專利名稱：一種抗大變形的x80管線用鋼及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及管線鋼及其生產(chǎn)方法，具體地屬于一種抗大變形的X80管線用鋼及其生產(chǎn)方法，確切地為滿足國(guó)內(nèi)外重大長(zhǎng)輸管道工程在地震、滑坡、極地凍土帶等環(huán)境惡劣地區(qū)對(duì)高鋼級(jí)大變形管線鋼的需求，提供一種基于應(yīng)變?cè)O(shè)計(jì)的X80管線鋼及其制造方法。
背景技術(shù)：
隨著陸地油氣資源的逐步枯竭，新的資源開采向地震、滑坡帶、海底、極地凍土帶等地質(zhì)條件惡劣的地區(qū)延伸。通過這類地區(qū)的長(zhǎng)輸管道受使用環(huán)境的影響，需要承受由于地震、山體滑坡、凍土融沉等地面位移誘發(fā)的大應(yīng)變，該類地區(qū)鋪設(shè)的管道需要采用應(yīng)變?cè)O(shè)計(jì)，所使用的管線鋼材料必須具有較高的抗大變形能力，即使在大的變形行為下鋼管由于具有優(yōu)異的塑性、韌性，仍然能夠維持原有的輸送功能。經(jīng)檢索:
中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?00910187466.6的文獻(xiàn)，其公開了“一種X80管線鋼熱軋板卷及其制造方法”;還有中國(guó)專利號(hào)為200410025584.4的文獻(xiàn)，其公開了一種“高強(qiáng)度高韌性X80管線鋼及其熱軋板制造方法”，上述文獻(xiàn)存在屈強(qiáng)比偏高，均勻延伸率低，變性能力不足，無(wú)法承載地震、滑坡、極地凍土帶等環(huán)境惡劣地區(qū)由于地面位移誘發(fā)的大應(yīng)變。中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?00910076066.8的文獻(xiàn)，其公開了 “一種生產(chǎn)X80級(jí)抗大變形管線鋼中厚板的方法”，其采用低C-Mn-Nb-Cu-Cr-Ni的成分設(shè)計(jì)和控制軋制+軋后馳豫+加速冷卻的生產(chǎn)方式。其存在的不足是鋼板的厚度嚴(yán)格受限，且軋后馳豫不利于生產(chǎn)穩(wěn)定、高效、順行。中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?01010266539.3的文獻(xiàn)，其公開了“一種熱處理方法制備的抗大變形管線鋼及其制造方法”其采用兩相區(qū)淬火+回火熱處理工藝生產(chǎn)，需要進(jìn)行復(fù)雜、耗時(shí)的淬火和回火熱處理工藝，生產(chǎn)成本會(huì)有大幅的上升。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述文獻(xiàn)中存在的不足，提供一種橫向Rt0.5彡555MPa,Rm 彡 625MPa, Rt0.5/Rm ( 0.90, -20 °C KV2 彡 240J, -15 °C DffTT SA 彡 85 %,縱向 Rt0.5 彡 530MPa, Rm 彡 625MPa, Rt0.5/Rm ( 0.80，Rt0.4/Rt0.8 彡 0.93，Rt0.8/Rtl.5 彡 0.97，Rtl.5/Rm ( 0.95，Rtl.5/Rt0.5 彡 1.15，Rt2.0/Rtl.0 彡 1.06，UEL 彡 10%,nl-4 ^ 0.10，且無(wú)需弛豫的X80管線鋼及其制造方法。實(shí)現(xiàn)上述目的的措施:
一種抗大變形的X80管線用鋼，其組分及重量百分比含量為:C:0.050 0.085%、Si:
0.20 0.45%、Mn:1.75 1.90%,P..( 0.012%、S 彡 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%，余量為Fe及不可避免的夾雜，同時(shí)應(yīng)滿足:Ni + Mo + Cr ^ 1.0%, Ca/S=l.5 3.0。其特征在于:添加有重量百分比含量為0.05 0.30%的Ni。
生產(chǎn)一種抗大變形的X80管線用鋼的方法，其步驟為:
1)冶煉并連鑄成還;
2)對(duì)鑄坯加熱，溫度控制在1100 1150。。；
3)進(jìn)行粗軋，控制粗軋結(jié)束溫度在970 1050°C，控制每道次壓下率不低于10%；
4)進(jìn)行精軋，控制其開軋溫度在860 890°C，控制其終軋溫度在780 820°C，控制其累計(jì)壓下率不低于75%;
5)分兩段進(jìn)行冷卻:冷卻第一階段在冷卻速度為4 7°C/S下冷卻至720 760°C，冷卻第二階段在冷卻速度為35 70°C /S下冷卻至250 400°C ；
6)空冷至室溫后矯直。本發(fā)明中各元素的作用機(jī)理如下:
碳:含量為0.050 0.085%，加入一定量的碳，可以大幅提高鋼的強(qiáng)度和降低鋼的屈強(qiáng)比，減少其他貴重合金的加入量，降低生產(chǎn)成本，但是碳含量超過0.085%時(shí)，鋼的低溫韌性顯著惡化，因而將碳含量限定為0.050 0.085%。硅:含量為0.20 0.45%，主要起固溶強(qiáng)化作用，同時(shí)避免因添加過量硅導(dǎo)致鋼的塑、韌性顯著惡化。錳:含量為1.75 1.90%，加入較高的經(jīng)濟(jì)合金化元素錳，可以顯著提高鋼的強(qiáng)度，此外，錳還可以在一定程度上細(xì)化晶粒，改善鋼的沖擊韌性，但是過量的錳易形成中心偏聚，導(dǎo)致鋼的成分和組織不均。鈮:含量為0.045 0.080%，鈮可以顯著提高鋼的奧氏體再結(jié)晶溫度，擴(kuò)大未再結(jié)晶區(qū)范圍，便于實(shí)現(xiàn)高溫控軋，降低軋機(jī)負(fù)荷，同時(shí)鈮還可以抑制奧氏體晶粒長(zhǎng)大，具有顯著的細(xì)晶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化作用。但是在高強(qiáng)度貝氏體鋼中，添加過量的鈮會(huì)促進(jìn)M-A島的生成，降低焊接熱影響區(qū)的韌性，因此，將鈮的含量限定為0.045 0.080%。釩:含量為< 0.01%，釩具有較強(qiáng)的沉淀強(qiáng)化和較弱的細(xì)晶強(qiáng)化作用，易導(dǎo)致鋼的韌脆轉(zhuǎn)變溫度提高，因此，嚴(yán)格限制釩的加入。鈦:含量為0.005 0.030%，鈦與鈮在鋼中的作用類似，有較強(qiáng)的細(xì)晶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化作用，微量的鈦還可以在高溫下與碳、氧結(jié)合，形成高溫難熔的析出物，有利于抑制焊接熱影響區(qū)的奧氏體晶粒長(zhǎng)大，顯著改善焊接熱影響區(qū)的韌性。鑰:含量為0.15 0.35%，鑰顯著推遲Y — α轉(zhuǎn)變，抑制鐵素體和珠光體形核，促進(jìn)具有高密度位錯(cuò)亞結(jié)構(gòu)的貝氏體/針狀鐵素體的形成，使得鋼在軋后一個(gè)較寬的冷速范圍內(nèi)得到貝氏體/針狀鐵素體組織，能夠在提高強(qiáng)度的同時(shí)使鋼具有穩(wěn)定的高韌性。且經(jīng)充分的試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，加入一定含量的鑰，能夠顯著降低快冷后MA組織的尺寸，并使之彌散化分布，有效提高顯微組織的均勻性，從而顯著提高管線鋼的低溫韌性。但鑰屬于貴重金屬，加入量增加會(huì)提高鋼的制造成本，同時(shí)過高的鑰還會(huì)導(dǎo)致鋼的低溫韌性惡化。鎳:含量為O 0.30%，鎳能夠有效提高鋼的淬透性，具有一定的固溶強(qiáng)化作用，還能顯著改善鋼的低溫韌性。此外，鎳還能有效阻止Cu的熱脆性引起的網(wǎng)裂，并顯著提高鋼的耐腐蝕性能。但鎳與鑰類似，屬于貴重金屬，易導(dǎo)致鋼的制造成本大幅提高，此外，過高的鎳含量易造成鋼板氧化鐵皮難以去除，導(dǎo)致鋼板表面質(zhì)量問題。鉻:含量為0.25 0.50%，鉻是提高鋼淬透性的元素，并具有一定的固溶強(qiáng)化作用。通過加入較高含量的Cr，可以大幅提高鋼的淬透性，改善高鋼級(jí)管線鋼，尤其是厚規(guī)格管線鋼板厚度方向的組織均勻性，顯著提高鋼的強(qiáng)度和斷裂韌性。相比較Mo、Ni等貴重合金，加入具有相似作用的Cr能夠大幅降低鋼的合金設(shè)計(jì)成本。此外，加入一定的鉻還能改善鋼的耐候、耐腐蝕性能。鋁:含量為0.02 0.05%，鋁是鋼中主要的脫氧元素，能夠顯著降低鋼中的氧含量，同時(shí)鋁與氮的結(jié)合形成A1N，能夠有效地細(xì)化晶粒。但是鋼中鋁含量超過0.05%時(shí)，易導(dǎo)致鋁的氧化物夾雜明顯增加，降低鋼的潔凈度，對(duì)鋼的低溫韌性不利。鈣:含量為0.0010 0.0050%，且Ca/S=l.5^3.0，在二次精煉過程中對(duì)鋼進(jìn)行鈣處理，可以改善鋼中的夾雜物形態(tài)，提高鋼的橫向沖擊韌性，顯著改善鋼板的各項(xiàng)異性，但加入過量，易降低鋼的潔凈度，對(duì)鋼的低溫韌性不利。磷、硫、氮含量分別為:[%P]( 0.012，[%S] ( 0.0015，[%N] ( 0.010。磷易導(dǎo)致鋼的冷脆，硫易引起熱脆，而氮易引起鋼的淬火失效和形變失效，導(dǎo)致鋼的性能不穩(wěn)定，因此應(yīng)盡量降低鋼中的磷、硫、氮的含量。銅:含量為彡0.03，銅為低熔點(diǎn)金屬，易引起熱脆，對(duì)鋼的低溫韌性不利。嚴(yán)格控制鉻、鑰、鎳等合金含量總量:Ni + Mo + Cr彡1.0%,降低合金成本,保證鋼板具有良好的焊接性能。采取上述分兩段進(jìn)行冷卻的目的，一方面，通過第一階段軋后相對(duì)軋后空冷馳豫而言，較高速度的冷卻可以顯著提高生產(chǎn)效率，而且可以進(jìn)一步細(xì)化多邊形鐵素體的晶粒尺寸，改善鋼的塑性和斷裂韌性。另一方面，通過第二階段的在更快速冷卻下，使過冷奧氏體迅速轉(zhuǎn)化為均勻、細(xì)小的貝氏體組織和少量彌散分布的MA組元，進(jìn)一步改善鋼成品組織的均勻性，提高鋼的綜合性能。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，通過采用較經(jīng)濟(jì)的成分設(shè)計(jì)和精確的復(fù)相組織控制，能降低生產(chǎn)成本，顯著提高鋼的均勻延伸率A、應(yīng)力比、應(yīng)變強(qiáng)化指數(shù)等技術(shù)指標(biāo)，大幅提高高鋼級(jí)管線鋼的變形能力；通 過采用低溫加熱、精確的兩階段控制軋制和兩階段控制冷卻，取消了軋后馳豫，并縮短軋制待溫時(shí)間，從而顯著提高了生產(chǎn)效率，及改善了管線鋼的低溫韌性和組織，且性能穩(wěn)定，各項(xiàng)主要力學(xué)性能達(dá)到:橫向Rt0.5彡555MPa，Rm彡625MPa，Rt0.5/Rm ( 0.90，-20 °C KV2 彡 240J, -15 °C DffTT SA ^ 85 %,縱向 Rt0.5 彡 530MPa,Rm 彡 625MPa, Rt0.5/Rm ( 0.80, Rt0.4/Rt0.8 彡 0.93, Rt0.8/Rtl.5 彡 0.97, Rtl.5/Rm ^ 0.95，Rtl.5/Rt0.5 彡 1.15，Rt2.0/Rtl.0 彡 1.06，UEL 彡 10%, nl-4 彡 0.10。
具體實(shí)施例方式下面對(duì)本發(fā)明予以詳細(xì)描述:
表I為本發(fā)明各實(shí)施例的橫向主要性能檢測(cè)統(tǒng)計(jì)表；
表2為本發(fā)明各實(shí)施例的縱向拉伸性能檢測(cè)統(tǒng)計(jì)表。實(shí)施例1
一種抗大變形的X80管線用鋼，其組分及重量百分比含量為: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，余量為 Fe 及不可避免的夾雜。生產(chǎn)步驟:
I)冶煉并連鑄成還;2)對(duì)鑄坯加熱，溫度控制在1126°C;
3)進(jìn)行粗軋，粗軋結(jié)束溫度在973°C，每道次壓下率12%；
4)進(jìn)行精軋，其開軋溫度在885°C，其終軋溫度在817°C，其累計(jì)壓下率為78.3%；
5)分兩段進(jìn)行冷卻:冷卻第一階段在冷卻速度為5.6 V /S下冷卻至749°C，冷卻第二階段在冷卻速度為35.30C /S下冷卻至303°C ；
6)空冷至室溫后矯直。實(shí)施例2
一種抗大變形的X80管線用鋼，其組分及重量百分比含量為: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，余量為 Fe 及不可避免的夾雜。生產(chǎn)步驟:
1)冶煉并連鑄成還;
2)對(duì)鑄坯加熱，溫度控制在1139°C;
3)進(jìn)行粗軋，粗軋結(jié)束溫度在1049°C，每道次壓下率13%；
4)進(jìn)行精軋，其開軋溫度在879°C，其終軋溫度在806°C，其累計(jì)壓下率為81% ;
5)分兩段進(jìn)行冷卻:冷卻第一階段在冷卻速度為6.20C /S下冷卻至722°C，冷卻第二階段在冷卻速度為41.40C /S下冷卻至252V ；
6)空冷至室溫后矯直。實(shí)施例3
一種抗大變形的X80管線用鋼，其組分及重量百分比含量為: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，余量為 Fe 及不可避免的夾雜。生產(chǎn)步驟:
1)冶煉并連鑄成還;
2)對(duì)鑄坯加熱，溫度控制在1103°C；
3)進(jìn)行粗軋，粗軋結(jié)束溫度在1027°C，每道次壓下率15.5% ；
4)進(jìn)行精軋，其開軋溫度在863°C，其終軋溫度在795°C，其累計(jì)壓下率為75.2%；
5)分兩段進(jìn)行冷卻:冷卻第一階段在冷卻速度為6.90C /S下冷卻至743°C，冷卻第二階段在冷卻速度為52.40C /S下冷卻至291 °C ；
6)空冷至室溫后矯直。實(shí)施例4
一種抗大變形的X80管線用鋼，其組分及重量百分比含量為: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，余量為 Fe 及不可避免的夾雜。生產(chǎn)步驟: 1)冶煉并連鑄成還;
2)對(duì)鑄坯加熱，溫度控制在1115°C;
3)進(jìn)行粗軋，粗軋結(jié)束溫度在1008°C，每道次壓下率10.5% ；
4)進(jìn)行精軋，其開軋溫度在872°C，其終軋溫度在802°C，其累計(jì)壓下率為80.2% ;5)分兩段進(jìn)行冷卻:冷卻第一階段在冷卻速度為5.10C /S下冷卻至757°C，冷卻第二階段在冷卻速度為61.10C /S下冷卻至398°C ；
6)空冷至室溫后矯直。實(shí)施例5
一種抗大變形的X80管線用鋼，其組分及重量百分比含量為: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，余量為 Fe 及不可避免的夾雜。生產(chǎn)步驟:
1)冶煉并連鑄成還;
2)對(duì)鑄坯加熱，溫度控制在iiio°c;
3)進(jìn)行粗軋，粗軋結(jié)束溫度在1018°C，每道次壓下率16%；
4)進(jìn)行精軋，其開軋溫度在881°C，其終軋溫度在807°C，其累計(jì)壓下率為79.4%；
5)分兩段進(jìn)行冷卻:冷卻第一階段在冷卻速度為4.2V /S下冷卻至731°C，冷卻第二階段在冷卻速度為68.70C /S下冷卻至347°C ；
6)空冷至室溫后矯直。實(shí)施例6
一種抗大變形的X80管線用鋼，其組分及重量百分比含量為: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，余量為 Fe 及不可避免的夾雜。生產(chǎn)步驟:
1)冶煉并連鑄成還;
2)對(duì)鑄坯加熱，溫度控制在1148°C；
3)進(jìn)行粗軋，粗軋結(jié)束溫度在1046°C，每道次壓下率14.5% ；
4)進(jìn)行精軋，其開軋溫度在869°C，其終軋溫度在789V，其累計(jì)壓下率為82.3% ;
5)分兩段進(jìn)行冷卻:冷卻第一階段在冷卻速度為6.50C /S下冷卻至738°C，冷卻第二階段在冷卻速度為47.40C /S下冷卻至376°C ；
6)空冷至室溫后矯直。表I各實(shí)施例的橫向主要性能檢測(cè)統(tǒng)計(jì)表
權(quán)利要求
1.一種抗大變形的X80管線用鋼，其組分及重量百分比含量為:C:0.050 0.085%、Si:0.20 0.45%、Mn:1.75 1.90%、P:彡 0.012%、S 彡 0.0015%、Mo:0.15 0.35%、Cr:0.25 0.50%、Cu:彡 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%，余量為 Fe 及不可避免的夾雜，同時(shí)應(yīng)滿足:Ni + Mo + Cr ^ 1.0%, Ca/S=l.5 3.0。
2.如權(quán)利要求1所述的一種抗大變形的Χ80管線用鋼，其特征在于:添加有重量百分比含量為0.05 0.30%的Ni。
3.生產(chǎn)如權(quán)利要求1所述的一種抗大變形的Χ80管線用鋼的方法，其步驟為: 1)冶煉并連鑄成還; 2)對(duì)鑄坯加熱，溫度控制在1100 1150。。；3)進(jìn)行粗軋，控制粗軋結(jié)束溫度在970 1050°C，控制每道次壓下率不低于10%； 4)進(jìn)行精軋，控制其開軋溫度在860 890°C，控制其終軋溫度在780 820°C，控制其累計(jì)壓下率不低于75%; 5)分兩段進(jìn)行冷卻:冷 卻第一階段在冷卻速度為4 7°C/S下冷卻至720 760°C，冷卻第二階段在冷卻速度為35 70°C /S下冷卻至250 400°C ； 6)空冷至室溫后矯直。
全文摘要
一種抗大變形的X80管線用鋼，其組分及重量百分比含量為C0.050～0.085%、Si0.20～0.45%、Mn1.75～1.90%、P≤0.012%、S≤0.0015%、Mo0.15～0.35%、Cr0.25～0.50%、Cu≤0.03%、Nb0.045～0.080%、V≤0.01%、Ti0.005～0.030%、Al0.02～0.05%、N≤0.010%、Ca0.0010～0.0050%；其生產(chǎn)步驟冶煉并連鑄成坯；將鑄坯加熱；粗軋；精軋；分兩段冷卻；空冷至室溫后矯直。本發(fā)明通過采用精確的復(fù)相組織控制，顯著提高鋼的均勻延伸率A、應(yīng)力比及變形能力；通過采用低溫加熱及兩階段冷卻，取消了軋后馳豫，縮短軋制待溫時(shí)間，改善管線鋼的低溫韌性和組織，且性能穩(wěn)定。
文檔編號(hào)C22C38/38GK103103449SQ20131003937
公開日2013年5月15日 申請(qǐng)日期2013年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月1日
發(fā)明者徐進(jìn)橋, 郭斌, 李銀華, 鄭琳, 熊玉彰, 彭濤, 楊波, 黃道昌, 崔雷, 鄒航 申請(qǐng)人:武漢鋼鐵(集團(tuán))公司