專(zhuān)利名稱(chēng)：一種無(wú)Mo低Nb X80管線鋼熱軋鋼板的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無(wú)Mo低Nb X80管線鋼熱軋鋼板的制造方法。
背景技術(shù)：
天然氣作為能源的需求愈加迫切，將取代石油而成為主要的能量來(lái)源，利用長(zhǎng)距 離的管線將天然氣從生產(chǎn)地運(yùn)送到用戶是一種安全和經(jīng)濟(jì)的方法。為了減少管線長(zhǎng)距離運(yùn) 輸?shù)某杀?，特別是超過(guò)1000公里的長(zhǎng)距離輸運(yùn)，高壓力薄壁管道將可以有效地(1)減少所 需要的鋼材的總量；(2)降低輸運(yùn)管道的成本；(3)降低管道鋪設(shè)的成本。因此高強(qiáng)度高韌 性X80管線鋼在世界眾多的輸氣管道工程中得到了廣泛的應(yīng)用，例如我國(guó)的西氣東輸二線 工程等。EUR0PIPE公司在RUHRGAS的項(xiàng)目中表明，使用X80管線鋼與X70相比，通過(guò)將管壁 從X70的20. 8mm厚降低到X80的18. 3mm厚，節(jié)省了約20，000噸的鋼材。同時(shí)，由于重量 的降低也減少了運(yùn)送管道的成本以及由于薄壁焊接降低了焊接的時(shí)間。X80管線鋼，特別是 低成本、高性能的X80管線鋼，將是未來(lái)國(guó)際輸氣管道工程的首選材料。目前普遍使用的X80管線鋼的生產(chǎn)成本都較為昂貴，為了得到較好的性能，加入 了較多的貴重合金元素Mo及Nb。本發(fā)明之前已有多個(gè)關(guān)于X80管線鋼的發(fā)明專(zhuān)利，檢索得 到的專(zhuān)利文獻(xiàn)，與本發(fā)明比較接近的有專(zhuān)利CN1715434A(申請(qǐng)日20040630)，名稱(chēng)為高強(qiáng) 度高韌性X80管線鋼及其熱軋板制造方法，其合金元素Nb的含量為0. 02 0. 08，Mo的含 量小于0. 2 0. 4，均為重量％。專(zhuān)利CN101270441A(申請(qǐng)日20070323)，名稱(chēng)為一種經(jīng)濟(jì) 型X80管線鋼及其生產(chǎn)方法，其合金元素Nb的含量為0. 04 0. 15，Mo的含量小于0.5，均 為重量％。專(zhuān)利CN101008068A(申請(qǐng)日20070125)，名稱(chēng)為一種管線鋼及其成分控制方法， 其合金元素Nb的含量為0. 05 0. 07，Mo的含量小于0. 24 0. 29，均為重量％。以上專(zhuān)利文獻(xiàn)公開(kāi)的X80管線鋼的強(qiáng)度和韌性均達(dá)到了 API Spec5L標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的 X80鋼級(jí)要求，但其合金成分中的Mo及Nb元素含量較高，因而生產(chǎn)成本較高。在保證材料的各項(xiàng)性能滿足技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求的基礎(chǔ)上，基于現(xiàn)有較為成熟的冶煉和 軋制技術(shù)，為降低生產(chǎn)成本，開(kāi)發(fā)一種無(wú)Mo低Nb合金元素的低成本X80管線鋼，并開(kāi)發(fā)針 對(duì)這種低成本X80管線鋼的生產(chǎn)方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種無(wú)Mo低Nb X80管線鋼熱軋鋼板的制造方法。主要解決 現(xiàn)有X80管線鋼生產(chǎn)成本較高、制造難度較大以及工藝穩(wěn)定性等技術(shù)問(wèn)題。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種無(wú)Mo低Nb X80管線鋼，其組成成分的重量百分比為 C 0. 04 0. 07%, Mn 1. 70 1. 90%, Si 0. 15 0. 30%, S ≤ 0. 003%, P ≤ 0. 012%, Ni 0. 15 0. 30 %，Ti ≤ 0. 020 %, Alt 0. 015 0. 040 %, Nb 0. 010 0. 035 %，N ≤ 0. 005 %，0 ≤ 0. 003 %，Cu ≤0. 30 %，Cr :0. 10 0. 25 %，B ≤ 0. 0005 %, Ca ≤0. 005%，其余為鐵和不可避免雜質(zhì)。本發(fā)明無(wú)Mo低Nb X80管線鋼成分設(shè)計(jì)思想是以超低C、高M(jìn)n，通過(guò)加入微量Ni、Cr、Cu、Ti等微合金元素，少量Nb、A1合金元素，結(jié)合TMCP工藝，獲得針狀鐵素體+貝氏體 為主的組織，以保證管線鋼具有優(yōu)良的力學(xué)性能。其主要組成成分的作用如下碳是鋼中最經(jīng)濟(jì)、最基本的強(qiáng)化元素，通過(guò)固溶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化對(duì)提高鋼的強(qiáng)度 有明顯作用，但是提高C含量對(duì)鋼的延性、韌性和焊接性能有負(fù)面影響，因此近代管線鋼的 發(fā)展過(guò)程是不斷降低C含量的過(guò)程。降低C含量一方面有助于提高鋼的韌性，另一方面可改 善鋼的焊接性能。根據(jù)鋼中c含量、碳當(dāng)量與鋼焊接性關(guān)系的Graville曲線圖我們知道， 當(dāng)C含量低于0.11%時(shí)管線鋼可具有良好的焊接性。所以，目前管線鋼的C含量一般小于 0. 11%,對(duì)于本發(fā)明的無(wú)Mo低Nb X80管線鋼則采用C為0. 04 0. 07%的C含量設(shè)計(jì)。錳通過(guò)固溶強(qiáng)化提高鋼的強(qiáng)度，是管線鋼中補(bǔ)償因C含量降低而引起強(qiáng)度損失 的最主要且最經(jīng)濟(jì)的強(qiáng)化元素。Mn還是擴(kuò)大、相區(qū)的元素，可降低鋼的、—a相變溫 度，有助于獲得細(xì)小的相變產(chǎn)物，可提高鋼的韌性、降低韌脆轉(zhuǎn)變溫度。因此對(duì)無(wú)Mo低Nb X80管線鋼的Mn含量設(shè)計(jì)在1.70 1.90%范圍。鉻是擴(kuò)大Y相區(qū)，推遲Y — a相變時(shí)先析出鐵素體形成、促進(jìn)針狀鐵素體形成 的主要元素，對(duì)控制相變組織起重要作用，在一定的冷卻條件和終止軋制溫度下超低碳管 線鋼中低于0. 35%的Cr就可獲得明顯的針狀鐵素體及貝氏體組織，同時(shí)因相變向低溫方 向轉(zhuǎn)變，可使組織進(jìn)一步細(xì)化，主要是通過(guò)組織的相變強(qiáng)化提高鋼的強(qiáng)度。本發(fā)明選取鉻 0. 10 0. 25%。銅、鎳可通過(guò)固溶強(qiáng)化作用提高鋼的強(qiáng)度，同時(shí)Cu還可以改善鋼的耐蝕性，Ni的 加入主要是改善Cu在鋼中易引起的熱脆性，且對(duì)韌性有益。在厚規(guī)格管線鋼中還可補(bǔ)償因 厚度的增加而引起的強(qiáng)度下降。本發(fā)明選取銅彡0. 30%、鎳0. 15 0. 30%。鈦是強(qiáng)的固N(yùn)元素，Ti/N的化學(xué)計(jì)量比為3. 42，利用0. 02%左右的Ti就可以固 定鋼中60ppm以下的N，在板坯連鑄時(shí)可形成細(xì)小的高溫穩(wěn)定的TiN析出相。這種細(xì)小的 TiN粒子可有效地阻礙板坯再加熱時(shí)的奧氏體晶粒長(zhǎng)大，同時(shí)對(duì)改善焊接熱影響區(qū)的沖擊 韌性有明顯作用。本發(fā)明選取< 0.020%。鈮是現(xiàn)代微合金化管線鋼中最主要的元素之一，對(duì)晶粒細(xì)化的作用十分明顯。 通過(guò)熱軋過(guò)程N(yùn)bC應(yīng)變誘導(dǎo)析出阻礙形變奧氏體的回復(fù)、再結(jié)晶，經(jīng)過(guò)控制軋制和控制冷 卻使非再結(jié)晶區(qū)軋制的形變奧氏體組織在相變時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小的相變產(chǎn)物，以使鋼具有高強(qiáng) 度和高韌性。本專(zhuān)利就是配合適當(dāng)?shù)腃含量提高Nb的含量發(fā)揮NbC的作用，本發(fā)明選取 0. 010 0. 035%。鋁是為了脫氧而加入鋼中的元素，添加適量的A1有利于細(xì)化晶粒，改善鋼材的 強(qiáng)韌性能。本發(fā)明選取鋁0. 015 0.040%。硫、磷是鋼中不可避免的雜質(zhì)元素，希望越低越好。通過(guò)超低硫及Ca處理對(duì)硫化 物進(jìn)行夾雜物形態(tài)控制，可使管線鋼具有高的沖擊韌性及良好的抗HIC性能。因此，針對(duì)微合金化針狀鐵素體和貝氏體組織具有高強(qiáng)度高韌性和良好的焊接性 能等特點(diǎn)，以細(xì)晶強(qiáng)化、析出強(qiáng)化和位錯(cuò)強(qiáng)化等材料強(qiáng)化理論為基礎(chǔ)，對(duì)具有針狀鐵素體和 貝氏體組織無(wú)Mo低Nb X80管線鋼的成分設(shè)計(jì)采用了較低的碳含量、超低硫及磷、Nb、Ti微 合金化、控制組織的Ni、Cr、Cu合金化及適當(dāng)加入A1的成分設(shè)計(jì)。熱軋工藝采用了控軋控 冷的熱機(jī)械處理技術(shù)，通過(guò)合理的成分和工藝進(jìn)行最終產(chǎn)品的組織控制，以獲得具有高強(qiáng) 度高韌性的針狀鐵素體+碳貝氏體組織。
表1顯示了本發(fā)明鋼與文獻(xiàn)中述及的鋼在化學(xué)成分上的不同。表1本發(fā)明鋼與現(xiàn)有技術(shù)化學(xué)成分的比較 分析本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)的區(qū)別與專(zhuān)利文獻(xiàn)1、2及3相比，本發(fā)明的成分相對(duì)簡(jiǎn) 單，采用以C、Mn、Ni、Cr、Cu、Ti合金為主，加入少量的Nb、A1等合金元素，不加入Mo、V等 合金元素，簡(jiǎn)化了煉鋼工序，降低了成本。本發(fā)明的無(wú)Mo低Nb X80管線鋼熱軋板制造方法的工藝路線如下按技術(shù)方案?jìng)?料、轉(zhuǎn)爐活電爐冶煉、爐外精煉、鑄造、板坯再加熱、控制軋制、控制冷卻。熱軋工藝進(jìn)行如下
控制
(1)板坯加熱溫度1100 1250°C ；
⑵再結(jié)晶區(qū)控制軋制的開(kāi)始溫度1080 --1200°C
⑶再結(jié)晶區(qū)控制軋制的終止溫度950 1080 °C ；
⑷非再結(jié)晶區(qū)控制軋制的開(kāi)始溫度860 950 °C
(5)非再結(jié)晶區(qū)控制軋制壓縮比≥75% ；
(6)終止軋制溫度730 860°C ；
(7)終止冷卻溫度300 550°C ；
⑶冷卻速度10 35°C /s。
發(fā)明效果與以往的管線鋼成分相比，本發(fā)明在合金配方上具有較低的C含量(0.04 0. 07% )、較低的Nb含量(0.010 0. 035% )，不加入Mo及V元素，成分設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單且成本 較低；較高Ni (0. 15 0. 30)、Cr (0. 10 0. 25)含量，的充分利用了 Ni元素的沉淀強(qiáng)化作 用和Cr元素的相變強(qiáng)化和固溶強(qiáng)化作用，配合控軋工藝，不僅提高了產(chǎn)品的綜合性能，而 且能夠采取靈活的熱軋生產(chǎn)工藝，提高生產(chǎn)率，同時(shí)考慮適當(dāng)加入Cu、Ti、A1等元素，這種 元素配合所生產(chǎn)的產(chǎn)品具有較高的強(qiáng)度、低溫韌性和良好的焊接性能，并有一定的耐腐蝕 性能，使管線鋼具有良好的止裂能力，生產(chǎn)出的鋼具有針狀鐵素體+貝氏體組織，完全滿足 API SPEC 5L對(duì)X90管線鋼性能的要求，并可降低生產(chǎn)制造成本和增加了生產(chǎn)可制造性。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 3的化學(xué)成分、工藝參數(shù)和性能結(jié)果如下 化學(xué)成分 熱軋工藝工藝路線如下按技術(shù)方案?jìng)淞?、轉(zhuǎn)爐活電爐冶煉、爐外精煉、鑄造、板坯再加熱、 控制軋制、控制冷卻。工藝參數(shù)如下(1)板坯加熱溫度1120 1210°C ；(2)再結(jié)晶區(qū)控制軋制的開(kāi)始溫度1080 1170°C ；(3)再結(jié)晶區(qū)控制軋制的終止溫度950 1050°C ；(4)非再結(jié)晶區(qū)控制軋制的開(kāi)始溫度860 930°C ；(5)非再結(jié)晶區(qū)控制軋制壓縮比》75% ；(6)終止軋制溫度730 860°C ；(7)終止冷卻溫度300 500°C ；(8)冷卻速度12 30°C /s。 性能結(jié)果本發(fā)明熱軋鋼板的金相組織為針狀鐵素體+貝氏體，分別進(jìn)行力學(xué)、夏比沖擊、 DWTT實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下試制熱軋鋼板性能檢驗(yàn)結(jié)果 (注拉伸、沖擊為橫向；拉伸試樣寬度38mm，標(biāo)距長(zhǎng)度50.8mm ；夏比沖擊試樣尺 寸為10X10X55mm;橫向冷彎d = 2a，180°，結(jié)果完好。)按照上述技術(shù)方案生產(chǎn)出的管線鋼的性能達(dá)到以下要求(1)拉伸性能，目標(biāo)Rt。5 = 555 690MPa，Rm = 625 825MPa。(2)V型缺口夏比沖擊性能，目標(biāo)試驗(yàn)溫度-20°C，10mm X 10mm X 55mm試樣的沖擊 功單個(gè)彡170J，平均值彡220J ；剪切面積單個(gè)彡80%，平均彡90%。(3)DWTT(落錘撕裂試驗(yàn))性能，目標(biāo)試驗(yàn)溫度-15 °C，平均剪切面試SA % 彡 85%，單個(gè)70%。(4)橫向冷彎性能，目標(biāo)d = 2a(d為彎曲直徑，a為鋼板厚度)，180°，完好。(5)金相組織，目標(biāo)晶粒度(ASTM E112) 10級(jí)或更細(xì)。組織為針狀鐵素體+貝 氏體組織。
權(quán)利要求
一種無(wú)Mo低Nb X80管線鋼熱軋鋼板的制造方法，其特征在于組成成分按重量百分比為C0.04～0.07％，Mn1.70～1.90％，Si0.15～0.30％，S≤0.003％，P≤0.012％，Ni0.15～0.30％，Ti≤0.020％，Alt0.015～0.040％，Nb0.010～0.035％，N≤0.005％，O≤0.003％，Cu≤0.30％，Cr0.10～0.25％，B≤0.0005％，Ca≤0.005％，其余為鐵和不可避免雜質(zhì)；按配比備料，然后進(jìn)行轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉，爐外精煉，鑄造，板坯再加熱，控制軋制和控制冷卻，其特征在于板坯加熱溫度1100～1250℃；再結(jié)晶區(qū)控制軋制的開(kāi)始溫度1080～1200℃；再結(jié)晶區(qū)控制軋制的終止溫度950～1080℃；非再結(jié)晶區(qū)控制軋制的開(kāi)始溫度860～950℃；非再結(jié)晶區(qū)控制軋制壓縮比≥75％；終止軋制溫度730～860℃；終止冷卻溫度300～550℃；冷卻速度10～35℃/s。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種無(wú)Mo低Nb X80管線鋼熱軋鋼板的制造方法，按配比備料，然后進(jìn)行轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉，爐外精煉，鑄造，板坯再加熱，控制軋制和控制冷卻，其特征板坯加熱溫度1100～1250℃；再結(jié)晶區(qū)控制軋制的開(kāi)始溫度1080～1200℃；再結(jié)晶區(qū)控制軋制的終止溫度950～1080℃；非再結(jié)晶區(qū)控制軋制的開(kāi)始溫度860～950℃；非再結(jié)晶區(qū)控制軋制壓縮比≥75％；終止軋制溫度730～860℃；終止冷卻溫度300～550℃；冷卻速度10～35℃/s；生產(chǎn)出的鋼具有針狀鐵素體+貝氏體組織，滿足API SPEC 5L對(duì)X90管線鋼性能的要求，生產(chǎn)制造成本低。
文檔編號(hào)B21B37/74GK101857945SQ20091008148
公開(kāi)日2010年10月13日 申請(qǐng)日期2009年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月8日
發(fā)明者吉玲康, 張偉衛(wèi), 李洋, 熊慶人 申請(qǐng)人:中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司;中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司管材研究所