具有優(yōu)良應(yīng)變時(shí)效性能的管線用鋼板及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種具有優(yōu)良應(yīng)變時(shí)效性能的管線用鋼板及其制造方法，其化學(xué)成分組成按wt%為：C：0.02%~0.06%，Si：0.10%~0.40%，Mn：1.0%~2.0%，?P<0.015%，S<0.005%，Ni：0.15%~0.35%，Cr：0.15%~0.45%，Nb：0.02%~0.49%，Ti≤0.015%，限制元素H≤0.0002%，N≤0.004%，O≤0.0015%，其中Ti/N≥3.42，余量為Fe以及不可避免的雜質(zhì)，板坯均熱溫度1150-1250℃，分兩階段控制軋制，再結(jié)晶區(qū)軋制和未再結(jié)晶區(qū)軋制，冷卻速度15~40℃/s，終冷溫度控制在500℃及其以下，堆垛緩冷15-30小時(shí)；本發(fā)明由于采用低碳+Mn+Ni、Cr且根據(jù)鋼板厚度優(yōu)選則的添加Mo、Cu的成分設(shè)計(jì)，兩階段控制軋制后空冷加水冷及終冷溫度，得到強(qiáng)度、塑性優(yōu)良，應(yīng)變時(shí)效效應(yīng)低的管線用鋼板。
【專利說(shuō)明】具有優(yōu)良應(yīng)變時(shí)效性能的管線用鋼板及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)度高塑性管線用中厚板的生產(chǎn)技術(shù)，特別是涉及一種采用低碳成分設(shè)計(jì)，利用軋后空冷加水冷控制相變的技術(shù)獲得所需組織形態(tài)，生產(chǎn)X70及其以上具有優(yōu)良應(yīng)變時(shí)效性能的管線用中厚板及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]油氣管道作為石油和天然氣一種經(jīng)濟(jì)、安全、不間斷的長(zhǎng)距離輸送工具，正在向著大直徑、大壁厚、高壓輸送的方向邁進(jìn)，這對(duì)管線鋼的綜合性能提出越來(lái)越高的要求。應(yīng)變時(shí)效性能便是國(guó)內(nèi)外管道工程建設(shè)提出的一項(xiàng)全新要求，低的應(yīng)變時(shí)效敏感性對(duì)油氣管道的安全性至為重要，特別是基于應(yīng)變?cè)O(shè)計(jì)的管道工程。
[0003]應(yīng)變時(shí)效是低碳鋼經(jīng)受一定塑性變形并被加熱到一定溫度、保溫一定時(shí)間后，產(chǎn)生的強(qiáng)度升高，特別是屈服強(qiáng)度升高明顯，造成屈強(qiáng)比顯著升高的一種現(xiàn)象。管線鋼是一種高附加值低碳微合金控軋鋼，制管過(guò)程的塑性變形和防腐涂層制備過(guò)程中的加熱(約200°C，持續(xù)5min)會(huì)誘發(fā)應(yīng)變時(shí)效。應(yīng)變時(shí)效效應(yīng)會(huì)對(duì)制管控制、鋼管現(xiàn)場(chǎng)焊接施工以及鋼管服役性能等造成不利影響，隨著管線鋼鋼級(jí)的不斷提高，應(yīng)變時(shí)效效應(yīng)對(duì)鋼管性能的影響越來(lái)越顯著。應(yīng)變時(shí)效敏感性較高時(shí)，最顯著的變化是應(yīng)力應(yīng)變曲線由連續(xù)屈服轉(zhuǎn)變?yōu)椴贿B續(xù)屈服，這是基于應(yīng)變?cè)O(shè)計(jì)管道工程不可接受的。
[0004]為了獲得低應(yīng)變時(shí)效效應(yīng)的鋼板，國(guó)內(nèi)外做了很多技術(shù)上的嘗試。專利CN101456034提供了 “一種生產(chǎn)X80級(jí)抗大變形管線鋼中厚板的方法”，該專利未考察鋼板的應(yīng)變時(shí)效性能，且要求未再結(jié)晶區(qū)壓縮比不低于5，不能用230mm的連鑄坯生產(chǎn)27.6mm以上厚度的鋼板，Nb含量高為至少0.05%，高于本專利的添加量上限。專利CN101545079提供了一種“韌性優(yōu)良的高強(qiáng)度低屈強(qiáng)比X80熱軋鋼板及其生產(chǎn)方法”，該專利同樣沒有考察所制產(chǎn)品的應(yīng)變時(shí)效性能，且要求再結(jié)晶區(qū)軋制時(shí)單道次壓下量不低于15%，增加了軋機(jī)負(fù)荷且限制了應(yīng)用領(lǐng)域，與本專利相比，沒有優(yōu)化Cu、Mo等元素的優(yōu)化添加方案。專利CN102080194提供了 “一種具有優(yōu)異抗時(shí)效性的抗大變形管線鋼及其生產(chǎn)方法”，該專利中需要對(duì)所制鋼板進(jìn)行兩相區(qū)淬火，雖然降低了應(yīng)變時(shí)效敏感性，卻增加了制造工序，降低了生產(chǎn)效率提高了制造成本，不符合“節(jié)能減排”的綠色鋼鐵發(fā)展趨勢(shì)。專利W02011043287提供了 “一種高強(qiáng)度高塑性管線鋼及其制造方法”，該專利中C含量(wt%)為0.07%~0.15%，與本專利C含量(wt%)為0.02%-0.06%不沖突，且未考察其鋼板的應(yīng)變時(shí)效性能。專利W02009125863、JP2005015823等專利雖然提供了很好的鋼板制備方法，且所制鋼板也性能優(yōu)良，但均未考察鋼板的應(yīng)變時(shí)效性能，前者未優(yōu)化貴金屬M(fèi)o的添加量，后者需要進(jìn)行熱處理，工藝復(fù)雜，與本專利相比，增加了制造難度與成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明基于現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，公開一種具有優(yōu)良應(yīng)變時(shí)效性能的管線用鋼板及其制造方法，采用低碳+Mn+N1、Cr且根據(jù)鋼板厚度優(yōu)選則的添加Mo、Cu的經(jīng)濟(jì)型成分設(shè)計(jì)，兩階段控制軋制后空冷加水冷控制相變技術(shù)，配合適當(dāng)?shù)慕K冷溫度，獲得合適的組織構(gòu)成，得到強(qiáng)度、塑性優(yōu)良，應(yīng)變時(shí)效效應(yīng)低的管線用鋼板。若采用F+B雙相組織構(gòu)成，可以完全滿足X70及其以上抗大變形管線鋼板的各項(xiàng)性能要求，且應(yīng)變時(shí)效效應(yīng)很低。
[0006]為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明之目的，采用碳成分設(shè)計(jì)生產(chǎn)X70及其以上級(jí)別具有良好應(yīng)變時(shí)效性能的管線鋼中厚板的方法，包括兩方面內(nèi)容:一是低碳加Mn、Ni和Cr的經(jīng)濟(jì)型鋼板成分方案，根據(jù)鋼板厚度有選擇添加Mo ;二是控制軋制+軋后空冷弛豫+水冷+堆垛緩冷的工藝方案，控制組織構(gòu)成生產(chǎn)應(yīng)變時(shí)效效應(yīng)低的管線鋼。
[0007]本發(fā)明的化學(xué)成分組成按wt%為:C:0.02%~0.06%，S1:0.10%~0.40%，Mn: 1.0%~2.0%, P:〈0.015%, S: <0.005%, N1: 0.15%~0.35%, Cr: 0.15%~0.45%,Nb:0.02%~0.49%, T1:≤ 0.015%,限制元素 H ≤ 0.0002%, N ≤ 0.004%, O ≤ 0.0015%,其
中Ti/N≤3.42，余量為Fe以及不可避免的微量雜質(zhì)元素；
[0008]當(dāng)鋼板的厚度t超過(guò)20mm后，選擇的添加Mo、Cu: Mo:0^0.20%,40%，優(yōu)選的添加方式為[Mo%] = (t-20) X0.01+0.02，Cu-Ni按照1:1的比例添加。
[0009]本發(fā)明的管線鋼采用如下工藝路線:備料一轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉一爐外精煉一連鑄一板坯再加熱一控制軋制一空冷弛豫一控制冷卻一鋼板堆垛緩冷一取樣檢測(cè)。
[0010]具體步驟為:
[0011]a)對(duì)設(shè)定成分控制范圍內(nèi)的連鑄坯料進(jìn)行再熱處理，均熱溫度控制在1150-1250°C的范圍內(nèi)，保溫時(shí)間(0.2~0.6)min/mm ；
[0012]b)對(duì)出爐后的坯料進(jìn)行高壓水除鱗，去除坯料在加熱過(guò)程中所產(chǎn)生的氧化鐵皮；
[0013]c)對(duì)除鱗后的坯料立即進(jìn)行兩階段控制軋制，即再結(jié)晶區(qū)軋制和未再結(jié)晶區(qū)軋制，再結(jié)晶區(qū)軋制，開軋溫度 控制在110(Tl20(rC范圍內(nèi)，累積變形量大于等于60%，在再結(jié)晶區(qū)變形，隨變形量的增加，奧氏體再結(jié)晶晶粒細(xì)化效果明顯，變形量達(dá)到60%左右時(shí)，晶粒尺寸細(xì)化效果已不明顯，終軋溫度控制在ioo(Tiio(rc范圍內(nèi)，得到中間坯，中間坯空冷到950°C以下再進(jìn)行未再結(jié)晶區(qū)軋制，開軋溫度控在85(T950°C范圍內(nèi)，終軋溫度控制在75(T850°C范圍內(nèi)，未再結(jié)晶區(qū)軋制壓縮比控制保持在3~7倍；未再結(jié)晶區(qū)軋制，使奧氏體晶粒得到壓扁拉長(zhǎng)，為鐵素體相變提供更多的有效位置，相變后的組織細(xì)化。
[0014]d)終軋后的鋼板先進(jìn)行空冷，再水冷:若生產(chǎn)針狀鐵素體(AF)型鋼板，水冷開始溫度在Ar3以上(T35°C ;若生產(chǎn)鐵素體貝氏體(F+B)型鋼板，水冷開始溫度在Ar3以下1(T60°C，使鋼板在入水冷卻前生成20%~80%的鐵素體相。中間坯空冷待溫階段，鈮鈦碳氮化物第二相析出明顯，奧氏體晶界得到了有效釘扎，晶粒穩(wěn)定性良好，不會(huì)發(fā)生明顯的粗化。
[0015]e)水冷過(guò)程中冷卻速度范圍控制在15~40°C /s，終冷溫度控制在500°C及其以下，將水冷后的鋼板經(jīng)矯直改善板型后進(jìn)行堆垛緩冷。
[0016]f)堆垛緩冷時(shí)間根據(jù)環(huán)境溫度、鋼板厚度進(jìn)行調(diào)整:板厚在20_及其以下，可以不堆垛；板厚超過(guò)20mm后，環(huán)境溫度在15°C以上，堆垛4_12小時(shí)；環(huán)境溫度在15°C以下，堆垛15-30小時(shí)。采用空冷弛豫+水冷相變控制，軋后弛豫使鋼板獲得合適的組織，合理堆垛緩冷后使鋼板具有高強(qiáng)度、高韌塑性和低 應(yīng)變時(shí)效效應(yīng)，與通常使用的低碳貝氏體鋼、低合金高強(qiáng)度鋼相比，在相同的強(qiáng)度級(jí)別條件下，具有低的屈強(qiáng)比、較高的均勻變形伸長(zhǎng)率與顯著降低的應(yīng)變時(shí)效。
[0017]所述連鑄坯料的厚度優(yōu)選為230mm。
[0018]本發(fā)明最終得到的熱軋態(tài)鋼板的屈服強(qiáng)度Rt0.5為485~620MPa，抗拉強(qiáng)度Rm為605~755MPa，AF型鋼板屈強(qiáng)比Y/T(Rt0.5/Rm) ( 0.82，均勻變形伸長(zhǎng)率uEL≥9%，F(xiàn)+B型鋼板屈強(qiáng)比Y/T (Rt0.5/Rm)≤0.80，均勻變形伸長(zhǎng)率uEL≥10%。
[0019]熱軋態(tài)鋼板經(jīng)200 °C油浴時(shí)效10-15分鐘后，鋼板的屈服強(qiáng)度Rt0.5為495~620MPa，抗拉強(qiáng)度Rm為610~755MPa，AF型鋼板屈強(qiáng)比Y/T(Rt0.5/Rm) ≤ 0.84，均勻變形伸長(zhǎng)率uEL≥6%, F+B型鋼板屈強(qiáng)比Y/T(Rt0.5/Rm)≤0.82，均勻變形伸長(zhǎng)率uEL≥9%。
[0020]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于采用低碳+Mn+N1、Cr且根據(jù)鋼板厚度優(yōu)選則的添加Mo、Cu的經(jīng)濟(jì)型成分設(shè)計(jì)，兩階段控制軋制后空冷加水冷控制相變技術(shù)，配合適當(dāng)?shù)慕K冷溫度，獲得合適的組織構(gòu)成，得到強(qiáng)度、塑性優(yōu)良，應(yīng)變時(shí)效效應(yīng)低的管線用鋼板。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面通過(guò)【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明:
[0022]本發(fā)明的組成成分wt% 為:C:0.02%~0.06%, S1:0.10%~0.40%, Mn: 1.0%~2.0%,P:〈0.015%, S:〈0.005%, N1:0.15%~0.35%, Cr:0.15%~0.45%, Nb:0.02%~0.49%, T1:(0.015%,限制元素 H ≤ 0.0002%, N ≤ 0.004%, O ≤ 0.0015%，其中 Ti/N ≥ 3.42，余量為
Fe以及不可避免的微量雜質(zhì)元素；
[0023]當(dāng)鋼板的厚度t超過(guò)20mm后，選擇的添加Mo、Cu: Mo:0^0.20%,40%，優(yōu)選的添加方式為[Mo%] = (t-20) X0.01+0.02，Cu-Ni按照1:1的比例添加。
[0024]下面通過(guò)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的成分、工藝及實(shí)施效果做以說(shuō)明。
[0025]本發(fā)明采用的工藝路線如下:備料一轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉一爐外精煉一鑄造一板坯再加熱一控制軋制一空冷弛豫一控制冷卻一堆垛緩冷一取樣檢測(cè)。
[0026]本發(fā)明的特點(diǎn)如下:(I)采用低碳加Mn、Ni和Cr，根據(jù)鋼板厚度有選擇添加Mo、Cu的經(jīng)濟(jì)型成分設(shè)計(jì)，有效地降低生產(chǎn)成本。
[0027](2)采用兩階段控制軋制的方法，即再結(jié)晶區(qū)軋制和未再結(jié)晶區(qū)軋制。在再結(jié)晶區(qū)變形，開軋溫度控制在110(Tl20(TC范圍內(nèi)，終軋溫度在100(Tll0(TC左右，變形量不小于60%，有效細(xì)化了奧氏體晶粒。
[0028](3)中間坯空冷待溫階段，溫度降低到85(T950°C。鈮鈦碳氮化物第二相析出明顯，奧氏體晶界得到了有效釘扎，晶粒穩(wěn)定性良好，不會(huì)發(fā)生明顯的晶粒粗化現(xiàn)象。
[0029](4)未再結(jié)晶區(qū)軋制，開軋溫度控制在85(T950°C范圍內(nèi)，壓縮比保持在3-7倍，終軋溫度控制在75(T850°C范圍內(nèi)，使奧氏體晶粒壓扁拉長(zhǎng)，相變后的組織得到有效細(xì)化。
[0030](5)終軋后的鋼板進(jìn)行空冷弛豫，鋼板在入水冷卻前根據(jù)所需均勻延伸率的不同，水冷開始溫度降低到相變點(diǎn)Ar3附近，目的是控制鋼板的組織構(gòu)成以獲得所需的性能。
[0031](6)對(duì)弛豫后的鋼板進(jìn)行水冷，冷卻速度范圍控制在15~40°C /s，終冷溫度控制在500°C及其以下。
[0032](7)將水冷后的鋼板堆垛緩冷至室溫，堆垛緩冷可以有效促進(jìn)鈮鈦碳氮化物第二相的析出，減少鋼板基體中存在的C、N原子數(shù)目，降低鋼板應(yīng)變時(shí)效效應(yīng)。
[0033]下面為本發(fā)明的實(shí)施例1-13及對(duì)比例14-16的化學(xué)成分、工藝參數(shù)和性能結(jié)果如表 1-3 所示，對(duì)比例分別來(lái)自專利 CN101456034、CN102080194 與W02009125863。
[0034]1.化學(xué)成分
[0035]實(shí)施例1-12及對(duì)比例13-16的化學(xué)成分(wt%)如表1。
[0036]表1化學(xué)成分(wt%)
[0037]
【權(quán)利要求】
1.一種具有優(yōu)良應(yīng)變時(shí)效性能的管線用鋼板，其特征在于，化學(xué)成分組成按wt% 為:C:0.02%~0.06%, S1: 0.10%~0.40%, Mn: 1.0% ~2.0%, P:〈0.015%, S:〈0.005%,N1:0.15%"0.35%, Cr:0.15%"θ.45%, Nb:0.02%~0.49%，T1: ^ 0.015%,限制元素H ^ 0.0002%, N ^ 0.004%, O≤0.0015%，其中Ti/N≤3.42，余量為Fe以及不可避免的微量雜質(zhì)元素。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有優(yōu)良應(yīng)變時(shí)效性能的管線用鋼板，其特征在于，當(dāng)鋼板的厚度t超過(guò)20mm后，添加Mo、Cu: Μο:0-θ.20%，40%，添加方式為[Mo%] = (t-20) X0.01+0.02，Cu-Ni 按照 1:1 的比例添加。
3.—種權(quán)利要求1或2所述的具有優(yōu)良應(yīng)變時(shí)效性能的管線用鋼板的制造方法，其特征在于，采用如下工藝路線:備料一轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉一爐外精煉一連鑄一板坯再加熱一控制軋制一空冷弛豫一控制冷卻一鋼板堆垛緩冷一取樣檢測(cè)， 具體步驟為: a)對(duì)設(shè)定成分控制范圍內(nèi)的連鑄坯料進(jìn)行再熱處理，均熱溫度控制在1150-1250°C的范圍內(nèi)，保溫時(shí)間0.2~0.6min/mm ； b)對(duì)出爐后的坯料進(jìn)行高壓水除鱗，去除坯料在加熱過(guò)程中所產(chǎn)生的氧化鐵皮； c)對(duì)除鱗后的坯料立即進(jìn)行兩階段控制軋制，再結(jié)晶區(qū)軋制，開軋溫度控制在110(Tl200°C范圍內(nèi)，累積變形量大于等于60%，在再結(jié)晶區(qū)變形，終軋溫度控制在100(Tll0(rC范圍內(nèi)，得到中間坯，中間坯空冷到950°C以下再進(jìn)行未再結(jié)晶區(qū)軋制，開軋溫度控在85(T950 °C范圍內(nèi)，終軋溫度控制在75(T850 °C范圍內(nèi)，未再結(jié)晶區(qū)軋制壓縮比控制保持在3-7倍； d)終軋后的鋼板先進(jìn)行空冷，再水冷:若生產(chǎn)針狀鐵素體(AF)型鋼板，水冷開始溫度在Ar3以上(T35°C;若生產(chǎn)鐵素體貝氏體(F+B)型鋼板，水冷開始溫度在Ar3以下1(T60°C，使鋼板在入水冷卻前生成體積分?jǐn)?shù)為20%~80%的鐵素體相； e)水冷過(guò)程中冷卻速度范圍控制在15~40°C/s，終冷溫度控制在500°C及其以下，將水冷后的鋼板經(jīng)矯直改善板型后進(jìn)行堆垛緩冷； f)堆垛緩冷時(shí)間根據(jù)環(huán)境溫度、鋼板厚度進(jìn)行調(diào)整:板厚在20mm及其以下，不堆垛；板厚超過(guò)20mm后，環(huán)境溫度在15°C以上，堆垛4-12小時(shí)；環(huán)境溫度在15°C以下，堆垛15-30小時(shí)。
【文檔編號(hào)】C21D8/02GK103882327SQ201210560473
【公開日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2012年12月21日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月21日
【發(fā)明者】劉文月, 任毅, 張帥, 王爽, 高紅, 王曉強(qiáng), 張祿林, 隋軼, 秦海山 申請(qǐng)人:鞍鋼股份有限公司