CN111057954A - 一种大厚壁酸性用高强度管线卷板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种大厚壁酸性用高强度管线卷板及其制造方法，C：0.03％‑0.09％，Si：0.05％‑0.20％，Mn：1.70％‑1.95％，P：≤0.015％，S：≤0.002％，Ti：0.01％‑0.03％，Al：0.03％‑0.06％，Nb：0.06％‑0.10％，Cr：0.20％‑0.50％，Mo：0.20％‑0.40％，Ni：0.10％‑0.30％，N：≤0.005％，其余为Fe和不可避免元素。

Description

一种大厚壁酸性用高强度管线卷板及其制造方法
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，特别涉及一种大厚壁(≥18mm)酸性环境用高强度管线卷板及其制造方法。
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。为提高输送效率和降低工程成本，管道发展的趋势是大厚壁、大管径、高钢级，同时兼顾酸性要求。
一般来说，壁厚越大，厚度方向上的组织均匀性越难于控制，卷板的低温韧性和耐酸性控制难度成倍提升，特别是厚度在18mm以上规格，X80卷板的生产技术难度极大。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供一种油气输送管道用管线钢热轧卷板的制造，特别涉及一种大厚壁(≥18mm)酸性环境用高强度管线卷板及其制造方法，抗酸性A溶液HIC试验的裂纹敏感率CSR≤1.5％，裂纹长度率CLR≤15％，裂纹厚度率CTR≤5％，屈服强度满足570MPa以上，抗拉强度650MPa以上。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种大厚壁酸性用高强度管线卷板，其特征在于：化学成分按重量百分比如下：C：0.03％-0.09％，Si：0.05％-0.20％，Mn：1.70％-1.95％，P：≤0.015％，S：≤0.002％，Ti：0.01％-0.03％，Al：0.03％-0.06％，Nb：0.06％-0.10％，Cr：0.20％-0.50％，Mo：0.20％-0.40％，Ni：0.10％-0.30％，N：≤0.005％，其余为Fe和不可避免元素。
所述大厚壁为≥18mm。
所述卷板抗酸性A溶液HIC试验的裂纹敏感率CSR≤1.5％，裂纹长度率CLR≤15％，裂纹厚度率CTR≤5％，屈服强度满足570MPa以上，抗拉强度650MPa以上。
所述卷板组织为针状铁素体，低温韧性良好，-20℃DWTT保证85％以上。
与现有技术相比，本方案C、Mn含量适中，适量Mo改善厚度方向均匀性，提高低温断裂韧性，Cr、Ni改善抗HIC性能。
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，提高屈服和抗拉强度，因此，碳含量不宜过低；但是，碳含量的增加对材料低温断裂韧性和焊接性不利，所以，碳含量也不能过高，本发明碳控制在0.03％～0.09％较为适宜。
Si：硅可以起到固溶强化作用，可提高强度，0.20％以下可减轻红铁皮的产生，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％-0.20％。
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，对抗酸性不利，Mn含量控制在1.70％-1.95％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≤0.015％。
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≤0.002％。
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％。
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％。
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但过高会增加合金成本，合适的范围是0.06％-0.10％。
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，从而大大提高强度。同时，Cr与Nb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。同时，0.20％以上的Cr含量，对抗HIC性能有利。但加入量太大，会显著降低焊接热影响区韧性和可焊性。因此，本发明Cr的合适范围是0.20％-0.50％。
Mo：钼主要通过碳化物及固溶强化形式来能够提高淬透性，改善厚度方向组织均匀性，从而提高钢的强度。钼可抑制铁素体生产，促进针状铁素体生成。钼还对抗腐蚀性能有利，特别是抗氢侵蚀的作用。钼还具有提高板卷整卷性能均匀性的作用。其最佳范围是0.20％-0.40％。
Ni：镍能增加淬透性，扩大奥氏体区，细化晶粒，提高钢的低温韧性和抗疲性。提高钢的耐腐蚀性能。含量过高易增加钢的脆性和过热敏感性。其最佳范围是0.10％-0.30％。
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％。
一种大厚壁酸性用高强度管线卷板的制造方法，包括冶炼、铸造、轧制、冷却和卷取；其特征在于：连铸板坯经加热炉加热至1150-1180℃，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980℃，终轧温度为780-820℃；轧后卷板以15-25℃/s的冷却速度进行冷却，在320-420℃温度进行板卷卷取。得到细小均匀的针状铁素体组织。第二阶段压缩比60％-65％，保证精轧阶段钢板变形可以充分扩展到厚度方向的心部，缩小厚度方向组织差异，保证低温断裂韧性和抗HIC性能。
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。
本发明的有益效果在于：
1)本方案C、Mn含量适中，钢板的强度高；
2)适量Mo改善厚度方向均匀性，提高低温断裂韧性；
3)Cr、Ni改善抗HIC性能；
4)最终组织为针状铁素体，低温韧性良好，-20℃DWTT保证85％以上。
具体实施方式
下面结合具体实施例进行说明：
实施例1～6化学成分见表1，加热、轧制、冷却工艺参数见表2，力学性能检测结果见表3。
表1实施例化学成分wt％
实施例 C Si Mn P S Nb Mo Ti Cr Ni Al N
1 0.05 0.06 1.78 0.012 0.002 0.07 0.22 0.017 0.30 0.15 0.03 0.0042
2 0.04 0.15 1.80 0.009 0.001 0.07 0.24 0.020 0.27 0.18 0.04 0.0045
3 0.08 0.20 1.71 0.012 0.002 0.06 0.30 0.026 0.35 0.20 0.03 0.0050
4 0.06 0.10 1.90 0.013 0.001 0.06 0.21 0.015 0.45 0.30 0.03 0.0038
5 0.07 0.17 1.75 0.012 0.001 0.09 0.35 0.012 0.25 0.28 0.04 0.0042
6 0.06 0.13 1.84 0.011 0.002 0.08 0.27 0.016 0.29 0.24 0.03 0.0039
表2实施例加热、轧制、冷却工艺参数
Figure BDA0002353568770000041
表3实施例力学性能
Figure BDA0002353568770000042
由表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，生产出大厚壁(≥18mm)酸性环境用高强度管线卷板，力学性能满足API SPEC 5L标准对X80级钢管的要求,可以用于制造满足API SPEC 5L标准要求X80级A溶液抗HIC钢管。

Claims (5)

1.一种大厚壁酸性用高强度管线卷板，其特征在于：化学成分按重量百分比如下：C：0.03％-0.09％，Si：0.05％-0.20％，Mn：1.70％-1.95％，P：≤0.015％，S：≤0.002％，Ti：0.01％-0.03％，Al：0.03％-0.06％，Nb：0.06％-0.10％，Cr：0.20％-0.50％，Mo：0.20％-0.40％，Ni：0.10％-0.30％，N：≤0.005％，其余为Fe和不可避免元素。
2.根据权利要求1所述的大厚壁酸性用高强度管线卷板，其特征在于：所述大厚壁为≥18mm。
3.根据权利要求1所述的大厚壁酸性用高强度管线卷板，其特征在于：所述卷板抗酸性A溶液HIC试验的裂纹敏感率CSR≤1.5％，裂纹长度率CLR≤15％，裂纹厚度率CTR≤5％，屈服强度满足570MPa以上，抗拉强度650MPa以上。
4.根据权利要求1所述的大厚壁酸性用高强度管线卷板，其特征在于：所述卷板组织为针状铁素体，-20℃DWTT保证85％以上。
5.一种根据权利要求1-4任意一项所述大厚壁酸性用高强度管线卷板的制造方法，包括冶炼、铸造、轧制、冷却和卷取；其特征在于：连铸板坯经加热炉加热至1150-1180℃，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980℃，终轧温度为780-820℃；轧后卷板以15-25℃/s的冷却速度进行冷却，在320-420℃温度进行板卷卷取。
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轧制技术及连轧自动化国家重点实验室（东北大学）著: "《酸性环境下管线钢的组织性能控制》", 30 November 2018, 冶金工业出版社 *

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