CN103981461A

CN103981461A - 一种x90管线钢宽厚板及其生产方法

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Publication number: CN103981461A
Application number: CN201410239091.4A
Authority: CN
Inventors: 谌铁强; 张国栋; 白学军; 王根矶; 张学峰; 李群; 李少坡; 周希楠; 白松莲; 宋欣; 冯路路; 万潇; 周德光; 刘海龙; 刘印良; 赵久梁; 李涛
Original assignee: Shougang Corp; Qinhuangdao Shouqin Metal Materials Co Ltd
Current assignee: Shougang Group Co Ltd
Priority date: 2014-05-30
Filing date: 2014-05-30
Publication date: 2014-08-13
Anticipated expiration: 2034-05-30
Also published as: CN103981461B

Abstract

一种X90管线钢宽厚板及其生产方法，属于低碳微合金钢技术领域。成分按重量百分比计为：C：0.06-0.10％，Si：0.20-0.50％，Mn：1.50-1.80％，P≤0.010％，S：≤0.003％，Nb：0.04－0.06％，V：0.04－0.06％，Ti：0.010－0.020％，Ni：0.15－0.30％，Cr：0.15－0.30％，Mo：0.10－0.30％，Als：0.020－0.05％，余量为Fe及不可避免的杂质。工艺包括：高炉铁水→铁水预脱硫→转炉冶炼→LF+RH精炼→板坯连铸→板坯加热→4300轧机轧制→ACC快速冷却→堆冷→取样、检验→入库、发运。优点在于，钢板具有高的强度，优良的低温韧性和抗动态撕裂能力。

Description

一种X90管线钢宽厚板及其生产方法

技术领域

本发明属于低碳微合金钢技术领域，特别是涉及一种X90管线钢宽厚板及其生产方法，是一种经济型的X90管线钢宽厚板，适用于石油、天然气的输送管道建设。

背景技术

石油天然气是国民经济的重要战略物资，能源增长加上结构优化调整，带动了石油天然气工业的全面发展。管道输送是将石油天然气从遥远的开采地向最终用户端长距离输送的重要方式，高压大口径长输管线已经成为油气运输最经济、最安全的运送方式。资料表明，输送压力的提高可通过提高管线钢管强度级别和增加壁厚，而壁厚增加势必带来钢管重量的增加，建设成本提高。在此情况下，只有提高管线钢级，才能减小钢管壁厚，节约钢材，降低管道建设的成本。一般情况下，钢管费用占整个管道投资的25％-30％。

近年来，随着我国西气东输、中亚管道等工程的相继建设，使得我国在X70/X80高强度管线钢开发上成绩显著，已跻身于世界先进管道的行列。目前，我国已初步形成横跨东西、纵贯南北、覆盖全国、连通海外的能源管网。随着我国油气需求的不断增加，与我国的能源需求和先进国家的管道水平相比，我国管道建设还有巨大的需求和潜力。同时，为尽可能地减少土地占用和建设成本，超高强经济型管线钢研究与开发使管道更高压力的输送成为可能。

2014年，中国石油集团组织国内管道和冶金行业专家召开了经济型X90讨论会，会上讨论了经济型X90管线钢的化学成分要求、性能指标调整、采购模式、环焊缝和经济可行性。经济型X90管线钢研制不仅是对现有X80管线钢的升级替代和低成本推广使用，而且还可为X100/X120更高级别管线钢累积相关实用数据，对中国管道建设意义重大。经济型X90管线钢宽厚板开发的难点在于成本较X80相比增加较少的前提下，实现钢板强度与韧性的全面提升，具有优良的可焊性和止裂韧性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种X90管线钢宽厚板及其生产方法，通过合理的成分设计及轧制工艺，使用300mm连铸坯生产经济型X90管线钢用热轧平板,不仅产品综合性能满足要求，而且具有优良的低温韧性和焊接性能。钢板组织主要为贝氏体组织+马氏体+少量M-A组元，组织均匀细小，晶粒度在13级以上。

本发明的钢板的成分(按重量百分比计)为：

C：0.03-0.09％，Si：0.10-0.40％，Mn：1.30-2.0％，P≤0.015％，S：≤0.003％，Nb：0.05-0.10％，V：≤0.06％，Ti：0.010-0.040％，Ni：0.10-0.50％，Cr：≤0.50％，Mo：≤0.50％，Al：0.010-0.040％,余量为Fe及不可避免的杂质。

本发明成分设计基于以下认识：

C：为保证经济型X90管线钢具有优异的焊接性能和良好的低温韧性，碳含量需严格控制在0.09％以下。

Si是有效的脱氧元素，还可以起到强化作用，但Si含量过高会使钢的塑性和韧性降低，因此设定其范围是0.15％～0.40％。

Mn是钢中重要的固溶强化元素，可降低相变温度，细化组织亚结构，在强化钢板的同时改善韧性；同时，可提高淬透性。

P、S为有害杂质元素，采用钙处理和纯净钢生产技术，严格控制钢中磷、硫等夹杂物。

Nb、Ti即是固溶强化元素，又是碳氮化物形成元素，在钢坯加热及轧制过程中，钉扎奥氏体晶界并阻止奥氏体晶粒过度长大，但其含量过高会影响韧性和焊接性。

Cr可以有效增加钢的淬透性，改善力学性能，但含量过高对材料焊接性有不利影响。

Ni、Cu起固溶强化作用，还能改善耐蚀性，Ni同时还能改善钢的低温韧性。

Mo能改善钢的低温韧性，较强的贝氏体相变控制元素。在高强度微合金钢中，添加适量的Mo元素就可以获得明显的贝氏体组织，同时因相变向低温方向转变，可使相变组织进一步细化，大幅提高钢的强韧性能，同时还可有效降低屈强比。由于Mo为贵金属元素，因此本发明中Mo含量控制在0.10～0.25％范围。

N的存在会恶化母材和焊接热影响区的韧性，其含量不超过0.006％为宜。

本发明的钢板的生产包括：高炉铁水→铁水预脱硫→转炉冶炼→LF+RH精炼→板坯连铸→板坯加热→4300轧机轧制→ACC快速冷却→堆冷→取样、检验→入库、发运。

在板坯浇铸+控制轧制+控制冷却工艺，过程中控制参数为：

(1)将按钢板的化学成分冶炼钢水浇注成300mm厚连铸坯；

(2)通过步进梁式加热炉将钢坯加热至设定温度1150～1200℃，加热时间280-350min，保证钢坯充分奥氏体化；

(3)钢坯出炉后进入4300mm轧机轧制，轧制时采用再结晶区+未再结晶区两阶段轧制，控温厚度为成品厚度的2-4倍，粗轧阶段与精轧阶段参数如下：

粗轧阶段：开轧温度：1000-1100℃，轧制速度：1.0-3.5m/s，轧制力矩：2000-3200kNm；为获得细小、均匀的显微组织，粗轧需保证单道次变形率10-35％。

精轧阶段：采用低温开轧，开轧温度：760-820℃，终轧温度：720-800℃，轧制速度：2.0-4.0m/s。

(4)轧后钢板通过超快冷UFC+层流ACC联合冷却，开始冷却温度控制在730-790℃，终冷温度控制在200-350℃，充分利用冷却设备能力，冷却速率25-40℃/s，以大冷速充分细化晶粒，改善钢板强韧性；

(5)钢板冷却后堆垛缓冷，堆冷时间12-24小时。

通过上述工序所生产的经济型X90管线钢，钢板具有高的强度，优良的低温韧性和抗动态撕裂能力。

附图说明

图1为X90管线钢宽厚板光学电镜组织。

图2为X90管线钢宽厚板扫描电镜组织。

具体实施方式

根据本发明经济型X90管线钢宽厚板及其制造方法，在100吨转炉上冶炼，并浇铸成300mm×2400mm×2700mm的连铸坯，在4300mm宽厚板生产线上进行轧制。化学成分如表1所示，工艺制度如表2所示，钢板力学性能如表3所示。

表1钢板的化学成分wt％

实施例	O	Si	Mn	P	S	Al	Nb	Ni	Ti	Cr	Cu	Mo	N	H
															实施例1	0.045	0.25	1.80	0.011	0.0013	0.034	0.078	0.175	0.014	0.21	0.20	0.15	0.004	0.0001
实施例2	0.056	0.24	1.79	0.010	0.0008	0.036	0.063	0.175	0.014	0.19	0.21	0.12	0.003	0.0001
															实施例3	0.060	0.22	1.75	0.009	0.0011	0.03	0.055	0.172	0.015	0.23	0.19	0.18	0.002	0.0001
实施例4	0.070	0.23	1.70	0.008	0.0009	0.035	0.050	0.170	0.015	0.20	0.21	0.13	0.004	0.0002

表2工艺制度

本发明生产的经济型X90管线钢具有间距较小的板条结构，在板条之间分布着细小的M-A岛，并具有高密度位错。图1和图2分别为光学和扫描电镜下X90金相照片。

表3钢板力学性能

本发明通过采用低温大压下及超快冷+层流冷却的超低温相变，充分细化相变组织，保证X90管线钢变形后相变组织为细小的贝氏体组织+马氏体组织，保证了钢板能够具有高的强度，同时具有优良的低温冲击韧性和抗低温动态撕裂能力。本发明经济型X90管线钢，可广泛用于石油天然气管道工程建设中，对降低输送管线的建设成本有明显作用。

Claims

1.一种X90管线钢宽厚板，其特征在于，成分重量百分数为：

C：0.06-0.10％，Si：0.20-0.50％，Mn：1.50-1.80％，P≤0.010％，S：≤0.003％，Nb：0.04－0.06％，V：0.04－0.06％，Ti：0.010－0.020％，Ni：0.15－0.30％，Cr：0.15－0.30％，Mo：0.10－0.30％，Als：0.020－0.05％，余量为Fe及不可避免的杂质。

2.一种权利要求1所述的X90管线钢宽厚板的生产方法，工艺包括：高炉铁水→铁水预脱硫→转炉冶炼→LF+RH精炼→板坯连铸→板坯加热→4300轧机轧制→ACC快速冷却→堆冷→取样、检验→入库、发运；其特征在于，在板坯浇铸+控制轧制控制冷却工艺过程中控制的技术参数为：

(1)将按钢板的化学成分冶炼钢水浇注成300mm厚连铸坯；

(2)通过步进梁式加热炉将钢坯加热1150～1200℃，加热时间280-350min，保证钢坯奥氏体化；

粗轧阶段：开轧温度：1000-1100℃，轧制速度：1.0-3.5m/s，轧制力矩：2000-3200kNm；粗轧需保证单道次变形率10-35％；

精轧阶段：开轧温度：760-820℃，终轧温度：720-800℃，轧制速度：2.0-4.0m/s；

(4)轧后钢板通过超快冷UFC+层流ACC联合冷却，开始冷却温度控制在730-790℃，终冷温度控制在200-350℃，冷却速率25-40℃/s，以细化晶粒，改善钢板强韧性；

(5)钢板冷却后堆垛缓冷，堆冷时间12-24小时。