CN102400054A

CN102400054A - 直缝电阻焊管用x80管线钢及其热轧板卷的制造方法

Info

Publication number: CN102400054A
Application number: CN2010102766125A
Authority: CN
Inventors: 黄国建; 孔祥磊; 张禄林; 关菊; 张英慧
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

本发明提供一种直缝电阻焊管用X80管线钢及其热轧板卷的制造方法，成分：C 0.025％-0.065％、Si 0.10％-0.35％、Mn 1.68％-1.85％、Nb0.06％-0.11％、Cr 0.20％-0.35％、Ni≤0.25％、Cu≤0.25％、V≤0.04％、Ti 0.005％-0.020％、Als 0.015％-0.045％、Ca 0.001％-0.004％、N≤0.006％，余为铁。工艺：铁水预处理-转炉冶炼-炉外精炼-连铸-轧制，连铸坯在500-850℃直接热装炉加热，经步进式加热炉加热至1130-1230℃后，经粗轧及精轧机组两阶段控制轧制，初轧温度为1100-980℃，精轧温度为960-750℃，终轧温度为750-830℃，板卷通过层流冷却以10-20℃/s的速度快速冷却，卷取温度为480-560℃。本发明合金成本低，生产周期短，效率高，节省能源，产品具有良好的综合强韧性能和焊接性能。

Description

直缝电阻焊管用X80管线钢及其热轧板卷的制造方法

技术领域

本发明属于高强度低合金钢技术领域，主要涉及一种油气输送管道用管线钢及其热轧板卷的制造方法，尤其是API SPEC 5L规范中一种直缝电阻焊管用X80钢级管线钢及其热轧板卷的制造方法。

背景技术

管道运输是长距离输送石油天然气等物质最经济、安全、高效和环保的运输方式，为降低管道建设和运营成本，提高输送效率，采用高压、大口径输送天然气已成为长距离天然气管道建设的主流趋势，促使管线钢向高强度、高韧性方向发展，X70-X80管线钢已成为国际长输管线工程的主流钢级，市场前景广泛。

目前世界绝大多数国家的石油、天然气输送管道工程用管线钢钢管均遵循美国石油协会API SPEC 5L规范或国际标准组织ISO 3183的规范，管道工程用钢管按制管方式分为螺旋埋弧焊钢管、直缝电阻焊钢管和直缝埋弧焊钢管，对应三种焊管所采用的原料分别为热轧板卷和热轧钢板。

厚规格X80管线钢热轧卷板研制的技术关键是保证产品的高强度和良好的低温断裂韧性，以及低成本生产。为同时兼顾高强度、良好低温韧性和良好焊接性能等要求，X80管线钢一般均采用针状铁素体组织设计。在本发明之前，已有多个有关X80管线钢的文献和发明专利，但直缝电阻焊用X80管线钢报导很少，以下简单介绍与本发明较为接近的文献和专利：

1)邓伟等，高铌X80管线钢的组织和性能，东北大学学报，2009，No.9。本文为实验室研究，成品厚度为12mm，未工业化应用。

2)Navid Pourkia，PiroozMarash.The Effect of Weld Metal ManganeseContent on the Microstructure，JFE Technical Report，2008，No.8。本文涉及制造X80高频电阻焊管，但成分中含Mo，连铸坯厚度215mm，成品厚度16mm。

3)中国专利CN101413090A，一种高强韧性螺旋埋弧焊管用X80热轧卷板及其制造方法。成分中含Mo：0.10-0.30％，且连铸坯厚230mm，成品厚度12-19mm，用于螺旋焊管。

4)中国专利CN 101270441A，一种经济型X80管线钢及其生产方法。本专利可选择性添加Mo≤0.50wt％，板坯需下线精整，没有注明铸坯及成品厚度，用于直缝焊管。

5)中国专利CN 1715434A，高强度高韧性X80管线钢及其热轧卷板制造方法。连铸坯厚250mm，成分含Mo：0.20-0.40％，成品厚度小于15mm，用于螺旋焊管。

6)中国专利CN 1715434A，具有抗HIC性能X80管线钢及其热轧板制造方法。连铸坯厚250mm，成分中含Mo：0.20-0.40％，成品厚度小于15mm，用于螺旋焊管。

7)中国专利CN 1584097A，高强度高韧性输送管线钢及其制备方法。连铸坯厚230mm，成分中含Mo：0.10-0.40％，厚度15mm和17.5mm，用于螺旋焊管。

8)日本专利JP 10102184，制造高强度电阻焊钢管用热轧钢板。用于直缝电阻焊，成分wt％：C，0.04-0.08％；Si，0.10-0.30％；Mn，1.20-1.70％；Ti，0.020-0.070％；Nb，0.030-0.080％；Mo，0.10-0.50％，可添加Cu，0.20-0.50％；Ni，0.10-0.40％；V，0.030-0.010，厚度5.3-12.7mm。

其中3)、5)、6)、7)专利均为制造螺旋埋弧焊钢管用X80热轧卷板的发明专利，与本发明产品不同。而文献2)和专利4)、8)与本发明产品最为接近，均为制造直缝电阻焊钢管用X80热轧板卷的发明专利，均与本发明有明显不同之处。

以上文献和专利公开的X80管线钢达到了高强度和高韧性等，但合金中含有贵重金属Mo，成本较高；且采用215、230或250mm厚连铸板坯，在连铸坯再加热前板坯多需下线精整，热能损失较大，生产周期较长，生产成本高等问题，同时专利文献公开板卷厚度较薄，难以满足高压、厚壁长输管道工程用钢的需要。

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，提供一种具有优良低温韧性的直缝电阻焊管用厚规格API X80钢级管线钢热轧卷板及其低成本生产的制造方法。

本发明是这样实现的：该直缝电阻焊管用X80管线钢的化学成分重量百分比为：C 0.025％-0.065％、Si 0.10％-0.35％、Mn 1.68％-1.85％、Nb0.06％-0.11％、Cr 0.20％-0.35％、Ti 0.005％-0.020％、Als 0.015％-0.045％、P≤0.020％、S≤0.005％、Ca 0.001％-0.004％、N≤0.006％，还含有Ni0.10％-0.25％、Cu 0.10％-0.25％、V 0.01％-0.04％中的一种或两种以上，余量为铁和不可避免的杂质，且冷裂纹敏感系数Pcm≤0.19％。

本发明厚规格X80管线钢的成分设计思想是以低C、高Mn、高Nb，通过加入微量Ti等微合金元素、及Cr、Cu、Ni合金元素，结合热机械控制轧制生产工艺获得细小的针状铁素体组织，以保证管线钢具有高强度高韧性的性能，其主要的基本元素和作用如下：

C：是钢中最经济、最基本的强化元素，通过固溶强化和析出强化对提高钢的强度有明显作用，但是提高C含量对钢的延性、韧性和焊接性有负面影响。本发明的碳含量为0.025-0.065％，低碳保证管线钢具有良好低温韧性、良好焊接性能和抗氢致裂纹(HIC)性能。

Mn：通过固溶强化提高钢的强度，是管线钢中补偿因C含量降低而引起强度损失的最主要且最经济的强化元素。Mn还是扩大γ相区的元素，可降低钢的γ-α相变温度，有助于获得细小的相变产物，可提高钢的韧性、降低韧脆转变温度。本发明的锰含量为1.68-1.85％，高锰促进针状铁素体形核，高Mn/C可提高钢材屈服强度和冲击韧性，降低韧脆转变温度。

Nb：是现代微合金化管线钢中最主要的元素之一，对晶粒细化的作用十分明显。通过热轧过程中NbC应变诱导析出阻碍形变奥氏体的回复、再结晶，经控制轧制和控制冷却使精轧阶段非再结晶区的形变奥氏体组织在相变时转变为细小的相变产物，以使钢具有更高强度和高韧性。

Cr：能够有效提高淬透性，抑制多边形铁素体和珠光体的产生，促进在中温和低温区内形成晶内有大量位错分布的铁素体或贝氏体，与Nb组合使用，效果更显著。

Ti：是强的固N元素，Ti/N的化学计量比为3.42，利用0.02％左右的Ti就可固定钢中60ppm以下的N，在板坯连铸时可形成细小的高温稳定的TiN析出相。这种细小的TiN粒子可有效地阻碍板坯再加热时的奥氏体晶粒长大，有助于提高Nb在奥氏体中的固溶度，同时对改善焊接热影响区的冲击韧性有明显作用。

Cu、Ni：可通过固溶强化作用提高钢的强度，同时Cu还可以改善钢的耐蚀性，Ni的加入主要是改善Cu在钢中易引起的热脆性，且对韧性有益。在厚规格管线钢中可补偿因厚度的增加而引起的强度下降。

V：具有较高的析出强化作用和较弱的晶粒细化作用，V主要是通过在铁素体中以VC析出强化来提高钢的强度。

Pcm：控制冷裂纹敏感系数有利于保障产品的焊接性能，本发明的Pcm控制在0.14％～0.19％。

本发明直缝电阻焊管用X80管线钢的制造方法是采用中等厚度板坯连铸连轧生产工艺，其工艺流程为：铁水预处理-转炉冶炼-炉外精炼-连铸-轧制，其特点是：转炉冶炼采用顶吹或顶底复合吹炼；炉外精炼采用RH真空处理、LF炉轻脱硫处理和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；连铸采用动态轻压下、以控制连铸板坯的中心偏析质量，应用135mm或170mm厚连铸坯，明显薄于目前主要应用的250mm左右厚连铸坯，其凝固冷却速率远远大于传统的厚板坯，二次枝晶间距大幅度减小；连铸采用二冷曲线动态控制，确保高铌管线钢连铸坯的表面质量；连铸坯在500-850℃温度直接进行热装炉加热，经步进式加热炉加热至1130-1230℃后，经粗轧及精轧机组两阶段控制轧制，初轧温度为1100-980℃，精轧温度为960-750℃，终轧温度为750-830℃，板卷通过层流冷却以10-20℃/s的速度快速冷却，卷取温度为480-560℃。

本发明生产上述厚规格X80热轧板卷采用直缝电阻焊(简称ERW或HFW)制成钢管，按美国石油协会API 5L标准规定，上述X80钢级钢管管体的屈服强度为555-705MPa，抗拉强度625-825MPa，伸长率≥16％，室温夏比冲击功(3个试样)Akv≥54J，室温平均落锤撕裂试验(简称DWTT)剪切面积(2个试样)SA≥85％。

本发明X80管线钢热轧板卷采用C-Mn-Cr-Nb系针状铁素体组织设计，以Cr代Mo，可选择添加V、Ni和Cu等合金元素，不添加B合金元素，合金成本低，产品达到API SPEC 5L规范要求X80管线钢要求；采用135mm或170mm厚连铸坯、在短流程连铸连铸生产线生产出厚规格X80管线钢热轧卷板，最厚规格可达19.5mm；采用动态轻压下连铸技术，且连铸板坯在500-850℃温度可直接进行热装炉再加热，提高了热能使用效率节省能源，缩短生产周期，提高生产效率，大大降低生产成本；本发明X80管线钢具有优良的综合强韧性能和良好的焊接性能：其强度满足API SPEC 5L规范要求，-20℃夏比冲击功达300J以上，剪切面积大于85％，-15℃落锤撕裂试验的剪切面积大于85％；其冷裂纹敏感系数Pcm不大于0.19％，使用合理的焊接材料和焊接工艺，可获得良好的焊接性能。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步的描述。

下面列举本发明的实施例仅对本发明最佳实施方式的描述，但并不对本发明的范围有任何限制。表1为本发明实施例钢的化学成分。其工艺流程为铁水预处理-转炉冶炼-炉外精炼(RH+LF+钙处理)-连铸-轧制，实施例钢的具体工艺制度见表2。表3为本发明实施例钢的力学性能。

由表3可见，采用本发明技术方案生产的直缝电阻焊管用X80管线钢热轧板卷，具有良好的综合力学性能和焊接性能，可以用于制造满足API SPEC 5L标准要求的X80钢级钢管。

表1本发明实施例钢的化学成分(wt，％)

类别	C	Si	Mn	P	S	Als	Cr	Cu	Ni	Nb	V	Ti	N	Ca	Pcm
																实施例1	0.045	0.20	1.83	0.012	0.0022	0.032	0.28	0.22	0.19	0.09	-	0.013	0.0042	0.0018	0.17
实施例2	0.062	0.25	1.68	0.010	0.0015	0.020	0.23	0.18	0.18	0.07	-	0.008	0.0036	0.0022	0.17
																实施例3	0.041	0.26	1.82	0.013	0.0011	0.027	0.25	0.16	0.15	0.10	0.03	0.009	0.0048	0.0015	0.16
实施例4	0.035	0.24	1.79	0.014	0.0026	0.028	0.29	0.18	0.16	0.09	-	0.011	0.0031	0.0022	0.15
																实施例5	0.027	0.22	1.82	0.008	0.0018	0.025	0.27	0.18	0.17	0.11	-	0.010	0.0030	0.0028	0.14
实施例6	0.051	0.32	1.75	0.009	0.0015	0.033	0.26	0.17	0.17	0.09	0.03	0.012	0.0050	0.0020	0.17
																实施例7	0.043	0.27	1.77	0.011	0.0021	0.030	0.029	-	-	0.10	0.025	0.015	0.0044	0.0025	0.145
实施例8	0.056	0.19	1.72	0.013	0.0019	0.026	0.027	-	-	0.11	0.035	0.017	0.0037	0.0019	0.16

注：Pcm＝C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B.

表2本发明实施例钢的工艺制度

表3本发明实施例钢的力学性能

Claims

1.一种直缝电阻焊管用X80管线钢，其特征在于该钢的化学成分重量百分比为：C 0.025％-0.065％、Si 0.10％-0.35％、Mn 1.68％-1.85％、Nb0.06％-0.11％、Cr 0.20％-0.35％、Ti 0.005％-0.020％、Als0.015％-0.045％、P≤0.020％、S≤0.005％、Ca 0.001％-0.004％、N≤0.006％，还含有Ni 0.10％-0.25％、Cu 0.10％-0.25％、V 0.01％-0.04％中的一种或两种以上，余量为铁和不可避免的杂质，且冷裂纹敏感系数Pcm≤0.19％。

2.一种权利要求1所述直缝电阻焊管用X80管线钢的制造方法，其工艺流程为：铁水预处理-转炉冶炼-炉外精炼-连铸-轧制，其特征在于连铸坯在500-850℃温度直接进行热装炉加热，经步进式加热炉加热至1130-1230℃后，经粗轧及精轧机组两阶段控制轧制，初轧温度为1100-980℃，精轧温度为960-750℃，终轧温度为750-830℃，板卷通过层流冷却以10-20℃/s的速度快速冷却，卷取温度为480-560℃。

3.根据权利要求2所述的X80管线钢的制造方法，其特征在于所述连铸坯厚度为135mm或170mm，连铸采用动态轻压下和二冷曲线动态控制。

4.根据权利要求2所述的X80管线钢的制造方法，其特征在于所述炉外精炼包括RH真空处理、LF炉轻脱硫处理和钙处理。