專利名稱：一種低溫韌性優(yōu)異的x65管線鋼及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬材料高強(qiáng)度低合金鋼領(lǐng)域，具體涉及ー種低溫韌性優(yōu)異的X65鋼級(jí)油氣輸送管道用管線鋼及其熱軋板卷的制造方法。
背景技術(shù)：
隨著近幾年來(lái)輸送石油天然氣管道工程的飛速發(fā)展，X65級(jí)別管線鋼作為管道エ程特別是支線工程的常用鋼種，市場(chǎng)前景十分廣闊。但世界上原油、天然氣等能源多集中在靠近極地的寒冷地帶或者沙漠、深海等自然環(huán)境嚴(yán)酷的地域，從考慮輸送管道的運(yùn)營(yíng)穩(wěn)定性和安全性出發(fā)，特別是在長(zhǎng)距離輸送條件下，除對(duì)強(qiáng)度和韌性提出了更高的要求外，還要求管線管具有優(yōu)異的低溫韌性、焊接性以及耐腐蝕性。目前世界絕大多數(shù)國(guó)家的石油、天然氣輸送管道工程用管線鋼鋼管均遵循美國(guó)石油協(xié)會(huì)API SPEC 5L規(guī)范，或以此為基礎(chǔ)并根據(jù)具體的管線工程需要提出補(bǔ)充要求。此規(guī)范中焊管的低溫韌性要求為0°C試驗(yàn)溫度時(shí)，每個(gè)試驗(yàn)(一組ニ個(gè)試樣)平均剪切面積應(yīng)^ 85%。這樣的要求對(duì)于在自然條件嚴(yán)酷的區(qū)域下保證管線輸送的安全是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。本發(fā)明即在符合API SPEC 5L規(guī)范的基礎(chǔ)上，低成本開(kāi)發(fā)ー種具有優(yōu)異低溫韌性的X65級(jí)管線鋼熱軋卷板，以適應(yīng)國(guó)家能源發(fā)展戰(zhàn)略，滿足國(guó)家工程需求。在本發(fā)明之前，已有多個(gè)相關(guān)X65管線鋼的專利及文獻(xiàn)，以下簡(jiǎn)單介紹與本發(fā)明最為接近的幾個(gè)。專利I :中國(guó)專利CN200880007645. 0，低溫韌性優(yōu)良的螺旋管用高強(qiáng)度熱軋鋼板及其制造方法。此專利在成分上含貴重元素Mo，且添加一定量的Cu，與本發(fā)明不同。專利2 :中國(guó)專利CN200710028175.3，一種低成本生產(chǎn)X65管線鋼的方法。此專利中涉及ー種薄規(guī)格低成本X65管線鋼生產(chǎn)，由于過(guò)分強(qiáng)調(diào)低成本，Mn及Nb合金元素含量太低，沖擊韌性低且沒(méi)有低溫韌性檢測(cè)。專利3 :中國(guó)專利CN200910061568. 3，低碳高鈮鉻系高強(qiáng)度高韌性管線鋼卷及其制造方法。此專利中Nb含量高，且含Mo、Cu等元素，合金元素多，成本高，另外板坯厚，達(dá)200-300mmo專利4 :韓國(guó)專利 KR20020027013 (A)，Steel product for stress relief heattreatment guaranteed API—X65 grade line pipes and method for manufacturing thesame.( 一種時(shí)效性能良好的API-X65管線管及其制造方法)此專利在Mn、Nb、V等合金元素選擇范圍上均與本發(fā)明不同，且添加一定量的貴重元素Mo，另外在軋制エ藝溫度參數(shù)選擇范圍上也多與本發(fā)明明顯不同。專利5 :日本專利 JP2005194607, High-strength steel sheet for line pipesuperior in nigh—speed ductile fracture resistance, and manufacturing methodtherefor.(一種止裂韌性優(yōu)異的高強(qiáng)度鋼板及其制造方法)此專利涉及ー種高強(qiáng)度高斷裂韌性的API X65管線鋼，但成分中添加Mo和少量的Mg，不添加Nb、V、Cr等元素，與本發(fā)明在合金系選擇上明顯不同。專利6 :俄羅斯專利RU2353670 (Cl), Method of candies manufacturing.( 一種熱軋鋼板制造方法)此專利采用高C低Mn低Nb設(shè)計(jì)，同時(shí)添加Cr、Ni、Cu等多種合金元素，與本發(fā)明成分選擇明顯不同。專利7 :美國(guó)專利 US2006201592 (Al)，High-Strength steel pipe of API X65grade or higher and manufacturing method therefor. (API X65 及以上級(jí)別高強(qiáng)度鋼管及其制造方法)這是日本JFE在美國(guó)公開(kāi)的ー項(xiàng)專利，具體涉及ー種高強(qiáng)度且具有良好抗HIC性能的X65管線鋼，成分中低Nb含Mo且無(wú)Cr，與本發(fā)明不同。論文I:侯慶平，王旭生。本鋼薄板坯連鑄生產(chǎn)API X65管線鋼。本鋼技木，2007(4) :21-23。文中成分設(shè)計(jì)高C、低Mn、含Ni，エ藝終軋及卷取エ藝溫度明顯偏高，另外其性能檢測(cè)均取45°方向(此方向性能優(yōu)于30°方向)，以上均與本發(fā)明明顯不同。以上文獻(xiàn)中公開(kāi)的X65管線鋼雖多數(shù)達(dá)到了高強(qiáng)度高韌性，但涉及低溫韌性的不多，即使有，也多在_20°C以上溫度檢測(cè)，且基本依靠成分中添加貴重金屬M(fèi)o，同時(shí)添加Ni、Cu等多種合金元素來(lái)實(shí)現(xiàn)，成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的是提供一種低成本、具有優(yōu)異低溫韌性的API X65鋼級(jí)管線鋼熱軋卷板及其制造方法。本發(fā)明的技術(shù)方案之ー是提出ー種具有優(yōu)異低溫韌性的X65管線鋼，其化學(xué)成分重量百分比為C O. 020% -O. 055%, Si O. 10% -O. 25%, Mn I. 50% -I. 70%, NbO. 060% -O. 080%, Cr O. 20% -O. 35%, V O. 020% -O. 040%, Ti O. 010% -O. 020%, AlsO. 015% -O. 040%, P彡O. 018%, S彡O. 005%, N彡O. 0060%，余量為鐵和不可避免的雜
質(zhì)，且冷裂紋敏感系數(shù)Pcm < O. 17%。X65管線鋼的成分設(shè)計(jì)思想是采用低碳C-Mn-Nb-Cr系合金設(shè)計(jì)，并適量加入V、Ti等微合金元素，結(jié)合熱機(jī)械控制軋制生產(chǎn)エ藝獲得細(xì)小的針狀鐵素體組織，以保證管線鋼具有高強(qiáng)度高韌性以及優(yōu)良的低溫韌性，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(guò)固溶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化對(duì)提高鋼的強(qiáng)度有明顯作用，但是提高C含量對(duì)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
0.020% -O. 055%，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(guò)固溶強(qiáng)化提高鋼的強(qiáng)度，是管線鋼中補(bǔ)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Y相區(qū)的元素，可降低鋼的Y-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
1.50% -I. 70%,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(duì)晶粒細(xì)化的作用十分明顯。通過(guò)熱軋過(guò)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(shí)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。Nb還通過(guò)析出強(qiáng)化提高鋼的強(qiáng)度，降低碳含量可以提高板坯再加熱時(shí)Nb在高溫奧氏體中的固溶度，可充分發(fā)揮隨后控制軋制過(guò)程中Nb對(duì)晶粒細(xì)化和析出強(qiáng)化的作用，故本發(fā)明在低碳含量下，Nb控制在O. 060 % -O. 080 %。
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(cuò)分布的鐵素體或貝氏體，與Nb組合使用，效果更顯著，故本發(fā)明Cr 控制在 O. 20% -O. 35%。V:在作為熱卷制造エ序的特征的卷取エ序中，生成微細(xì)的碳氮化物，通過(guò)其析出強(qiáng)化有助于提高強(qiáng)度。但是如果添加量低于O. 020%則效果不明顯，添加量超過(guò)O. 040%,不僅效果飽和，還有可能使現(xiàn)場(chǎng)焊接性降低。Ti :是強(qiáng)的固N(yùn)元素，Ti/N的化學(xué)計(jì)量比為3. 42，利用O. 02%左右的Ti就可固定鋼中60ppm以下的N，在板坯連鑄時(shí)可形成細(xì)小的高溫穩(wěn)定的TiN析出相。這種細(xì)小的TiN粒子可有效地阻礙板坯再加熱時(shí)的奧氏體晶粒長(zhǎng)大，有助于提高Nb在奧氏體中的固溶度， 同時(shí)對(duì)改善焊接熱影響區(qū)的沖擊韌性有明顯作用。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控制在く O. 17%。本發(fā)明的技術(shù)方案之ニ是提出一種采用薄板坯連鑄連軋エ藝制造具有良好低溫韌性X65管線鋼熱軋卷板的方法。其生產(chǎn)エ藝流程鐵水預(yù)處理-轉(zhuǎn)爐冶煉-爐外精煉(RH+LF+韓處理)-連鑄-板還加熱_軋制_層流冷卻_卷取。其特征是I)冶煉連鑄エ藝鐵水預(yù)處理,轉(zhuǎn)爐冶煉-經(jīng)頂吹或頂?shù)讖?fù)合吹煉，爐外精
煉——經(jīng)RH真空處理、LF爐輕脫硫處理及進(jìn)行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，板坯連鑄制成連鑄板坯一一全程保護(hù)澆注，并投入動(dòng)態(tài)輕壓下，以減少連鑄坯中心偏析，鑄坯厚度200_以下，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。2)軋制エ藝連鑄板坯在500-850°C溫度直接進(jìn)行熱裝爐加熱，連鑄板坯經(jīng)步進(jìn)式加熱爐加熱至1140-1200°C，隨后經(jīng)粗軋及精軋機(jī)組兩階段控制軋制，粗軋溫度為980-1100 V，精軋溫度為750-960 V，終軋溫度為750-850 V，隨后板卷采用層流冷卻方式以10-25°C /s的速度進(jìn)行冷卻，在450-550°C溫度進(jìn)行低溫卷取。本發(fā)明生產(chǎn)上述X65熱軋板卷采用螺旋埋弧焊方式制成鋼管，鋼管管體的屈服強(qiáng)度為500-570MPa，抗拉強(qiáng)度590_670MPa，伸長(zhǎng)率彡33%，屈強(qiáng)比< O. 88，_20°C夏比沖擊功(3個(gè)試樣)Akv ^ 300J, -40°C室溫平均落錘撕裂試驗(yàn)(簡(jiǎn)稱DWTT)剪切面積(2個(gè)試樣)SA彡95%，硬度HVltl ( 210，冷彎合格。本發(fā)明技術(shù)方案的特別之處在于1)合金設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、成本低，以低碳C-Mn-Nb-Cr系設(shè)計(jì)，并添加少量的V、Ti,貴重金屬加入少,不添加Mo、Ni、Cu等合金元素,尤其是以Cr代Mo，大幅度降低合金成本。2)采用連鑄板坯的厚度僅為135mm，采用短流程連鑄連軋生產(chǎn)エ藝，效率高，節(jié)省能源；3)產(chǎn)品綜合性能優(yōu)異，尤其是低溫韌性，在-40°C下，落錘撕裂試驗(yàn)平均剪切面積>95%。4)采用上述エ藝生產(chǎn)的X65管線鋼，可廣泛應(yīng)用于靠近極地的寒冷地帯或者沙漠、深海等自然環(huán)境嚴(yán)酷的地域。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明進(jìn)ー步說(shuō)明這些實(shí)施例僅對(duì)本發(fā)明最佳實(shí)施方式的描述，但并不對(duì)本發(fā)明的范圍有任何限制。表I為實(shí)施例鋼的化學(xué)成分。其エ藝流程為鐵水預(yù)處理-轉(zhuǎn)爐冶煉-爐外精煉(RH+LF+鈣處理)-連鑄-板坯加熱-軋制-層流冷卻-卷取，鑄坯厚度為135mm或170mm，實(shí)施例鋼具體エ藝制度見(jiàn)表2。表3為實(shí)施例鋼的力學(xué)性能。 表I實(shí)施例鋼化學(xué)成分(wt，% )
權(quán)利要求
1.一種低溫韌性優(yōu)異的X65管線鋼，其特征在于其化學(xué)成分重量百分比為CO. 020% -O. 055%, Si O. 10% -O. 25%, Mn I. 50% -I. 70%, Nb O. 060% -O. 080%, CrO. 20 % -O. 35 V O. 020 % -O. 040 %、TiO. 010 % -O. 020 Als O. 015 % -O. 040 %、P^O. 018%,S ( O. 005%,O. 0060%，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)，且冷裂紋敏感系數(shù)Pcm ( O. 17%。
2.一種根據(jù)權(quán)利要求I所述低溫韌性優(yōu)異的X65管線鋼制造方法，生產(chǎn)工藝流程為鐵水預(yù)處理-轉(zhuǎn)爐冶煉-爐外精煉-連鑄-板坯加熱-軋制-層流冷卻-卷取，其特征在于爐外精煉經(jīng)RH真空處理、LF爐輕脫硫處理及進(jìn)行鈣處理；板坯連鑄采用全程保護(hù)澆注，并投入動(dòng)態(tài)輕壓下，鑄坯厚度200mm以下；連鑄板坯在500-85(TC溫度直接進(jìn)行熱裝爐加熱，連鑄板坯經(jīng)步進(jìn)式加熱爐加熱至1140-120(TC，隨后經(jīng)粗軋及精軋機(jī)組兩階段控制軋制，粗軋溫度為980-1100°C，精軋溫度為750-960°C，終軋溫度為750-850°C，隨后板卷采用層流冷卻方式以10-25°C /s的速度進(jìn)行冷卻，在450-550°C溫度進(jìn)行低溫卷取。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種低溫韌性優(yōu)異的X65管線鋼及其制造方法，其化學(xué)成分為C 0.020％-0.055％、Si 0.10％-0.25％、Mn 1.50％-1.70％、Nb 0.060％-0.080％、Cr 0.20％-0.35％、V 0.020％-0.040％、Ti0.010％-0.020％、Als 0.015％-0.040％、P≤0.018％、S≤0.005％、N≤0.0060％，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)，且冷裂紋敏感系數(shù)Pcm≤0.17％。連鑄板坯在500-850℃溫度直接進(jìn)行熱裝爐加熱，連鑄板坯經(jīng)步進(jìn)式加熱爐加熱至1140-1200℃，隨后經(jīng)粗軋及精軋機(jī)組兩階段控制軋制，粗軋溫度為980-1100℃，精軋溫度為750-960℃，終軋溫度為750-850℃，隨后板卷采用層流冷卻方式以10-25℃/s的速度進(jìn)行冷卻，在450-550℃溫度進(jìn)行低溫卷取。
文檔編號(hào)C22C33/04GK102851600SQ20111017994
公開(kāi)日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2011年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月28日
發(fā)明者孔祥磊, 黃國(guó)建, 徐烽, 黃明浩, 張英慧, 張祿林 申請(qǐng)人:鞍鋼股份有限公司