CN110468332A - 一种薄规格直缝低屈强比高韧性管线卷板及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种薄规格直缝低屈强比高韧性管线卷板及其制造方法。钢中含有C:0.08%~0.15%,Si:0.05%~0.14%,Mn:1.30%~1.60%,P≤0.018%,S≤0.005%,Ti:0.01%~0.03%,Al:0.03%~0.06%,Nb≤0.05%,V≤0.05%,Cr:0.31%~0.50%,N≤0.005%,余量为Fe和不可避免的杂质。连铸板坯经加热炉加热至1160~1220℃;随后进行两阶段控制轧制,第一阶段终轧温度大于970℃;第二阶段开轧温度小于990℃,终轧温度为830~890℃;轧后卷板以6~16℃/s的冷却速度进行冷却,在580~650℃温度进行板卷卷取。成品钢板的厚度为≤7mm,屈强比≤0.85。用于油气输送管道。
Description
技术领域
本发明涉及一种油气输送管道用管线钢热轧卷板的制造,特别涉及一种薄规格直缝低屈强比高韧性X60级卷板及其制造方法,其屈强比≤0.85,-60℃DWTT≥95%。
背景技术
石油是工业发展的主要能源,石油管道输送具有高效、安全、经济等特点。石油管道一般包括干线管、支线管和城市管网等。干线管一般采用大口径、高钢级螺旋钢管,支线管和城市管网考虑到成本和安全性角度,更多采用小口径、低钢级薄规格直缝钢管。低钢级薄规格直缝钢管中,X60所占比例较大。
根据API SPEC 5L标准规定,X80级别以下屈强比都是不超过0.93,X90级别屈强比不超过0.95,X100级别屈强比不超过0.97,120级别屈强比不超过0.99。钢级越高,材料的屈服强度增长较快,屈强比呈明显升高趋势。目前,国内外各管道规范对这一指标的要求是:X65,X70级及更高级板卷,屈强比放宽到0.90甚至0.93,低于X65级板卷屈强比≤0.85。
一般来说,在成分工艺都不变的情况下,卷板的厚度越薄,屈强比越高;横向屈强比高于斜向屈强比。所以,薄规格(≤7mm)直缝低屈强比(≤0.85)X60卷板的生产技术难度较大。目前,该低屈强比直缝X60报道较少,以下简单介绍与本发明较为接近的专利和文献:
(1)CN107326261A公开了低屈强比薄规格高强抗酸管线钢热轧卷板及其制造方法。成分中含C:0.04%~0.065%,Nb:0.025%~0.04%,Ti:0.010%~0.025%,Cr:0.1%~0.3%。实施方式为中厚板。该专利中C、Cr含量较低,最终组织是铁素体-珠光体,降低屈强比的效果有限,都在0.85以上。
(2)CN105463317A公开了低屈强比热轧管线钢原卷或开平板及其制备方法。成分中含C:036%~0.057%,Nb:0.020%~0.044%,Ti:0.010%~0.025%,Cr:0.15%~0.25%。实施方式为超快冷。该专利中C、Cr含量较低,屈服强度低,由于包申格效应,制管后强度下降导致钢管性能不能满足X60要求。
(3)CN104818427A公开了一种直缝焊管用耐硫化氢腐蚀的X70管线钢及生产方法。成分中含C:030%~0.060%,Nb:0.015%~0.065%,Mo:0.05%~0.15%,V:0.02%~0.05%。实施方式为控轧控冷。该专利中C含量较低,需要添加较多贵重合金,合金成本高。
(4)李少坡等人发表的论文《影响管线钢X60屈强比的基础参数研究》,其成分中C<0.10%,Nb+V+Ti≤0.15%,其他元素未公开。产品厚度为12mm,屈强比≥0.87。该利中产品规格厚度大于7mm,而且屈强比未达到0.85以下。
以上公开的专利中,存在屈强比或者屈服强度达不到使用要求,部分存在生产成本高的问题。
发明内容
针对目前生产薄规格(≤7mm)直缝X60热轧卷板存在的屈强比高或屈服强度低等技术问题,提出本发明的技术方案。本发明的目的在于提供一种油气输送管道用管线钢热轧卷板的制造,特别涉及一种薄规格(≤7mm)直缝低屈强比高韧性X60卷板及其制造方法,其屈强比≤0.85,-60℃DWTT≥95%。
一种薄规格(≤7mm)直缝X60热轧卷板,化学成分(重量,%)配比如下:C:0.08%~0.15%,Si:0.05%~0.14%,Mn:1.30%~1.60%,P≤0.018%,S≤0.005%,Ti:0.01%~0.03%,Al:0.03%~0.06%,Nb≤0.05%,V≤0.05%,Cr:0.31%~0.50%,N≤0.005%,其余为Fe和不可避免元素。
与现有技术相比,本方案C、Mn含量适中,适量Cr、V提高抗拉强度,降低屈强比到0.85以下。
本发明元素的作用机理如下:
C:碳属于固溶元素,主要起固溶强化作用,是保证强度最为有效的元素,可以提高淬透性,促进珠光体生产比例,提高抗拉强度,因此,碳含量不宜过低;但是,碳含量的增加对材料韧性和焊接性不利,所以,碳含量也不能过高,因此,本发明碳控制在0.08%~0.15%较为适宜。
Si:硅可以起到固溶强化作用,0.14%以下可有效减轻红铁皮的产生,但其含量过高会使钢的塑性和韧性降低,其最佳范围是0.05%~0.14%。
Mn:锰主要起固溶强化的作用,可提高屈服强度和抗拉强度,还能增加奥氏体稳定性,对低温韧性和提高淬透性也有利。锰还起降低相变温度的作用,有助于晶粒细化,促进贝氏体转变,提高强度和韧性。但是,锰含量过高易诱发偏析,Mn含量控制在1.30%~1.60%较为适宜。
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,应控制其含量≤0.018%。
S:硫是钢中有害元素,使钢产生热脆性,降低钢的延展性和韧性,对焊接性能也不利,应控制其含量≤0.005%。
Ti:钛是强碳氮化物形成元素,显著细化奥氏体晶粒,可弥补因碳降低而引起的强度的下降。含量太高,易形成粗大的TiN,降低材料性能,合适的范围是0.01%~0.03%。
Al:铝是常用的脱氧剂,在钢中加入少量的铝,可细化晶粒,提高冲击韧性,合适的范围是0.03%~0.06%。
Nb:铌是细晶和析出强化元素,改善焊接性能。在管线钢中具有强烈的晶粒细化作用,这种作用主要是由于延迟或阻止热轧后面机架中的奥氏体再结晶,Nb通过降低奥氏体向铁素体相变温度,在提高铁素体形核速率的同时降低晶粒长大速率。同时Nb还可促进贝氏体组织形成和析出强化作用。Nb和V复合添加,析出效果更佳,具有保证屈服强度的作用,但过高会增加合金成本,合适的范围是≤0.05%。
V:钒的碳氮化物在铁素体中以细小弥散形式均匀析出,在高温卷取时,具有细晶强化作用,可以显著提高材料的屈服强度和抗拉强度,同时提高低温冲击韧性;高温熔入奥氏体时,可增加钢的淬透性;固溶于铁素体中有极强的固溶强化作用,但过高会增加合金成本,合适的范围是≤0.05%。
Cr:铬有很强的固溶强化作用,还可以有效提高组织稳定性。在提高强度和细化晶粒方面,Cr与Mo一样,可抑制块状铁素体的形成、细化晶粒并促进贝氏体转变,获得多而细的贝氏体组织,保证晶粒度10级以上,从而大大提高抗拉强度。同时,Cr与Nb,V配合使用,可以促进Nb的析出,提高Nb和V的析出强化作用。随着Cr含量的增加,强度上升较大,但如果加入量太大,会显著降低焊接热影响区韧性和可焊性,而下限小于0.31%时,Cr的作用将不明显。因此,本发明Cr的合适范围是0.31%~0.50%。
N:固溶氮有钉扎位错的强烈作用,对韧性有不良影响,应控制其含量≤0.005%。
本发明还提出一种薄规格(≤7mm)直缝X60热轧卷板的制造方法,包括铁水预处理、钢水冶炼、炉外精炼和中薄板坯连铸、连铸坯再加热、轧制、冷却、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LF炉轻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,钢水连铸制成中薄连铸板坯-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)轧制冷却工艺:连铸板坯经加热炉加热至1160~1220℃,该加热温度范围可以保证合金元素充分固溶,同时,抑制奥氏体晶粒过分长大;随后在热连轧机组进行两阶段控制轧制,第一阶段终轧温度大于970℃;第二阶段开轧温度小于990℃,终轧温度为830~890℃,该终轧温度可有效控制晶粒尺寸。轧后卷板以6~16℃/s的冷却速度进行冷却,在580~650℃温度进行板卷卷取,得到细小均匀的铁素体-珠光体-贝氏体组织,其中,贝氏体体积含量8%~15%。
有益效果:
本发明同现有技术相比,有益效果如下:
(1)本方案C、Mn含量适中,成品厚度≤7mm,钢带屈强比低于0.85,安全性好;
2)Nb、V和Cr复合添加,屈服强度范围合适,抗拉强度高,为560~600MPa;
3)最终组织为铁素体-珠光体-贝氏体组织,其中,贝氏体体积含量8%~15%,带钢的低温韧性良好,-60℃DWTT保证95%以上。
具体实施方式
以下实施例用于具体说明本发明内容,这些实施例仅为本发明内容的一般描述,并不对本发明内容进行限制。
其中表1为实施例钢的化学成分;表2为实施例钢的加热、轧制、冷却工艺参数;表3为实施例钢力学性能检测结果。
表1实施例钢的化学成分wt%
实施例 | C | Si | Mn | P | S | Nb | V | Ti | Cr | Al | N |
1 | 0.08 | 0.05 | 1.42 | 0.012 | 0.005 | 0.02 | 0.03 | 0.017 | 0.38 | 0.03 | 0.0055 |
2 | 0.12 | 0.08 | 1.34 | 0.009 | 0.003 | 0.01 | 0.04 | 0.024 | 0.32 | 0.05 | 0.0046 |
3 | 0.10 | 0.06 | 1.60 | 0.015 | 0.004 | - | 0.01 | 0.023 | 0.40 | 0.04 | 0.0052 |
4 | 0.14 | 0.10 | 1.40 | 0.013 | 0.005 | - | 0.02 | 0.015 | 0.37 | 0.04 | 0.0053 |
5 | 0.09 | 0.09 | 1.37 | 0.012 | 0.004 | 0.03 | - | 0.014 | 0.45 | 0.06 | 0.0051 |
6 | 0.11 | 0.13 | 1.50 | 0.012 | 0.003 | 0.04 | - | 0.028 | 0.35 | 0.03 | 0.0060 |
表2实施例加热、轧制、冷却工艺参数
表3实施例钢的力学性能
由表1~3可见,采用本发明的成分、冶炼、连铸、加热、轧制、冷却和卷取工艺,生产出的薄规格(≤7mm)直缝X60热轧卷板,力学性能满足API SPEC 5L标准对X60级钢管的要求,可以用于制造满足API SPEC 5L标准要求X60级钢管。
Claims (3)
1.一种薄规格直缝低屈强比高韧性管线卷板,其特征在于,钢中化学成分按重量百分比为:C:0.08%~0.15%,Si:0.05%~0.14%,Mn:1.30%~1.60%,P≤0.018%,S≤0.005%,Ti:0.01%~0.03%,Al:0.03%~0.06%,Nb≤0.05%,V≤0.05%,Cr:0.31%~0.50%,N≤0.005%,余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种薄规格直缝低屈强比高韧性管线卷板,其特征在于,成品钢板的厚度为≤7mm,屈强比≤0.85,-60℃DWTT≥95%。
3.一种如权利要求1或2所述的薄规格直缝低屈强比高韧性管线卷板的制造方法,包括铁水预处理、钢水冶炼、炉外精炼和中薄板坯连铸、连铸坯再加热、轧制、冷却、卷取,其特征在于:
连铸板坯经加热炉加热至1160~1220℃;随后进行两阶段控制轧制,第一阶段终轧温度大于970℃;第二阶段开轧温度小于990℃,终轧温度为830~890℃;轧后卷板以6~16℃/s的冷却速度进行冷却,在580~650℃温度进行板卷卷取。
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PB01 | Publication | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20191119 |
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