專利名稱：高強(qiáng)度低屈強(qiáng)比x90熱軋鋼板及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高強(qiáng)度管線鋼生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種高強(qiáng)度低屈強(qiáng)比X90熱軋鋼板及其生產(chǎn)方法，用于石油、天然氣的輸送管道建設(shè)。
背景技術(shù)：
世界能源管道建設(shè)正在向著長(zhǎng)距離、超高強(qiáng)、高壓輸送發(fā)展，隨著XlOO和X120開發(fā)的進(jìn)展，2002年，API和ISO同時(shí)制定了新的工作項(xiàng)目，其目的是在API 5L和ISO 3183 中增加從X90到X120的超高強(qiáng)度鋼級(jí)。X90、X100和X120這三個(gè)鋼已被列入2007年發(fā)布的API Spec 5L管線鋼管規(guī)范第44版，超高強(qiáng)管線鋼向其最終的實(shí)際應(yīng)用邁進(jìn)了一大步。近年來，我國(guó)已在X70/X80高強(qiáng)度管線鋼的開發(fā)上取得了重大進(jìn)展，在國(guó)際管道界從跟跑者成為領(lǐng)跑者。目前應(yīng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展要求，每年有近1100億m3的氣源量急需輸送，且隨著新疆煤制氣產(chǎn)能的迅速提高，氣源量仍在增加?！笆濉逼陂g急需建成多條管道工程滿足輸氣的要求。而由于河西走廊寬度受限、土地征用、居民搬遷、與地方政府協(xié)調(diào)、運(yùn)營(yíng)維護(hù)等方面的原因，必須盡最大限度減少管道數(shù)量，提高單管輸送能力。因此提高管道輸送壓力、鋼級(jí)和壁厚成為必選技術(shù)路線。而在超高強(qiáng)度管線鋼管的開發(fā)方面，我國(guó)與國(guó)外在可焊性和自止裂韌性等研究方面差距很大。為探索制定我國(guó)大規(guī)模管道建設(shè)所需的高新管線鋼科技攻關(guān)方案，2010-2011年期間，中國(guó)石油集團(tuán)組織國(guó)內(nèi)外管道行業(yè)和冶金行業(yè)專家召開多次技術(shù)論證會(huì)，對(duì)我國(guó) “十二五”期間輸氣管道強(qiáng)度設(shè)計(jì)系數(shù)及X90/X100高強(qiáng)度管線鋼開發(fā)應(yīng)用研究重大專項(xiàng)進(jìn)行專家論證。專家組對(duì)技術(shù)指標(biāo)設(shè)置、創(chuàng)新體系建設(shè)、保障措施等提出了寶貴意見和建議， 建議“輸氣管道強(qiáng)度設(shè)計(jì)系數(shù)研究”和“X90/X100高強(qiáng)度管線鋼技術(shù)開發(fā)應(yīng)用”課題盡快立項(xiàng)，開展西三線一級(jí)地區(qū)0. 8設(shè)計(jì)系數(shù)的前期設(shè)計(jì)和X90/X100技術(shù)準(zhǔn)備工作，并考慮在我國(guó)開展大規(guī)模管道建設(shè)。輸氣管道一類地區(qū)設(shè)計(jì)系數(shù)提高0. 08個(gè)百分點(diǎn)，可節(jié)約管材用量和降低工程建設(shè)成本10 %。超高強(qiáng)X90/X100管線鋼的開發(fā)和應(yīng)用，可有效提高管道輸送效率，減小鋼管壁厚，降低工程成本。雖然三個(gè)超高強(qiáng)度管線鋼級(jí)別X90、X100和X120已于2007年同時(shí)被列入了 API5L 和ISO 3183標(biāo)準(zhǔn)，但其進(jìn)展卻各不相同。X90是X80和XlOO強(qiáng)度等級(jí)的中間鋼級(jí)，X90的開發(fā)和應(yīng)用似乎是順理成章的事情，然而實(shí)際情況并非如此。在全球眾多的管道學(xué)術(shù)會(huì)議中始終看不到有關(guān)X90的論文和相關(guān)報(bào)道，然而XlOO和X120的研究開發(fā)一度成為熱點(diǎn)，并相繼完成若干試驗(yàn)段的建設(shè)?？紤]我國(guó)實(shí)際情況，在超高強(qiáng)度管線鋼開發(fā)方面應(yīng)充分重視X90的開發(fā)。以X90 的開發(fā)作為從X80向XlOO躍進(jìn)理想的過渡點(diǎn)和中間站既是可行的，而且本身也會(huì)有很好的經(jīng)濟(jì)效益。因此開發(fā)韌性優(yōu)良的X90管線鋼及其工藝技術(shù)，意義重大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高強(qiáng)度低屈強(qiáng)比X90熱軋鋼板及其生產(chǎn)方法，產(chǎn)品韌性優(yōu)良，并具有良好的可焊性和自止裂能力，可降低工程建設(shè)成本。本發(fā)明的所述鋼板化學(xué)成分為=C :0. 02 0. 07%, Si :0. 10 0. 40%,Mn 1. 40 — 1. 54%,P 012%,S 彡 0. 003%,Alt :0. 02 0. 06%,Nb :0. 05 0. 10%,Ti :0. 008 0. 040%,Cr 0. 20 0. 35%,Mo :0. 20 0. 35%,N ^ 0. 008%,H ^ 0. 0002%，余量為 Fe
和不可避免雜質(zhì)元素；均為重量百分?jǐn)?shù)。采用上述化學(xué)成分設(shè)計(jì)，通過兩階段控軋+超快速冷卻技術(shù)，本發(fā)明制備出了 X90 鋼板，屈服強(qiáng)度達(dá)到625MPa以上，抗拉強(qiáng)度在695MPa以上，屈強(qiáng)比在0. 91以下；夏比沖擊韌性-20 °C，全尺寸IOX 10X55mm V型缺口試樣，夏比沖擊功 (CNV)彡320J，夏比沖擊剪切面積彡90%。落錘性能-20°C，全壁厚落錘試樣剪切面積(DWTT SA)彡85%。本發(fā)明的制備方法包括轉(zhuǎn)爐冶煉、爐外精煉、加熱、除鱗、軋制、超快速冷卻等工序；在工藝中控制如下技術(shù)參數(shù)(1)將鋼坯加熱到1150_1220°C，鋼坯上下表面溫差彡20°C ；(2)鋼坯進(jìn)行高壓水除鱗，除鱗水壓力控制在21 ^MPa ；(3)鋼坯分兩階段進(jìn)行軋制，第一階段開軋溫度控制在1050-1100°C，中間進(jìn)行待溫，待溫時(shí)間控制在100-200S，第二階段開軋溫度控制在870-900°C，終軋溫度控制在 821-850°C范圍，第二階段單道次壓下率均控制在10-30%范圍；(4)鋼板熱軋后進(jìn)行超快速冷卻，終冷溫度控制在300-400°C，冷卻速度控制在 31-40 0C /s。本發(fā)明內(nèi)容的構(gòu)成要點(diǎn)立足于以下認(rèn)識(shí)C元素對(duì)提高鋼板強(qiáng)度是有效的，但同時(shí)降低了其低溫沖擊韌性及其焊接性，由于超高強(qiáng)X90管線鋼對(duì)韌性水平及可焊性要求比較嚴(yán)格，因此碳的含量控制在較低碳含量 0. 02 0. 07%范圍內(nèi)。Mn通過固溶強(qiáng)化提高強(qiáng)度，還可降低γ-α相變溫度，進(jìn)而細(xì)化鐵素體晶粒。但眾所周知，Mn是易偏析元素，會(huì)造成鑄坯中心偏析嚴(yán)重，而導(dǎo)致鋼板心部帶狀組織嚴(yán)重，引起各向異性，導(dǎo)致沖擊斷口出現(xiàn)分層或脆斷，大大降低鋼板的低溫韌性性能和抗HIC性能，尤其對(duì)于超高強(qiáng)度鋼種來說，添加過多的Mn對(duì)低溫沖擊韌性有害。Mo較強(qiáng)的貝氏體相變控制元素。在高強(qiáng)度微合金鋼中，添加適量的Mo元素就可以獲得明顯的貝氏體組織，同時(shí)因相變向低溫方向轉(zhuǎn)變，可使相變組織進(jìn)一步細(xì)化，大幅提高鋼的強(qiáng)韌性能，同時(shí)還可有效降低屈強(qiáng)比。在超高強(qiáng)Χ90管線鋼中，通過添加一定量的Mo合金，實(shí)現(xiàn)相變強(qiáng)化效果，提高Χ90管線鋼的強(qiáng)度穩(wěn)定性和提高其低溫沖擊韌性。因此本發(fā)明中Mo含量控制在0. 20 0. 35%范圍，得到了細(xì)小均勻的貝氏體組織和優(yōu)良的強(qiáng)韌性能。Cr合金具有類似Mo合金的作用，可以抑制先共析鐵素體生成，向右下方移動(dòng)鐵素體相變曲線，實(shí)現(xiàn)相變強(qiáng)化效果，同時(shí)降低相變開始溫度，細(xì)化貝氏體組織，提高Χ90管線鋼的強(qiáng)度穩(wěn)定性和提高其低溫沖擊韌性，而且顯著降低材料的屈強(qiáng)比。本發(fā)明進(jìn)行了大量試驗(yàn)，通過添加不同的Cr含量，發(fā)現(xiàn)伴隨著Cr的含量的提高，鋼板的抗拉強(qiáng)度大幅度提高，材料的屈強(qiáng)比明顯降低，見附圖3所示。因此本發(fā)明中Cr含量控制在0. 20 0. 35%范圍，在不影響韌性的前提下，獲得了 Χ90管線鋼的低屈強(qiáng)比，最重要的是Cr合金很廉價(jià)，對(duì)降低成本有利。
本發(fā)明采用該生產(chǎn)工藝的依據(jù)是通過控制板坯加熱溫度和上下表面溫度的均勻性，有效控制原始奧氏體晶粒的尺寸和均勻性，同時(shí)為后續(xù)軋制過程板形控制有利。實(shí)踐證明，對(duì)于高強(qiáng)度鋼種來說，當(dāng)鋼坯上下表面溫差大于30°C時(shí)，在軋制過程中容易出現(xiàn)上翹或者下扣的現(xiàn)象，導(dǎo)致卡鋼或者軋制板形太差，出現(xiàn)軋廢或事故；鋼坯出鋼后采用一次高壓水除鱗，控制除鱗水壓力在21 ^MPa,有效去除鋼坯表面的氧化鐵皮，一方面有利于鋼坯溫度的精確測(cè)量，另一方面可避免軋制過程氧化鐵皮的壓入，造成鋼板表面質(zhì)量問題；控制第一階段開軋溫度和終軋溫度，使奧氏體晶粒充分細(xì)化和均勻化；第二階段采用低溫控軋工藝，控制開軋溫度和終軋溫度，以及保證第二階段的單道次壓下率在 10-30%范圍，充分利用低溫控軋和大壓下效果，在硬化的奧氏體內(nèi)部積累位錯(cuò)，為后續(xù)相變提供更多的形核點(diǎn)，最終通過軋后快速入水，得到細(xì)化、均勻的貝氏體相變組織，提高X90 鋼板的強(qiáng)度和低溫韌性。通過控制鋼板入水溫度、終冷溫度和冷卻速度，利用超快冷設(shè)備的極限冷卻能力， 充分細(xì)化鋼板的晶粒，使鋼板的強(qiáng)韌性能達(dá)到一個(gè)較好的匹配，抗拉強(qiáng)度高，屈強(qiáng)比低，并且夏比沖擊韌性優(yōu)良。本發(fā)明所述的X90熱軋鋼板性能達(dá)到以下水平(1)拉伸性能屈服強(qiáng)度達(dá)到彡625MPa，抗拉強(qiáng)度達(dá)到彡695MPa，屈強(qiáng)比達(dá)到 (0.91范圍。(2)韌性性能-20 V的10X10X 55mm試樣夏比V型缺口沖擊功在320J以上，_20°C的落錘性能(DWTT)平均剪切面積彡85%。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明提供的X90鋼板具有自止裂韌性和良好的焊接性，可廣泛用于石油天然氣管道工程建設(shè)中，對(duì)降低輸送管線的建設(shè)成本有明顯作用。


圖1為本發(fā)明光學(xué)電鏡組織圖。圖2為本發(fā)明掃描電鏡組織圖。圖3為本發(fā)明中不同Cr含量對(duì)鋼板抗拉強(qiáng)度的影響。
具體實(shí)施例方式根據(jù)本發(fā)明韌性優(yōu)良的高強(qiáng)度低屈強(qiáng)比X90熱軋鋼板及其生產(chǎn)方法，在100噸轉(zhuǎn)爐上冶煉，在100噸RH精煉爐上精煉，在4300mm軋機(jī)上進(jìn)行控軋，在超快冷UFC上進(jìn)行控冷。下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。實(shí)施例中鋼板化學(xué)成分見表1，實(shí)施例工藝制度見表2，實(shí)施例力學(xué)性能見表3 實(shí)施例化學(xué)成分表1.本發(fā)明X90熱軋鋼板實(shí)施例化學(xué)成分(wt % )
權(quán)利要求
1.一種高強(qiáng)度低屈強(qiáng)比X90熱軋鋼板，其特征在于所述鋼板化學(xué)成分為C :0. 02 0. 07%,Si 0. 10 0. 40%，Mn :1. 40 1. 54%,P ^ 0. 012%,S ^ 0. 003%,Alt :0. 02 0. 06%,Nb 0. 05 0. 10%,Ti :0. 008 0. 040%,Cr :0. 20 0. 35%,Mo :0. 20 0. 35%, N 008%, H 0002%，余量為！^和不可避免雜質(zhì)元素；均為重量百分?jǐn)?shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的韌性優(yōu)良的高強(qiáng)度低屈強(qiáng)比X90熱軋鋼板，其特征在于鋼板的性能為屈服強(qiáng)度達(dá)到625MPa以上，抗拉強(qiáng)度在695MPa以上，屈強(qiáng)比在0. 91以下；夏比沖擊韌性-20°C，*Ril0X10X55mm V型缺口試樣，夏比沖擊功(CNV)彡320J， 夏比沖擊剪切面積(SA) ^ 90% ；落錘性能-20°C，全壁厚落錘試樣剪切面積(DWTT SA) >85%。
3.—種權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度低屈強(qiáng)比X90熱軋鋼板的制備方法，包括轉(zhuǎn)爐冶煉、爐外精煉、加熱、除鱗、軋制、超快速冷卻等工序，其特征在于工藝中控制如下技術(shù)參數(shù)(1)將鋼坯加熱到1150-1220°C，鋼坯上下表面溫差彡200C；(2)鋼坯進(jìn)行高壓水除鱗，除鱗水壓力控制在21 ^MPa；(3)鋼坯分兩階段進(jìn)行軋制，第一階段開軋溫度控制在1050-1100°C，中間進(jìn)行待溫，待溫時(shí)間控制在100-200S，第二階段開軋溫度控制在870-900°C，終軋溫度控制在 821-850°C范圍，第二階段單道次壓下率均控制在10-30%范圍；(4)鋼板熱軋后進(jìn)行超快速冷卻，終冷溫度控制在300-400°C，冷卻速度控制在 31-40 0C /s。
全文摘要
一種高強(qiáng)度低屈強(qiáng)比X90熱軋鋼板及其生產(chǎn)方法，屬于高強(qiáng)度管線鋼生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域。鋼的化學(xué)成分質(zhì)量百分比為C0.02～0.07％，Si0.10～0.40％，Mn1.40～1.54％，P≤0.012％，S≤0.003％，Alt0.02～0.06％，Nb0.05～0.10％，Ti0.008～0.040％，Cr0.20～0.35％，Mo0.20～0.35％，N≤0.008％，H≤0.0002％，余量為Fe和不可避免雜質(zhì)元素。制備方法包括轉(zhuǎn)爐冶煉、爐外精煉、加熱、除鱗、軋制、超快速冷卻等工序。優(yōu)點(diǎn)在于，產(chǎn)品韌性優(yōu)良，并具有良好的可焊性和自止裂能力，可降低工程建設(shè)成本。
文檔編號(hào)C21D8/02GK102534429SQ20121005062
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年2月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月29日
發(fā)明者丁文華, 周德光, 姜中行, 李家鼎, 李少坡, 李永東, 查春和, 王文軍, 麻慶申 申請(qǐng)人:首鋼總公司