一種螺旋埋弧焊管用高強韌性x90熱軋鋼帶及生產方法

2023-10-08 21:27:44

一種螺旋埋弧焊管用高強韌性x90熱軋鋼帶及生產方法
【專利摘要】一種螺旋埋弧焊管用高強韌性X90熱軋鋼，其組分及重量百分比含量為：C：0.03~0.06%、Si：0.25~0.35%、Mn：1.80~2.10%、P≤0.012%；S≤0.002%、Cr：0.10~0.25%、Mo：0.15~0.35%、Nb：0.06~0.11%、Ti：0.009~0.02%、N≤0.003%,並同時滿足：CEpcm(%)=C+Si/30+(Cr+Mn+Cu)/20+Mo/15+V/10+Ni/60+5B≤0.2%；生產步驟：冶煉並連鑄成坯；對鑄坯加熱；熱軋；層流冷卻；卷取。本發明鋼帶試樣方向與軋制方向呈30°夾角時，其Rp0.2在630~720MPa，Rm≥730MPa，Rp0.2/Rm≤0.90，延伸率A≥18%，Agt≥6%，-15℃DWTT斷面剪切率SA≥95%，HV10≤265，-20℃下的衝擊功單值≥285J，-20℃下衝擊功均值≥355J，完全滿足螺旋埋弧焊管長距離、高效能的要求。
【專利說明】-種螺旋埋弧焊管用高強韌性X90熱軋鋼帶及生產方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種管道用熱軋鋼帶及生產方法，具體地屬於一種螺旋埋弧焊管用高 強韌性X90熱軋鋼帶及生產方法。

【背景技術】
[0002] 隨著我國經濟的飛速發展，國民經濟對石油、天然氣等能源的需求量及依存度與 日俱增。鑑於我國天然氣資源分布與市場需求的不平衡的現狀，大輸量長距離管道輸送成 為我國天然氣輸送的重要選擇。
[0003] 高強度鋼級別、大壁厚、高壓力成為今後實現天然氣長距離、高效管道輸送的必然 趨勢。在管徑、管道壓力等管道設計指標相同的前提下，提高管線鋼級可實現管道壁厚減 薄，從而提高管道焊接效率、降低管道用鋼，管道鋪設及營運成本。高鋼級管線鋼X90的研 制開發對國家能源戰略安全具有重要的現實意義。
[0004] 就目前而言，石油、天然氣管線用X90鋼的研發多數圍繞直縫埋弧焊管及X90鋼板 進行研發，螺旋焊管用X90鋼帶方面的研究更是稀少。X90鋼帶的生產效率遠高於X90鋼 板，且與之相匹配的螺旋焊管生產效率也明顯優於直縫埋弧焊管，因此包括西氣東輸二線、 西氣東輸三線等國家重大工程中均大量採用管線鋼鋼帶及其螺旋埋弧焊管。因制管方式存 在螺旋焊管或與直縫焊管的差異，管線鋼性能檢驗所要求的取樣方向相應分為地與軋向呈 30°或與橫向（與乳向呈90° )。生產實踐和研究表明，管線鋼橫向試樣的力學性能遠高於 與乳制方向呈30°試樣相應性能，其中橫向試樣的屈服強度一般高出乳制方向呈30°試 樣50MPa左右。由此可見，X90鋼板的製造技術無法滿足螺旋焊管用X90鋼帶的要求，且螺 旋焊管用X90鋼帶的開發難度遠高於直縫焊管用鋼板。鑑於螺旋焊管用X90鋼帶開發的特 殊性和重要性，本發明提供了一種螺旋埋弧焊管用高強韌性X90熱軋鋼帶及生產方法。
[0005] 經檢索，在本發明之前，申請號為201010546375.X的中國專利涉及的是X90無 縫鋼管的製造方法，且其只採用熱處理方式生產，生產流程長且能源消耗大。申請號為 200710045314. 3、201110359356· 0、201310169449· 6、201310469620· 5、201410266532·X的 中國專利均為直縫焊管用X90鋼板或鋼管相關專利，均不適用於螺旋焊管及其X90鋼帶 生產，其中專利200710045314. 3中Cu、Cr、Ni、Mo的含量過於寬泛，對生產不具備指導 意義且成本較高，另外4項專利有的均單獨或複合添加了過的的貴重金屬Ni、Mo(如Ni 0.2(H). 50或Ni0.42、M〇0. 39)增加了合計成本，有的添加了過多的Cr(如Cr0.25?0.50 或CrO. 35?0. 65)，不利於X90鋼獲得優異的低溫衝擊韌性。申請號為201010216400. 8的 中國專利涉及一種X90螺旋焊管制造方法，但專利涉及的X90鋼帶化學成分體系複雜，生產 難度交到，另外重要合金元素僅規定上限值且範圍寬泛，不具有實際生產指導意義。


【發明內容】

[0006] 本發明針對現有技術不能用於製備高強韌性的螺旋埋弧焊管要求的不足， 提供一種在鋼帶軋制方向呈30°夾角時，其屈服強度Rpa2在63(T720MPa，抗拉強度 Rni彡73〇MPa，屈強比RptlVRni彡0· 90,延伸率A彡I8%，最大力伸長率Agt彡6%，_2〇°C衝擊 功KV2彡300J，-15°CDWTT斷面剪切率SA彡95%，硬度值HVltl彡265, -20°C下的衝擊功單 值> 285J，衝擊功均值> 355J的螺旋埋弧焊管用高強韌性X90熱軋鋼及生產方法。
[0007] 實現上述目的的措施： 一種螺旋埋弧焊管用高強韌性X90熱軋鋼，其組分及重量百分比含量為：C:0· 03?0· 06%、Si:0· 25?0· 35%、Μη:1· 80?2· 10%、P彡 0· 012%;S彡 0· 002%、Cr:0· 1(Γ〇· 25%、 Mo:0· 15?0· 35%、Nb:0· 06?0·ll%、Ti:0· 009?0· 02%、Ν彡 0· 003%、其餘為Fe及不可避免的夾 雜元素；並同時滿足：CEpcm(%)=C+Si/30+(Cr+Mn+Cu)/20+Mo/15+V/10+Ni/60+5B彡 0· 2%。
[0008] 其在於：添加有Cu<0· 15%或Ni<0· 15%或兩者的複合。
[0009] 優選地：Cr重量百分比含量為0. 12?0. 22%。
[0010] 優選地：Ti重量百分比含量為0· 011?0· 018%。
[0011] 生產一種螺旋埋弧焊管用高強韌性X90熱軋鋼，其步驟： 1) 冶煉並連鑄成述； 2) 對鑄坯加熱，控制其加熱溫度在115(Tl200°C; 3) 進行熱軋：控制其粗軋結束溫度不低於1020°C，單道次壓下率不低於16% ;控制其精 軋開軋溫度不超過950°C，終軋溫度在83(T860°C，前三道次累計壓下率不低於48% ; 4) 進行層流冷卻，在冷卻速度為1(T25°C/s下冷卻至卷取溫度，並控制上下冷卻集管 的水量比在1:1.fl. 3; 5) 進行卷取，控制其卷取溫度在30(T40(rC。
[0012] 優選地：卷取溫度在31(T345°C。
[0013] 本發明中各元素及主要工序的作用 本發明設計為保證X90板卷的性能達到發明目的，在化學成分設計過程中重點考慮如 下因素：X90鋼的強度性能、低溫韌性以及可焊接性。下面根據這三方面的因素詳述本發明 中各元素的作用及限定量的理由： C:C為最基本、最經濟的強化元素，通過固溶強化和析出強化有效地提高鋼的強度。在 本發明中，C含量如低於0. 03%，則不能滿足強度的要求，如其含量高於0. 06%，則會降低鋼 的塑性、韌性和可焊接性，故將其含量控制為0. 03~0. 06%。
[0014]Si:Si主要以固溶強化形式提高鋼的強度，同時也是鋼中的脫氧元素。在本發明 中，當其含量低於〇. 25%，使其強化的效果不明顯，如其含量過高於0. 30%，又對鋼的韌性不 利。故將其含量控制為0.25?0.30%。
[0015]Mn:Mn是鋼中重要的固溶強化元素，可以補償鋼中C含量較低引起的強度損失， 並且擴大奧氏體相變區，有利於獲得細小的低溫相變產物，提高鋼的低溫韌性。在本發 明中，當其含量高於2. 10%，則會導致鋼中偏析嚴重，影響焊接性能。故將其含量控制為 I. 80?2. 10%。
[0016]Cr:Cr能有效地提高鋼的淬透性和強度，抑制多邊形鐵素體和珠光體產生，促進 中溫轉變。多次試驗發現Cr含量超過0.25%後，引起鋼的衝擊韌性明顯下降。因此，本發 明中Cr含量控制在0. 1(Γ〇. 25%。優選地：Cr重量百分比含量為0. 12、. 22%。
[0017]Mo:Mo能夠擴大奧氏體相變區，抑制先共析鐵素體相變，促進含高密位錯的細小 針狀鐵素體形成，使管線鋼具有良好的強韌性匹配。同時可以穩定過冷奧氏體，形成彌散分 布的Μ/A島，改善鋼的最大力伸長率Agt。但當其含量低於0. 10%，則會導致中溫相變產物 針狀鐵素體組織比例減少，使鋼的強度難以達到X90要求，其含量如高於0. 35%，則會引起 鋼中Μ/A含量過度增加，降低鋼的低溫韌性，故將其含量控制在0. 1(Γ〇. 35%。
[0018] Cu、Ni:在本發明中是作為可添加可不添加的元素。
[0019] Nb:Nb具有強烈的晶粒細化作用，能夠延遲奧氏體再結晶，降低相變溫度，促進細 小針狀鐵素體性能，提高鋼的強度和韌性。在本發明中，但當其含量低於〇. 06%，則會引起 鋼中Nb(C，N)析出量降低，導致其析出強化作用不足，其含量如高於0. 11%，則會導致鋼中 的固溶Nb含量增加，不僅起不到強化作用，且會促進鋼Μ/A含量過度增加，降低鋼的低溫韌 性，故將其含量控制為0. 06、. 11%。
[0020] Ti:Ti在冶煉過程中形成TiN，避免游離N原子減弱鋼的韌性。同時，TiN顆粒可 以阻礙奧氏體晶粒在加熱過程中的粗化，從而細化鋼的相變產物，改善鋼及其熱影響區的 韌性。添加適量的Ti還有助於促進Nb發揮固溶強化效果。在本發明中，但當其含量低於 0. 011%，則鋼中的游離N原子不能被完全固化成TiN，因此鋼的低溫韌性降低，其含量如高 於0.02%，則會引起合金元素的浪費，同時Ti的析出過程較難控制，添加過多的Ti會增大鋼 帶長度方向上的強度波動，不利於產品性能均勻性控制。故將其含量控制為<0.02%。優選 地：Ti重量百分比含量為0. 011?0. 018%。
[0021] P、硫S:P在鋼中容易造成偏析、降低鋼的低溫韌性和惡化焊接性能。S容易與Mn 形成MnS夾雜，影響鋼的韌性。因此，本發明應儘量減少P、S的含量以減少其對鋼的不利影 響，P的含量控制為P彡〇. 012%，S的含量控制為S彡0. 002%。
[0022] 本發明的板卷還應滿足CEpcm< 0. 20%，以保證發明鋼具有良好的焊接性能。
[0023] 本發明之所以控制粗軋階段採用單道次大壓下工藝，機保證單道次壓下率> 16%， 以使X90鋼中間坯表面和心部的奧氏體晶粒在大壓下的作用下進行多次回復和再結晶，實 現了板坯厚度截面奧氏體晶粒細化的目的。
[0024] 本發明之所以控制在精軋階段前三道次累計壓下率彡48%，以保證奧氏體晶粒在 非再結晶區獲得高的累計變形和充分扁平化，從而使形變奧氏體內部具有高密度的位錯積 累，促進NbC在形變奧氏體中彌散析出和中溫相變產物的細化。
[0025] 本發明之所以控制層流冷卻冷速達到1(T25°C/S，以保證細化及變形的奧氏體晶 粒在低溫相變區得以充分轉變，獲得均勻細小的針狀鐵素體+Μ/A島復相組織。同時可以控 制Μ/A島狀物的數量及形狀，進而改善X90鋼的強韌性和最大力伸長率Agt。
[0026] 本發明之所以適當增大層流卻段下部冷卻集管水量，使上下集管水量比例控制 為1:1. 1~1:1. 3,以保證X90熱軋鋼帶上下表面冷卻程度均勻，減少鋼帶上下表面的性能差 異。
[0027] 本發明與現有技術相比，X90鋼帶試樣方向與軋制方向呈30°夾角時，其屈服強 度Rpa2在630?720MPa，抗拉強度Rm彡730MPa，屈強比RpQ.2/Rm彡0· 90,延伸率A彡18%，最 大力伸長率Agt彡6%，-15°CDWTT斷面剪切率SA彡95%，硬度值HVltl彡265, -20°C下的衝 擊功單值> 285J，-20°C下衝擊功均值> 355J，完全滿足螺旋埋弧焊管長距離、高效能的要 求。

【具體實施方式】
[0028] 下面對本發明予以詳細描述： 表1為本發明各實施例及對比例的取值列表； 表2為本發明各實施例及對比例的主要工藝參數列表； 表3為本發明各實施例及對比例性能檢測情況列表。
[0029] 本發明各實施例按照以下步驟生產： 1) 冶煉並連鑄成述； 2) 對鑄坯加熱，控制其加熱溫度在115(Tl200°C; 3) 進行熱軋：控制其粗軋結束溫度不低於1020°C，單道次壓下率不低於16% ;控制其精 軋開軋溫度不超過950°C，終軋溫度在83(T860°C，前三道次累計壓下率不低於48% ; 4) 進行層流冷卻，在冷卻速度為1(T25°C/s下冷卻至卷取溫度，並控制上下冷卻集管 的水量比在1:1.fl. 3 ; 5) 進行卷取，控制其卷取溫度在30(T40(rC。
[0030] 表1本發明各實施例與對比鋼化學成分（wt%)

【權利要求】
1. 一種螺旋埋弧焊管用高強韌性X90熱軋鋼，其組分及重量百分比含量為：C: 0? 03?0? 06%、Si :0? 25?0? 35%、Mn :1. 80?2. 10%、P 彡 0? 012% ;S 彡 0? 002%、Cr :0? l(T〇. 25%、 Mo :0? 15?0? 35%、Nb :0? 06?0? ll%、Ti :0? 009?0? 02%、N 彡 0? 003%、其餘為 Fe 及不可避免的夾 雜元素；並同時滿足：CEpcm (%)=C+Si/30+(Cr+Mn+Cu)/20+Mo/15+V/10+Ni/60+5B 彡 0? 2%。
2. 如權利要求1所述的一種螺旋埋弧焊管用高強韌性X90熱軋鋼，其特徵在於：添加 有Cu < 0? 15%或Ni < 0? 15%或兩者的複合。
3. 如權利要求1所述的一種螺旋埋弧焊管用高強韌性X90熱軋鋼，其特徵在於：Cr重 量百分比含量為0. 12?0. 22%。
4. 如權利要求1所述的一種螺旋埋弧焊管用高強韌性X90熱軋鋼，其特徵在於：Ti重 量百分比含量為0. 011?0. 018%。
5. 生產權利要求1所述的一種螺旋埋弧焊管用高強韌性X90熱軋鋼，其步驟： 1) 冶煉並連鑄成述； 2) 對鑄坯加熱，控制其加熱溫度在115(Tl200°C ; 3) 進行熱軋：控制其粗軋結束溫度不低於1020°C，單道次壓下率不低於16% ;控制其精 軋開軋溫度不超過950°C，終軋溫度在83(T860°C，前三道次累計壓下率不低於48% ; 4) 進行層流冷卻，在冷卻速度為1(T25°C /s下冷卻至卷取溫度，並控制上下冷卻集管 的水量比在1:1. fl. 3 ; 5) 進行卷取，控制其卷取溫度在30(T40(rC。
6. 如權利要求5所述生產一種螺旋埋弧焊管用高強韌性X90熱軋鋼的方法，其特徵在 於：卷取溫度在31(T345°C。
【文檔編號】C22C33/04GK104357749SQ201410644766
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月14日 優先權日:2014年11月14日
【發明者】崔雷, 孔君華, 徐進橋, 李利巍, 郭斌, 鄒航, 杜明, 楊海林, 劉小國, 胡晟藍 申請人:武漢鋼鐵(集團)公司