專利名稱：一種抗大變形管線鋼及生產(chǎn)工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可用于地震敏感區(qū)、滑坡地區(qū)以及海底等復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境的抗大變形管 線鋼，特別提供了一種具有圓屋頂形應(yīng)力-應(yīng)變曲線，低屈強比(≤0.80)、高的加工硬化 系數(shù)(≥0. 15)和高延伸率(≥20% )，低的韌脆轉(zhuǎn)變溫度(≤-8O。C )和高的上平臺能 (≥300J)的抗大變形管線鋼的成分設(shè)計和生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
隨著油氣開發(fā)向極地、次極地環(huán)境或海底發(fā)展，管線運輸有時會經(jīng)過地震敏感區(qū)、 土壤滑坡地區(qū)、不連續(xù)永凍層以及海底管線敷設(shè)過程等，管線的安全性越來越引起人們的 關(guān)注。由于管道運行環(huán)境復(fù)雜多變，在地震和地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)區(qū)，管道將承受較大的位移及應(yīng) 變，管道的失效不再由應(yīng)力控制，而是由應(yīng)變控制。我國油氣長輸管道面臨的地震和地質(zhì)災(zāi) 害問題目前也引起了高度關(guān)注。地震和地質(zhì)災(zāi)害對管道造成的損害是通過過量塑性變形引 起的，主要預(yù)防措施有兩種。首先，在敷設(shè)方式上，可以采取一系列措施，如盡量避開產(chǎn)生 大位移的地層不穩(wěn)定區(qū)域；由于管道承受軸向拉伸應(yīng)變的能力遠大于承受壓縮、彎曲的能 力，管道的走向應(yīng)使其承受拉伸應(yīng)變；采用大曲率半徑彈性敷設(shè)方式，增加管道活動能力； 在斷層大位移區(qū)應(yīng)考慮寬溝、松散砂土淺埋或不埋；采用軌道、滑輪減小管道的運動阻力。 另一方面，則需要從提高管線鋼材料本身的變形和抗變形能力著手。近年來，國外提出了基于應(yīng)變的設(shè)計理念和方法，相關(guān)管線鋼生產(chǎn)廠家也在開發(fā) 抗大變形的管線鋼。這種抗大變形管線鋼在管線承受拉伸、壓縮和彎曲負(fù)載時可以承受較 常規(guī)管線鋼高的變形量而不至于發(fā)生破裂。對輸油氣管線鋼而言，發(fā)展抗大變形管線鋼，進 一步提高其抗變形性能是一個重要的發(fā)展方向，對于輸油氣管線在地震、海底等敏感地帶 的安全具有重要意義。國外近年以來，在地震帶、水下、冰棚等地質(zhì)特殊地區(qū)敷設(shè)輸送管線 仍然以最高鋼級為X65、低的D/t(外徑/壁厚)值(<45)的管線為主。因此，對輸油氣管 線鋼而言，發(fā)展抗大變形管線鋼，進一步提高其抗變形性能是一個重要的發(fā)展方向，對于輸 油氣管線在地震、海底等敏感地帶的安全具有重要意義。目前認(rèn)為，這種抗大變形管線鋼與常規(guī)管線鋼不同的特征是屈強比(屈服強度/ 抗拉強度)低，一般屈強比≤0. 85 ；應(yīng)力-應(yīng)變曲線呈圓屋頂形，沒有明顯的自然屈服點； 加工硬化系數(shù)η值較常規(guī)管線鋼高，一般η ≥0. 10，而常規(guī)管線鋼一般η <0. 10 ；同時具有 較高的均勻塑性變形延伸率，一般在10%以上?？勾笞冃喂芫€鋼既要求足夠的強度，又必須有足夠的變形能力，為了能夠達到這 種性能，需要進行與常規(guī)管線鋼不同的組織設(shè)計。目前常規(guī)管線鋼一般為鐵素體-珠光體、 針狀鐵素體或者貝氏體/馬氏體組織等，而這種抗大變形管線鋼需要獲得(多邊形鐵素體+ 貝氏體鐵素體)或者(貝氏體+馬氏體/奧氏體島)等組織。其中，硬相為管線鋼提供必 要的強度，軟相保證足夠的塑性，通過兩相的調(diào)節(jié)來滿足抗大變形管線鋼的特殊性能要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供了一種具有圓屋頂形應(yīng)力_應(yīng)變曲線，低屈強比、高的加 工硬化系數(shù)和高延伸率，而且具有低的韌脆轉(zhuǎn)變溫度和高的上平臺能的(多邊形鐵素體+ 貝氏體鐵素體)復(fù)相組織的抗大變形管線鋼的成分設(shè)計和生產(chǎn)方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種抗大變形管線鋼的成分設(shè)計，是在低C-Mn-Nb的基礎(chǔ)上，加入微量的Mo，選擇 加入或者不加V、Ti.Cr.Ni.Cu,通過合金元素的綜合作用，既提高針狀鐵素體的形成能力， 同時保證在低冷卻速度時可以獲得多邊形鐵素體組織，從而通過工藝控制獲得(多邊形鐵 素體+貝氏體鐵素體)復(fù)相組織。按重量百分比計，本發(fā)明的化學(xué)成分范圍為C 0. 04% 0. 08% ；Si 彡 0. 40% ；Mn 1. 20 1. 80% ；Mo 0. 01 0. 10% ；Nb 0. 04 0. 08% ；V 0 0. 04% ；Ti 0 0. 025% ；Cr 0 0. 30% ；Ni 0 0. 50% ；Cu 0 0. 30% ；S 彡 0. 010% ；P 彡 0. 010% ；0 彡 0. 010% ；N 彡 0. 010% ；Fe 其余。本發(fā)明中，可以選擇加入或者不加V、Ti、Cr、Ni、Cu。本發(fā)明中，當(dāng)選擇加入Cu含量0. 22 0. 30 %，同時加入Ni含量0. 12 0. 25 % 時，該成分的抗大變形管線鋼還可以在酸性條件下服役，具有抗氫致開裂性能。在本發(fā)明上述抗大變形管線鋼的成分范圍內(nèi)，該抗大變形管線鋼的生產(chǎn)工藝特點為生產(chǎn)工藝采用TMCP(控制軋制和控制冷卻)工藝，其主要分為四個階段再結(jié)晶區(qū) 控軋階段、未再結(jié)晶區(qū)控軋階段、兩相區(qū)控軋階段以及加速冷卻階段。各階段的關(guān)鍵工藝參 數(shù)分別為(1)再結(jié)晶區(qū)控軋階段鋼錠再加熱溫度1150 1250 °C，開軋溫度1050 1110°C ；(2)未再結(jié)晶區(qū)控軋階段開軋溫度910 940°C ；(3)兩相區(qū)控軋階段以冷卻速度彡5°C /s進入兩相區(qū)終軋，終軋前停留0 1分 鐘，終軋溫度680 740°C ；(4)加速冷卻階段冷卻速度20 30°C /s，終冷溫度400 600°C。除了上述各階段的關(guān)鍵工藝參數(shù)外，其他工藝參數(shù)為TMCP工藝的常規(guī)技術(shù)。在該設(shè)計成分和生產(chǎn)方法范圍內(nèi)，通過適當(dāng)?shù)某煞终{(diào)整和工藝控制，這種抗大變 形管線鋼的強度級別涉及X65 X70。本發(fā)明的有益效果是1、本發(fā)明抗大變形管線鋼在承受拉伸、壓縮和彎曲負(fù)載時可以承受較常規(guī)管線鋼 高的變形量而不至于發(fā)生破裂，對輸油氣管線在地震、土壤滑坡地區(qū)、不連續(xù)永凍層、海底 等敏感地帶的安全具有重要意義。本發(fā)明的成分設(shè)計、組織設(shè)計和TMCP工藝控制理念對 于需要低屈強比、高加工硬化系數(shù)和高延伸率等特殊性能的應(yīng)用于其它領(lǐng)域的微合金鋼種 (如高強度抗震建筑用鋼)具有借鑒意義。2、本發(fā)明通過成分和TMCP工藝的控制來獲得(多邊形鐵素體+貝氏體鐵素體)復(fù) 相組織，強度級別涉及X65 X70，具有圓屋頂形應(yīng)力-應(yīng)變曲線，低屈強比(<0. 80)、高的 加工硬化系數(shù)(彡0. 15)和高延伸率(彡20% )，而且具有低的韌脆轉(zhuǎn)變溫度(彡-80°C ) 和高的上平臺能(彡300J)。


圖1為本發(fā)明抗大變形管線鋼的顯微組織。其中，(a)橫向1/3部位；(b)橫向心 部；(c)縱向1/3部位；(d)縱向心部。圖2為本發(fā)明抗大變形管線鋼的真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線。其中，編號BX-T-1、BX-T_2、 BX-L-I和BX-L-2的試樣的中心線分別對應(yīng)于軋板的橫向1/3部位、橫向心部、縱向1/3部 位及縱向心部。
具體實施例方式實施例本實施例抗大變形管線鋼的具體化學(xué)成分如表1所示，其常規(guī)熔煉過程如下鐵水預(yù)處理一轉(zhuǎn)爐冶煉一爐外精煉(RH真空循環(huán)脫氣+LF鋼包精煉，Ca處理)。關(guān)鍵工藝參數(shù)如表2所示，室溫拉伸性能如表3所示，本實施例系列溫度下沖擊性 能的平均值如表4所示。為了減少數(shù)據(jù)處理時的誤差，通過雙曲線切線擬合中的Boltzmarm 擬合，得出了上平臺能以及韌脆轉(zhuǎn)變溫度的能量轉(zhuǎn)變溫度，后者對應(yīng)于上平臺能和下平臺 能平均值時的溫度，見表4。本實施例橫向和縱向1/3以及心部不同部位的顯微組織如圖1所示，不同部位均 獲得了設(shè)計的(多邊形鐵素體+貝氏體鐵素體)復(fù)相組織。根據(jù)拉伸實驗測得的工程應(yīng)力 和工程應(yīng)變數(shù)據(jù)，換算后得到本實施例的真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線如圖2所示?？梢钥闯?，本實 施例不同部位的真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線均呈圓屋頂形，沒有屈服現(xiàn)象，表明其具有良好的加 工硬化能力。表1本實施例的化學(xué)成分 表2本實施例的關(guān)鍵工藝參數(shù) 表3本實施例的室溫拉伸性能 注編號BX-T-1、BX-T-2、BX-L_1和BX-L-2試樣的中心線分別對應(yīng)于軋板的橫向 1/3部位、橫向心部、縱向1/3部位及縱向心部。表4本實施例的夏比沖擊性能 注沖擊樣品取自軋板的橫向，試樣尺寸為10mmX10mmX55mm，V型缺口。
權(quán)利要求
一種抗大變形管線鋼，其特征在于，按重量百分比計，其成分范圍如下C0.04％～0.08％，Si≤0.40％，Mn1.20～1.80％，Mo0.01～0.10％，Nb0.04～0.08％，V0～0.04％，Ti0～0.025％，Cr0～0.30％，Ni0～0.50％，Cu0～0.30％，S≤0.010％，P≤0.010％，O≤0.010％，N≤0.010％，F(xiàn)e其余。
2.一種如權(quán)利要求1所述的抗大變形管線鋼的生產(chǎn)工藝，其特征在于，該生產(chǎn)工藝采 用控制軋制和控制冷卻工藝，其主要分為四個階段再結(jié)晶區(qū)控軋階段、未再結(jié)晶區(qū)控軋階 段、兩相區(qū)控軋階段以及加速冷卻階段；各階段的關(guān)鍵工藝參數(shù)分別為(1)再結(jié)晶區(qū)控軋階段，鋼錠再加熱溫度1150 1250°C，開軋溫度1050 1110°C；(2)未再結(jié)晶區(qū)控扎階段開軋溫度910 940°C；(3)兩相區(qū)控軋階段以<5°C /s的冷卻速度進入兩相區(qū)終軋，終軋前停留0 1分 鐘，終軋溫度680 740°C ；(4)加速冷卻階段終軋后冷卻速度20 30°C/s，終冷溫度400 600°C。
3.按照權(quán)利要求2所述的抗大變形管線鋼的生產(chǎn)工藝，其特征在于當(dāng)選擇加入Cu含 量0. 22 0. 30%，同時加入Ni含量0. 12 0. 25%時，該成分和生產(chǎn)工藝的抗大變形管線 鋼還可以在酸性條件下服役，具有抗氫致開裂性能。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可用于地震敏感區(qū)、滑坡地區(qū)及海底等復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境的抗大變形管線鋼及生產(chǎn)工藝，其化學(xué)成分為C0.04％～0.08％，Si≤0.40％，Mn1.20～1.80％，Mo0.01～0.10％，Nb0.04～0.08％，V0～0.04％，Ti0～0.025％，Cr0～0.30％，Ni0～0.50％，Cu0～0.30％，S≤0.010％，P≤0.010％，O≤0.010％，N≤0.010％，F(xiàn)e其余。采用TMCP工藝生產(chǎn)，主要包括再結(jié)晶區(qū)控軋、未再結(jié)晶區(qū)控軋、兩相區(qū)控軋以及軋后加速冷卻階段。本發(fā)明得到的抗大變形管線鋼顯微組織為(多邊形鐵素體+貝氏體鐵素體)復(fù)相組織，強度級別涉及X65～X70，具有圓屋頂形應(yīng)力-應(yīng)變曲線，低屈強比(≤0.80)、高的加工硬化系數(shù)(≥0.15)和高延伸率(≥20％)，低的韌脆轉(zhuǎn)變溫度(≤-80℃)和高的上平臺能(≥300J)。
文檔編號C21D8/10GK101864535SQ20091001115
公開日2010年10月20日 申請日期2009年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月15日
發(fā)明者單以銀, 楊柯, 王偉 申請人:中國科學(xué)院金屬研究所