均勻變形伸長率UEL≥5%d的X90管線鋼管及其制備方法
【專利摘要】均勻變形伸長率UEL≥5%d的X90管線鋼管，其化學(xué)成分的重量百分比為：C：0.040～0.060％、Mn：1.60～1.80％、Cr：0.35～0.65％、Mo：0.05～0.15％、Ni：0.15～0.25％，Nb：0.060～0.080％，P≤0.009%,S≤0.00095%；制備步驟：經(jīng)深脫硫及脫磷等；板坯加熱；粗軋；精軋；冷卻；空冷至室溫；進(jìn)行制管工藝：經(jīng)折彎成型、及大線能量焊接成直縫埋弧焊管后對(duì)鋼管進(jìn)行擴(kuò)徑，其擴(kuò)徑率控制為0.20-0.60%。本發(fā)明其在滿足力學(xué)性能為RP0.2≥650MPa，Rm≥730MPa，-20℃KV2≥280J，-15℃DWTTSA≥85％的前提下，還能使鋼管塑性即均勻變形伸長率UEL≥5%，從而獲得超高強(qiáng)韌性和高塑性的良好匹配。
【專利說明】均勻變形伸長率UEL ^ 5%d的X90管線鋼管及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種管線鋼管及其制備方法，具體地屬于一種高塑性即均勻變形伸長率UEL≥5%的X90管線鋼管及制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]世界新一輪干線天然氣管線正在規(guī)劃研究中，其單管輸送能力將由300億m3/a進(jìn)一步提高到450-500億m3/a。超大輸氣量高壓管道工程將采用大口徑厚壁的超高強(qiáng)度X90或XlOO管線鋼，其要求管體沖擊韌性達(dá)到KV2 (-20°C)^ 280J。此外，為保障地震、滑坡帶等地質(zhì)條件惡劣地區(qū)輸氣管道的安全性，還要求鋼管應(yīng)具有較高的塑性變形能力。本發(fā)明提供一種高韌性高塑性X90管線鋼及其生產(chǎn)方法。
[0003]通過地震和地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)區(qū)的管道需承受壓縮變形、拉伸變形以及局部扭曲變形等情況的觀察分析，其原因主要為失效模式由于過量塑性變形而失效。該地區(qū)管道在受到較大的沖擊力后，即使發(fā)生一定程度的變形，仍然能夠安全運(yùn)行，因此采用基于應(yīng)變的設(shè)計(jì)方法，選用抗大變形的管線鋼?？勾笞冃蔚墓芫€鋼主要特征為無屈服平臺(tái)、屈強(qiáng)比低、形變強(qiáng)化指數(shù)高、均勻變形伸長率大。中國西氣東輸二線應(yīng)變設(shè)計(jì)地區(qū)用抗大變形X80管線鋼的技術(shù)條件要求均勻變形伸長率UEL ^ 5%，抗大變形X90管線鋼目前仍沒有相關(guān)報(bào)道。
[0004]經(jīng)檢索:中國專利申請?zhí)枮?01310169449.6的專利文獻(xiàn)，其公開了“一種X90管線用鋼及其生產(chǎn)方法 ”。其通過添加B:0.0006~0.0023%，并結(jié)合TMCP工藝生產(chǎn)X90級(jí)管線鋼板。該鋼組織為下貝氏體+少量的MA組織，其存在不足是缺少軟相F組織，韌性(_20°CKV2 ^ 240J)稍低，易出現(xiàn)波動(dòng)，生產(chǎn)控制難度大，不能應(yīng)用于抗大變形的管線鋼。
[0005]中國專利申請?zhí)枮?01210050624.5的文獻(xiàn)，其公開了一種“高強(qiáng)度低屈強(qiáng)比X90熱軋鋼板及其生產(chǎn)方法”。其采用低C、低Mn、高Nb、高Cr、高M(jìn)o的成分設(shè)計(jì)，結(jié)合TMCP工藝生產(chǎn)X90級(jí)管線鋼板的方法。該文獻(xiàn)雖能夠達(dá)到X90級(jí)管線鋼的高強(qiáng)度、高韌性和良好的焊接性能，但由于添加較多的Nb、Mo等貴重金屬，導(dǎo)致生產(chǎn)成本較高，且不能保證為均勻變形伸長率。
[0006]中國專利申請?zhí)枮镃N201110359356.0的文獻(xiàn)，其公開了 “一種X90管線鋼直縫埋弧焊管制造方法”闡述了一種采用低C、高M(jìn)n、高Nb、高Cr、高M(jìn)o的成分設(shè)計(jì)的X90制管方法。該方法合金設(shè)計(jì)復(fù)雜，且添加較高含量的Nb、N1、Mo等貴重金屬，生產(chǎn)成本較高，也不能保證均勻變形伸長率。
[0007]中國專利申請?zhí)枮?00710045314.3的文獻(xiàn)，其公開了 “一種高強(qiáng)度X90管線鋼及其生產(chǎn)方法”和申請?zhí)枮镃N201080029455.6的“低溫韌性優(yōu)良的高強(qiáng)度管線管用鋼板及高強(qiáng)度管線管用鋼管”文獻(xiàn)，分別公開了寶山鋼鐵公司、日本新日鐵鋼鐵公司采用TMCP工藝生產(chǎn)高強(qiáng)度X90管線鋼板的方法，但該兩項(xiàng)專利成分范圍太過寬泛(Cu〈l.2%或〈1.0%、Ni〈l.5% 或 <2.0%、Cr〈l.2% 或〈1.0%、Mo〈0.6%,Nb:0.015~0.120% 或 0.01 ~0.05% 等)，無法確定該成分體系是否能夠滿足超高強(qiáng)度X90管線鋼的性能要求，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)亦無任何參考價(jià)值，沒有可操作性，未提及均勻變形伸長率，也不知是否可應(yīng)用于應(yīng)變設(shè)計(jì)的管線。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的塑性低的不足，提供一種在滿足力學(xué)性能為 Rpa2 ≤ 650MPa, Rm ≤ 730MPa, -20°C KV2 ≤ 280J, -15°C DffTT SA ≤ 85%的前提下，使塑性即均勻變形伸長率UEL ^ 5%的X90管線鋼及制備方法。
[0009]本申請為了實(shí)現(xiàn)上述目的，對(duì)實(shí)現(xiàn)本申請的目的的起影響或者關(guān)鍵作用的合金元素及工藝進(jìn)行了深入的研究其結(jié)果，為了即使在保證超高強(qiáng)度的前提下，還能實(shí)現(xiàn)超高韌性、高塑性，因此提出了采用在成分方面主要是采用了低C、高M(jìn)n合金設(shè)計(jì)，其次還添加了Cr、Mo、Nb、Ni元素能進(jìn)一步達(dá)到超高強(qiáng)韌性、高塑性；成分的優(yōu)化，還需要匹配的工藝才行，因此，本申請經(jīng)研究，工藝方面主要主要是采取了潔凈鋼冶煉、奧氏體全流程細(xì)化控制軋制、控制冷卻、鋼管控制變形等技術(shù)。
[0010]實(shí)現(xiàn)上述目的的措施:
均勻變形伸長率UEL≤5%d的X90管線鋼管，其化學(xué)成分的重量百分比為:C:0.040~
0.060%,Mn:1.60 ~1.80%,Cr:0.35 ~0.65%,Mo:0.05 ~0.15%,N1:0.15 ~0.25%,Nb:0.060 ~ 0.080%, P ^ 0.009%, S≤0.00095%,其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)；并滿足Cr/Mo 不低于 3.0，CE=C+Mn/6+ (Cr+Mo+V) /5+ (Cu+Ni)/15 ≤ 0.50% ;金相組織為:鐵素體 + 貝氏體+馬氏體與奧氏體組元，且鐵素體體積分?jǐn)?shù)不低于10%。
[0011]制備均勻變形伸長率UEL ^ 5%d的X90管線鋼管的方法，采用控軋制控冷工藝，其步驟: O經(jīng)深脫硫及脫磷、進(jìn)行S1-Ca處理后澆注成坯，控制鋼水終點(diǎn)S ( 0.0008%,P≤0.010%，板坯質(zhì)量優(yōu)于C0.5級(jí)；
2)將板坯加熱，控制加熱溫度不低于1150°C，末三道道次變形量不低于15%；
3)進(jìn)行粗軋，控制粗軋結(jié)束溫度<1020°C ；
4)進(jìn)行精軋，控制其開軋溫度<950°C ；
5)進(jìn)行冷卻，控制開冷溫度為700~750°C，在冷卻速率為25~35°C/s下冷卻至300 ~400。。；
6)空冷至室溫；
7)進(jìn)行制管工藝:經(jīng)折彎成型、及大線能量焊接成直縫埋弧焊管后對(duì)鋼管進(jìn)行擴(kuò)徑，其擴(kuò)徑率控制為0.20-0.60%。
[0012]本發(fā)明中各元素及主要工序的作用
碳(C)含量為0.040~0.060%，加入一定量的碳，可以大幅提高鋼的強(qiáng)度，但是碳含量超過一定程度時(shí)，鋼的低溫韌性顯著惡化，因而將碳含量限定為0.040~0.060%。
[0013]錳(Mn)含量為1.60~1.80%，加入錳，可以顯著提高鋼的強(qiáng)度，此外，錳還可以在一定程度上細(xì)化晶粒，改善鋼的沖擊韌性，但是過量的錳易形成偏聚，導(dǎo)致鋼的成分和組織不均。
[0014]鈮(Nb)含量為0.060~0.080%，鈮可以顯著提高鋼的奧氏體再結(jié)晶溫度，擴(kuò)大未再結(jié)晶區(qū)范圍，便于實(shí)現(xiàn)高溫控軋，降低軋機(jī)負(fù)荷，同時(shí)鈮還可以抑制奧氏體晶粒長大，具有顯著的細(xì)晶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化作用。另，在高強(qiáng)度貝氏體鋼中，添加適量的鈮會(huì)促進(jìn)適量的M-A島生成，達(dá)到既獲得低屈強(qiáng)比、高加工硬化能力，又不降低焊接熱影響區(qū)的韌性，因此，將鈮的含量限定為0.060~0.080%。
[0015]鎳(Ni)含量為0.15~0.25%，具有一定的固溶強(qiáng)化作用，還能顯著改善鋼的低溫韌性。
[0016]鉻(Cr)的含量為0.35~0.65%，鉻能顯著提高鋼的淬透性，并具有一定的固溶強(qiáng)化作用，可以在很大程度上替代貴重合金元素Mo。此外，加入一定的鉻還能改善鋼的耐候、耐腐蝕性能。
[0017]鑰(Mo)含量為0.05%~0.15%。鑰降低Y — α轉(zhuǎn)變溫度，抑制多邊形鐵素體和珠光體形核，促進(jìn)高密度位錯(cuò)亞結(jié)構(gòu)的針狀鐵素體的形成；在鋼板軋后控冷可避免形成馬氏體，而形成微細(xì)結(jié)構(gòu)的貝氏體和針狀鐵素體，從而保證良好的強(qiáng)韌性。
[0018]此外，保證Cr/Mo≤3.0。鉻提高淬透性的能力弱于Mo，冷卻時(shí)促進(jìn)貝氏體形成時(shí)，形成MA組元的數(shù)量明顯多于Mo，即鉻可以促進(jìn)B+MA組元雙向組織的形成，提高鋼的塑性，為抗大變形管線鋼常用元素。而Mo可促進(jìn)微細(xì)結(jié)構(gòu)的貝氏體和針狀鐵素體，保證鋼良好的強(qiáng)韌性。因此，適量的Cr與Mo匹配，在保證超高韌性的前提下，又可獲得高的塑性。
[0019]保證CE ( 0.50%,保證鋼板具有良好的焊接性能。
[0020]本發(fā)明之所以粗扎末三道道次變形量≤15%是為了充分細(xì)化再結(jié)晶奧氏體；控制開冷溫度為700~750°C，冷卻速率為25~35°C /s，是為了獲得一定比例的F+B+MA組員復(fù)合組織，從而使鋼具備超高強(qiáng)韌性、高塑性；控制擴(kuò)徑率為0.20-0.60%，是為了控制鋼管的冷加工變形量，從而使鋼管強(qiáng)度稍有增加，韌性、塑性不至于大幅降低。
[0021]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相 比，其在滿足力學(xué)性能為Rpa2≤650MPa, Rm≤730MPa，_20°CKV2≤280J，-15°C DffTT SA≤85%的前提下，還能使鋼管塑性即均勻變形伸長率UEL≤5%，從而獲得超高強(qiáng)韌性和高塑性的良好匹配。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]附圖為本發(fā)明的金相組織圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面對(duì)本發(fā)明予以詳細(xì)描述:
表1為本發(fā)明各實(shí)施例及對(duì)比例的取值列表；
表2為本發(fā)明各實(shí)施例及對(duì)比例的主要工藝參數(shù)列表；
表3為本發(fā)明各實(shí)施例及對(duì)比例橫向力學(xué)性能檢驗(yàn)結(jié)果。
[0024]本發(fā)明各實(shí)施例按照以下步驟生產(chǎn):
O經(jīng)深脫硫及脫磷、進(jìn)行S1-Ca處理后澆注成坯，控制鋼水終點(diǎn)S ( 0.0008%,P≤0.010%，板坯質(zhì)量優(yōu)于C0.5級(jí)；
2)將板坯加熱，控制加熱溫度不低于1150°C，末三道道次變形量不低于15%；
3)進(jìn)行粗軋，控制粗軋結(jié)束溫度<1020°C ；
4)進(jìn)行精軋，控制其開軋溫度<950°C ；
5)進(jìn)行冷卻，控制開冷溫度為700~750°C，在冷卻速率為25~35°C/s下冷卻至300 ~400。。；
6)空冷至室溫；7)進(jìn)行制管工藝:經(jīng)折彎成型、及大線能量焊接成直縫埋弧焊管后對(duì)鋼管進(jìn)行擴(kuò)徑，其擴(kuò)徑率控制為0.20-0.60%。
[0025]表1本發(fā)明各實(shí)施例及對(duì)比例化學(xué)成分含量列表(Wt%)
【權(quán)利要求】
1.均勻變形伸長率UEL≥5%d的X90管線鋼管，其化學(xué)成分的重量百分比為:C:0.040 ~0.060%,Mn:1.60 ~1.80%,Cr:0.35 ~0.65%,Mo:0.05 ~0.15%,N1:0.15 ~0.25%, Nb:0.060~0.080%，P≤0.009%, S≤0.00095%,其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)；并滿足 Cr/Mo 不低于 3.0, CE=C+Mn/6+ (Cr+Mo+V) /5+ (Cu+Ni) /15 ≤0.50% ;金相組織為:鐵素體+貝氏體+馬氏體與奧氏體組元，且鐵素體體積分?jǐn)?shù)不低于10%。
2.制備如權(quán)利要求1所述的均勻變形伸長率UEL≥ 5%d的X90管線鋼管的方法，采用控軋制控冷工藝，其步驟: O經(jīng)深脫硫及脫磷、進(jìn)行S1-Ca處理后澆注成坯，控制鋼水終點(diǎn)S ≤ 0.0008%,P≤0.010%，板坯質(zhì)量優(yōu)于C0.5級(jí)； 2)將板坯加熱，控制加熱溫度不低于1150°C，末三道道次變形量不低于15%； 3)進(jìn)行粗軋，控制粗軋結(jié)束溫度≤1020°C ； 4)進(jìn)行精軋，控制其開軋溫度≤950°C ； 5)進(jìn)行冷卻，控制開冷溫度為700~750°C，在冷卻速率為25~35°C/s下冷卻至.300 ~400。。； 6)空冷至室溫； 7)進(jìn)行制管工藝:經(jīng)折彎成型、及大線能量焊接成直縫埋弧焊管后對(duì)鋼管進(jìn)行擴(kuò)徑，其擴(kuò)徑率控制為0.20-0.60%。
【文檔編號(hào)】C22C38/58GK104018099SQ201410266532
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年6月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月16日
【發(fā)明者】郭斌, 徐進(jìn)橋, 崔雷, 鄭琳, 李利巍, 鄒航 申請人:武漢鋼鐵(集團(tuán))公司