一种管线用钢及其生产方法.pdf

本发明公开了一种管线用钢及其生产方法，由以下重量百分含量的化学成分组成为：C≤0.06％，Si≤0.23％，Mn 1.50％-1.60％，P≤0.014％，S≤0.008％，Ni 0.15-0.25％，MO 0.18-0.25％，V 0.025-0.035％，Nb 0.040-0.050％，Ti 0.15-0.25％，Al 0.020-0.060％，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明的钢板的化学成分设计采用低碳，通过微合金化和控制轧制，综合利用晶粒细化，微合金化元素的析出相与位错亚结构的强化效应，强度级别提高很多Mn-Ni-Nb-V系铁素体+珠光体钢。本发明是通过低碳当量成分的设计及控轧控冷生产方法，生产出符合管线用高强钢的要求，将其应用于天然气输送管道，具有良好的焊接性能和抗层状撕裂性能，满足现场关键受力处的要求，做到生产制造工序简单、可实现批量生产。

1、  一种管线用钢，其特征在于：由以下重量百分含量的化学成分组成为：C≤0.06％，Si≤0.23％，Mn 1.50％—1.60％，P≤0.014％，S≤0.008％，Ni 0.15—0.25％，MO 0.18—0.25％，V 0.025—0.035％，Nb 0.040—0.050％，Ti 0.15—0.25％，Al 0.020—0.060％，其余为Fe和不可避免的杂质。

2、  根据权利要求1所述的管线用钢，其特征在于：具体由以下重量百分含量的化学成分组成为：C 0.03—0.06％，Si≤0.23％，Mn 1.50％—1.56％，P≤0.014％，S≤0.008％，Ni 0.15—0.19％，MO 0.18—0.22％，V 0.025—0.027％，Nb 0.040—0.047％，Ti 0.15—0.21％，Al 0.020—0.060％，其余为Fe和不可避免的杂质。

3、  一种如权利要求1所述的管线用钢的生产方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)加热：将含有以上化学成份的钢坯实现温送、温清、温装，采用低速烧钢，温度在1000℃以下，升温速度≤120℃/h，最高加热温度1240℃，保温时间≥3.5小时，均热段在炉时间≥60min；
(2)轧制：采用II型控轧工艺，第一阶段为奥氏体再结晶阶段，加热温度为950—1150℃；第二阶段为奥氏体非再结晶阶段，II阶段开轧温度应控制在≤950℃，终轧温度为780℃—810℃时，奥氏体向针状铁素体的转变温度为500—540℃；
(3)水冷：经轧制后的钢板进行在线冷却，返红终冷温度500—540℃。

4、  根据权利要求3所述的管线用钢的生产方法，其特征在于：所述的步骤(2)中第一阶段大多数道次压下量为8～25％，累计压下率≥70％。

5、  根据权利要求3所述的管线用钢的生产方法，其特征在于：所述的步骤(2)中第二阶段中的晾钢厚度为成品厚度的3—4倍。

6、  根据权利要求3所述的管线用钢的生产方法，其特征在于：所述的步骤(2)中第二阶段压下率应尽量大，累计压下率≥50％。

7、  根据权利要求3所述的管线用钢的生产方法，其特征在于：所述的步骤(3)中的返红温度控制在520℃，冷却速度为10—20℃/s。

一种管线用钢及其生产方法
技术领域
本发明涉及一种管线用钢板，尤其涉及一种X70管线用钢板，同时，还涉及一种该钢板的生产方法。
背景技术
石油天然气是国民经济的重要组成部分，是社会发展的物质基础，随着世界石油工业的持续发展，管道输送油气是一种经济安全和不间断的大规模运输方式，这样以仅要求管线钢具有高强度、可焊性，而且要求应有良好的韧性、抗疲劳断裂和耐腐蚀性能，同时对钢管质量也有极为严格的要求，对冶炼、轧制、制管和管道建设工艺技术和装备能力都是巨大的考验。我国已探明的油、气储量往往分布在崎岖、偏远的地区，这些地方往往是寒冷或地质不稳定的地方，这样就给管线用材料带来了巨大的挑战，尤其在“西气东输”这项工程上。输送高压、高密度介质的管线钢对钢的纯净度要求很高，合金元素的添加量受到限制，因此研究具有高强度高韧性，有良好的焊接性和耐蚀性的由合适的成份和合理的工艺制度生产的管线钢势在必行。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有良好焊接性和耐蚀性以及高强度、高韧性匹配的管线用钢。
同时，本发明的目的还在于提供一种该管线用钢的生产方法，以使焊接性能良好，以满足不同现场施工工艺条件的要求。
为了实现上述目的，本发明的技术方案采用了一种管线用钢，由以下重量百分含量的化学成分组成为：C≤0.06％，Si≤0.23％，Mn 1.50％—1.60％，P≤0.014％，S≤0.008％，Ni 0.15—0.25％，MO 0.18—0.25％，V 0.025—0.035％，Nb 0.040—0.050％，Ti 0.15—0.25％，Al 0.020—0.060％，其余为Fe和不可避免的杂质。
更优选的，具体由以下重量百分含量的化学成分组成为：C 0.03—0.06％，Si≤0.23％，Mn 1.50％—1.56％，P≤0.014％，S≤0.008％，Ni 0.15—0.19％，MO 0.18—0.22％，V 0.025—0.027％，Nb 0.040—0.047％，Ti 0.15—0.21％，Al 0.020—0.060％，其余为Fe和不可避免的杂质。
同时，本发明的技术方案还采用了一种管线用钢的生产方法，包括以下步骤：
(1)加热工艺：将含有以上化学成份的钢坯实现温送、温清、温装，采用低速烧钢，温度在1000℃以下，升温速度≤120℃/h，最高加热温度1240℃，保温时间≥3.5小时，均热段在炉时间≥60min；
(2)轧制工艺：采用II型控轧工艺，第一阶段为奥氏体再结晶阶段，加热温度为950—1150℃；第二阶段为奥氏体非再结晶阶段，II阶段开轧温度应控制在≤950℃，终轧温度为780℃—810℃时，奥氏体向针状铁素体的转变温度为500—540℃；
(3)水冷工艺：经轧制后的钢板进行在线冷却，返红终冷温度500—540℃。
所述的步骤(2)中第一阶段大多数道次压下量为8～25％，累计压下率≥70％。
所述的步骤(2)中第二阶段中的晾钢厚度为成品厚度的3—4倍。
所述的步骤(2)中第二阶段压下率应尽量大，累计压下率≥50％。
所述的步骤(3)中的返红温度控制在520℃，冷却速度为10—20℃/s。
本发明的钢板的化学成分设计采用低碳，通过微合金化和控制轧制，综合利用晶粒细化，微合金化元素的析出相与位错亚结构的强化效应，强度级别提高很多Mn-Ni-Nb-V系铁素体+珠光体钢。本发明是通过低碳当量成分的设计及控轧控冷生产方法，生产出符合管线用高强钢的要求，将其应用于天然气输送管道，具有良好的焊接性能和抗层状撕裂性能，满足现场关键受力处的要求，做到生产制造工序简单、可实现批量生产。应用的强化机理为组织强化、细晶强化、析出强化和固溶强化。其中C主要与其他元素形成碳化物，起组织强化和析出强化的作用，以增加钢板强度；Mn主要起固溶强化和降低相变温度，以提高钢板强度的作用；为有效通过控轧工艺实现钢板细晶强化，须加入Nb元素，以达到提高钢板再结晶温度，加热固溶Nb阻止奥氏体晶粒长大，冷却时高温析出Nb的C、N化物；经过II型控轧后，V的C、N化物析出，大大提高了钢板的强度；Ni主要作用是增大奥氏体的过冷度，从而细化组织，取得强化效果。另外还能增加钢的耐大气腐蚀能力，提高低温冲击韧性和降低冷脆转变温度；杂质元素P、S等含量下线不做限制，在工艺设备能力下尽可能降低，以达到钢质纯净、力学性能均匀的目的；Al的主要作用是细化晶粒、固氮，减少气体含量；Ti，在控轧低碳管线钢中，添加0.021％的钛可以细化晶粒，提高钢的屈服强度和韧性，由于钛在高温下能与N结合，形成TiN质点，因此钛的加入有利于焊接时热影响区的晶粒控制，对改善焊接热影响区的韧性非常有利。本发明的交货状态为控轧充分晶粒细化，在较宽的冷却速度范围内得到了针状铁素体组织，其性能指标明显好于其它的控轧钢。由于采用II型控轧工艺，解决了轧机轧制压力不足而造成的晶粒粗大不均、冲击韧性减低现象，且增大了可生产钢板的厚度规格，适合其它钢厂低轧制压力轧机生产控轧型高强钢。
经实验证明：本发明的钢板具有低碳当量、较高的低温韧性值以及良好的焊接性能和耐蚀性能，也完全满足管线用钢的设计要求，本发明采用控轧控冷工艺生产，不进行淬火热处理，简化了生产工序，减少了钢板中间工序的调运转移，缩短生产周期，适合大批量生产。
本发明具有以下优点：(1)具有钢质更纯净，P≤0.014％，S≤0.008％；(2)有较高的强度和韧性；(4)-20℃低温韧性良好；(5)有良好的焊接性和耐蚀性。
试验结果表明：采用本发明的方法所生产的钢板具有纯净度较高、成分均匀、内部致密的特点，钢的冶金水平较高，力学性能完全满足西气东输管道的标准要求。成份按低碳当量钢设计，具有良好的强韧性匹配。实物Ceq≤0.40％、Pcm≤0.18％，焊接评定试验表明钢板具有较低的焊接裂纹敏感性指数，适合于西气东输管道。
试验结果表1所示：
表1

具体实施方式
本发明的管线用钢的实际成分(按重量百分比)为：C 0.05％、Si 0.22％、Mn 1.52％、P 0.012％、S 0.004％、Ni 0.20％、Al 0.020％、Nb 0.045％、V0.028％、Mo 0.20％及Ti 0.018％，Ceq为0.38％，其余为Fe和不可避免的杂质。其力学性能：屈服强度565MPa，抗拉强度：635MPa，屈强比＝0.89，δ5＝36％，-20℃冲击功AKV(纵向)383、394、367J，断口剪切面积：100、100、100％。
其生产方法包括以下步骤：
(1)加热工艺：将含上述化学成份的钢坯实现温送、温清、温装，为保证合金元素充分固溶、r晶粒细小，采用低速烧钢，1000℃以下升温速度≤120℃/h，最高加热温度1240℃，保温时间为3.5小时，均热段在炉时间为80min；
(2)轧制工艺：采用II型控轧工艺，第一阶段为奥氏体再结晶阶段，加热温度为1100℃，此阶段大多数道次压下量为8～25％，累计压下率≥70％，使奥氏体发生完全再结晶，以细化奥氏体晶粒；第二阶段为奥氏体非再结晶阶段，开轧温度为为920℃，II阶段开轧温度应控制在950℃，晾钢厚度为成品厚度的3.5倍，终轧温度为780℃时，在这一阶段内，奥氏体晶粒被拉长，在伸长而未再结晶的奥氏体内形成高密度形变孪晶和形变带，同时微合金碳、氮化物因形变诱导析出，因而增加了铁素体的形核位置，细化了铁素体晶粒，此阶段压下率应尽量大，累计压下率≥50％；
(3)水冷工艺：经轧制后的钢板在ACC快速冷却装置进行在线冷却，返红温度控制在520℃，冷却速度15℃/S，可以获得最佳性能数值。
最后所应说明的是：以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。