CN104046896B - 一种经济型x65石油天然气管线钢及其生产方法 - Google Patents

Abstract

一种经济型X65石油天然气管线钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.10～0.14%、Si：0.15～0.40%、Mn：1.10～1.40%、P：≤0.015%、S≤0.0020%、Nb：0.025～0.045%、V：0.041~0.060%、Ti：0.005～0.020%、Al：0.020～0.050%、N：≤0.008%；生产步骤：冶炼并浇注成坯；对铸坯加热；在宽厚板轧机上粗轧；在宽厚板轧机上分两阶段精轧；冷却；矫直。本发明可以比现有价格降低不低于5%，且钢板的屈服强度（R_t0.5）≥450MPa，抗拉强度（R_m）≥535MPa，屈强比（R_t0.5/R_m）≤0.91，延伸率（A_50mm）≥24％，-20℃？KV₂≥200J，-15℃？DWTT。

Description

一种经济型X65石油天然气管线钢及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种管线钢及其生产方法，具体地属于一种X65级石油天然气管线钢及其生产方法。

背景技术

随着世界经济的高速发展，对石油、天然气等能源资源的需求与日俱增，石油、天然气长输管道和城市管网的建设得到蓬勃发展。为提高长输管道和城市管网的输送效率和运行的经济性，近年来，管道的输送压力和管径不断增加，对所采用管线钢原材料的强韧性要求越来越高。

目前国内外主要长输管道的主干线均采用X70、X80级管线钢，支线和城市管网的选材主要采用X60、X65甚至X70级管线钢。但是，现有的使用钢中含有昂贵的Ni、Cu、Mo等元素，且铸坯的加热温度较高，导致能耗高，冷却温度较低，导致钢板的内应力较大，使钢板的平直度较差。传统的C含量均采用低于0.1%，因为认为如果C含量高于0.1%，则会导致管线钢的韧性和焊接性能无法满足使用要求。本发明申请从降低成本的角度出发，经过大量试验研究，克服了这种传统的思维方式，提出了在保证管线钢的使用性能的前提下，通过提高C含量而降低原材料生产成本的技术措施。

经检索：

专利申请号为201010243241.0的中国专利文献，公开了“一种X65管线钢的制造方法”，其阐述了一种采用低C、高Mn、较高Nb、较高V的成分设计理念，并使用炉卷轧机，通过TMCP工艺生产X65管线钢。该文献存在的不足是：添加了较高含量的Nb、V，使生产成本高，且还在粗轧与精轧之间需要弛豫，导致不仅生产效率较低，且间接生产成本增加。

专利申请号为200710028175.3的中国专利文献，公开了“一种低成本生产X65管线钢的方法“，其阐述了一种采用低C、高Mn、较高Nb、微Ti处理的成分设计，结合TMCP工艺生产X65管线钢热轧板卷的方法。该文献虽没有添加Mo、Ni、Cu等贵重合金，且能够达到X65级管线钢的强韧性要求，但是其仅适用于CSP产线生产极薄规格（10mm以下）的X65管线钢。这种薄规格的管线钢如使用于石油及天然气的输送，承压能力严重不足而无法满足要求。

专利申请号为201110350933.X的中国专利文献，公开了“一种基于炉卷轧机生产的深海管线钢及其制造方法”，其阐述了一种采用低碳/超低碳-高Mn-Nb-Ni，适量添加Cu、Cr、Mo等合金元素的成分设计，结合TMCP工艺生产深海用X65管线钢的方法。该文献生产的X65管线钢板性能优异，但由于添加昂贵的Mo、Ni、Cu等合金元素，且铸坯的加热温度较高，导致能耗高，冷却温度较低，导致钢板的内应力较大，使钢板的平整度较差。

专利申请号为201110232809.3的发明专利文献，其公开了“深海用≥25mm厚的管线钢及其生产方法”，其阐述了一种采用低碳/超低碳-高Mn-Nb-Mo，适量添加Cu、Cr、Ni、V等合金元素的成分设计，结合TMCP工艺生产深海用X65管线钢的方法。该文献生产出的特厚规格X65管线钢板性能优异，但同样由于添加昂贵的Mo、Ni、Cu等合金元素，且铸坯的加热温度较高，导致能耗高，冷却温度较低，导致钢板的内应力较大，使钢板的平整度较差。

另有一个申请号为201210038193.0的发明专利文献，其公开了《一种耐磨损的浆体输送管线用钢及其生产方法》。其虽然可替代用于石油管线用钢，但由于其仍含有较昂贵的Cu、Mo元素，且铸坯的加热温度较高，导致能耗高。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，提供一种在保证X65管线钢板性能优异的前提下，使生产成本可比现有成本降低不低于5%，且成分及工艺简单的经济型X65石油天然气管线钢及其生产方法。

本申请为了实现上述目的，对实现本申请的目的的起影响或者关键作用的合金元素及工艺进行了深入的研究，其结果，为了即使在保证X65力学性能的前提下，还能实现生产成本可比现有成本降低不低于5%的目的，因此提出了采用在成分方面主要是采用了较高的C含量，即其含量在0.1~0.14%，更佳是在0.105～0.125%；其次还采用了匹配的工艺，即将铸坯加热温度控制在1100～1180℃，最佳是在1100～1145℃；并将冷却温度控制在较高的550~650℃范围，其不仅可以使V得到充分析出，而且有利于钢板的残余应力的释放，使钢板的平整度更好，并还可以缩短冷却时间，对提高生产效率有益。

实现上述目的的措施：

一种经济型X65石油天然气管线钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.10～0.14%、Si：0.15～0.40%、Mn：1.10～1.40%、P：≤0.015%、S≤0.0020%、Nb：0.025～0.045%、V：0.041~0.060%、Ti：0.005～0.020%、Al：0.020～0.050%、N：≤0.008%，余量为Fe及不可避免的夹杂。

优选地：C的重量百分比含量在0.105～0.125%。

优选地：V的重量百分比含量在0.041～0.053%。

生产一种经济型X65石油天然气管线钢，其步骤：

1）转炉冶炼、常规真空进行Si-Ca处理、浇注成坯；

2）对铸坯加热，控制铸坯加热温度在1100～1180℃；

3）在宽厚板轧机上进行粗轧，控制粗轧温度在980～1130℃，道次压下率不低于10%；

4）在宽厚板轧机上进行精轧，控制精轧温度在720～980℃，精轧累积压下率不低于75%；

5）进行冷却，在冷却速度为10～20℃/s下冷却至550~650℃；

6）进行矫直。

优选地：控制铸坯加热温度在1100～1145℃。

本发明中各元素及主要工序的作用

碳：本申请之所以采用较高的C含量，经试验，其可以大幅提高管线钢的强度，从而减少其他贵重合金的加入量，显著降低合金设计成本，而且，深入的强韧化机理研究和多次试制发现，若碳含量不超过0.14%，通过合理控制轧制工艺和冷却工艺，有效细化成品晶粒尺寸，尽量避免或减少珠光体组织的形成，则钢的韧性和焊接性能能够得到保证。因此，将碳含量限定为0.10～0.14％，优选地：C的重量百分比含量在0.105～0.125%。

硅（Si）含量为0.15～0.40％，主要起固溶强化作用，同时避免因添加过量硅导致钢的塑、韧性显著恶化。

锰（Mn）含量为1.10～1.40％，加入一定量的经济合金化元素锰，可以显著提高钢的强度，此外，锰还可以在一定程度上细化晶粒，改善钢的冲击韧性，但是锰易形成偏聚，导致钢的成分和组织不均，因此将锰控制在较低水平。

铌（Nb）含量为0.025～0.045％，铌可以显著提高钢的奥氏体再结晶温度，扩大未再结晶区范围，便于实现高温控轧，降低轧机负荷，同时铌还可以抑制奥氏体晶粒长大，具有显著的细晶强化和析出强化作用。但是在Nb属于贵重金属，且添加过量的铌会促进M-A岛的生成，降低焊接热影响区的韧性，因此，将铌的含量限定为0.025～0.045％。

钒（V），钒可以补充铌析出强化的不足，还可以在一定程度上改善钢的焊后韧性。但由于钒具有较强的沉淀强化和较弱的细晶强化作用，加入量高于0.06%的钒，易导致钢的韧脆转变温度提高，因此将钒的含量控制在含量为0.041～0.060%，优选地V的重量百分比含量在0.041～0.053%.

钛（Ti）含量为0.005～0.020％，钛与铌在钢中的作用类似，有较强的细晶强化和析出强化作用，微量的钛还可以在高温下与碳、氧结合，形成高温难熔的析出物，有利于抑制焊接热影响区的奥氏体晶粒长大，显著改善焊接热影响区的韧性。

铝（Al）的含量为0.020～0.050％，铝是钢中主要的脱氧元素，能够显著降低钢中的氧含量，同时铝与氮的结合形成AlN，能够有效地细化晶粒。但是钢中铝含量超过一定量时，易导致铝的氧化物夹杂明显增加，降低钢的洁净度，对钢的低温韧性不利。

磷（P）、硫（S）、氮（N）含量分别为：[%P]≤0.015，[%S]≤0.0020，[%N]≤0.008。磷易导致钢的冷脆，硫易引起热脆，而氮易引起钢的淬火失效和形变失效，导致钢的性能不稳定，因此应尽量降低钢中的磷、硫、氮的含量。

本发明与现有技术相比，采用较经济的成分设计和较简便的生产工艺，可以显著降低X65管线钢的生产成本，即比现有价格降低不低于5%，且生产效率还可得到提高。试验和检验结果表明，通过组分及含量和生产工艺的控制，能够获得理想的细小、均匀的铁素体＋少量贝氏体组织（或铁素体＋少量贝氏体+少量珠光体组织），可以实现X65级管线钢板所要求的较高强度、优良塑性和低温韧性的良好匹配，钢板的屈服强度（R_t0.5）≥450MPa，抗拉强度（R_m）≥535MPa，屈强比（R_t0.5/R_m）≤0.91，延伸率（A_50mm）≥24％，-20℃KV₂≥200J，-15℃DWTTSA≥85％。

具体实施方式

下面对本发明予以详细描述：

表1为本发明各实施例及对比例的取值列表；

表2为本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表；

表3为本发明各实施例及对比例横向主要性能检测统计表。

本发明各实施例按照以下步骤生产：

1）转炉冶炼、常规真空进行Si-Ca处理、浇注成坯；

2）对铸坯加热，控制铸坯加热温度在1100～1180℃；

3）在宽厚板轧机上进行粗轧，控制粗轧温度在980～1130℃，道次压下率不低于10%；

4）在宽厚板轧机上进行精轧，控制精轧温度在720～980℃，精轧累积压下率不低于75%；

5）进行冷却，在冷却速度为10～20℃/s下冷却至550~650℃；

6）进行矫直。

表1本发明各实施例及对比例的取值列表(wt%)

表2本发明各实施例及对比例的轧钢工艺

表3本发明各实施例及对比例横向主要性能检测统计表

由于本发明所设计的经济型X65管线钢不添加贵重的Cu、Ni、Mo元素，且Mn、Nb、V含量也较低，较现有X65管线钢的合金设计成本降低（[Mo]：0.10%左右；[Nb]：0.50~0.65%）计算约在200元/吨以上。

上述实施例仅为最佳例举，而并非是对本发明的实施方式的限定。

Claims (2)

1.一种经济型X65石油天然气管线钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.116～0.14%、Si：0.15～0.40%、Mn：1.10～1.40%、P：≤0.015%、S≤0.0020%、Nb：0.025～0.045%、V：0.057~0.060%、Ti：0.005～0.020%、Al：0.020～0.050%、N：≤0.008%，余量为Fe及不可避免的夹杂。

2.生产如权利要求1所述的一种经济型X65石油天然气管线钢，其步骤：

1）转炉冶炼、常规真空进行Si-Ca处理、浇注成坯；

2）对铸坯加热，控制铸坯加热温度在1100～1145℃；

3）在宽厚板轧机上进行粗轧，控制粗轧温度在980～1130℃，道次压下率不低于10%；

4）在宽厚板轧机上进行精轧，控制精轧温度在720～980℃，精轧累积压下率不低于75%；

5）进行冷却，在冷却速度为13.8～20℃/s下冷却至550~587℃；

6）进行矫直。