用于天然氣管道的x80鋼熱軋板卷及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種用于天然氣管道的X80鋼熱軋板卷及其制備方法，所述X80鋼熱軋板卷的化學(xué)成分重量百分比為：C：0.035～0.070%、Si：0.10～0.30%、Mn：1.50～1.95%、P≤0.012%、S≤0.003%、Cu≤0.30%、Cr：0.10～0.40%、Ni≤0.20%、Mo：0.10～0.35%、Nb：0.06～0.10%、V≤0.06；Ti≤0.02%、N≤0.005%、B≤0.0005%，其余為Fe及不可避免的夾雜元素。本發(fā)明涉及滿足0.8設(shè)計(jì)系數(shù)條件的X80熱軋卷板屈服強(qiáng)度Rt0.5為590～650MPa，抗拉強(qiáng)度Rm≥680MPa，屈強(qiáng)比Rt0.5/Rm≤0.91，延伸率A50mm≥35%；-20℃沖擊功KV2單值≥280J，沖擊功KV2單值≥310J，韌脆轉(zhuǎn)變溫度FATT50≤-60℃；-15℃DWTT斷面剪切率SA≥95%；硬度值HV10≤255。
【專利說(shuō)明】用于天然氣管道的X80鋼熱軋板卷及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及天然氣管道用熱軋板卷領(lǐng)域，具體地指一種高強(qiáng)度高韌性用于天然氣管道的X80鋼熱軋板卷及其制備方法，使采用該技術(shù)生產(chǎn)的X80鋼帶具有強(qiáng)韌性匹配優(yōu)異、沿鋼帶長(zhǎng)度方向性能穩(wěn)定的特征。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，國(guó)民經(jīng)濟(jì)對(duì)天然氣能源的需求量及依存度與日俱增。2000~2009年我國(guó)的天然氣消費(fèi)量年均增長(zhǎng)約16%，且該增長(zhǎng)速度仍在加速。預(yù)計(jì)到2020年，我國(guó)的天然氣需求量將達(dá)到3600億立方米。
[0003]我國(guó)國(guó)土面積遼闊，約60%以上的天然氣資源集中蘊(yùn)藏在西部?jī)?nèi)陸地區(qū)，而主要的消費(fèi)市場(chǎng)卻集中在千里之外的東部和中部經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)。面對(duì)天然氣資源分布與市場(chǎng)需求的地域不均衡特性，天然氣的跨區(qū)域長(zhǎng)距離輸送問(wèn)題亟待解決。天然氣管道輸送成為有效解決這一能源困境的首要選擇。
[0004]當(dāng)前管道設(shè)計(jì)的重要趨勢(shì)是在保證天然氣輸送效率的同時(shí)最大程度地降低管道運(yùn)營(yíng)成本。實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)的重要措施包括提高管道設(shè)計(jì)系數(shù)、增加管線鋼級(jí)別、擴(kuò)大輸送管道口徑。所謂的管道設(shè)計(jì)系數(shù)即為管道內(nèi)部高壓天然氣在其管壁上產(chǎn)生的環(huán)向應(yīng)力與管線鋼名義最小屈服強(qiáng)度的比值。相較于低管道設(shè)計(jì)系數(shù)管線及其用鋼，在鋼級(jí)、管徑及輸氣壓力不變的前提下，高的管道設(shè)計(jì)系數(shù)在帶來(lái)管道壁厚減薄、成本降低的同時(shí)，其對(duì)管線鋼的強(qiáng)度、韌性以及性能與組織的均勻性等均提出更高的要求。
[0005]我國(guó)當(dāng)前天 然氣管道采用的最高設(shè)計(jì)系數(shù)為0.72。從西氣東輸二線開(kāi)始大規(guī)模采用X80管線鋼以來(lái)，當(dāng)前國(guó)內(nèi)天然氣管網(wǎng)干線大規(guī)模采用的主力鋼級(jí)均為X80鋼。經(jīng)過(guò)多年的規(guī)模生產(chǎn)與改進(jìn)，我 國(guó)X80管線鋼生產(chǎn)及管道建設(shè)能力仍處在國(guó)際領(lǐng)先的地位。相較于增加管線鋼級(jí)別和擴(kuò)大輸送管道口徑的方案，憑借當(dāng)前國(guó)內(nèi)鋼鐵和制管企業(yè)優(yōu)良的設(shè)備能力和制造水平，通過(guò)對(duì)現(xiàn)有水平的X80管線鋼性能進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)，最終實(shí)現(xiàn)X80管道設(shè)計(jì)系數(shù)由0.72提升至0.8的方案最具可行性。因此，發(fā)明一種Φ 1219X16.5mm規(guī)格0.8設(shè)計(jì)系數(shù)X80管道用鋼非常有必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題就是提供一種高強(qiáng)度高韌性用于天然氣管道的X80鋼熱軋板卷及其制備方法，使采用該技術(shù)生產(chǎn)的X80鋼帶具有強(qiáng)韌性匹配優(yōu)異、沿鋼帶長(zhǎng)度方向性能穩(wěn)定的特征。
[0007]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的一種用于天然氣管道的X80鋼熱軋板卷，所述熱軋板卷的化學(xué)成分重量百分比為:c:0.035~0.070%、S1:0.10~0.30%、Mn:1.50~
1.95%、P^0.012%、S^0.003%、Cu ( 0.30%、Cr:0.10 ~0.40%、Ni ( 0.20%、Mo:0.10 ~0.35%、Nb:0.06 ~0.10%、V ^ 0.06 ；Ti ( 0.02%、N ≤ 0.005% 和 B ≤ 0.0005%,其余為 Fe
及不可避免的夾雜元素，[0008]該熱軋板卷同時(shí)還滿足CEpcm≤0.22%，其中:
[0009]CEpcm (%) =C+Si/30+ (Cr+Mn+Cu) /20+Mo/15+V/10+Ni/60+5B。
[0010]進(jìn)一步地，所述熱軋板卷頭部、中部與尾部的屈服強(qiáng)度及抗拉強(qiáng)度性能波動(dòng)值(40MPa。
[0011 ] 再進(jìn)一步地，所述熱軋板卷的屈服強(qiáng)度Rta 5=590~650MPa，抗拉強(qiáng)度Rm≥680MPa,屈強(qiáng)比Rt0.5/Rm ( 0.91，延伸率A5tlnm≥35% ;-20°C沖擊功KV2單值≥280J,沖擊功KV2單值≥310J，韌脆轉(zhuǎn)變溫度FATT50 ( -60 0C ；-15°C DWTT斷面剪切率SA≥95%;硬度值HVlO ( 255。
[0012]本發(fā)明還提供了一種用于天然氣管道的X80鋼熱軋板卷制備方法。該方法通過(guò)板坯加熱、粗軋、精軋和卷取制備得到熱軋板卷。
[0013]上述制備過(guò)程中操作參數(shù)具體控制如下:
[0014]I)板坯加熱階段，板坯裝爐溫度≤650°C，板坯再加熱溫度為1160~12501:，入爐加熱的板坯寬度≤1750mm且長(zhǎng)寬比為4.50~6.25 ;
[0015]2)粗軋階段，粗軋終軋溫度為1010~1100°C，粗軋過(guò)程累計(jì)壓下率≥70% ；
[0016]3)精軋階段，精軋終軋溫度為780~860°C，精軋過(guò)程累計(jì)壓下率≥70% ；
[0017]4卷取階段，卷取溫度為350~500°C。
[0018]本發(fā)明的原理:
[0019]本發(fā)明為保證0.8設(shè)計(jì)系數(shù)X80板卷的性能達(dá)到發(fā)明目的，在化學(xué)成分設(shè)計(jì)過(guò)程中重點(diǎn)考慮如下因素:X80鋼的強(qiáng)度性能、低溫韌性以及可焊接性。下面根據(jù)這三方面的因素詳述本發(fā)明中各元素的作用及限定量的理由:
[0020]碳C:C為最基本、最經(jīng)濟(jì)的強(qiáng)化元素，通過(guò)固溶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化有效地提高鋼的強(qiáng)度。C含量過(guò)低時(shí)對(duì)強(qiáng)度的作用不明顯，含量太高時(shí)則會(huì)降低鋼的塑性、韌性和可焊接性。本發(fā)明中C的含量控制為0.035~0.070% (重量百分?jǐn)?shù)，以下各元素相同)。
[0021]硅Si =Si主要以固溶強(qiáng)化形式提高鋼的強(qiáng)度，同時(shí)也是鋼中的脫氧元素，但含量過(guò)低時(shí)強(qiáng)化效果不明顯，含量過(guò)高時(shí)又對(duì)鋼的韌性不利。本發(fā)明中Si的含量控制為0.10~0.30%O
[0022]錳Mn:Mn是鋼中重要的固溶強(qiáng)化元素，可以補(bǔ)償鋼中C含量較低引起的強(qiáng)度損失，并且擴(kuò)大奧氏體相變區(qū)，有利于獲得細(xì)小的低溫相變產(chǎn)物，提高鋼的低溫韌性。但其含量過(guò)高時(shí)時(shí)則會(huì)導(dǎo)致鋼中偏析嚴(yán)重，影響焊接性能。本發(fā)明中Mn的含量控制為1.50~1.95%。
[0023]鉻Cr =Cr能有效地提高鋼的淬透性和強(qiáng)度，抑制多邊形鐵素體和珠光體產(chǎn)生，促進(jìn)中溫轉(zhuǎn)變。本發(fā)明中Cr含量控制在0.1~0.4%。
[0024]鑰Mo =Mo能夠擴(kuò)大奧氏體相變區(qū)，抑制先共析鐵素體相變，促進(jìn)含高密位錯(cuò)的細(xì)小針狀鐵素體形成，使管線鋼具有良好的強(qiáng)韌性匹配。本發(fā)明中Mo含量控制為0.10~0.35%。
[0025]銅Cu、鎳Ni =Cu和Ni通過(guò)固溶強(qiáng)化作用提高鋼的強(qiáng)度，且Ni的添加可以改善Cu在鋼中易引起的熱脆性。同時(shí)Cu可以改善鋼的耐蝕性，Ni則有益于改善鋼的低溫韌性。本發(fā)明中Cu含量控制為< 0.30%, Ni含量控制為< 0.20%。
[0026]鈮Nb =Nb具有強(qiáng)烈的晶粒細(xì)化作用，能夠延遲奧氏體再結(jié)晶，降低相變溫度，促進(jìn)細(xì)小針狀鐵素體性能，提高鋼的強(qiáng)度和韌性。本發(fā)明中Nb含量控制為0.06~0.10%。[0027]釩V、鈦Ti:V和Ti都是重要的微合金元素。其中V在鋼中可補(bǔ)充Nb析出強(qiáng)化的不足，還可以改善鋼材焊后的韌性。Ti在加熱過(guò)程中形成TiN，阻礙該階段奧氏體晶粒的粗大，改善鋼及其熱影響區(qū)的韌性，并有助于Nb固溶發(fā)揮強(qiáng)化效果。本發(fā)明中V含量控制為(0.06%, Ti含量控制為≤0.02%。
[0028]磷P、硫S:P在鋼中容易造成偏析、降低鋼的低溫韌性和惡化焊接性能。S容易與Mn形成MnS夾雜，影響鋼的韌性。因此，本發(fā)明應(yīng)盡量減少P、S的含量以減少其對(duì)鋼的不利影響，P的含量控制為P≤0.012%, S的含量控制為S≤0.003%。
[0029]本發(fā)明涉及的板卷還滿足CEpem ≤0.22%，以保證發(fā)明鋼具有良好的焊接性能。其中 CEP?(%)=C+Si/30+(Cr+Mn+Cu)/20+Mo/15+V/10+Ni/60+5B。
[0030]本發(fā)明的有益效果在于:
[0031]1、從管道設(shè)計(jì)角度出發(fā)，在鋼級(jí)、管徑及輸氣壓力不變的前提下，X80管道設(shè)計(jì)系數(shù)由0.72提升至0.8帶來(lái)了管道壁厚減薄、成本降低等諸多優(yōu)點(diǎn)，但也帶來(lái)管壁承受環(huán)向應(yīng)力增加、管道止裂韌性要求提高、管道性能和組織均勻性提高等一些難題。為保證管道運(yùn)行的安全性和可靠性，0.8設(shè)計(jì)系數(shù)X80管道對(duì)其制管用X80鋼的力學(xué)性能、斷裂韌性、可焊接性及上述性能在鋼帶長(zhǎng)度方向上的穩(wěn)定性等提出了更高的要求。
[0032]2、本發(fā)明中的X80鋼在低C高M(jìn)n體系的基礎(chǔ)上，添加了適量的Cu、N1、Cr、Mo等合金元素，采用Nb、V、Ti進(jìn)行微合金化，并且限制了 CEpem ( 0.22%以保證其焊劑性能。同時(shí)通過(guò)對(duì)軋制過(guò)程中板坯長(zhǎng)寬比、累計(jì)壓下率、溫度制度等綜合因素加以控制，最終獲得具有強(qiáng)韌性匹配優(yōu)異、沿鋼帶長(zhǎng)度方向性能穩(wěn)定的X80鋼熱軋板卷。
[0033]3、本發(fā)明采用合理的成分設(shè)計(jì)和制造技術(shù)，成功開(kāi)發(fā)出一種高強(qiáng)度高韌性0.8設(shè)計(jì)系數(shù)天然氣管道用X80鋼熱軋板卷。該板卷各項(xiàng)性能滿足中石油0.8設(shè)計(jì)系數(shù)X80管道的相關(guān)要求，具有優(yōu)異的強(qiáng)韌性匹配、良好的焊接性能、極低的韌脆轉(zhuǎn)變溫度和較高的性能穩(wěn)定性(鋼帶長(zhǎng)度方向)。
[0034]4、本發(fā)明涉及滿足0.8設(shè)計(jì)系數(shù)要求的X80熱軋卷板屈服強(qiáng)度Rta5為590~650MPa，抗拉強(qiáng)度 Rm ≥ 680MPa,屈強(qiáng)比 Rt(l.5/Rm ( 0.91，延伸率 A5tlnm ≥ 35% ;_20°C沖擊功 KV2單值≥280J，沖擊功KV2單值≥310J，韌脆轉(zhuǎn)變溫度FATT50 ( -60°C；-15°C DffTT斷面剪切率SA≥95% ;硬度值HVlO ( 255。
[0035]5、本發(fā)明涉及滿足0.8設(shè)計(jì)系數(shù)要求的X80熱軋卷板頭部、中部與尾部的屈服及抗拉強(qiáng)度性能波動(dòng)值< 40MPa。
【具體實(shí)施方式】
[0036]為了更好地解釋本發(fā)明，以下結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的主要內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于以下實(shí)施例。
[0037]實(shí)施例1
[0038]本實(shí)施例鋼的化學(xué)成分含量(重量百分比)為C:0.035、S1:0.30、Mn:1.75、P:0.010、S:0.0015、Cu:0.30、Cr:0.25、N1:0.20、Mo:0.15、Nb:0.06、V:0.06、T1:0.020、N:0.004、B:0.0001，余量為Fe及不可避免的夾雜元素，碳當(dāng)量CEpem (%) =0.18。
[0039]經(jīng)過(guò)冶煉和連鑄工藝，獲得具有上述成分、寬度為1750mm連鑄坯，且長(zhǎng)寬比為
4.50 ;板坯裝爐溫度為610°C，再加熱溫度為1180 ； 1:粗軋階段累計(jì)壓下率為76.0%，粗軋終軋溫度為1020°C ;精軋階段累計(jì)壓下率為70.0%，精軋終軋溫度為790°C，鋼帶經(jīng)過(guò)加速冷卻后的卷取溫度為370°C。
[0040]鋼帶頭部、中部及尾部拉伸性能及硬度檢驗(yàn)結(jié)果如下表1:
[0041]表1
【權(quán)利要求】
1.一種用于天然氣管道的X80鋼熱軋板卷，其特征在于:所述熱軋板卷的化學(xué)成分重量百分比為:c:0.035 ~0.070%、Si:0.10 ~0.30%、Mn:1.50 ~1.95%、P ≤0.012%、S ≤0.003%、Cu ( 0.30%、Cr:0.10 ~0.40%、Ni ( 0.20%、Mo:0.10 ~0.35%、Nb:0.06 ~0.10%、V ^ 0.06 ；Ti ( 0.02%、N^0.005% 和 B ≤0.0005%，其余為 Fe 及不可避免的夾雜元素， 該熱軋板卷同時(shí)還滿足CEpem ( 0.22%，其中:
CEpcm (%) =C+Si/30+ (Cr+Mn+Cu) /20+Mo/15+V/10+Ni/60+5B。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于天然氣管道的X80鋼熱軋板卷，其特征在于:所述熱軋板卷頭部、中部與尾部的屈服強(qiáng)度及抗拉強(qiáng)度性能波動(dòng)值< 40MPa。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于天然氣管道的X80鋼熱軋板卷，其特征在于:所述熱軋板卷的屈服強(qiáng)度Rt0.5=590~650MPa,抗拉強(qiáng)度Rm≥680MPa，屈強(qiáng)比Rt0.5/Rm ( 0.91，延伸率A5tlnm≥35% ;-20°C沖擊功KV2單值≥280J，沖擊功KV2單值≥310J，韌脆轉(zhuǎn)變溫度FATT50 ( -600C ；-15°C DffTT 斷面剪切率 SA ≥ 95% ;硬度值 HVlO ( 255。
4.一種權(quán)利要求1所述用于天然氣管道的X80鋼熱軋板卷的制備方法，該方法通過(guò)板坯加熱、粗軋、精軋和卷取制備得到熱軋板卷其特征在于:所述制備過(guò)程中操作參數(shù)具體控制如下: 1)板坯加熱階段，板坯裝爐溫度<650°C,板坯再加熱溫度為1160~1250°C,入爐加熱的板坯寬度≤1750mm且長(zhǎng)寬比為4.50~6.25 ; 2)粗軋階段，粗軋終軋溫度為1010~1100°C，粗軋過(guò)程累計(jì)壓下率>70% ； 3)精軋階段，精軋終軋溫度為780~860°C，精軋過(guò)程累計(jì)壓下率>70% ； 4卷取階段，卷取溫度為350~500°C。
【文檔編號(hào)】C22C38/58GK103602913SQ201310663956
【公開(kāi)日】2014年2月26日 申請(qǐng)日期:2013年12月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月10日
【發(fā)明者】崔雷, 孔君華, 徐進(jìn)橋, 李利巍, 鄒航, 劉小國(guó), 杜明, 楊海林, 黃為民, 胡晟藍(lán) 申請(qǐng)人:武漢鋼鐵(集團(tuán))公司