在冷却速度为6.2℃/S下冷却至722℃，冷却第二阶段在冷却速度为41.4℃/S下冷却至252℃；

6）空冷至室温后矫直。

实施例3

一种抗大变形的X80管线用钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.059、Si：0.43、Mn：1.80、P：0.007、S：0.0014、Ni：0.10、Mo：0.27、Cr：0.39、Cu：0.07、Nb：0.061、V：0.002％、Ti：0.018％、Al：0.039、N：0.0077、Ca：0.0036，余量为Fe及不可避免的夹杂。

生产步骤：

1）冶炼并连铸成坯；

2）对铸坯加热，温度控制在1103℃；

3）进行粗轧，粗轧结束温度在1027℃，每道次压下率15.5%；

4）进行精轧，其开轧温度在863℃，其终轧温度在795℃，其累计压下率为75.2％；

5）分两段进行冷却：冷却第一阶段在冷却速度为6.9℃/S下冷却至743℃，冷却第二阶段在冷却速度为52.4℃/S下冷却至291℃；

6）空冷至室温后矫直。

实施例4

一种抗大变形的X80管线用钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.063、Si：0.32、Mn：1.85、P：0.008、S：0.0009、Ni：0.28、Mo：0.19、Cr：0.30、Cu：0.06、Nb：0.068、V：0.004％、Ti：0.021％、Al：0.041、N：0.0064、Ca：0.0025，余量为Fe及不可避免的夹杂。

生产步骤：

1）冶炼并连铸成坯；

2）对铸坯加热，温度控制在1115℃；

3）进行粗轧，粗轧结束温度在1008℃，每道次压下率10.5%；

4）进行精轧，其开轧温度在872℃，其终轧温度在802℃，其累计压下率为80.2％；

5）分两段进行冷却：冷却第一阶段在冷却速度为5.1℃/S下冷却至757℃，冷却第二阶段在冷却速度为61.1℃/S下冷却至398℃；

6）空冷至室温后矫直。

实施例5

一种抗大变形的X80管线用钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.055、Si：0.24、Mn：1.75、P：0.006、S：0.0013、Ni：0.13、Mo：0.15、Cr：0.48、Cu：0.03、Nb：0.049、V：0.004％、Ti：0.021％、Al：0.045、N：0.0064、Ca：0.0025，余量为Fe及不可避免的夹杂。

生产步骤：

1）冶炼并连铸成坯；

2）对铸坯加热，温度控制在1110℃；

3）进行粗轧，粗轧结束温度在1018℃，每道次压下率16%；

4）进行精轧，其开轧温度在881℃，其终轧温度在807℃，其累计压下率为79.4％；

5）分两段进行冷却：冷却第一阶段在冷却速度为4.2℃/S下冷却至731℃，冷却第二阶段在冷却速度为68.7℃/S下冷却至347℃；

6）空冷至室温后矫直。

实施例6

一种抗大变形的X80管线用钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.061、Si：0.31、Mn：1.81、P：0.009、S：0.0007、Ni：0.05、Mo：0.21、Cr：0.26、Cu：0.03、Nb：0.080、V：0.002％、Ti：0.007％、Al：0.048、N：0.0043、Ca：0.0012，余量为Fe及不可避免的夹杂。

生产步骤：

1）冶炼并连铸成坯；

2）对铸坯加热，温度控制在1148℃；

3）进行粗轧，粗轧结束温度在1046℃，每道次压下率14.5%；

4）进行精轧，其开轧温度在869℃，其终轧温度在789℃，其累计压下率为82.3％；

5）分两段进行冷却：冷却第一阶段在冷却速度为6.5℃/S下冷却至738℃，冷却第二阶段在冷却速度为47.4℃/S下冷却至376℃；

6）空冷至室温后矫直。

表1  各实施例的横向主要性能检测统计表

表2  各实施例的纵向拉伸性能检测统计表

实施例	Rt0.4/MPa	Rt0.5/MPa	Rt0.8/MPa	Rt1.0/MPa	Rt1.5/MPa	Rt2.0/MPa	Rm/MPa
								1	513	543	562	603	631	651	728
2	514	540	565	610	650	666	749
								3	508	536	566	611	651	670	757
4	529	563	578	607	649	658	742
								5	519	548	573	617	667	679	760
6	513	541	565	607	636	660	732
								实施例	Rt0.4/Rt0.8	Rt0.8/Rt1.5	Rt1.5/Rm	Rt0.5/Rm	Rt1.5/Rt0.5	Rt2.0/Rt1.0	UEL/%
1	0.91	0.89	0.87	0.75	1.16	1.08	11.2
								2	0.91	0.87	0.87	0.72	1.20	1.09	10.1
3	0.90	0.87	0.86	0.71	1.28	1.10	10.8
								4	0.92	0.90	0.87	0.76	1.15	1.08	11.5
5	0.91	0.87	0.88	0.72	1.18	1.10	12.6
								6	0.91	0.89	0.87	0.74	1.18	1.09	11.8

上述实施例仅为最佳例举，而并非是对本发明的实施方式的限定。

Claims (3)

1.一种抗大变形的X80管线用钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.050～0.085%、Si：0.20～0.45%、Mn：1.75～1.90%、P：≤0.012%、S≤0.0015%、Mo：0.15～0.35%、Cr：0.25～0.50%、Cu：≤0.03%、Nb：0.045～0.080%、V：≤0.01％%、Ti：0.005～0.030％、Al：0.02～0.05%、N：≤0.010%、Ca：0.0010～0.0050%，余量为Fe及不可避免的夹杂，同时应满足：Ni＋Mo＋Cr≤1.0%，Ca/S=1.5~3.0。

2.如权利要求1所述的一种抗大变形的X80管线用钢，其特征在于：添加有重量百分比含量为0.05～0.30%的Ni。

3.生产如权利要求1所述的一种抗大变形的X80管线用钢的方法，其步骤为：

1）冶炼并连铸成坯；

2）对铸坯加热，温度控制在1100～1150℃；

3）进行粗轧，控制粗轧结束温度在970～1050℃，控制每道次压下率不低于10%；

4）进行精轧，控制其开轧温度在860～890℃，控制其终轧温度在780～820℃，控制其累计压下率不低于75%；

5）分两段进行冷却：冷却第一阶段在冷却速度为4～7℃/S下冷却至720～760℃，冷却第二阶段在冷却速度为35～70℃/S下冷却至250～400℃；

6）空冷至室温后矫直。