專利名稱：：一種經(jīng)濟型x80管線鋼及其生產(chǎn)方法
技術領域：
：本發(fā)明屬于低合金鋼制造領域，具體涉及X80管線鋼及其生產(chǎn)方法。技術背景X80級以上的管線鋼是控軋及加速冷卻的低碳微合金鋼，是本世紀輸氣主管線的主導鋼材，具有優(yōu)異的抗延性斷裂性能。目前全球已制成的X80輸氣管道主要集中在德國和加拿大。我國目前在"西氣東輸"上仍普遍使用X70管線鋼；而X80相比X70來說強度更大，因此X80鋼具有可觀的市場前景。在本發(fā)明之前已有多個關于X80管線鋼的發(fā)明專利，以關鍵詞為X80pipeline或lin印ipeplate檢索得到的相關專利文獻，與本發(fā)明比較接近的有(1)CN1403616(申請日20030319)，發(fā)明名稱為"低碳低合金鋼和管"，涉及制造X60X80級別的管線鋼；(2)日本發(fā)明公開公報JP11080833，發(fā)明名稱為"具有優(yōu)良抗HIC性能的高強度管線管用鋼板產(chǎn)品"，涉及用于制造X70X80鋼級的具有優(yōu)良抗HIC性能的管線鋼；(3)日本發(fā)明公開公報JP10102184，發(fā)明名稱為"熱軋鋼板用來制造高強度電阻焊接鋼管"涉及用于制造X80鋼級的管線鋼；(4)日本發(fā)明公開公報JP10102184，發(fā)明名稱為"生產(chǎn)具有優(yōu)良抗HIC性能的高強度管線鋼管"，涉及用于制造X80鋼級的抗HIC性能的管線鋼；(5)曰本發(fā)明公開公報09-324217，發(fā)明名稱為"生產(chǎn)具有優(yōu)良抗HIC性能的高強度管線鋼管"，也涉及用于制造X80鋼級的抗HIC性能的管線鋼；(6)歐洲專利公開公報EP1020539A2(申請日000719)(基礎)EP1020539A3(申請日010425)，發(fā)明名稱為"具有優(yōu)良低溫韌性的超高強度管線鋼管的生產(chǎn)制造方法"，涉及用于制造超高強度(抗拉強度至少在900MPa)的管線鋼及焊接方法。以上專利文獻公開的鋼和鋼管雖然達到了高強度，有的具有優(yōu)良的抗HIC性能，但是，它們的生產(chǎn)成本比較高。因此，本發(fā)明的第一個目的是提供一種經(jīng)濟型X80管線鋼。本發(fā)明的第二個目的是提供這種經(jīng)濟型X80管線鋼的生產(chǎn)方法。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供的經(jīng)濟型X80管線鋼主要由以下成分組成C:0.020-0.060，Si《0.30'Mn:1.2-1.90,P《0.015，S《0.050，Al:0.Ol-O.05，Ca:0.001-0.004，N《0.006，0.04《Nb《0.15，0.005<Ti《0.020，均為重量％，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)元素。本發(fā)明提供的經(jīng)濟型X80管線鋼中還可以添加V《0.08，Cr《0.50，Mo《0.50，Cu《0.60，Ni《0.60,均為重量％。本發(fā)明提供的經(jīng)濟型X80管線鋼的生產(chǎn)方法包括鐵水預脫硫、冶煉、連鑄、板坯精整、熱軋和巻取工序，其特征在于熱軋工序中采用控軋控冷，熱軋加熱溫度為U001170。C，再結(jié)晶區(qū)軋制溫度為U50950。C，非再結(jié)晶區(qū)軋制溫度為930。C750。C;終止冷卻溫度(巻取溫度)為450650°C，冷卻速度為530°C/s。本發(fā)明所述X80級別特高強度管線鋼的化學成份的限定理由如下高強度高韌性X80管線鋼成分設計思想是以低C、高Mn，通過加入微量Nb、V、Ti等微合金元素、結(jié)合熱軋控軋控冷工藝，獲得針狀鐵素體組織，以保證管線鋼具有高強度高韌性的性能。其主要的基本元素作用有以下幾個方面碳是鋼中最經(jīng)濟、最基本的強化元素，通過固溶強化和析出強化對提高鋼的強度有明顯作用，但是提高C含量對鋼的延性、韌性和焊接性有負面影響，因此近代管線鋼的發(fā)展過程是不斷降低C含量的過程(如圖l所示)。降低C含量一方面有助于提高鋼的韌性，另一方面可改善鋼的焊接性能。從圖l可見，當C含量低于0.11%時管線鋼可具有良好的焊接性。所以，目前管線鋼的C含量一般小于0.11%，對需更高韌性的管線鋼則采用C小于0.06%的超低C含量設計。錳通過固溶強化提高鋼的強度，是管線鋼中補償因C含量降低而引起強度損失的最主要且最經(jīng)濟的強化元素。Mn還是擴大Y相區(qū)的元素，可降低鋼的Y—a相變溫度，有助于獲得細小的相變產(chǎn)物，可提高鋼的韌性、降低韌脆轉(zhuǎn)變溫度。因此對X80管線鋼的Mn含量設計在1.21.90%范圍。鈮是現(xiàn)代微合金化管線鋼中最主要的元素之一，對晶粒細化的作用十分明顯。通過熱軋過程中NbC應變誘導析出阻礙形變奧氏體的回復、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)軋制的形變奧氏體組織在相變時轉(zhuǎn)變?yōu)榧毿〉南嘧儺a(chǎn)物，以使鋼具有高強度和高韌性。本發(fā)明就是配合適當?shù)腸含量提高Nb的含量發(fā)揮NbC的作用。鈦是強的固N元素，Ti/N的化學計量比為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小的高溫穩(wěn)定的TiN析出相。這種細小的TiN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。硫、磷:是鋼中不可避免的雜質(zhì)元素，希望越低越好。通過超低硫(小于30卯m)及Ca處理對硫化物進行夾雜物形態(tài)控制，可使管線鋼具有高的沖擊韌性。Cr/Mo: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。Al是為了脫氧而加入鋼中的元素，添加適量的A1有利于細化晶粒，改善鋼材的強韌性能；通過Ca處理可以控制硫化物的形態(tài)，改善鋼板的各向異性，提高低溫韌性，其含量少于O.OOl時沒有效果，而超過0.006則會產(chǎn)生許多CaO、CaS，并形成大型夾雜物，對鋼的韌性造成損害，甚至影響鋼的焊接性能。所以規(guī)定Ca含量范圍為0.001%-0.004%。因此，針對微合金化低碳針狀鐵素體組織具有高強度高韌性和良好焊接性能，以及低的包辛格效應等特點，以晶粒細化、相變強化、析出強化和位錯強化等材料強化理論為基礎，借鑒本申請人長期管線鋼生產(chǎn)經(jīng)驗和具有低碳針狀鐵素體組織特征的管線鋼試驗室研究結(jié)果，對具有針狀鐵素體X80管線鋼的成分設計采用了較低的碳含量、超低硫、Nb、Ti微合金化的成分設計。煉鋼工藝采用夾雜物形態(tài)控制的純凈鋼冶煉技術，熱軋工藝采用了控軋控冷的熱機械處理技術，通過合理的成分和工藝進行最終產(chǎn)品的組織控制，以獲得具有高強度高韌性的低碳針狀鐵素體組織。表1顯示了本發(fā)明鋼與文獻中述及的鋼在化學成分上的不同。表l本發(fā)明鋼與現(xiàn)有技術化學成分的比較<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>分析本發(fā)明與現(xiàn)有技術的區(qū)別與專利文獻l相比，本發(fā)明的成分相對簡單，采用以C、Mn、Nb、Ti合金為主，Cr、Mo、Cu、Ni、V可以選擇性添加也可以都不添加的成分設計、沒有加入B合金元素，簡化了煉鋼工序和降低成本；與專利文獻2、4和5比較，它們由于用于生產(chǎn)抗HIC管線鋼，在P、S等雜質(zhì)元素含量上要求比較嚴格，這樣一來對煉鋼要求嚴格，增加煉鋼成本。其次，它們在碳當量Ceq上要求大于等于0.32，為滿足這樣的碳當量，必須增加Mn等合金元素的含量，也就增加了制造成本，同時碳當量的增加必然導致焊接性能的下降.而本發(fā)明在Ceq小于0.32的情況下也能生產(chǎn)出X80強度級別的管線鋼；與專利文獻3相比，專利文獻3通過添加Mo元素達到高的強度，而本發(fā)明可以不添加Mo元素，或加入成本較低的Cr，或者二者均不添加，降低了成本；其次,與專利文獻3比較，本發(fā)明利用了C與Nb之間的關系，采用超低碳配合高的Nb含量，不僅提高了再潔凈溫度，提高生產(chǎn)效率，而且起到了析出強化的作用；專利文獻6沒有給出成分，但它是用于制造X100鋼級別以上的管線鋼，與本發(fā)明不屬于一個范圍，因此不作比較。總之，本發(fā)明具有如下優(yōu)點1.本發(fā)明的經(jīng)濟型X80管線鋼板采用簡單經(jīng)濟的成分設計，以C、Mn、Nb、Ti合金為主，Cr、Mo、Cu、Ni、V可以選擇性添加也可以都不添加的成分設計、沒有加入B合金元素，就可以達到X80鋼級的性能要求，在合金成本上大大降低；2.本發(fā)明鋼種采用控軋控冷工藝生產(chǎn)，在工藝上可以實現(xiàn)低溫加熱、中間待溫時間縮短、終止軋制溫度高、板形好，生產(chǎn)工藝簡單，生產(chǎn)周期短，提高了勞動生產(chǎn)效率及成材率;3.本發(fā)明鋼具有優(yōu)良的綜合力學性能，強度滿足API5L對X80管線鋼的要求;具有優(yōu)良的低溫沖擊韌性，-30°(:的夏比沖擊功大于260>1，SA。/。大于85。/。，并具有優(yōu)良的抗低溫動態(tài)撕裂能力，-20°C的DWTTSA。/。大于75%;4.本發(fā)明鋼具有良好的焊接性能，其具有較低的Ceq和Pcm指數(shù)，通過合理的成份設計和焊接材料推薦，可以有較好的焊接性能。由于本發(fā)明具有以上優(yōu)點，在各種冶金企業(yè)均可實施。本發(fā)明的經(jīng)濟型X80管線鋼可用于制造大口徑高壓輸送直縫焊管。圖1是鋼中C含量、碳當量與鋼焊接性關系的Graville曲線圖。圖中，斜箭頭表示不斷降低C含量的管線鋼發(fā)展過程，區(qū)域I焊接性好，區(qū)域II可小心地焊接，區(qū)域III很難焊接。具體實施方法以下用實施例對本發(fā)明作更詳細的描述。這些實施例僅僅是對本發(fā)明最佳實施方式的描述，并不對本發(fā)明的范圍有任何限制。實施例1-7按照表2所示化學成分進行冶煉、連鑄、板坯精整和熱軋，熱軋加熱溫度為11001130。C，再結(jié)晶區(qū)軋制溫度為1150950。C，非再結(jié)晶區(qū)軋制溫度為9S0。C750。C;終止冷卻溫度為450650°C，冷卻速度為530°C/s。表2本發(fā)明各實施例的化學成分<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>實施例8按標準方法測試各實施例鋼的力學性能，結(jié)果如表3所示。表3各實施例鋼的力學性能測試結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>可見,與以往的專利文獻相比，本發(fā)明的X80管線鋼成分簡單，尤其是實施例中的碳當量都沒有超過0.32，但是得到了X80鋼級的強度，同時保證鋼具有優(yōu)良的焊接性能，為制管成型過程的焊接和現(xiàn)場施工焊接提供良好的條件。本發(fā)明生產(chǎn)的X80管線鋼均具有優(yōu)良的力學性能，可用于制造大口徑X80管線鋼管。權利要求1.一種經(jīng)濟型X80管線鋼，主要由以下成分組成C0.020-0.060，Si≤0.30，Mn1.2~1.90，P≤0.015，S≤0.050，Al0.01-0.05，Ca0.001-0.004，N≤0.006，0.04≤Nb≤0.15，0.005≤Ti≤0.020，均為重量％，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)元素。2.如權利要求1所述的經(jīng)濟型X80管線鋼，其中添加V《0.08，Cr《0.50，Mo《0.50，Cu《0.60，Ni《0.60，均為重量％。3.權利要求1所述經(jīng)濟型X80管線鋼的生產(chǎn)方法，包括鐵水預脫硫、冶煉、連鑄、板坯精整、熱軋和巻取工序，其特征在于熱軋工序中采用控軋控冷，熱軋加熱溫度為U001170。C，再結(jié)晶區(qū)軋制溫度為U50950。C，非再結(jié)晶區(qū)軋制溫度為930。C750。C;終止冷卻溫度為450650°C，冷卻速度為530°C/s。全文摘要本發(fā)明的經(jīng)濟型X80管線鋼主要由以下成分(重量％)組成C0.020-0.060，Si≤0.30，Mn1.2～1.90，P≤0.015，S≤0.050，Al0.01-0.05，Ca0.001-0.004，N≤0.006，0.04≤Nb≤0.15，0.005≤Ti≤0.020，均為重量％，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)元素。該鋼中可以添加V≤0.08，Cr≤0.50，Mo≤0.50，Cu≤0.60，Ni≤0.60，均為重量％。其生產(chǎn)方法采用控軋控冷的熱軋工藝。本發(fā)明鋼生產(chǎn)成本低，具有優(yōu)良的綜合力學性能和良好的焊接性能，生產(chǎn)工藝簡單，生產(chǎn)周期短，提高了勞動生產(chǎn)效率及成材率，在各種冶金企業(yè)均可實施。文檔編號C22C33/00GK101270441SQ200710038399公開日2008年9月24日申請日期2007年3月23日優(yōu)先權日2007年3月23日發(fā)明者章傳國,磊鄭,珊高申請人:寶山鋼鐵股份有限公司