一種低碳當(dāng)量高強(qiáng)度熱軋無(wú)縫管線管及其制造方法
【專(zhuān)利摘要】一種低碳當(dāng)量高強(qiáng)度熱軋無(wú)縫管線管及其制造方法，其成分重量百分比為：C0.08～0.2％，Si0.1～0.45％，Mn0.8～1.6％，P<0.02％，S<0.005％，Cr≤0.5％，Ni≤0.5％，Cu≤0.5％，Mo≤0.05％，O≤0.01％，Nb+V+Ti<0.15％，V0.05～0.1％，Nb≤0.05％，Ti≤0.04％，Ceq0.38％～0.45％，V％/8.6+Ti％/3.4≤N％≤V％/3.6+Nb％/6.6+Ti％/3.4；其余Fe和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明無(wú)縫管線管具備較低C當(dāng)量(限制在0.45以下)的同時(shí)，強(qiáng)度達(dá)到X60鋼級(jí)或更高(屈服強(qiáng)度60Ksi/415MPa及以上)，擁有優(yōu)良沖擊韌性(0℃，全尺寸夏比V型沖擊吸收功Ak>100J)，且無(wú)需調(diào)質(zhì)熱處理，熱軋/正火態(tài)即可交貨，以此降低管線成本，可用于油氣以及其他流體輸送以及結(jié)構(gòu)用管等領(lǐng)域。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種低碳當(dāng)量高強(qiáng)度熱軋無(wú)縫管線管及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及熱軋無(wú)縫管線管，特別涉及一種低碳當(dāng)量高強(qiáng)度熱軋無(wú)縫管線管及其制造方法，其特點(diǎn)是在具備較低C當(dāng)量(Ceq = C+Mn/6+ (Cr+Mo+V)/5+ (Cu+Ni)/15)限制在0.45 %及以下)以保證可焊性的同時(shí)，強(qiáng)度可達(dá)到X60鋼級(jí)或更高(屈服強(qiáng)度60Ksi/415MPa及以上)，擁有優(yōu)良沖擊韌性(0°C，全尺寸夏比V型沖擊吸收功Ak>100J)，同時(shí)該無(wú)縫管線管無(wú)需進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理，熱軋或正火態(tài)即可實(shí)現(xiàn)以上性能。
【背景技術(shù)】
[0002]管道作為油氣運(yùn)輸最為經(jīng)濟(jì)快捷的方式，近年來(lái)油氣管道鋪設(shè)長(zhǎng)度大幅增長(zhǎng)，對(duì)管線管需求量也隨之水漲船高。管線用管除要求鋼管需要有足夠的強(qiáng)度和韌性外，還需要具備優(yōu)良的可焊性，以便管道鋪設(shè)施工，通常采用C當(dāng)量指標(biāo)(Ceq =C+Mn/6+ (Cr+Mo+V) /5+ (Cu+Ni) /15)來(lái)衡量，C當(dāng)量指標(biāo)越低，則其可焊性越好，因此對(duì)于管線管而言，C當(dāng)量越低越好。然而對(duì)于熱軋無(wú)縫管線管而言，C當(dāng)量指標(biāo)基本決定了其軋態(tài)的力學(xué)性能，當(dāng)C當(dāng)量低于0.45%或更低時(shí)，難以達(dá)到X60級(jí)別及以上的強(qiáng)度，因此在生產(chǎn)X60及以上級(jí)別熱軋無(wú)縫管線管時(shí)，通常采用調(diào)質(zhì)熱處理的方式生產(chǎn)，以保證在較低碳當(dāng)量的情況下仍然具備足夠的強(qiáng)度。
[0003]然而，采用調(diào)質(zhì)熱處理生產(chǎn)無(wú)縫管線管，雖然可以在較低的C當(dāng)量下，獲得較高的強(qiáng)度和優(yōu)良的韌性，但也存在熱處理成本較高及管體/焊縫區(qū)域組織差異較大等問(wèn)題。
[0004]為此，需要一種具備較低的C當(dāng)量，高的強(qiáng)度及韌性，且在熱軋/正火態(tài)就實(shí)現(xiàn)以上性能的無(wú)縫管線管產(chǎn)品。
[0005]中國(guó)專(zhuān)利CN201010221546.1中公開(kāi)了一種X70QS無(wú)縫管線管，其成分重量百分比為:C:0.06 ~0.14%, S1:0.2 ~0.45%, Mn:l.0 ~1.3%, P ( 0.015%, S ≤ 0.003%,Cr: 0.05 ~0.3% ,Mo: 0.05 ~0.30% ,Al: 0.015 ~0.06%, N: 0.003 ~0.010% ,Nb: 0.03 ~
0.05%,V:0.05 ~0.09%,Ni ^ 0.1%,Cu ^ 0.2%,Ceq ^ 0.39%采用熱軋 + 調(diào)質(zhì)熱處理，屈服強(qiáng)度 >485MPa，_40°C沖擊 >150J ；
[0006]中國(guó)專(zhuān)利CN201110138418.5中公開(kāi)了一種X80抗腐蝕低溫?zé)o縫管線管，其成分重量百分比為:C:0.08 ~0.14%，Si0.17 ~0.37 %，Mn: 1.4 ~1.65 %，P ≤ 0.015 %，S ≤ 0.008%, Mo ( 0.10%, Al:0.02 ~0.05%, N:0.003 ~0.010%, Nb:0.02 ~0.05%,V ≤ 0.03%, Ni ( 0.3%, Cu ^ 0.2%, Cr ^ 0.3%, N ≤ 0.010%, Β:0.0008 ~0.002%,Ceq ≤ 0.43%，屈服強(qiáng)度 555 ~705MPa, _46°C沖擊 >100J。
[0007]中國(guó)專(zhuān)利CN201210091372.0中公開(kāi)了一種含硼的厚壁無(wú)縫管線管鋼，其成分重量百分比為:C0.08 ~0.14%，Si0.2 ~0.35%，Μη1.0 ~1.4%,P ^ 0.015%, S ^ 0.003%,Mo0.1 ~0.30 %，Α10.015 ~0.06 %，N0.003 ~0.010 %, Nb0.02 ~0.05 %，V:0.05 ~
0.1%, N1:0.I ~0.2%, Cu:0.1 ~0.2%, Ca0.0015 ~0.006%, Cr ( 0.15%, N0.012%,B≤0.0005%,Ceq ^ 0.43%,采用熱軋+調(diào)質(zhì)熱處理，屈服強(qiáng)度>485MPa，_50°C沖擊>180J。
[0008]日本專(zhuān)利JP63250418A中公開(kāi)了一種低曲強(qiáng)比高強(qiáng)度無(wú)縫管線管，其成分重量百分比為:C:0.01 ~0.1 %, Si ≤0.5%, Mn:0.5 ~2 %，P ≤ 0.015 %，S ≤ 0.003 %,Cr:0.05 ~0.3 %，Mo:0.1 ~ 1 %, Al:0.01 ~0.08 %, N:0.003 ~0.010 %, T1:0.01 ~
0.1%, V:0.01 ~0.1%, N1:0.1-0.5%, Cu:0.1-0.5%, B:0.0008 ~0.002%, Ca:0.003 ~
0.03%, Ceq ≤0.39%，采用熱軋+調(diào)質(zhì)熱處理。
[0009]以上各種產(chǎn)品最終強(qiáng)度均可達(dá)到60Ksi以上，沖擊性能也滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求，但均非熱軋/正火態(tài)交貨，最終交貨需要調(diào)質(zhì)處理，同樣存在前述的熱處理成本較高及管體/焊縫區(qū)域組織差異較大等問(wèn)題。另外，其中部分鋼種成分超出API5L標(biāo)準(zhǔn)要求，不具備通用意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的提供一種低碳當(dāng)量高強(qiáng)度熱軋無(wú)縫管線管及其制造方法，該無(wú)縫管線管在具備較低C當(dāng)量(0.45%以下)的同時(shí)，強(qiáng)度達(dá)到X60鋼級(jí)或更高(屈服強(qiáng)度60Ksi/415MPa及以上)，擁有優(yōu)良沖擊韌性(0°C，全尺寸夏比V型沖擊吸收功Ak>100J)，且無(wú)需調(diào)質(zhì)熱處理，熱軋/正火態(tài)即可交貨，以此降低管線成本。
[0011 ] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0012]一種低碳當(dāng)量高強(qiáng)度熱軋無(wú)縫管線管，其成分重量百分比為:
[0013]C0.08 ~0.2%，
[0014]Si0.1 ~0.45%，
[0015]Mn0.8 ~1.6%,
[0016]P<0.02%,
[0017]S<0.005%,
[0018]Cr≤ 0.5%,
[0019]Ni≤ 0.5%,
[0020]Cu ≤0.5%,
[0021]Mo ≤0.05%,
[0022]O ≤ 0.01%,
[0023]Nb+V+Ti<0.15%，且，V0.05 ~0.1 %，Nb ≤0.05%，Ti ≤ 0.04% ;
[0024]Ceq0.38 % ~0.45 %，Ceq = C+Mn/6+ (Cr+Mo+V) /5+ (Ni+Cu)/15 ；
[0025]N 滿(mǎn)足 /8.6+Ti% /3.4≤N%≤ V% /3.6+Nb% /6.6+Ti% /3.4 ;其余 Fe 和不可避免的雜質(zhì)。
[0026]在本發(fā)明鋼的成分設(shè)計(jì)中:
[0027]C/Mn/Si/Cr/Mo/Ni/Cu等主要合金元素鋼中主要強(qiáng)化方式為固溶強(qiáng)化，在滿(mǎn)足API5L等主要管線標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其限制，且碳當(dāng)量在0.45以下時(shí)，其強(qiáng)度無(wú)法達(dá)到X60級(jí)別，且部分元素含量過(guò)高會(huì)造成組織內(nèi)生成貝氏體、馬氏體等組織，造成沖擊韌性的劇烈下降。
[0028]添加不計(jì)入碳當(dāng)量的合金元素如W等，其強(qiáng)度有可能達(dá)到X60級(jí)別，但成本會(huì)急劇增加，同時(shí)對(duì)其熱加工性能等均有不利影響。
[0029]微合金元素Nb/V/Ti對(duì)鋼的強(qiáng)化方式包括固溶強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化等多種強(qiáng)化方式，因熱軋無(wú)縫管線管目前無(wú)法實(shí)現(xiàn)控軋控冷，其對(duì)強(qiáng)度的主要貢獻(xiàn)在于析出強(qiáng)化，而其中V的沉淀強(qiáng)化效果最為明顯，因此為得到足夠的強(qiáng)度，必須添加一定量的V。[0030]添加N可以有效增加Nb/V/Ti等微合金元素沉淀強(qiáng)化效果，如使VC析出相轉(zhuǎn)變?yōu)楦鼮閺浬⒓?xì)小的V(C，N)析出相等，但N添加量過(guò)多，會(huì)顯著降低鋼材塑性、韌性、可焊性和冷彎性能，增加時(shí)效傾向和冷脆性，本發(fā)明經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，為使N發(fā)揮足夠的強(qiáng)化作用，同時(shí)還對(duì)韌性等不造成明顯影響，需要按一定范圍控制方可滿(mǎn)足要求，需要滿(mǎn)足V% /8.6+Ti %/3.4 ≤ N%≤V% /3.6+Nb% /6.6+Ti% /3.4。
[0031]具體的，在本發(fā)明成分中:
[0032]C，C含量超過(guò)0.2%時(shí)，冷卻過(guò)程中易生成上貝氏體、馬氏體等脆相，影響沖擊韌性，C含量小于0.08%則無(wú)法獲得足夠的固溶強(qiáng)化效果而難以得到60Ksi以上的強(qiáng)度，因而需要限制C含量在0.08~0.2%。
[0033]Si，是鋼脫氧所必須的元素，因此無(wú)法完全避免帶入，為保證足夠的脫氧效果，Si含量應(yīng)在0.1 %以上，此外按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，Si應(yīng)控制在0.45 %以下，因此Si含量應(yīng)控制在
0.1 ~0.45%
[0034]Mn，Mn具備細(xì)化晶粒和固溶強(qiáng)化的效果，此外Mn加入不會(huì)影響低溫韌性，因此需要保證Mn的加入量不少于0.8%,此外標(biāo)準(zhǔn)限制Mn不超過(guò)1.6%,因此Mn含量控制在
0.8%~1.6%。
[0035]Cr/Ni/Cu:各≤0.5%, Mn/Cr/Ni/Cu均是固溶強(qiáng)化元素，在標(biāo)準(zhǔn)容許范圍內(nèi)控制。
[0036]P、S均為鋼種的有害元素，其存在對(duì)鋼的耐腐蝕性、熱加工性、韌性等都有不利影響，因此需要限制P在0.02%以下，S在0.005%以下。
[0037]Mo, Mo有在冷卻時(shí)推遲珠光體轉(zhuǎn)變的作用，Mo含量較高時(shí)會(huì)促進(jìn)貝氏體形成，從而導(dǎo)致沖擊性能的明顯下降，因此要將Mo含量控制在0.05%以下。
[0038]Ceq0.38 % ~0.45 %，Ceq = C+Mn/6+ (Cr+Mo+V) /5+ (Ni+Cu)/15 ；
[0039]考慮到焊接要求，Ceq應(yīng)盡可能低，最大不超過(guò)0.45%，但當(dāng)Ceq低于0.38%時(shí)，無(wú)論如何，也無(wú)法得到60Ksi以上的強(qiáng)度，因此需要控制Ceq在0.38%~0.45%。
[0040]0，是降低耐蝕性和韌性的元素，應(yīng)嚴(yán)格限制其含量在0.01 %以下，以0.005%以下為更佳。
[0041]Nb+V+Ti<0.15%，且 0.05%≤ Vc 0.1 %, Nb≤0.05%, Ti≤ 0.04% ；
[0042]Nb/V/Ti是微合金化元素，加入后對(duì)鋼的晶粒細(xì)化，性能提升都有明顯效果，其中V具備最佳的析出強(qiáng)化效果，在低碳當(dāng)量限制下要想達(dá)到高強(qiáng)度，需要加入V超過(guò)0.05%，其余元素含量按標(biāo)準(zhǔn)控制。
[0043]N:V% /8.6+Ti% /3.4 ≤ N%≤ V% /3.6+Nb% /6.6+Ti% /3.4
[0044]鋼中加入N可以提升微合金化元素V/Nb/Ti的強(qiáng)化效果，可有效提升鋼的強(qiáng)度，但N含量超過(guò)一定程度時(shí)，由于氮化物的聚集長(zhǎng)大，會(huì)出現(xiàn)鋼韌性急劇降低的情況，因此根據(jù)本發(fā)明研究，需要將N按以下控制標(biāo)準(zhǔn)控制:V% /8.6+Ti% /3.4≤N%≤ V% /3.6+Nb%/6.6+Ti% /3.4。
[0045]本發(fā)明低碳當(dāng)量高強(qiáng)度熱軋無(wú)縫管線管的制造方法，其包括如下步驟:
[0046]I)按所述成分冶煉，將冶煉后的鋼水澆鑄成鑄錠，并鍛造或軋制成管坯；
[0047]2)將管坯加熱到1100~1250°C，保持I~3小時(shí)后，經(jīng)穿孔、熱軋成荒管；
[0048]3)鋼管最終經(jīng)檢驗(yàn)、探傷、噴印等流程后即可作為成品交貨。
[0049]進(jìn)一步，步驟2)后制成的鋼管熱軋態(tài)即可達(dá)到前述的高強(qiáng)度及韌性，若考慮改善其切削性能或進(jìn)一步提高其沖擊性能起見(jiàn)，可將鋼管進(jìn)行正火熱處理，正火加熱溫度880~1000°C，保溫時(shí)間不少于鋼管壁厚/mmXl.5min。
[0050]本發(fā)明的有益效果:
[0051]1、具備較低 C 當(dāng)量(Ceq%= C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15)限制在 0.45 及以下)，保證了其焊接性能的穩(wěn)定；
[0052]2、強(qiáng)度達(dá)到X60鋼級(jí)或更高(屈服強(qiáng)度60Ksi/415MPa及以上)，擁有優(yōu)良沖擊韌性(0°C，全尺寸夏比V型沖擊吸收功Ak>100J)，具備優(yōu)良的使用安全性；
[0053]3、無(wú)需調(diào)質(zhì)熱處理，熱軋/正火態(tài)即可交貨，可有效降低管線成本。
[0054]綜上所述，本發(fā)明能提供具備低C當(dāng)量，高的強(qiáng)度及韌性，且在熱軋/正火態(tài)就實(shí)現(xiàn)以上性能的無(wú)縫管線管產(chǎn)品，可用于油氣等流體的輸送。
【具體實(shí)施方式】
[0055]以下實(shí)施例用于具體的說(shuō)明本
【發(fā)明內(nèi)容】
，這些實(shí)施例僅為本
【發(fā)明內(nèi)容】
的一般描述，并不對(duì)本
【發(fā)明內(nèi)容】
進(jìn)行限制。
[0056]表1為本發(fā)明實(shí)施例，表2為本發(fā)明實(shí)施例的性能。
[0057]
【權(quán)利要求】
1.一種低碳當(dāng)量高強(qiáng)度熱軋無(wú)縫管線管，其成分重量百分比為:
C0.08 ~0.2%，
Si0.1 ~0.45%,
Mn0.8 ~1.6%，
Ρ〈0.02%,
S〈0.005%,
Cr ^ 0.5%,
Ni ( 0.5%,
Cu ^ 0.5%,
Mo ( 0.05%,
O ≤0.01%,
Nb+V+Ti<0.15%，且，V0.05 ~0.1%，Nb ≤ 0.05%, Ti ( 0.04% ；
Ceq0.38%~0.45%, Ceq = C+Mn/6+ (Cr+Mo+V)/5+ (Ni+Cu)/15 ； N 滿(mǎn)足 V% /8.6+Ti% /3.4^N%^ V% /3.6+Nb% /6.6+Ti% /3.4 ;其余 Fe 和不可避免的雜質(zhì)。
2.如權(quán)利要求1所述的低碳當(dāng)量高強(qiáng)度熱軋無(wú)縫管線管的制造方法，其包括如下步驟: 1)按權(quán)利要求1所述成分冶煉，將冶煉后的鋼水澆鑄成鑄錠，并鍛造或軋制成管坯； 2)將管坯加熱到1100~1250°C，保持I~3小時(shí)后，經(jīng)穿孔、熱軋成荒管； 3)鋼管最終經(jīng)檢驗(yàn)、探傷、噴印等流程后即可作為成品交貨。
3.如權(quán)利要求2所述的低碳當(dāng)量高強(qiáng)度熱軋無(wú)縫管線管的制造方法，其特征是，步驟2)后將鋼管進(jìn)行正火熱處理，正火加熱溫度880~1000°C，保溫時(shí)間不少于鋼管壁厚/mmX 1.5min。
【文檔編號(hào)】B21B19/04GK103993245SQ201410233997
【公開(kāi)日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2014年5月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月29日
【發(fā)明者】劉耀恒, 鐘劍鋒, 武冬興 申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司, 上海寶鋼商貿(mào)有限公司