CN102400039A

CN102400039A - 具有良好低温韧性的浆体输送管线用钢及其制造方法

Info

Publication number: CN102400039A
Application number: CN2010102764276A
Authority: CN
Inventors: 徐烽; 黄国建; 张禄林; 乔磊; 王杰; 杨静
Original assignee: Angang Steel Co Ltd
Current assignee: Angang Steel Co Ltd
Priority date: 2010-09-07
Filing date: 2010-09-07
Publication date: 2012-04-04

Abstract

本发明提供一种具有良好低温韧性的浆体输送管线用钢及其制造方法，其成分：C 0.10％-0.20％，Si 0.10％-0.30％，Mn 0.80％-1.50％，P≤0.018％，S≤0.004％，Ti 0.010％-0.035％，Als 0.02％-0.05％，N≤0.006％，余为Fe。制造方法包括冶炼、连铸和热轧，板坯加热至1160-1300℃，采用两阶段控轧，第一阶段开轧温度1130-1200℃，终轧温度大于1020℃，第二阶段开轧温度小于1000℃，终轧温度780-880℃，轧后以5-20℃/s的速度冷却，550-680℃卷取。本发明不含贵重合金元素Nb、Mo、V、等，合金成本低；严格控制S、P含量，有效保证该钢种的具有良好的低温韧性；采用控轧控冷工艺，细化晶粒，使珠光体组织均匀分布，保证钢种具有良好的强度和韧性匹配。

Description

具有良好低温韧性的浆体输送管线用钢及其制造方法

技术领域

本发明属于钢铁冶金技术领域，尤其涉及一种热轧态性能可达APISpec 5L标准中B-X60钢级的浆体输送管线用钢及其制造方法。

背景技术

管道输送是长距离输送石油、天然气、煤浆等最经济、安全、高效和环保的运输方式，随着利用管道输送煤浆和各种矿浆的技术已完全成熟，预计到2010年前，中国将建成总长度约5000-6000km的煤浆管道，许多矿浆管道也正在或将要修建。

浆体输送用管线用钢满足美国国家标准ASME B31.11-2002和美国石油协会API SPEC 5L规范，其输送用管道工程用钢管按制管方式分为直缝电阻焊钢管(ERW)，螺旋埋弧焊钢管(SSAW或SAWH)，直缝埋弧焊钢管(LSAW或SAWL)，其中前2种焊管所采用的原料为热轧卷板，后1种所采用原料为热轧钢板。

为满足浆体输送的相关要求，除了常规输送管线钢要求的强韧性匹配和可焊性外，还应具有一定的耐磨性，同时为保证在寒冷地区使用，还应同时具备良好的低温性能，因此浆体输送管线用钢必须降低P、S等有害元素含量，同时通过合适的成分设计和生产工艺保证组织的均匀性。

在本发明之前，已有多个有关浆体输送用管线钢的发明专利，与本发明较为接近的发明专利有：

专利1(公开号CN 1236020)，其成分设计见表1。

表1专利1成分设计(wt，％)

其工艺为钢坯均热温度1250℃，热轧终轧温度850℃，卷曲温度540±20℃。

此专利的成分设计中，为低C设计，并且要求加入Ni、Cu、Mo等大量合金，同时工艺制度偏窄，其低温韧性仅为-20℃冲击性能。

专利2(公开号JP06306459A)，其成分设计见表2。

表2专利2成分设计(wt，％)

其工艺为钢坯被加热到1000-1200℃，热轧终轧温度650-900℃，以5℃/s以上的冷速冷却到500℃以下。

此专利的成分设计中，Si含量偏高，不易焊接，同时终冷温度偏低，不适合热轧卷板工艺，同时不具备良好的低温韧性。

专利3(公开号JP10008191A)，其成分设计见表3。

表3专利3成分设计(wt，％)

该材料必须在具有良好的焊接条件下进行焊接。

此专利的成分设计中，C含量偏高，对焊接条件要求苛刻，同时不具备良好的低温韧性。

专利4(JP58093855A)，其成分设计见表4。

表4专利4成分设计(wt，％)

该材料通过不同的合金组合形成不同的固溶和析出效果，具有较好的抗沟槽腐蚀性能。

此专利的成分设计中，必须添加Cu元素，合金成本较高，同时不具备良好的低温韧性。

专利5(JP58093855A)，其成分设计见表5。

表5专利5成分设计(wt，％)

该材料具有良好的抗腐蚀性能和耐磨性。

此专利的成分设计中，必须添加大量Cr元素，为高合金钢产品，同时不具备良好的低温韧性。

专利6(JP59096244A)，其成分设计见表6。

表6专利6成分设计(wt，％)

专利7(JP54136519A)，其成分设计见表7。

表7专利7成分设计(wt，％)

该材料具有较好的抗磨耗性能。

此专利的成分设计中，为高C设计，同时必须添加Cr、Mo等元素，合金成本较高，同时不具备良好的低温韧性。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，如成分设计中，或者采用低C添加贵重金属Mo、V、Nb等元素，合金成本高；或者采用高C高Si等合金设计，焊接性和低温韧性不好等问题，提供一种既能满足普通管线钢强韧性的合理匹配和可焊性，又具备一定的耐磨性和良好的低温性能的浆体输送用管线用钢及其制造方法。

本发明是这样实现的，该具有良好低温韧性的浆体输送管线用钢的化学成分配比(重量百分比)如下：C：0.10％-0.20％，Si：0.10％-0.30％，Mn：0.80％-1.50％，P：≤0.018％，S：≤0.004％，Ti：0.010％-0.035％，Als：0.02％-0.05％，N：≤0.006％，其余为Fe和不可避免元素。

本发明浆体输送管线用钢的金相组织为均匀细小的铁素体+珠光体组织。

本发明基于以下理由选择合金元素种类及含量：

C：碳是保证强度的最有效最经济的元素，随着C的质量分数增加，强度、硬度随之增加，因此，碳含量不宜过低；但碳含量过高将影响产品的冲击韧性和焊接性能，本发明认为对浆体输送管线用钢而言，碳应控制在0.10％-0.20％。

Si：硅可以起到固溶强化作用，但其含量过高会使钢的塑性和韧性降低，本发明认为对浆体输送管线用钢而言，其范围应在0.10％-0.30％。

Mn：锰具有固溶强化作用，还能增加奥氏体稳定性，对提高淬透性也有利，有效保证钢的强度。但锰含量过大，可增加连铸坯的中心偏析倾向，同时容易形成珠光体条带组织，影响热轧钢材的组织均匀性，本发明认为对浆体输送管线用钢而言，其范围应在0.80％-1.50％。

P：磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏，同时P是升高A₃点的元素，所以热轧冷却时先在这里生成铁素体，而C却被排斥到树枝晶枝干，并生成珠光体，从而造成P偏析的铁素体一珠光体带状组织，因此应控制其含量≤0.018％。

S：硫是钢中有害元素，与Mn生成MnS夹杂，使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，为保证钢水的高纯净度，应控制其含量≤0.004％。

Ti：钛可以与氮形成TiN阻止奥氏体晶粒长大，可细化开轧前的原始晶粒；轧制时在奥氏体高温区析出的Ti(CN)粒子阻滞奥氏体的再结晶过程，最终细化铁素体晶粒，同时对改善钢焊接时热影响区的韧性有明显作用，其合适的范围是0.010％-0.035％。

本发明具有良好低温韧性的浆体输送管线用钢的制造方法包括铁水预处理、钢水冶炼、炉外精炼和板坯连铸、连铸坯再加热、轧制、冷却和卷取。其特征是：

1)冶炼连铸工艺：铁水预处理，转炉冶炼——经顶吹或顶底复合吹炼；炉外精炼——经RH真空处理、LF炉脱硫处理、及进行钙处理以控制夹杂物形态和提高钢的延展性、韧性和冷弯性能；板坯连铸制成连铸板坯——连铸采用电磁搅拌或动态轻压下，以提高连铸板坯的质量。

2)轧制工艺：连铸板坯经加热炉加热至1160-1300℃，随后经热连轧机组采用两阶段控制轧制，第一阶段开轧温度为1130-1200℃，终轧温度大于1020℃，第二阶段开轧温度小于1000℃，终轧温度为780-880℃，轧后板卷以5-20℃/s的速度进行冷却，在550-680℃进行板卷卷取。

3)均匀细小的铁素体+珠光体组织，为了得到合理的强韧性匹配，轧制过程必须保证得到等轴的均匀晶粒，其晶粒度≥9级。要在轧制过程中使晶粒细化和均匀化，必须在奥氏体再结晶温度区间进行多道次轧制，使钢进行充分再结晶，得到细小的奥氏体组织；同时通过控制合理的冷却制度，如冷却速度、卷曲温度等，形成细化铁素体和弥散分布的细小珠光体，其带状组织也基本上被消除，带状组织≤2级。

4)热轧态板卷的屈服强度R_t0.5为300-500MPa，抗拉强度R_m为450-650MPa，延伸率A_50mm为35-50％，屈强比R_t0.5/R_m为0.72-0.86。

5)热轧态板卷的-60℃冲击功可达到150J以上，-35℃落锤剪切面积平均值可达85％以上。

6)热轧态板卷的硬度可达到170-230HV10。

与现有技术相比，本发明技术方案成分设计为微Ti处理C-Mn钢，不含贵重合金元素(Nb、Mo、V等)，C含量适中，板卷的焊接性和低温冲击韧性良好，并具有一定的抗磨性，用适量的C取代贵金属Mo、V、Cr来提高强度，降低钢厂的合金成本；严格控制S、P有害元素的含量，有效保证该钢种的具有良好的低温韧性；采用适当的成分设计和生产工艺形成均匀的铁素体+珠光体组织，在保证产品强度的同时，又具有良好的低温冲击韧性和较高的硬度。

附图说明

图1为本发明实施例2的金相组织(铁素体+珠光体)。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步的描述。

本发明实施例钢的化学成分见表8，轧制工艺见表9，热轧态力学性能见表10，系列温度冲击和落锤性能见表11。

由表10和表11可见，采用本发明的钢种和工艺，可以生产出满足浆体输送管线用钢的性能要求。

表8试验钢化学成分(wt，％)

实施例	C	Si	Mn	P	S	Ti	Als	N
									1	0.12	0.15	0.95	0.012	0.002	0.010	0.038	0.0042
2	0.14	0.20	1.05	0.014	0.001	0.019	0.031	0.0044
									3	0.14	0.12	1.23	0.008	0.002	0.024	0.026	0.0043
4	0.15	0.19	1.35	0.013	0.001	0.028	0.024	0.0035
									5	0.17	0.12	1.34	0.009	0.001	0.018	0.025	0.0039

表9试验钢工艺

表10试验钢热轧态力学性能

表11试验钢系列温度冲击和落锤性能

Claims

1.一种具有良好低温韧性的浆体输送管线用钢，其特征在于该钢的化学成分重量百分比如下：C：0.10％-0.20％，Si：0.10％-0.30％，Mn：0.80％-1.50％，P：≤0.018％，S：≤0.004％，Ti：0.010％-0.035％，Als：0.02％-0.05％，N：≤0.006％，其余为Fe和不可避免元素。

2.根据权利要求1所述的浆体输送管线用钢，其特征在于该钢的金相组织为均匀细小的铁素体+珠光体组织，其晶粒度≥9级。

3.一种权利要求1或2所述浆体输送管线用钢的制造方法，包括铁水预处理、钢水冶炼、炉外精炼、连铸和热轧，其特征在于连铸板坯经加热炉加热至1160-1300℃，经热连轧机组采用两阶段控制轧制，第一阶段开轧温度为1130-1200℃，终轧温度大于1020℃，第二阶段开轧温度小于1000℃，终轧温度为780-880℃，轧后板卷以5-20℃/s的速度进行冷却，在550-680℃卷取。

4.根据权利要求3所述的浆体输送管线用钢的制造方法，其特征在于所述的炉外精炼包括RH真空处理、LF炉脱硫处理和钙处理。

5.根据权利要求3所述的浆体输送管线用钢的制造方法，其特征在于所述的连铸采用电磁搅拌或动态轻压下。