CN110777296A - 一种超厚规格x52管线钢热轧卷板及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
一种超厚规格X52管线钢热轧卷板及其生产方法,钢中化学成分按重量百分比计含有:C 0.060%~0.070%、Si 0.15%~0.25%、Mn 1.40%~1.50%、Nb 0.034%~0.050%、Ti 0.008%~0.022%、Cr 0.11%~0.17%、Al 0.015%~0.045%、P≤0.02%、S≤0.008%、N≤0.008%,且Pcm≤0.17%,其余为Fe和不可避免的杂质。本发明采用C‑Mn‑Nb‑Cr系设计的X52级管线钢,厚度规格超过20mm,产品合金设计经济合理,工艺路线简单,容易执行,生产效率高,厚度方向组织均匀,具有较好的强韧性。
Description
技术领域
本发明属于金属材料高强度低合金钢领域,尤其涉及一种超厚规格X52管线钢热轧卷板及其生产方法。
背景技术
管道输送是长距离输送石油、天然气最经济的运输方式,且随着全球石油和天然气需求量的增大,输送压力也逐渐增加,为保障油气管道运输的安全性和稳定性,长距离、高压输送管线通常使用厚壁管。
目前各大钢厂热轧时所使用的连铸坯厚度普遍在200mm以上,而本发明所使用的连铸坯为170mm,由于压缩比小,因此生产20mm以上厚度的X52热轧卷板具有一定难度,主要体现在强度和厚度方向组织均匀性方面。现有技术中,无论采用170mm连铸坯还是200mm以上连铸坯,均未有生产20mm以上X52热轧卷板的先例。
《厚规格X52管线钢及其生产方法》申请号CN201610803301.7,公开了一种应用于钢带生产领域的厚规格X52管线钢及其生产方法。钢中成分含有:C 0.03%~0.07%、Si0.10%~0.30%、Mn 1.10%~1.30%、P≤0.020%、S≤0.010%、Nb 0.015%~0.035%、Ti 0.008%~0.019%、Cr 0.15%~0.30%。该发明Cr含量较高,合金成本较高,成品厚度12-20mm,卷取温度350-520℃,低温卷取在生产厚规格管线钢时存在较大风险,且该发明未描述20mm以上厚度规格X52的生产方法。
《一种低成本X52管线钢的生产方法及管线钢》申请号CN201310585644.7,公开了一种低成本X52管线钢的生产方法及管线钢。钢中成分按重量百分比计含有C0.08%~0.12%、Si≤0.35%、Mn 1.10%~1.40%,S≤0.025%,P≤0.025%,Ti0.008%~0.022%。该发明不含Nb,采用200-230mm厚连铸坯,但成品最大厚度规格仅为10mm,屈服强度387-417MPa,-20℃冲击功仅为153J,产品经螺旋制管后,由于包申格效应导致强度下降,因此制管后,产品屈服强度低于360MPa风险极大。
《一种X52管线钢及其生产方法》申请号CN201010243258.6,公开了一种X52管线钢及其生产方法。钢中成分按重量百分比计含有C 0.07%~0.09%、Si 0.15%~0.30%、Mn1.10%~1.30%、S≤0.006%、P≤0.020%、Nb 0.02%~0.04%、Ti 0.01%~0.02%、N≤0.008%、Als 0.020%~0.040%。该发明均热温度1200-1240℃,较高的均热温度会使奥氏体晶粒粗化,影响后续拉伸性能,粗轧结束后,摆动待温20-50秒进入精扎阶段,生产效率较低。
论文“石油天然气输送管用热轧中宽带钢X52研制开发”,冯绍强,四川冶金,2010年第4期第32卷。作者提出一种5-7mm厚X52级管线钢热轧卷板的生产方法,C0.07%~0.10%、Si 0.20%~0.30%、Mn 1.0%~1.10%、S≤0.01%、P≤0.025%、Nb≤0.019%、Ti0.015%~0.020%、Als≤0.035%。该发明采用150mm连铸坯,经控轧控冷两阶段轧制,生产成品厚度5-7mm的X52钢带,但未提出薄板坯生产厚规格(≥20mm)X52钢带的方法。
目前公开的X52级管线钢热轧卷板专利,连铸坯厚度均为200-230mm,成品厚度均≤20mm,仅《厚规格X52管线钢及其生产方法》公开了20mm厚X52热轧卷板的生产方法,其余专利所述成品厚度最厚为10mm。公开的论文,成品厚度也未有20mm以上X52生产先例。
发明内容
本发明提供了一种超厚规格X52管线钢热轧卷板及其生产方法,可以实现中薄板坯(<200mm)连铸连轧生产超厚规格(≥20mm)X52管线钢热轧卷板。
为了达到上述目的,本发明采用以下技术方案实现:
一种超厚规格X52管线钢热轧卷板,钢中化学成分按重量百分比计含有:C0.060%~0.070%、Si 0.15%~0.25%、Mn 1.40%~1.50%、Nb 0.034%~0.050%、Ti0.008%~0.022%、Cr 0.11%~0.17%、Al 0.015%~0.045%、P≤0.02%、S≤0.008%、N≤0.008%,且Pcm≤0.17%,其余为Fe和不可避免的杂质。
本发明X52级管线钢的成分采用C-Mn-Nb-Cr系设计,同时采用微Ti处理,结合热机械控制轧制生产工艺获得细小的铁素体-珠光体组织,以保证产品具优异的强韧性,其主要元素的选择理由如下:
C:是钢中最经济、最基本、最有效的强化元素,通过固溶强化和析出强化对提高钢的强度有明显作用,但过高的碳含量对产品的冲击韧性、焊接性能和硬度值均有不利影响。因此,本发明将碳含量控制为0.060%~0.070%。
Si:脱氧元素,固溶于铁素体以提高钢的强度,但同时要损失塑性和韧性,本发明的Si含量控制为0.15%~0.25%。
Mn:锰具有固溶强化作用,还可降低γ-α相变温度,进而细化铁素体晶粒,同时补偿因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。但锰含量过高会使偏析严重。因此,本发明将锰含量控制为1.40%~1.50%。
Nb:是现代微合金化管线钢中进行控制轧制的最主要元素,NbC应变诱导析出阻碍形变奥氏体的回复、再结晶,降低相变温度,促进针状铁素体组织和M-A岛的形成。Nb可通过细晶强化、析出强化、沉淀强化、相变强化等多种强化机制提高钢的性能,但Nb为贵重元素且加入到一定量后强化效果不再明显。因此,本发明的铌含量控制为0.034%~0.050%。
Ti:是强的固氮元素,Ti/N的化学计量比为3.42。加入0.015%左右Ti时,可在板坯连铸时形成高温稳定细小的TiN析出相,这种析出相可有效阻止连铸坯在加热过程中奥氏体晶粒的长大,同时对改善钢焊接时热影响区的断裂韧性有明显作用。因此,本发明中将Ti含量控制在0.008%~0.022%。
Cr:有效提高淬透性,可以提高板卷厚度方向均匀性,Cr对厚规格管线钢热轧卷板强度的提高有显著作用,但同时也明显提高硬度,因此不宜添加过多。本发明的铬含量控制为0.11%~0.17%。
Al:脱氧元素,添加适量的铝可形成细小弥散的AlN粒子,有利于细化晶粒,提高钢的强韧性能。本发明的Al含量控制在0.015%~0.045%。
P、S、N:是钢中不可避免的杂质元素,希望越低越好,但要求过低会增加生产成本。因此,本发明中将P、S、N分别控制为P≤0.02%、S≤0.008%、N≤0.008%。
卷板的屈服强度Rt0.5为430~510MPa、抗拉强度Rm为520~620MPa、延伸率A50mm≥44%,0℃单值夏比冲击功Akv≥256J,硬度值≤210HV10。
卷板成品厚度≥20mm。
一种超厚规格X52管线钢热轧卷板的生产方法,其生产工艺流程涉及:铁水预处理—转炉冶炼—炉外精炼—连铸—板坯加热-轧制-层流冷却—卷取;
1)转炉冶炼采用顶吹或顶底复合吹炼;炉外精炼采用LF炉轻脱硫处理及进行钙处理;连铸采用动态轻压下的方式,所得铸坯厚度<200mm;
2)连铸板坯在500~850℃温度直接进行热装炉加热,连铸板坯经步进式加热炉加热至1120~1180℃出炉,随后经粗轧及精轧机组两阶段控制轧制,粗轧的终轧温度为980~1010℃,精轧开轧温度≤1000℃,终轧温度为820~880℃,随后采用层流冷却方式以12.4~18.3℃/s的速度进冷却,在560~600℃进行卷取。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
1)本发明采用C-Mn-Nb-Cr系设计的X52级管线钢,厚度规格超过20mm,最厚规格达到24mm,产品合金设计经济合理,工艺路线简单,容易执行,生产效率高;
2)本发明的产品组织为铁素体-珠光体组织类型,厚度方向组织均匀,具有较好的强韧性,完全满足API SPEC 5L规范及中石油中石化通用技术条件要求。
3)采用中薄板坯短流程连铸连轧生产工艺轧制厚度规格超过20mm的板卷,可显著节能降耗,降低生产成本,提高生产效率。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步说明:
一种超厚规格X52管线钢热轧卷板,钢中化学成分按重量百分比计含有:C0.060%~0.070%、Si 0.15%~0.25%、Mn 1.40%~1.50%、Nb 0.034%~0.050%、Ti0.008%~0.022%、Cr 0.11%~0.17%、Al 0.015%~0.045%、P≤0.02%、S≤0.008%、N≤0.008%,且Pcm≤0.17%,其余为Fe和不可避免的杂质。
卷板的屈服强度Rt0.5为430~510MPa、抗拉强度Rm为520~620MPa、延伸率A50mm≥44%,0℃单值夏比冲击功Akv≥256J,硬度值≤210HV10,产品实物厚度方向组织均匀。
卷板成品厚度≥20mm。
一种超厚规格X52管线钢热轧卷板的生产方法,其生产工艺流程涉及:铁水预处理—转炉冶炼—炉外精炼(LF+钙处理)—连铸—板坯加热-轧制-层流冷却—卷取;
1)转炉冶炼采用顶吹或顶底复合吹炼;炉外精炼采用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;连铸采用动态轻压下的方式,以提高连铸板坯的质量,所得铸坯厚度<200mm,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;
2)连铸板坯在500~850℃温度直接进行热装炉加热,连铸板坯经步进式加热炉加热至1120~1180℃出炉,随后经粗轧及精轧机组两阶段控制轧制,粗轧的终轧温度为980~1010℃,精轧开轧温度≤1000℃,终轧温度为820~880℃,随后采用层流冷却方式以12.4~18.3℃/s的速度进冷却,在560~600℃进行卷取。
本发明采用较高温卷取,最高可达600℃,减小卷取机负载,生产控制难度低。采用相对较低的加热温度(1120~1180℃),可降低铸坯组织粗大倾向;采用厚度小于200mm的薄板坯(170mm),热装入加热炉,生产20mm厚以上X52热轧卷板,有效提高生产效率。采用Nb-Cr复合添加的合金设计,结合低温加热、高温卷取的生产工艺,产品实物性能可达X60(Rt0.5≥415MPa)级别,产品厚度方向组织均匀性较好,同时冲击韧性良好。
下面通过实施例对本发明做进一步的描述。本发明钢实施例的化学成分见表1,本发明钢实施例的轧制工艺制度见表2,本发明钢实施例的力学性能见表3。
表1本发明钢实施例的化学成分(wt%)
实施例 | C | Si | Mn | P | S | Nb | Ti | Cr | Al | N |
1 | 0.068 | 0.20 | 1.46 | 0.011 | 0.006 | 0.037 | 0.015 | 0.15 | 0.035 | 0.0080 |
2 | 0.063 | 0.21 | 1.49 | 0.011 | 0.008 | 0.050 | 0.022 | 0.17 | 0.045 | 0.0030 |
3 | 0.061 | 0.25 | 1.50 | 0.013 | 0.004 | 0.041 | 0.015 | 0.15 | 0.015 | 0.0041 |
4 | 0.070 | 0.20 | 1.40 | 0.011 | 0.005 | 0.034 | 0.016 | 0.11 | 0.035 | 0.0038 |
5 | 0.070 | 0.19 | 1.41 | 0.020 | 0.003 | 0.040 | 0.016 | 0.15 | 0.026 | 0.0041 |
6 | 0.060 | 0.15 | 1.48 | 0.012 | 0.004 | 0.045 | 0.008 | 0.14 | 0.030 | 0.0042 |
表2实施例钢工艺制度
表3实施例钢力学性能
注:拉伸试验和夏比冲击试验试样的取样方向均与轧制方向成30°方向。
Claims (4)
1.一种超厚规格X52管线钢热轧卷板,其特征在于,钢中化学成分按重量百分比计含有:C 0.060%~0.070%、Si 0.15%~0.25%、Mn 1.40%~1.50%、Nb 0.034%~0.050%、Ti 0.008%~0.022%、Cr 0.11%~0.17%、Al 0.015%~0.045%、P≤0.02%、S≤0.008%、N≤0.008%,且Pcm≤0.17%,其余为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种超厚规格X52管线钢热轧卷板,其特征在于,卷板的屈服强度Rt0.5为430~510MPa、抗拉强度Rm为520~620MPa、延伸率A50mm≥44%,0℃单值夏比冲击功Akv≥256J,硬度值≤210HV10。
3.根据权利要求1所述的一种超厚规格X52管线钢热轧卷板,其特征在于,卷板成品厚度≥20mm。
4.一种如权利要求1-3其中任意一项所述的超厚规格X52管线钢热轧卷板的生产方法,其生产工艺流程涉及:铁水预处理—转炉冶炼—炉外精炼—连铸—板坯加热-轧制-层流冷却—卷取;其特征在于,
1)转炉冶炼采用顶吹或顶底复合吹炼;炉外精炼采用LF炉轻脱硫处理及进行钙处理;连铸采用动态轻压下的方式,所得铸坯厚度<200mm;
2)连铸板坯在500~850℃温度直接进行热装炉加热,连铸板坯经步进式加热炉加热至1120~1180℃出炉,随后经粗轧及精轧机组两阶段控制轧制,粗轧的终轧温度为980~1010℃,精轧开轧温度≤1000℃,终轧温度为820~880℃,随后采用层流冷却方式以12.4~18.3℃/s的速度进冷却,在560~600℃进行卷取。
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