CN104357749A

CN104357749A - 一种螺旋埋弧焊管用高强韧性x90热轧钢带及生产方法

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Publication number: CN104357749A
Application number: CN201410644766.3A
Authority: CN
Inventors: 崔雷; 孔君华; 徐进桥; 李利巍; 郭斌; 邹航; 杜明; 杨海林; 刘小国; 胡晟蓝
Original assignee: Wuhan Iron and Steel Group Corp
Current assignee: Wuhan Iron and Steel Group Corp
Priority date: 2014-11-14
Filing date: 2014-11-14
Publication date: 2015-02-18

Abstract

一种螺旋埋弧焊管用高强韧性X90热轧钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.03~0.06%、Si：0.25~0.35%、Mn：1.80~2.10%、P≤0.012%；S≤0.002%、Cr：0.10~0.25%、Mo：0.15~0.35%、Nb：0.06~0.11%、Ti：0.009~0.02%、N≤0.003%,并同时满足：CEpcm(%)=C+Si/30+(Cr+Mn+Cu)/20+Mo/15+V/10+Ni/60+5B≤0.2%；生产步骤：冶炼并连铸成坯；对铸坯加热；热轧；层流冷却；卷取。本发明钢带试样方向与轧制方向呈30°夹角时，其Rp0.2在630~720MPa，Rm≥730MPa，Rp0.2/Rm≤0.90，延伸率A≥18%，Agt≥6%，-15℃DWTT断面剪切率SA≥95%，HV10≤265，-20℃下的冲击功单值≥285J，-20℃下冲击功均值≥355J，完全满足螺旋埋弧焊管长距离、高效能的要求。

Description

一种螺旋埋弧焊管用高强韧性X90热轧钢带及生产方法

技术领域

本发明涉及一种管道用热轧钢带及生产方法，具体地属于一种螺旋埋弧焊管用高强韧性X90热轧钢带及生产方法。

背景技术

随着我国经济的飞速发展，国民经济对石油、天然气等能源的需求量及依存度与日俱增。鉴于我国天然气资源分布与市场需求的不平衡的现状，大输量长距离管道输送成为我国天然气输送的重要选择。

高强度钢级别、大壁厚、高压力成为今后实现天然气长距离、高效管道输送的必然趋势。在管径、管道压力等管道设计指标相同的前提下，提高管线钢级可实现管道壁厚减薄，从而提高管道焊接效率、降低管道用钢，管道铺设及营运成本。高钢级管线钢X90的研制开发对国家能源战略安全具有重要的现实意义。

就目前而言，石油、天然气管线用X90钢的研发多数围绕直缝埋弧焊管及X90钢板进行研发，螺旋焊管用X90钢带方面的研究更是稀少。X90钢带的生产效率远高于X90钢板，且与之相匹配的螺旋焊管生产效率也明显优于直缝埋弧焊管，因此包括西气东输二线、西气东输三线等国家重大工程中均大量采用管线钢钢带及其螺旋埋弧焊管。因制管方式存在螺旋焊管或与直缝焊管的差异，管线钢性能检验所要求的取样方向相应分为地与轧向呈30°或与横向（与轧向呈90°）。生产实践和研究表明，管线钢横向试样的力学性能远高于与轧制方向呈30°试样相应性能，其中横向试样的屈服强度一般高出轧制方向呈30°试样50MPa左右。由此可见，X90钢板的制造技术无法满足螺旋焊管用X90钢带的要求，且螺旋焊管用X90钢带的开发难度远高于直缝焊管用钢板。鉴于螺旋焊管用X90钢带开发的特殊性和重要性，本发明提供了一种螺旋埋弧焊管用高强韧性X90热轧钢带及生产方法。

经检索，在本发明之前，申请号为201010546375.X的中国专利涉及的是X90无缝钢管的制造方法，且其只采用热处理方式生产，生产流程长且能源消耗大。申请号为200710045314.3、201110359356.0、201310169449.6、201310469620.5、201410266532.X的中国专利均为直缝焊管用X90钢板或钢管相关专利，均不适用于螺旋焊管及其X90钢带生产，其中专利200710045314.3中Cu、Cr、Ni、Mo的含量过于宽泛，对生产不具备指导意义且成本较高，另外4项专利有的均单独或复合添加了过的的贵重金属Ni、Mo（如Ni 0.20~0.50或Ni 0.42、Mo0.39）增加了合计成本，有的添加了过多的Cr（如Cr 0.25~0.50或Cr0.35~0.65）,不利于X90钢获得优异的低温冲击韧性。申请号为201010216400.8的中国专利涉及一种X90螺旋焊管制造方法，但专利涉及的X90钢带化学成分体系复杂，生产难度交到，另外重要合金元素仅规定上限值且范围宽泛，不具有实际生产指导意义。

发明内容

本发明针对现有技术不能用于制备高强韧性的螺旋埋弧焊管要求的不足，提供一种在钢带轧制方向呈30°夹角时，其屈服强度R_p0.2在 630~720MPa，抗拉强度R_m≥730MPa，屈强比R_p0.2/R_m≤0.90，延伸率A≥18%，最大力伸长率Agt≥6%，-20℃ 冲击功KV₂≥300J，-15℃ DWTT断面剪切率SA≥95%，硬度值HV₁₀≤265，-20℃下的冲击功单值≥285J，冲击功均值≥355J的螺旋埋弧焊管用高强韧性X90热轧钢及生产方法。

实现上述目的的措施：

一种螺旋埋弧焊管用高强韧性X90热轧钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.03~0.06%、Si：0.25~0.35%、Mn：1.80~2.10%、P≤0.012%；S≤0.002%、 Cr：0.10~0.25%、Mo：0.15~0.35%、Nb：0.06~0.11%、Ti：0.009~0.02%、N≤0.003%、其余为Fe及不可避免的夹杂元素；并同时满足：CEpcm (%)=C+Si/30+(Cr+Mn+Cu)/20+Mo/15+V/10+Ni/60+5B≤0.2%。

其在于：添加有Cu≤0.15%或Ni≤0.15%或两者的复合。

优选地：Cr重量百分比含量为0.12~0.22%。

优选地：Ti重量百分比含量为0.011~0.018%。

生产一种螺旋埋弧焊管用高强韧性X90热轧钢，其步骤：

1）冶炼并连铸成坯；

2）对铸坯加热，控制其加热温度在1150~1200℃；

3）进行热轧：控制其粗轧结束温度不低于1020℃，单道次压下率不低于16%；控制其精轧开轧温度不超过950℃，终轧温度在830~860℃，前三道次累计压下率不低于48%；

4）进行层流冷却，在冷却速度为10~25℃/s下冷却至卷取温度，并控制上下冷却集管的水量比在1:1.1~1.3；

5）进行卷取，控制其卷取温度在300~400℃。

优选地：卷取温度在310~345℃。

本发明中各元素及主要工序的作用

本发明设计为保证X90板卷的性能达到发明目的，在化学成分设计过程中重点考虑如下因素：X90钢的强度性能、低温韧性以及可焊接性。下面根据这三方面的因素详述本发明中各元素的作用及限定量的理由：

C：C为最基本、最经济的强化元素，通过固溶强化和析出强化有效地提高钢的强度。在本发明中，C含量如低于0.03%，则不能满足强度的要求，如其含量高于0.06%，则会降低钢的塑性、韧性和可焊接性，故将其含量控制为0.03~0.06%。

Si：Si主要以固溶强化形式提高钢的强度，同时也是钢中的脱氧元素。在本发明中，当其含量低于0.25%，使其强化的效果不明显，如其含量过高于0.30%，又对钢的韧性不利。故将其含量控制为0.25~0.30%。

Mn：Mn是钢中重要的固溶强化元素，可以补偿钢中C含量较低引起的强度损失，并且扩大奥氏体相变区，有利于获得细小的低温相变产物，提高钢的低温韧性。在本发明中，当其含量高于2.10%，则会导致钢中偏析严重，影响焊接性能。故将其含量控制为1.80~2.10%。

Cr：Cr能有效地提高钢的淬透性和强度，抑制多边形铁素体和珠光体产生，促进中温转变。多次试验发现Cr含量超过0.25%后，引起钢的冲击韧性明显下降。因此，本发明中Cr含量控制在0.10~0.25%。优选地：Cr重量百分比含量为0.12~0.22%。

Mo：Mo能够扩大奥氏体相变区，抑制先共析铁素体相变，促进含高密位错的细小针状铁素体形成，使管线钢具有良好的强韧性匹配。同时可以稳定过冷奥氏体，形成弥散分布的M/A岛，改善钢的最大力伸长率Agt。但当其含量低于0.10%，则会导致中温相变产物针状铁素体组织比例减少，使钢的强度难以达到X90要求，其含量如高于0.35%，则会引起钢中M/A含量过度增加，降低钢的低温韧性，故将其含量控制在0.10~0.35%。

Cu、Ni：在本发明中是作为可添加可不添加的元素。

Nb：Nb具有强烈的晶粒细化作用，能够延迟奥氏体再结晶，降低相变温度，促进细小针状铁素体性能，提高钢的强度和韧性。在本发明中，但当其含量低于0.06%，则会引起钢中Nb（C，N）析出量降低，导致其析出强化作用不足，其含量如高于0.11%，则会导致钢中的固溶Nb含量增加，不仅起不到强化作用，且会促进钢M/A含量过度增加，降低钢的低温韧性，故将其含量控制为0.06~0.11%。

Ti：Ti在冶炼过程中形成TiN，避免游离N原子减弱钢的韧性。同时，TiN颗粒可以阻碍奥氏体晶粒在加热过程中的粗化，从而细化钢的相变产物，改善钢及其热影响区的韧性。添加适量的Ti还有助于促进Nb发挥固溶强化效果。在本发明中，但当其含量低于0.011%，则钢中的游离N原子不能被完全固化成TiN，因此钢的低温韧性降低，其含量如高于0.02%，则会引起合金元素的浪费，同时Ti的析出过程较难控制，添加过多的Ti会增大钢带长度方向上的强度波动，不利于产品性能均匀性控制。故将其含量控制为≤0.02%。优选地：Ti重量百分比含量为0.011~0.018%。

P、硫S：P在钢中容易造成偏析、降低钢的低温韧性和恶化焊接性能。S容易与Mn形成MnS夹杂，影响钢的韧性。因此，本发明应尽量减少P、S的含量以减少其对钢的不利影响，P的含量控制为P≤0.012%，S的含量控制为S≤0.002%。

本发明的板卷还应满足CEpcm≤0.20%，以保证发明钢具有良好的焊接性能。

本发明之所以控制粗轧阶段采用单道次大压下工艺，机保证单道次压下率≥16%，以使X90钢中间坯表面和心部的奥氏体晶粒在大压下的作用下进行多次回复和再结晶，实现了板坯厚度截面奥氏体晶粒细化的目的。

本发明之所以控制在精轧阶段前三道次累计压下率≥48%，以保证奥氏体晶粒在非再结晶区获得高的累计变形和充分扁平化，从而使形变奥氏体内部具有高密度的位错积累，促进NbC在形变奥氏体中弥散析出和中温相变产物的细化。

本发明之所以控制层流冷却冷速达到10~25℃/S，以保证细化及变形的奥氏体晶粒在低温相变区得以充分转变，获得均匀细小的针状铁素体+M/A岛复相组织。同时可以控制M/A岛状物的数量及形状，进而改善X90钢的强韧性和最大力伸长率Agt。

本发明之所以适当增大层流却段下部冷却集管水量，使上下集管水量比例控制为1:1.1~1:1.3，以保证X90热轧钢带上下表面冷却程度均匀，减少钢带上下表面的性能差异。

本发明与现有技术相比，X90钢带试样方向与轧制方向呈30°夹角时，其屈服强度R_p0.2在 630~720MPa，抗拉强度R_m≥730MPa，屈强比R_p0.2/R_m≤0.90，延伸率A≥18%，最大力伸长率Agt≥6%，-15℃ DWTT断面剪切率SA≥95%，硬度值HV₁₀≤265，-20℃下的冲击功单值≥285J，-20℃下冲击功均值≥355J，完全满足螺旋埋弧焊管长距离、高效能的要求。

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性能检测情况列表。

本发明各实施例按照以下步骤生产：

1）冶炼并连铸成坯；

2）对铸坯加热，控制其加热温度在1150~1200℃；

5）进行卷取，控制其卷取温度在300~400℃。

表1 本发明各实施例与对比钢化学成分（wt％）

表2 本发明实施例与对比例的主要工艺过程

注：表1与表2中的取值并非对用关系，仅为举例而已。

表3 本发明各实施例及对比例力学性能列表

从表3数据可知，本发明实施例的力学性能，特别是屈服强度与冲击功均优于对比例。

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

1.一种螺旋埋弧焊管用高强韧性X90热轧钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.03~0.06%、Si：0.25~0.35%、Mn：1.80~2.10%、P≤0.012%；S≤0.002%、 Cr：0.10~0.25%、Mo：0.15~0.35%、Nb：0.06~0.11%、Ti：0.009~0.02%、N≤0.003%、其余为Fe及不可避免的夹杂元素；并同时满足：CEpcm (%)=C+Si/30+(Cr+Mn+Cu)/20+Mo/15+V/10+Ni/60+5B≤0.2%。

2.如权利要求1所述的一种螺旋埋弧焊管用高强韧性X90热轧钢，其特征在于：添加有Cu≤0.15%或Ni≤0.15%或两者的复合。

3.如权利要求1所述的一种螺旋埋弧焊管用高强韧性X90热轧钢，其特征在于：Cr重量百分比含量为0.12~0.22%。

4.如权利要求1所述的一种螺旋埋弧焊管用高强韧性X90热轧钢，其特征在于：Ti重量百分比含量为0.011~0.018%。

5.生产权利要求1所述的一种螺旋埋弧焊管用高强韧性X90热轧钢，其步骤：

1）冶炼并连铸成坯；

2）对铸坯加热，控制其加热温度在1150~1200℃；

5）进行卷取，控制其卷取温度在300~400℃。

6.如权利要求5所述生产一种螺旋埋弧焊管用高强韧性X90热轧钢的方法，其特征在于：卷取温度在310~345℃。