一種高應力比高止裂韌性的x80管線鋼及其制備方法與應用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于低合金結(jié)構(gòu)鋼領(lǐng)域，具體涉及一種高應力比高止裂韌性的X80管線鋼 及其制備方法與應用。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來隨著能源需求的不斷增長，輸送石油天然氣的管道大多要經(jīng)過寒冷、地形 不穩(wěn)定的區(qū)域。在此類區(qū)域，需要使用具有較高的變形能力和高止裂韌性的鋼管。為達到 上述目的，在X80M管線鋼的生產(chǎn)過程中，必須保證鋼板再結(jié)晶區(qū)乳制的奧氏體細化晶粒效 果，未再結(jié)晶區(qū)的低溫大壓下乳制、和乳后的準確控制冷卻技術(shù)。以此來生產(chǎn)晶粒細化、含 有多相組織的鋼板，實現(xiàn)高應力比高止裂韌性的特征。
[0003] 2013年01月02日公開的中國專利申請CN102851587A中記載了一種抗變形 X80-100管線鋼板及其制造方法。該專利未對粗乳過程道次變形溫度進行有效控制，未進行 中間坯冷卻，未進行冷卻階段的多階段冷卻，因此未有效細化鋼板的晶粒尺寸，未實現(xiàn)針狀 鐵素體組織為主的多相組織控制，實現(xiàn)高止裂韌性。
[0004] 2014年06月18日公開的中國專利申請CN103866204A中記載了一種低溫大壓 下工藝生產(chǎn)的大應變X80M雙相鋼板，未提及鋼板的規(guī)格，且僅得到鐵素體和貝氏體雙相組 織。
[0005] 2013年06月05日公開的中國專利申請CN103131833A中記載了一種獲取X80M鋼 級雙相組織大應變管線鋼的方法，其工藝參數(shù)為實驗室獲得，與工業(yè)現(xiàn)場生產(chǎn)有較大差別。
[0006] 2013年05月15日公開的中國專利申請CN103103449A中記載了一種抗大變形的 X80M管線用鋼及其生產(chǎn)方法，其生產(chǎn)工藝中的粗乳階段未控制終乳溫度在變形溫度的下 限，且結(jié)束后未對中間坯進行降溫，不能有效防止晶粒尺寸的長大。另外，該文獻精乳后采 用兩階段冷卻，第一階段冷卻的溫降范圍較小，冷卻速率較高，生產(chǎn)時不易控制。
[0007] 2011年2月16日公開的中國專利授權(quán)CN101456034B中說明了一種生產(chǎn)X80M級 抗大變形管線鋼中厚板的方法，其鋼板的厚度規(guī)格受到限制，且鋼板的組織中僅含有先共 析鐵素體和貝氏體組織。
[0008] 綜上來看，現(xiàn)有的方法均存在一定的缺陷，需要針對上述的缺陷進行改進。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，提供了一種高應力比高止裂韌性的 X80M管線鋼及其制備方法與應用。
[0010] 為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案為：
[0011] 一種高應力比高止裂韌性的X80管線鋼，由以下重量份的組分組成：C0.03~ 0? 08%，Si0? 15 ~0? 35%，MnL50 ~2. 00%，P彡 0? 010%，S彡 0? 003%，Nb0? 04 ~ 0? 08%，Ti0? 015 ~0? 025%，Zr0? 015 ~0? 025%，Mo彡 0? 03%，Cu彡 0? 35 %， Ni< 0. 30%，Cr< 0. 30%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
[0012] 優(yōu)選的，所述X80管線鋼由以下重量份的組分組成：C0. 03~0. 06%，Si0. 28~ 0.32%，Mnl.72~1.77%，P< 0.009%，S< 0.002%，Nb0.055 ~ 0.063%，Ti0.017~ 0? 025%，Zr0? 02 ~0? 023%，Mo彡 0? 03%，Cu彡 0? 14%，Ni彡 0? 30%，Cr彡 0? 30%，其 余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
[0013] 優(yōu)選的，所述X80管線鋼的組分的百分含量滿足以下要求：
[0014] Pcm=C+Si/30+Ni/60+(Mn+Cr+Cu)/20+Mo/15+V/10+5B彡 0? 21%。
[0015] 優(yōu)選的，所述X80管線鋼的帶狀組織評級小于3級。
[0016] -種高應力比高止裂韌性的X80M管線鋼的制備方法，包括如下步驟：
[0017] 1)制備鐵水；
[0018] 2)將鐵水依次進行脫硫、冶煉、精煉以及板坯連鑄處理，脫硫、冶煉和精煉這三個 處理過程中控制體系中的S、P、0、N、H的總量小于150ppm;
[0019] 3)板坯加熱，板坯加熱溫度為1150°C_1220°C，均熱段保溫時間大于40min，總加 熱時間不小于270min;
[0020] 4)板坯除鱗，除鱗后板坯的表面溫度為1070-1120°C;
[0021] 5)將板坯粗乳得到中間還，對中間坯冷卻后，再對中間坯進行精乳；粗乳過程中， 再結(jié)晶區(qū)的乳制溫度為1050-1100°C，最后道次的溫度為1050-1070°C，最后道次的壓下率 彡12% ;將變形滲透至鋼板心部。
[0022] 6)對精乳后的鋼進行冷卻，在鋼板冷卻前將鋼板溫度降至相變點Ar3以下 0-500C；
[0023] 7)將鋼板進行冷卻；對冷卻后的鋼進行熱矯直，得到所需鋼板。冷卻步驟包括第 一階段和第二階段，第一階段采用5bar的水將鋼板冷卻到500-550°C，冷卻速率20-30°C/ s，第二階段使用I. 5-2bar的水將鋼板冷卻至100-250°C，冷卻速率10_20°C/s。冷卻階段 的兩階段冷卻實現(xiàn)了組織中含有針狀鐵素體和貝氏體等多相組織的控制。
[0024] 優(yōu)選的，步驟2)中，所述板坯連鑄過程中，生產(chǎn)的板坯的厚度為295-305mm，鑄坯 中心偏析小于C類0. 5 ;板坯連鑄后，將連鑄坯緩冷45-55h。
[0025] 進一步優(yōu)選的，所述板坯連鑄過程中，生產(chǎn)的板坯的厚度為300mm，板坯連鑄后，將 連鑄坯緩冷48h。
[0026] 優(yōu)選的，步驟4)中，除鱗過程中，除鱗箱的輥道速度為0.6-0.8m/s。是為了加大對 板坯的冷卻，保證板坯粗除鱗后的表面溫度范圍為1070-1120°C。
[0027] 進一步優(yōu)選的，步驟4)中，除鱗后，板坯的表面溫度為1090°C。在該條件下的除 鱗，可以保證鋼板表面的氧化鐵皮被清除干凈的基礎(chǔ)上，使鋼板的內(nèi)外溫差較小，不會造成 鋼板的邊部起浪或中部起拱，得到的鋼板的板型較好。
[0028] 優(yōu)選的，步驟5)中，當所述中間坯的厚度為80-140mm時，粗乳階段的累積壓下率 為50-75 %，實現(xiàn)奧氏體晶粒尺寸的最大程度細化。
[0029] 進一步優(yōu)選的，步驟5)中，所述中間還的厚度為120mm。
[0030] 進一步優(yōu)選的，步驟5)中，粗乳過程中，再結(jié)晶區(qū)的乳制溫度為1080°C，總變形量 為60%。由于變形溫度較低，鋼板變形后晶粒尺寸不過分長大。
[0031] 優(yōu)選的，步驟5)中，對中間坯的冷卻過程為利用高壓水，高壓水的壓力范圍為 18-22MPa，將中間坯的溫度降至930-960°C。該高壓水可以是除鱗高壓水，用高壓水對中間 坯進行降溫，可以減少再結(jié)晶變形后的晶粒長大，每次高壓水降溫需等待鋼板返紅結(jié)束后 進行。
[0032] 進一步優(yōu)選的，對中間還的冷卻過程為利用18_22MPa的高壓水將中間還的溫度 降至880°C。將中間坯降溫到該溫度，可以更好地減少再結(jié)晶變形后的晶粒長大。
[0033] 優(yōu)選的，步驟5)中，精乳過程中，非再結(jié)晶區(qū)的開乳溫度為850-940°C，終乳溫度 為820-850°C，乳制8-16道次，累積壓下率為75-80%。通過控制精乳階段乳制溫度和壓下 率，將變形滲透到鋼板心部的同時提高奧氏體晶粒的壓扁程度，增加相變形核位置，從而細 化相變后鋼板的晶粒尺寸，提尚了鋼板的性能穩(wěn)定性。
[0034] 優(yōu)選的，步驟6)中，精乳結(jié)束后，將鋼板進行空冷，使鋼板的溫度低于相變點 Ar320°C。空冷步驟精確控制了開冷溫度，實現(xiàn)鋼板鐵素體和貝氏體雙相組織的合理比例。
[0035] 優(yōu)選的，步驟7)中，冷卻步驟采用MULPIC(多功能間斷式冷卻系統(tǒng)）。該裝置采用 水凸度和邊部遮蔽冷卻技術(shù)保證了冷卻的均勻性，快速冷卻，有效的實現(xiàn)了大應變能力和 高的落錘性能。
[0036] 優(yōu)選的，步驟7)中，第一階段冷卻至530°C，冷卻速度為25°C/s，第二階段冷卻至 230°C，冷卻速度為15°C/s。
[0037] 所述X80M管線鋼在高寒地區(qū)輸送石油、天然氣中的應用。
[0038] 所述X80M管線鋼