專利名稱：一種直縫焊管用鋼板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種直縫焊管用鋼板及其制造方法，更具體地，涉及一種70ksi鋼級高強直縫焊管用鋼板及其制造方法。采用本發(fā)明的鋼板，可以生產(chǎn)高強度API 5L PSL2 X70 直縫埋弧焊管。
背景技術(shù)：
API標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，直縫焊管(SAWL)制造用板的傳統(tǒng)原料狀態(tài)是正火或正火軋制鋼帶或鋼板、熱機械軋制鋼帶或鋼板。根據(jù)直縫焊管的性能需要，設(shè)計合適的化學(xué)成分；冶煉并軋成熱軋鋼卷或鋼板；將板卷通過成型和直縫埋弧焊方式制成成品管。就70ksi鋼級直縫焊管而言，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定管體的屈服強度在485 635ΜΙ^之間，抗拉強度在570 760MPa，零度橫向沖擊彡54J0由于70ksi鋼級套管屈服強度較高，從上世紀(jì)70年代開始，均采用超低碳含鈮微合金鋼，并使用TMCP熱機械控制工藝，但其板形隨鋼板厚度減薄及寬度加寬越難以控制。 鋼板因加速冷卻均勻性不良造成浪形、翹曲，大量鋼板需要經(jīng)過冷矯，給生產(chǎn)組織帶來困難。國外高水平的管線鋼生產(chǎn)企業(yè)在生產(chǎn)薄規(guī)格的高強韌性管線鋼時，為防止控冷后發(fā)生板形惡化，通常在ACC加速冷卻前對鋼板進行預(yù)矯直，以此來改善板形。目前國內(nèi)外大部分廠家可以生產(chǎn)70ksi級焊管用板，均采用控軋+控冷，但是板型控制有一定難度。通過進行相關(guān)檢索，發(fā)現(xiàn)2008年2月6日授權(quán)的中國發(fā)明專利ZL200410066297. 8 公開了一種具有高止裂韌性的針狀鐵素體型X70管線鋼，其成分質(zhì)量百分比C :0. 020 0. 060 ；Mn 1. 45 1. 75 ；Si 0. 100 0. 500 ；S 彡 0. 0020 ；P 0. 004 0. 012 ；Nb 0. 050 0. 080 ；Ti 0. 005 0. 025 ；V :0. 010 0. 060 ；Mo :0. 10 0. 30 ；Cu 彡 0. 30 ；Ni 彡 0. 30 ； Ca 0. 0015 0. 0040 ；N ^ 0. 0080 ；Altotal :0. 015 0. 045。其制造方法包括如下步驟 a.轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉、b.爐外精煉，RH真空脫氣、LF脫硫、Ca處理、c.連鑄、d.熱軋，粗軋終止溫度950 1000°C，精軋終止溫度780 880°C，精軋非再結(jié)晶區(qū)壓縮比大于70%;e.卷取，卷取溫度為480 580°C。上述專利是通過增加Nb含量提高精軋非再結(jié)晶區(qū)溫度，并實施控軋控冷工藝。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種直縫焊管用鋼板的制造方法，采用二階段控制軋制工藝，分別在奧氏體再結(jié)晶區(qū)和奧氏體未再結(jié)晶區(qū)軋制。通過本發(fā)明的方法可以生產(chǎn)出板形、 內(nèi)部質(zhì)量、表面質(zhì)量和力學(xué)性能優(yōu)良的符合API 5L PSL2 X70直縫埋弧焊管用板。根據(jù)本發(fā)明的直縫焊管用鋼板的化學(xué)成分質(zhì)量百分比為C 0. 03 0. 09 ；Si 0. 10 0. 60 ；Mn 1. 40 1. 95 ；P 彡 0. 015 ；S ^ 0. 002 ；Cu ^ 0. 20 ；Ni 0. 10 0. 50 ；Mo ^ 0. 30 ；Cr ^ 0. 30V 0. 010 0. 060 ；Nb 0. 025 0. 10 ；Al 0. 015 0. 060 ；N 彡 0. 0080 ；Ti 0. 010 0. 025 ；Ca 0. 0015 0. 0035 ；
其中，Ceq彡 0. 44 ;Pcm 彡 0. 023 ；Ceq = C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15 ；Pcm = C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10 ；V+Nb+Ti ^ 0. 15 ；Ni+Cr+Cu 彡 0. 60。不得有意加入B和稀土元素。另外，碳含量每減少0. 01 %時，錳的允許最大含量可以增加0. 05 %，但在產(chǎn)品分析中錳含量不得超過1.95%。下面分別介紹各個合金元素的作用C 0. 03 0. 09 (wt %，以下同)，C為碳化物形成元素，可以提高鋼的強度，太低時效果不明顯，太高時會大大降低鋼的焊接性能。Si 0. 10 0.60，優(yōu)選0. 18 0.21。Si加入鋼中起到脫氧和改善耐蝕性的作用， 但高于0. 60%，加工和韌性惡化，低于0. 10%效果不明顯。Mn :1. 40 1.95，優(yōu)選1.50 1.90。Mn為奧氏體形成元素，可以提高鋼的淬透性，含量小于1. 40時作用不明顯，含量大于1. 95%時，大大增加鋼中的組織偏析，影響熱軋組織的均勻性。Mo 0. 30，優(yōu)選0. 025 0. 20。主要是擴大r相區(qū)，通過碳化物及固溶強化形式來提高鋼的強度，含量超過0. 30%會降低鋼的韌性。Al 0. 015 0. 060，優(yōu)選0. 025 0. 032。在鋼中起脫氧作用和細化晶粒的作用。 當(dāng)加入量低于0.015%時，效果不明顯，加入量超過0. 06%，力學(xué)性能變差。V 0. 01 0. 06，優(yōu)選0. 02 0. 06。V能夠細化晶粒，形成碳化物，提高鋼的強度和韌性，但含量超過0. 06%后會引起鋼板屈強比超標(biāo)，小于0.01%強化作用不明顯。Nb 0. 025 0. 10，優(yōu)選0. 04 0. 06。在鋼坯熱過程中，未溶解的Nb彌散分布在鋼中，釘扎住了奧氏體晶界，抑制了奧氏體晶粒的長大，在軋制過程中還起到了沉淀強化作用。Nb含量過大會降低焊接性能，Nb含量過小效果不明顯。Ti 0. 010 0. 025，優(yōu)選0. 010 0. 015。在鋼板焊接時起晶粒細化作用，改善焊
接區(qū)性能。P ^ 0. 015，優(yōu)選0. 004 0. 007。磷使鋼的塑性、韌性降低，尤其低溫時的韌性降低較大。P對鋼性能的影響主要表現(xiàn)在冷脆、熱加工性能和焊接性能降低等。S 0. 002，較低的S含量可以使MnS充分球化，減少中心偏析，降低夾雜物出現(xiàn)幾率，有利于提高鋼的韌性及耐蝕性能，低S可提高焊接性能和焊縫韌性。Ni 0. 10 0.50，優(yōu)選0. 18 0.25。鎳為鐵素體形成元素，降低r — α的轉(zhuǎn)變溫度，可用較低的冷卻速度來提高鋼的強度而不顯著降低其韌性，可降低鋼的冷脆轉(zhuǎn)變溫度， 即可提高鋼的低溫韌性，含量過高強度會超標(biāo)。K 0.0080，優(yōu)選0.00 0.0030。氮在鋼中與鋁結(jié)合成ALN，起消除淬火時效作用，ALN還能阻止加熱時奧氏體晶粒長在；含量過高會產(chǎn)生淬火時效和冷加工的應(yīng)變時效，使鋼的塑性和韌性下降，鋼材變脆。Ca :0. 0015 0. 00；35，優(yōu)選0. 002 0. 003。用鈣處理來改變夾雜物形態(tài)(球化)，
提高探傷合格率，過高會形成新的夾雜物。
本發(fā)明還提供上述直縫焊管用鋼板的制造方法，包括步驟a.轉(zhuǎn)爐冶煉；LF爐冶煉；RH精煉；澆注；b.加熱到溫度 1090 1150°C ；c.采用二階段控制軋制，分別在奧氏體再結(jié)晶區(qū)和未再結(jié)晶區(qū)域軋制，其中第一階段軋制的開軋溫度為950 990°C ；第二階段軋制的開軋厚度為50 90mm，開軋溫度為815 865°C，終軋溫度為 700 770"C。將從屬權(quán)利要求中的技術(shù)方案補充到這里。下面詳細介紹本發(fā)明的直縫焊管用鋼板的制造方法，包括以下步驟 TDS鐵水脫硫一轉(zhuǎn)爐冶煉一LF — RH (喂Si—Ca絲)一板坯精整一板坯定尺火切一加熱一控軋一空冷一AUT—切頭尾、切邊一取樣與性能驗測一切定尺一表面質(zhì)量和外觀尺寸、標(biāo)記檢測一出廠煉鋼連鑄工藝要點1)轉(zhuǎn)爐冶煉入爐鐵水中的硫含量< 0.0040%，吹煉過程中保證微正壓操作，禁止再吹，終止吹煉時鋼水的碳含量< 0. 035%。在操作時要考慮鋼氣體含量及加鋁量對鋼中夾雜物(主要是A1203)的影響，控制好止吹C含量，關(guān)鍵是要處理好降C和降S、P以及鋼水升溫的關(guān)系，合理控制好造渣制度， 出鋼時采用擋渣操作，嚴(yán)格控制下渣量以防鋼水回P。2) LF爐冶煉LF爐的處理時間(鋼包開進一開出)要控制在45分鐘以內(nèi)，在LF 操作過程中應(yīng)造好泡沫渣，防止增氮。采用Al渣強化脫氧；在成份配比好、溫度調(diào)整好進行純底吹A(chǔ)r渣冼的同時，適當(dāng)控制底吹A(chǔ)r的壓力及吹A(chǔ)r的流量，以弱攪拌為準(zhǔn)，禁止鋼水翻動至裸露，確保爐渣脫氧效果，純渣洗時間保持10分鐘左右；攪拌時，頂槍吹A(chǔ)r進行Ar封， 以防止增氮。3)RH精煉純脫氣時間大于8分鐘；RH后進行鈣處理(夾雜物球化處理)喂 Si-Ca絲，成品Ca按15 35ppm控制，并控制Ca/S比在0. 7 1. 2范圍；鈣處理后，保持小流量吹A(chǔ)r 5分鐘，吹A(chǔ)r時，禁止鋼水翻動至裸露，使鋼水中的夾雜物從鋼液體狀態(tài)下上浮排除。4)澆注澆注速度0. 8 1.3M/s。提高X70鋼板內(nèi)部質(zhì)量的另一個關(guān)鍵點是須對鑄坯內(nèi)部質(zhì)量進行了嚴(yán)格的限制， 要求鑄坯內(nèi)部質(zhì)量按Marmessman低倍檢驗及判定標(biāo)準(zhǔn)進行檢驗和判定，其中偏析要求 < 2級、三角區(qū)裂紋要求< 2級，角裂要求< 2級。為此，鋼水經(jīng)爐外精煉處理后，通過連鑄機澆注成最大斷面為220mmX 2300mm或300mmX 2300mm的連鑄坯。厚板連鑄機澆注過程中應(yīng)采用液壓非正弦振動、凝固末端輕壓下等工藝，各種工藝參數(shù)須嚴(yán)格控制，過熱度 ΔΤ = ^°C，在連鑄中斷面為220mmX 2300mm的連鑄坯的拉速為1. 0 士 0. 05m/min ；斷面為 300mm X 2300mm 的連鑄坯的拉速為 0. 6 士 0. 05m/min ；加熱及軋制工藝1)鋼坯加熱加熱溫度1090 1150°C;220mm坯在爐時間大于180分鐘；300mm坯
在爐時間大于240分鐘。2)軋制過程采用二次控制軋制工藝，分別在奧氏體再結(jié)晶區(qū)和未再結(jié)晶區(qū)軋制。在奧氏體再結(jié)晶區(qū)軋制時，奧氏體經(jīng)過多次靜態(tài)再結(jié)晶而細化。但是，由于軋制溫度較高，隨著道次間隔時間的延長，再結(jié)晶奧氏體晶粒會長大，因此，第I階段軋制開軋溫度不能過高；添加微量Nb的鋼，在950°C以下可顯著抑制奧氏體熱加工后的靜態(tài)再結(jié)晶。細化晶粒是達到強度、韌性及焊接性三項俱佳的唯一辦法，但在奧氏體再結(jié)晶區(qū)軋制細化晶粒的作用是有限的。為了得到更細的晶粒，還要在奧氏體未再結(jié)晶區(qū)軋制，所以，在生產(chǎn)中利用厚板軋機的優(yōu)勢應(yīng)盡量控制好第II階段開軋溫度，適當(dāng)增大道次變形量，一來可以減少部分再結(jié)晶晶粒數(shù)量，另外由于溫度的降低，再結(jié)晶晶粒的平均尺寸也可以減小，同時在未再結(jié)晶區(qū)的隨累積變形量增加，未再結(jié)晶晶粒受到了較大的變形，晶粒不僅被拉長，晶內(nèi)還可能出現(xiàn)比較多的變形帶，因此轉(zhuǎn)變后也能得到細小的鐵素體晶粒，使得整個組織的均勻性得到改善。具體工藝控制如下第I階段開軋溫度950 990°C ；按目標(biāo)開軋溫度(即第II階段開軋溫度)進行中間噴水冷卻；第II階段總變形率> 65% ；開軋厚度為50 90mm ；第II階段開軋溫度815 865°C，終軋溫度700 770°C。本發(fā)明的有益效果在于在本發(fā)明的方法中，采用二階段控制軋制，分別在奧氏體再結(jié)晶區(qū)和奧氏體未再結(jié)晶區(qū)域軋制，其中第一階段軋制，其中開軋溫度為950 990°C ；第二階段軋制，其中開軋溫度為815 865°C，終軋溫度為700 770°C。二階段控制軋制使得整個組織的均勻性得到改善，從而省去了加速冷卻步驟。根據(jù)本發(fā)明的成分設(shè)計和方法步驟，可以提供適于生產(chǎn)高強度API 5L PSL2 X70直縫埋弧焊管的鋼板。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例1的金相組織放大100倍的示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施例1的金相組織放大500倍的示意圖。
具體實施例方式以下通過具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。根據(jù)本發(fā)明的直縫焊管用鋼板的不同實施例的化學(xué)成分質(zhì)量百分比如表1所示。以上成分經(jīng)過表2所示的工藝進行生產(chǎn)，得到的熱軋鋼板的力學(xué)性能見表3所示。對本發(fā)明的直縫焊管用鋼板的不同實施例的金相組織分析結(jié)果見表4所示。表2示出了本發(fā)明的不同實施例的具體參數(shù)實施例1 鋼板加熱到1136°C ；第I階段開軋溫度980°C ；第II階段開軋厚度88mm ；開軋溫度865°C ；終軋溫度770°C。實施例2 鋼板加熱到1125°C ；第I階段開軋溫度950°C ；
第II階段開軋厚度88mm ；開軋溫度:850 0C ；終軋溫度 728 0C ο
實施例3
鋼板加熱到1120°C ；
第I階段開軋溫度960°C ；
第II階段開軋厚度72mm ；開軋溫度:8600C ；終軋溫度 740°C。
實施例4
鋼板加熱到1130°C ；
第I階段開軋溫度970°C ；
第II階段開軋厚度72mm ；開軋溫度:815°C ；終軋溫度 7020C ο
實施例5
鋼板加熱到1141°C ；
第I階段開軋溫度985°C ；
第II階段開軋厚度51mm ；開軋溫度:820 0C ；終軋溫度 705 0C ο
實施例6
鋼板加熱到11430C ；
第I階段開軋溫度990°C ；
第II階段開軋厚度51mm ；開軋溫度:860 0C ；終軋溫度 720 0C ο
按照表1所示的成分，在規(guī)定的軋制工藝溫度范圍內(nèi)軋成熱軋鋼板，其力學(xué)性能
結(jié)果見表3，金相分析結(jié)果見表4，金相組織顯微照片見圖1、圖2。結(jié)合表4的分析結(jié)果以及圖1、圖2中所示的金相組織，可見采用本發(fā)明的鋼種和工藝制造的熱軋鋼板，其金相組為針狀鐵素體，軋后鋼板的屈服強度均大于500MPa，抗拉強度均大于600MPa，經(jīng)UOE或JCOE制管后均滿足API 5L PSL5 X70的直縫埋弧焊管標(biāo)準(zhǔn)要求。本發(fā)明API 5L PSL2 X70直縫焊管用鋼板的制造方法由于采用二次控制軋制，分別在奧氏體再結(jié)晶區(qū)和奧氏體未再結(jié)晶區(qū)域軋制，即一次軋制的開軋溫度控制在950 9900C ；二次軋制的開軋溫度控制為815 865°C，終軋溫度為700 770°C，使得整個組織的均勻性得到改善，從而省去了加速冷卻步驟。由于其制造成本低廉、工藝制造性可行，可廣泛用于中厚板及寬厚板軋機的生產(chǎn)應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種直縫焊管用鋼板的制造方法，其中，該鋼板的化學(xué)成分質(zhì)量百分比為C 0. 03 0. 09 ；Si 0. 10 0. 60 ；Mn 1. 40 1. 95 ；P 彡 0. 015 ；S 彡 0. 002 ；Cu 彡 0. 20 ；Ni :0. 10 0. 50 ；Mo 彡 0. 30 ；Cr ^ 0. 30 ；V 0. 01 0. 06 ；Nb 0. 025 0. 10 ；Al 0. 015 0. 060 ；N 彡 0. 0080 ；Ti 0. 010 0. 025 ；Ca :0. 0015 0. 0035 ；制造方法包括a.按照上述成分在轉(zhuǎn)爐冶煉；LF爐冶煉；RH精煉；然后澆注；b.將澆注的板加熱到溫度1090 1150°C；c.采用二階段控制軋制，分別在奧氏體再結(jié)晶區(qū)和奧氏體未再結(jié)晶區(qū)域進行軋制，其中，第一階段軋制的開軋溫度為950 990°C;第二階段軋制的開軋溫度為815 865°C，終軋溫度為700 770°C。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于，在所述轉(zhuǎn)爐冶煉中，入爐鐵水中的硫含量< 0. 0040%，吹煉過程中保證微正壓操作，終止吹煉時鋼水的碳含量< 0. 035%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，在所述RH精煉之后喂Si-Ca絲， 按成品中Ca含量為15-35ppm進行控制，并控制Ca/S比在0. 7 1. 2之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3中任一項所述的制造方法，其特征在于，所述澆注的速度是 0.6 1.3米/秒。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4中任一項所述的制造方法，其特征在于，在所述第二階段軋制前，按目標(biāo)開軋溫度進行中間噴水冷卻。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到5中任一項所述的制造方法，其特征在于，在所述第二階段軋制中，鋼板累積變形量>65%。
7.根據(jù)權(quán)利要求1到6中任一項所述的制造方法，其特征在于，該鋼板的碳當(dāng)量 Ceq 彡 0. 44，其中 Ceq = C+Mn/6+ (Cr+Mo+V)/5+ (Ni+Cu)/15
8.根據(jù)權(quán)利要求1到7中任一項所述的制造方法，其特征在于，該鋼板的冷裂紋敏感系數(shù) Pcm 彡 0. 023，其中，Pcm = C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10。
9.根據(jù)權(quán)利要求1到8中任一項所述的制造方法，其特征在于，該鋼板的化學(xué)成分質(zhì)量百分比滿足:V+Nb+Ti ^ 0. 15ο
10.根據(jù)權(quán)利要求1到9中任一項所述的制造方法，其特征在于，該鋼板的化學(xué)成分質(zhì)量百分比滿足:Ni+Cr+Cu ^ 0. 60ο
11.根據(jù)權(quán)利要求1到10中任一項所述的制造方法，其特征在于，所述鋼板的化學(xué)成分質(zhì)量百分比為Si 0. 18 0. 21 ；Mn 1. 50 1. 90 ；P 0. 004 0. 007 ；Ni 0. 18 0. 25 ；Mo 0. 025 0. 20 ；V :0. 02 0. 06 ；Nb :0. 04 0. 06 ；Al :0. 025 0. 032 ；N 0. 0024 0. 0030 ；Ti 0. 010 0. 015 ；Ca 0. 002 0. 003。
12.根據(jù)權(quán)利要求1到11中任一項所述的制造方法，其特征在于，所述第二階段的開軋厚度為50 90mm。
13.根據(jù)權(quán)利要求1到12中任一項所述的制造方法，其特征在于，在澆注中，過熱度ΔΤ = ^°C，在連鑄中斷面為220mmX 2300mm的連鑄坯的拉速為0. 95 1. 05m/min ；斷面為300mmX 2300mm的連鑄坯的拉速為0. 55 0. 65m/min。
14.根據(jù)權(quán)利要求1到13中任一項所述的制造方法制得的直縫焊管用鋼板。
全文摘要
一種直縫焊管用鋼板的制造方法，該鋼板的化學(xué)成分質(zhì)量百分比為C0.03～0.09；Si0.10～0.60；Mn1.40～1.95；P≤0.015；S≤0.002；Cu≤0.20；Ni0.10～0.50；Mo≤0.30；Cr≤0.30；V0.01～0.06；Nb0.025～0.10；Al0.015～0.060；N≤0.0080；Ti0.010～0.025；Ca0.0015～0.0035；在本發(fā)明的方法中，采用二階段控制軋制，分別在奧氏體再結(jié)晶區(qū)和奧氏體未再結(jié)晶區(qū)域進行軋制，其中，第一階段軋制的開軋溫度為950～990℃；第二階段軋制的開軋溫度為815～865℃，終軋溫度為700～770℃。通過本發(fā)明的方法可以生產(chǎn)出板形、內(nèi)部質(zhì)量、表面質(zhì)量和力學(xué)性能優(yōu)良的鋼板。
文檔編號C22C38/50GK102234742SQ20101015467
公開日2011年11月9日 申請日期2010年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月23日
發(fā)明者吳曉輝, 張備, 朱春生, 王波, 鐘武波 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司