專利名稱：直縫電阻焊管用x80管線鋼及其熱軋板卷的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高強(qiáng)度低合金鋼技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及一種油氣輸送管道用管線鋼及其熱軋板卷的制造方法，尤其是API SPEC 5L規(guī)范中一種直縫電阻焊管用X80鋼級管線鋼及其熱軋板卷的制造方法。
背景技術(shù)：
管道運輸是長距離輸送石油天然氣等物質(zhì)最經(jīng)濟(jì)、安全、高效和環(huán)保的運輸方式， 為降低管道建設(shè)和運營成本，提高輸送效率，采用高壓、大口徑輸送天然氣已成為長距離天然氣管道建設(shè)的主流趨勢，促使管線鋼向高強(qiáng)度、高韌性方向發(fā)展，X70-X80管線鋼已成為國際長輸管線工程的主流鋼級，市場前景廣泛。目前世界絕大多數(shù)國家的石油、天然氣輸送管道工程用管線鋼鋼管均遵循美國石油協(xié)會API SPEC 5L規(guī)范或國際標(biāo)準(zhǔn)組織ISO 3183的規(guī)范，管道工程用鋼管按制管方式分為螺旋埋弧焊鋼管、直縫電阻焊鋼管和直縫埋弧焊鋼管，對應(yīng)三種焊管所采用的原料分別為熱軋板卷和熱軋鋼板。厚規(guī)格X80管線鋼熱軋卷板研制的技術(shù)關(guān)鍵是保證產(chǎn)品的高強(qiáng)度和良好的低溫斷裂韌性，以及低成本生產(chǎn)。為同時兼顧高強(qiáng)度、良好低溫韌性和良好焊接性能等要求，X80 管線鋼一般均采用針狀鐵素體組織設(shè)計。在本發(fā)明之前，已有多個有關(guān)X80管線鋼的文獻(xiàn)和發(fā)明專利，但直縫電阻焊用X80管線鋼報導(dǎo)很少，以下簡單介紹與本發(fā)明較為接近的文獻(xiàn)和專利1)鄧偉等，高鈮X80管線鋼的組織和性能，東北大學(xué)學(xué)報，2009，No. 9。本文為實驗室研究，成品厚度為12mm，未工業(yè)化應(yīng)用。2)Navid Pourkia,PiroozMarash. The Effect of Weld Metal ManganeseContent on the Microstructure, JFE Technical Report, 2008,No. 80 本文涉及制造 X80 高頻電阻焊管，但成分中含Mo，連鑄坯厚度215mm，成品厚度16mm。3)中國專利CN101413090A，一種高強(qiáng)韌性螺旋埋弧焊管用X80熱軋卷板及其制造方法。成分中含Mo 0. 10-0. 30%，且連鑄坯厚230mm，成品厚度12_19mm，用于螺旋焊管。4)中國專利CN 101270441A，一種經(jīng)濟(jì)型X80管線鋼及其生產(chǎn)方法。本專利可選擇性添加MoSO. 50wt%，板坯需下線精整，沒有注明鑄坯及成品厚度，用于直縫焊管。5)中國專利CN 1715434A，高強(qiáng)度高韌性X80管線鋼及其熱軋卷板制造方法。連鑄坯厚250mm，成分含Mo :0. 20-0. 40%，成品厚度小于15mm，用于螺旋焊管。6)中國專利CN 1715434A，具有抗HIC性能X80管線鋼及其熱軋板制造方法。連鑄坯厚250mm，成分中含Mo :0. 20-0. 40%，成品厚度小于15mm，用于螺旋焊管。7)中國專利CN 1584097A，高強(qiáng)度高韌性輸送管線鋼及其制備方法。連鑄坯厚 230mm，成分中含Mo :0. 10-0. 40%，厚度15mm和17. 5mm，用于螺旋焊管。8)日本專利JP 10102184，制造高強(qiáng)度電阻焊鋼管用熱軋鋼板。用于直縫電阻焊，成分 wt % :C,0. 04-0. 08 % ；Si，0. 10-0. 30 % ；Mn, 1. 20-1. 70 % ；Ti,0. 020-0. 070 % ；
3Nb，0. 030-0. 080 % ；Μο,Ο. 10-0. 50 %，可添加 Cu，0. 20-0. 50 % ；Ni，0. 10-0. 40 % ；V, 0. 030-0. 010，厚度 5. 3-12. 7mm。其中3)、5)、6)、7)專利均為制造螺旋埋弧焊鋼管用X80熱軋卷板的發(fā)明專利，與本發(fā)明產(chǎn)品不同。而文獻(xiàn)幻和專利4)、8)與本發(fā)明產(chǎn)品最為接近，均為制造直縫電阻焊鋼管用X80熱軋板卷的發(fā)明專利，均與本發(fā)明有明顯不同之處。以上文獻(xiàn)和專利公開的X80管線鋼達(dá)到了高強(qiáng)度和高韌性等，但合金中含有貴重金屬Mo，成本較高；且采用215、230或250mm厚連鑄板坯，在連鑄坯再加熱前板坯多需下線精整，熱能損失較大，生產(chǎn)周期較長，生產(chǎn)成本高等問題，同時專利文獻(xiàn)公開板卷厚度較薄， 難以滿足高壓、厚壁長輸管道工程用鋼的需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種具有優(yōu)良低溫韌性的直縫電阻焊管用厚規(guī)格API X80鋼級管線鋼熱軋卷板及其低成本生產(chǎn)的制造方法。本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的該直縫電阻焊管用X80管線鋼的化學(xué)成分重量百分比為C 0. 025% -0. 065%, Si 0. 10% -0. 35%, Mn 1. 68% -1. 85%, NbO. 06% -0. 11%, Cr 0. 20% -0. 35%,Ti 0. 005% -0. 020%,Als 0. 015% -0. 045%,P 彡 0. 020%,S 彡 0. 005%, Ca 0. 001 % -0. 004 %、N 彡 0. 006 %，還含有 NiO. 10 % -0. 25 %, Cu 0. 10 % -0. 25 %、 V 0. 01 % -0. 04%中的一種或兩種以上，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)，且冷裂紋敏感系數(shù) Pcm ^ 0. 19%。本發(fā)明厚規(guī)格X80管線鋼的成分設(shè)計思想是以低C、高M(jìn)n、高Nb，通過加入微量Ti 等微合金元素、及Cr、Cu、Ni合金元素，結(jié)合熱機(jī)械控制軋制生產(chǎn)工藝獲得細(xì)小的針狀鐵素體組織，以保證管線鋼具有高強(qiáng)度高韌性的性能，其主要的基本元素和作用如下C:是鋼中最經(jīng)濟(jì)、最基本的強(qiáng)化元素，通過固溶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化對提高鋼的強(qiáng)度有明顯作用，但是提高C含量對鋼的延性、韌性和焊接性有負(fù)面影響。本發(fā)明的碳含量為
0.025-0. 065%，低碳保證管線鋼具有良好低溫韌性、良好焊接性能和抗氫致裂紋(HIC)性能。Mn 通過固溶強(qiáng)化提高鋼的強(qiáng)度，是管線鋼中補償因C含量降低而引起強(qiáng)度損失的最主要且最經(jīng)濟(jì)的強(qiáng)化元素。Mn還是擴(kuò)大γ相區(qū)的元素，可降低鋼的Υ-α相變溫度，有助于獲得細(xì)小的相變產(chǎn)物，可提高鋼的韌性、降低韌脆轉(zhuǎn)變溫度。本發(fā)明的錳含量為
1.68-1. 85 %，高錳促進(jìn)針狀鐵素體形核，高M(jìn)n/C可提高鋼材屈服強(qiáng)度和沖擊韌性，降低韌脆轉(zhuǎn)變溫度。Nb:是現(xiàn)代微合金化管線鋼中最主要的元素之一，對晶粒細(xì)化的作用十分明顯。通過熱軋過程中NbC應(yīng)變誘導(dǎo)析出阻礙形變奧氏體的回復(fù)、再結(jié)晶，經(jīng)控制軋制和控制冷卻使精軋階段非再結(jié)晶區(qū)的形變奧氏體組織在相變時轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小的相變產(chǎn)物，以使鋼具有更高強(qiáng)度和高韌性。Cr 能夠有效提高淬透性，抑制多邊形鐵素體和珠光體的產(chǎn)生，促進(jìn)在中溫和低溫區(qū)內(nèi)形成晶內(nèi)有大量位錯分布的鐵素體或貝氏體，與Nb組合使用，效果更顯著。Ti 是強(qiáng)的固N元素，Ti/N的化學(xué)計量比為3. 42，利用0. 02%左右的Ti就可固定鋼中60ppm以下的N，在板坯連鑄時可形成細(xì)小的高溫穩(wěn)定的TiN析出相。這種細(xì)小的TiN
4粒子可有效地阻礙板坯再加熱時的奧氏體晶粒長大，有助于提高Nb在奧氏體中的固溶度， 同時對改善焊接熱影響區(qū)的沖擊韌性有明顯作用。Cu、Ni 可通過固溶強(qiáng)化作用提高鋼的強(qiáng)度，同時Cu還可以改善鋼的耐蝕性，Ni的加入主要是改善Cu在鋼中易引起的熱脆性，且對韌性有益。在厚規(guī)格管線鋼中可補償因厚度的增加而引起的強(qiáng)度下降。V 具有較高的析出強(qiáng)化作用和較弱的晶粒細(xì)化作用，V主要是通過在鐵素體中以 VC析出強(qiáng)化來提高鋼的強(qiáng)度。Pcm:控制冷裂紋敏感系數(shù)有利于保障產(chǎn)品的焊接性能，本發(fā)明的Pcm控制在 0. 14% 0. 19%。本發(fā)明直縫電阻焊管用X80管線鋼的制造方法是采用中等厚度板坯連鑄連軋生產(chǎn)工藝，其工藝流程為鐵水預(yù)處理-轉(zhuǎn)爐冶煉-爐外精煉-連鑄-軋制，其特點是轉(zhuǎn)爐冶煉采用頂吹或頂?shù)讖?fù)合吹煉；爐外精煉采用RH真空處理、LF爐輕脫硫處理和鈣處理以控制夾雜物形態(tài)和提高鋼的延展性、韌性和冷彎性能；連鑄采用動態(tài)輕壓下、以控制連鑄板坯的中心偏析質(zhì)量，應(yīng)用135mm或170mm厚連鑄坯，明顯薄于目前主要應(yīng)用的250mm左右厚連鑄坯，其凝固冷卻速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)的厚板坯，二次枝晶間距大幅度減小；連鑄采用二冷曲線動態(tài)控制，確保高鈮管線鋼連鑄坯的表面質(zhì)量；連鑄坯在500-85(TC溫度直接進(jìn)行熱裝爐加熱，經(jīng)步進(jìn)式加熱爐加熱至1130-123(TC后，經(jīng)粗軋及精軋機(jī)組兩階段控制軋制，初軋溫度為1100-980°C，精軋溫度為960-750°C，終軋溫度為750-830°C，板卷通過層流冷卻以 10-200C /s的速度快速冷卻，卷取溫度為480-560°C。本發(fā)明生產(chǎn)上述厚規(guī)格X80熱軋板卷采用直縫電阻焊(簡稱ERW或HFW)制成鋼管，按美國石油協(xié)會API 5L標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，上述X80鋼級鋼管管體的屈服強(qiáng)度為555-705MPa，抗拉強(qiáng)度625-825MPa，伸長率彡16%，室溫夏比沖擊功(3個試樣)Akv彡MJ，室溫平均落錘撕裂試驗(簡稱DWTT)剪切面積O個試樣)SA彡85%。本發(fā)明X80管線鋼熱軋板卷采用C-Mn-Cr-Nb系針狀鐵素體組織設(shè)計，以Cr代Mo， 可選擇添加V、Ni和Cu等合金元素，不添加B合金元素，合金成本低，產(chǎn)品達(dá)到API SPEC 5L規(guī)范要求X80管線鋼要求；采用135mm或170mm厚連鑄坯、在短流程連鑄連鑄生產(chǎn)線生產(chǎn)出厚規(guī)格X80管線鋼熱軋卷板，最厚規(guī)格可達(dá)19. 5mm ；采用動態(tài)輕壓下連鑄技術(shù)，且連鑄板坯在500-85(TC溫度可直接進(jìn)行熱裝爐再加熱，提高了熱能使用效率節(jié)省能源，縮短生產(chǎn)周期，提高生產(chǎn)效率，大大降低生產(chǎn)成本；本發(fā)明X80管線鋼具有優(yōu)良的綜合強(qiáng)韌性能和良好的焊接性能其強(qiáng)度滿足API SPEC 5L規(guī)范要求，-20°C夏比沖擊功達(dá)300J以上，剪切面積大于85%，_15°C落錘撕裂試驗的剪切面積大于85% ；其冷裂紋敏感系數(shù)Pcm不大于 0. 19%,使用合理的焊接材料和焊接工藝，可獲得良好的焊接性能。
具體實施例方式下面通過實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。下面列舉本發(fā)明的實施例僅對本發(fā)明最佳實施方式的描述，但并不對本發(fā)明的范圍有任何限制。表1為本發(fā)明實施例鋼的化學(xué)成分。其工藝流程為鐵水預(yù)處理-轉(zhuǎn)爐冶煉-爐外精煉(RH+LF+鈣處理)-連鑄-軋制，實施例鋼的具體工藝制度見表2。表3為本發(fā)明實施例鋼的力學(xué)性能。
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由表3可見，采用本發(fā)明技術(shù)方案生產(chǎn)的直縫電阻焊管用X80管線鋼熱軋板卷，具有良好的綜合力學(xué)性能和焊接性能，可以用于制造滿足API SPEC 5L標(biāo)準(zhǔn)要求的X80鋼級鋼管。表1本發(fā)明實施例鋼的化學(xué)成分(wt，%)
權(quán)利要求
1.一種直縫電阻焊管用X80管線鋼，其特征在于該鋼的化學(xué)成分重量百分比為 C 0. 025 % -0. 065 Si 0. 10 % -0. 35 Mn 1. 68 % -1. 85 NbO. 06 % -0. 11 Cr 0. 20% -0. 35%,Ti 0. 005% -0. 020%,AlsO. 015% -0. 045%,P 彡 0. 020%,S 彡 0. 005%, Ca 0. 001 % -0. 004 %、N 彡 0. 006 %，還含有 Ni 0. 10% -0. 25 %, Cu 0. 10 % -0. 25 %、 V 0. 01 % -0. 04%中的一種或兩種以上，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)，且冷裂紋敏感系數(shù) Pcm ^ 0. 19%。
2.—種權(quán)利要求1所述直縫電阻焊管用X80管線鋼的制造方法，其工藝流程為鐵水預(yù)處理-轉(zhuǎn)爐冶煉-爐外精煉-連鑄-軋制，其特征在于連鑄坯在500-85(TC溫度直接進(jìn)行熱裝爐加熱，經(jīng)步進(jìn)式加熱爐加熱至1130-1230°C后，經(jīng)粗軋及精軋機(jī)組兩階段控制軋制， 初軋溫度為1100-980°C，精軋溫度為960-750°C，終軋溫度為750-830°C，板卷通過層流冷卻以10-20°C /s的速度快速冷卻，卷取溫度為480-560°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的X80管線鋼的制造方法，其特征在于所述連鑄坯厚度為 135mm或170mm，連鑄采用動態(tài)輕壓下和二冷曲線動態(tài)控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的X80管線鋼的制造方法，其特征在于所述爐外精煉包括RH真空處理、LF爐輕脫硫處理和鈣處理。
全文摘要
本發(fā)明提供一種直縫電阻焊管用X80管線鋼及其熱軋板卷的制造方法，成分C 0.025％-0.065％、Si 0.10％-0.35％、Mn 1.68％-1.85％、Nb0.06％-0.11％、Cr 0.20％-0.35％、Ni≤0.25％、Cu≤0.25％、V≤0.04％、Ti 0.005％-0.020％、Als 0.015％-0.045％、Ca 0.001％-0.004％、N≤0.006％，余為鐵。工藝鐵水預(yù)處理-轉(zhuǎn)爐冶煉-爐外精煉-連鑄-軋制，連鑄坯在500-850℃直接熱裝爐加熱，經(jīng)步進(jìn)式加熱爐加熱至1130-1230℃后，經(jīng)粗軋及精軋機(jī)組兩階段控制軋制，初軋溫度為1100-980℃，精軋溫度為960-750℃，終軋溫度為750-830℃，板卷通過層流冷卻以10-20℃/s的速度快速冷卻，卷取溫度為480-560℃。本發(fā)明合金成本低，生產(chǎn)周期短，效率高，節(jié)省能源，產(chǎn)品具有良好的綜合強(qiáng)韌性能和焊接性能。
文檔編號C22C38/58GK102400054SQ20101027661
公開日2012年4月4日 申請日期2010年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月7日
發(fā)明者關(guān)菊, 孔祥磊, 張祿林, 張英慧, 黃國建 申請人:鞍鋼股份有限公司