一種抗拉強度570MPa級彎管用鋼板及其生產方法

2023-05-16 21:45:46 1

專利名稱：一種抗拉強度570MPa級彎管用鋼板及其生產方法
技術領域：
本發明涉及微合金化鋼製造領域，具體的指一種適應亍石油天然氣管道工程X65級直縫 埋弧焊熱煨彎管所需的具備高強度(橫向Rm》570MPa)和高韌性(橫向-2CTCAkv》170J)的熱 軋鋼板及其生產方法。
背景技術：
彎管是油氣長輸送管道的重要組成部分，其一方面可根據需要改變管道的方向，另一方 面起結構力學作用，可以緩衝管道所在地域的地層遷移、地震以及外界環境溫度變化等附加 在直管上的拉、壓應力和扭矩作用，因此，在管道敷設中需要使用大量彎管。
國內外以往常採用正火鋼或調質鋼管制造彎管。近年來，為解決高強度正火鋼或調質鋼 在焊接施工中的困難，保證管線鋼管與彎管以及焊接金屬的性能一致，國內外丌展了用控軋 鋼板熱煨彎管的研究。如中國專利公開號為CN101161847的專利文獻記載了一種"高韌性熱煨 彎管用鋼及其熱軋平板的生產方法"，其涉及X70、 X80級熱煨彎管，加入了O. 15% 0. 45%Mo， 成本較高，加入了O. 15% 0. 30%Cu，熱加工過程中易造成Cu汙染。日本專利JP20021298公 開了一種高強度彎管及其生產方法，其涉及X80 X100級熱煨彎管。而控軋鋼生產X65級熱煨 彎管鮮有報導。
抗拉強度570MPa級熱煨彎管用熱軋鋼板使用性能要求具有良好的焊接性能，以有利於 現場焊接；良好的耐高溫熱加工性能和較高的淬透性，以便於加熱彎曲，並確保淬火+回火後， 鋼具有良好的強度與韌性匹配。而目前的將控軋鋼板加熱到800 1200°C，熱煨製成型，然 後淬火+回火，其強度和韌性大幅降低；若採用與管線鋼管相同的材質製做熱煨彎管，熱煨彎 管(特別是彎曲段)的強度和韌性又將達不到其性能要求
發明內容
為了解決直縫埋弧焊熱煨彎管特別是彎曲段強度達不到X65級的水平及韌性波動問題， 本發明提供一種適應於石油天然氣管道工程X65級直縫埋弧焊熱煨彎管所需的橫向抗拉強度 R, 》570Mpa、橫向衝擊功-20"^達170J及以上的熱軋鋼板及其生產方法。
實現解決上述問題的技術措施
一種抗拉強度570MPa級熱煨彎管用鋼，其化學成分及重量百分比為C: 0.04 0. 10, Si: 0. 10 0.30， Mn: 1.40 1.60， P:《0.018， S:《0.004， Ti: 0.005 0.030' Nb: 0.020 0.039' V: 0. 02 0. 06， Mo: 0. 080 0. 148， Ni: 0. 10 0. 25， Al: 0. 021 0. 060，其餘為
Fe及不可避免的夾雜。
生產一種抗拉強度570MPa級熱煨彎管用鋼的方法，其步驟
1) 進行鐵水脫硫、轉爐頂底複合吹煉、鋼包爐處理、真空進行Si-Ca處理、資注成板坯；
2) 採用熱連軋機控軋控冷將板坯加熱至1205 1280°C;
3) 進行粗軋，粗軋結束溫度控制在1020 1120°C;
4) 進行精軋，終軋溫度控制在760 829";
5) 採用層流冷卻，其冷卻速度控制在15 3(TC/秒；
6) 進行巻取，巻取溫度控制在573 65(TC;
7) 板巻開平橫切成所需長度的鋼板，橫切時矯直機的平整量《0.6%。 本發明的抗拉強度570MPa級熱煨彎管用熱軋鋼板中各合金成分的作用機理如下 本發明的碳(C)含量為0.04 0. 10%。低的碳含量可以保證鋼具有高的韌性、塑性、
優良的焊接性能和抗HIC及抗SSC能力。低碳還可以減少偏析。但要保證良好的耐高溫熱加 工性能和較高的淬透性，碳含量不能太低。
本發明的錳(Mn)含量為1.40 1.60%。高Mn促進針狀鐵素體形核，高的Mn/C比可提 高屈服強度和衝擊韌性，降低析出碳化物的尺寸，促進沉澱強化效應。錳還可提高鋼的淬透 性，避免過熱時的晶粒長大。本發明的鈮(Nb)含量為O. 020 0.039%。微量的鈮能顯著細化晶粒，提高晶粒粗化溫 度，另可提高鋼的淬透性和回火穩定性。鈮在控軋過程中，通過抑制再結晶和阻止晶粒長大， 可細化奧氏體晶粒尺寸，同時提高鋼板再結晶溫度，降低軋機負荷。在軋後冷卻過程中，NbC 和NbN微小質點析出，可起沉澱強化的作用。鈮與C、 N元素形成穩定性高且呈顆粒狀均勻分布 的碳、氮化物，能有效地阻止奧氏體晶粒的長大，使材料能夠在較寬的溫度範圍內進行熱彎 曲加工，有利於彎管的成型。
本發明的釩(V)含量為0.02 0.06%。釩在軋後冷卻過程中，VC和VN微小質點析出， 可起沉澱強化的作用。釩的碳、氮化物彌散分布，能有效地阻止奧氏體晶粒的長大，有利於 彎管的成型和熱處理後強韌性的提高。
本發明的鉬(Mo)含量為0.080 0. 145%。鉬降低Y —a轉變溫度，抑制多邊形鐵素體 和珠光體形核，促進高密度位錯亞結構的針狀鐵素體的形成；在鋼板軋後控冷以及鋼管加熱 彎曲淬火過程中可避免形成馬氏體，而形成微細結構的貝氏體和針狀鐵素體，從而保證良好 的強韌性。
本發明的鎳(Ni)含量為O. 10 0.25%，提高控軋鋼的韌性，另還可補償鋼管加熱彎曲 淬火過程中對鋼韌性的損失。
本發明的磷(P)含量《0.018%、硫(S)含量《0.004%。為了保證鋼板的韌性，需要 鋼種具有較高的純淨度和均質度。而P、 S均是影響性能的有害元素，P高易導致偏析，從而 影響鋼板組織均勻性；S常以錳的硫化物形態存在，這種硫化物夾雜對鋼的衝擊韌性，特別 是橫向韌性是十分不利的，並造成性能的各向異性和增大氫誘導裂紋敏感性。
本發明的矽(Si)含量為O. 10 0.30%。起固溶強化和提高鋼抗張強度的作用。過高會 形成珠光體，對韌性不利。
本發明的鈦(Ti)含量為0.010 0.020%。加入一定的Ti，可細化晶粒，提高鋼的屈服 強度和韌性，還可以在高溫下與N結合，形成TiN質點，有利於焊接時熱影響區的晶粒控制，改善焊接熱影響區的韌性。
本發明的鋁(A1)含量為0.021 0.060%，起到脫氧作用，減少鋼中氧含量；形成A1N，
細化晶粒。
本發明的碳當量(CE=C+Mn/6+ (Cr+Mo+V) /5+ (N i +Cu) /15)為0.32 0. 40%。適當的碳當量 對熱煨彎管鋼至關重要，低的碳當量可以保證鋼具有良好的焊接性能，有利於現場悍接，適 當增加碳當量可提高鋼的淬透性，確保鋼在淬火時具有較大的臨界直徑，在二次加熱後，鋼 從奧氏體狀態快速冷卻得到針狀鐵素體組織，從而保證彎管用鋼的強度。
試驗表明，本發明鋼的鋼板橫向Rt。.^510MPa, R》570MPa， -20°CAK》170J， -10。CDWTT SA》85%，可以滿足石油天然氣管道工程X65級直縫埋弧焊熱煨彎管用高強度高韌性熱軋鋼 板的需求。
具體實施例方式
首先，採用鐵水深脫硫技術，使鐵水中的S《0.005X，在轉爐上進行頂底複合吹煉，出 鋼時進行微合金化，鋼水在爐後進行鋼包爐處理、真空(Si-Ca)處理，並進行相關成分微調， 然後，將鋼水澆注成200 250,X950 2150mm斷面的板坯，將該板坯在熱連軋機上採用控 軋控冷工藝，軋製成熱軋鋼巻，最後板巻開平橫切成所需長度的鋼板。其實施例化學成分及 重量百分比、製造工藝條件、檢測結果分別見下列表l、表2及表3。表1本發明鋼化學成分及重量百分比含量列表
實 施 例CMnSiTiNbVNiAlMoPS
10. 0411. 400. 100. 0050. 0200. 0200. 150. 0600. 0800. 0060. 0010
20. 0781. 500. 230. 0200. 0260.0350. 100. 0290. 1480.0150.0030
30.0961. 600. 300. 0300. 0300. 060. 250. 0410. 1200. 0120. 0015
40. 101. 550. 180. 0150. 0390. 0450. 200. 0560. 1340. 0170.0020
其餘為Fe及不可避免的夾雜。
表2本發明鋼的工藝制度
實 施 例板坯加熱溫度 rc)初軋結束溫度 (°C)精軋終軋溫度 (°c)冷卻速度 。c/秒巻取溫度 (°C)矯直平整量 《0. 60%
112051020760155730. 60
212251090775206000. 50
312501100799256300.40
412801120829306500. 30
表2的工藝制度是在進行了鐵水脫硫、轉爐頂底複合吹煉、鋼包爐處理、真空進行Si-Ca
處理、澆注成板坯後而進行的。
表3為本發明鋼經橫向力學性能實驗後的結果
鋼板厚度/mm11.0013.0015.90
橫向 力學 性能Rw.5/MPa熱軋鋼板515535580
熱煨彎管用直縫管520530550
熱煨彎管外弧480500530
熱煨彎管內弧455480495
R /MPa熱軋鋼板600630660
熱煨彎管用直縫管600620640
熱煨彎管外弧590600620
熱煨彎管內弧580610630
-20°CAKV/J熱軋鋼板350293260
熱煨彎管用直縫管318280267
熱煨彎管外弧246235217
熱煨彎管內弧278255246
-l(TCDWTT SA/%熱軋鋼板橫向10010097
熱煨彎管用直縫管10010095
權利要求
1、一種抗拉強度570MPa級熱煨彎管用鋼，其化學成分及重量百分比為C0.04～0.10，Si0.10～0.30，Mn1.40～1.60，P≤0.018，S≤0.004，Ti0.005～0.030，Nb0.020～0.039，V0.02～0.06，Mo0.080～0.148，Ni0.10～0.25，Al0.021～0.060，其餘為Fe及不可避免的夾雜。
2、 一種生產權利要求1所述的一種抗拉強度570MPa級熱煨彎管用鋼的方法其步驟1) 進行鐵水脫硫、轉爐頂底複合吹煉、鋼包爐處理、真空進行Si-Ca處理、澆注成 板坯；2) 採用熱連軋機控軋控冷將板坯加熱至1205 1280°C;3) 進行粗軋，粗軋結束溫度控制在1020 112(TC;4) 進行精軋，終軋溫度控制在760 829'C;5) 採用層流冷卻，其冷卻速度控制在15 3(TC/秒；6) 進行巻取，巻取溫度控制在573 650'C;7) 板巻開平橫切成所需長度的鋼板，橫切時矯直機的平整量《0.6%。
全文摘要
本發明涉及一種適應於石油天然氣管道工程X65級直縫埋弧焊熱煨彎管所需的抗拉強度≥570MPa和韌性-20℃AKV≥170J的熱軋鋼板及生產方法。其解決現存在的直縫埋弧焊熱煨彎管特別是彎曲段強度達不到X65級的水平及韌性波動的問題。措施本發明鋼的化學成分及重量百分比為C0.04～0.10，Si0.10～0.30，Mn1.40～1.60，P≤0.018，S≤0.004，Ti0.005～0.030，Nb0.020～0.039，V0.02～0.06，Mo0.080～0.148，Ni0.10～0.25，Al0.021～0.060，其餘為Fe及不可避免的夾雜；方法冶煉並鑄坯、採用熱控軋控冷粗軋結束溫度為1020～1120℃；精軋且終軋溫度為760～829℃；採用層流冷卻；卷取溫度為573～650℃；橫切且矯直機的平整量≤0.6％。
文檔編號C21C5/30GK101565796SQ200910062438
公開日2009年10月28日 申請日期2009年6月5日 優先權日2009年6月5日
發明者習天輝, 劉昌明, 孔君華, 徐進橋, 董中波, 董漢雄, 琳 鄭, 斌 郭 申請人:武漢鋼鐵(集團)公司