均勻變形伸長率UEL≥5%d的X90管線鋼管及其製備方法
2023-05-05 18:39:16
均勻變形伸長率UEL≥5%d的X90管線鋼管及其製備方法
【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%；製備步驟：經深脫硫及脫磷等；板坯加熱；粗軋；精軋；冷卻；空冷至室溫；進行制管工藝：經折彎成型、及大線能量焊接成直縫埋弧焊管後對鋼管進行擴徑，其擴徑率控制為0.20-0.60%。本發明其在滿足力學性能為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管線鋼管及其製備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種管線鋼管及其製備方法，具體地屬於一種高塑性即均勻變形伸長率UEL≥5%的X90管線鋼管及製備方法。
【背景技術】
[0002]世界新一輪幹線天然氣管線正在規劃研究中，其單管輸送能力將由300億m3/a進一步提高到450-500億m3/a。超大輸氣量高壓管道工程將採用大口徑厚壁的超高強度X90或XlOO管線鋼，其要求管體衝擊韌性達到KV2 (-20°C)^ 280J。此外，為保障地震、滑坡帶等地質條件惡劣地區輸氣管道的安全性，還要求鋼管應具有較高的塑性變形能力。本發明提供一種高韌性高塑性X90管線鋼及其生產方法。
[0003]通過地震和地質災害多發區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於過量塑性變形而失效。該地區管道在受到較大的衝擊力後，即使發生一定程度的變形，仍然能夠安全運行，因此採用基於應變的設計方法，選用抗大變形的管線鋼。抗大變形的管線鋼主要特徵為無屈服平臺、屈強比低、形變強化指數高、均勻變形伸長率大。中國西氣東輸二線應變設計地區用抗大變形X80管線鋼的技術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報導。
[0004]經檢索:中國專利申請號為201310169449.6的專利文獻，其公開了「一種X90管線用鋼及其生產方法 」。其通過添加B:0.0006~0.0023%，並結合TMCP工藝生產X90級管線鋼板。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，易出現波動，生產控制難度大，不能應用於抗大變形的管線鋼。
[0005]中國專利申請號為201210050624.5的文獻，其公開了一種「高強度低屈強比X90熱軋鋼板及其生產方法」。其採用低C、低Mn、高Nb、高Cr、高Mo的成分設計，結合TMCP工藝生產X90級管線鋼板的方法。該文獻雖能夠達到X90級管線鋼的高強度、高韌性和良好的焊接性能，但由於添加較多的Nb、Mo等貴重金屬，導致生產成本較高，且不能保證為均勻變形伸長率。
[0006]中國專利申請號為CN201110359356.0的文獻，其公開了 「一種X90管線鋼直縫埋弧焊管制造方法」闡述了一種採用低C、高Mn、高Nb、高Cr、高Mo的成分設計的X90制管方法。該方法合金設計複雜，且添加較高含量的Nb、N1、Mo等貴重金屬，生產成本較高，也不能保證均勻變形伸長率。
[0007]中國專利申請號為200710045314.3的文獻，其公開了 「一種高強度X90管線鋼及其生產方法」和申請號為CN201080029455.6的「低溫韌性優良的高強度管線管用鋼板及高強度管線管用鋼管」文獻，分別公開了寶山鋼鐵公司、日本新日鐵鋼鐵公司採用TMCP工藝生產高強度X90管線鋼板的方法，但該兩項專利成分範圍太過寬泛(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度X90管線鋼的性能要求，對實際生產亦無任何參考價值，沒有可操作性，未提及均勻變形伸長率，也不知是否可應用於應變設計的管線。
【發明內容】
[0008]本發明的目的在於克服現有技術存在的塑性低的不足，提供一種在滿足力學性能為 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管線鋼及製備方法。
[0009]本申請為了實現上述目的，對實現本申請的目的的起影響或者關鍵作用的合金元素及工藝進行了深入的研究其結果，為了即使在保證超高強度的前提下，還能實現超高韌性、高塑性，因此提出了採用在成分方面主要是採用了低C、高Mn合金設計，其次還添加了Cr、Mo、Nb、Ni元素能進一步達到超高強韌性、高塑性；成分的優化，還需要匹配的工藝才行，因此，本申請經研究，工藝方面主要主要是採取了潔淨鋼冶煉、奧氏體全流程細化控制軋制、控制冷卻、鋼管控制變形等技術。
[0010]實現上述目的的措施:
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%,其餘為Fe和不可避免的雜質；並滿足Cr/Mo 不低於 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，且鐵素體體積分數不低於10%。
[0011]製備均勻變形伸長率UEL ^ 5%d的X90管線鋼管的方法，採用控軋制控冷工藝，其步驟: O經深脫硫及脫磷、進行S1-Ca處理後澆注成坯，控制鋼水終點S ( 0.0008%,P≤0.010%，板坯質量優於C0.5級；
2)將板坯加熱，控制加熱溫度不低於1150°C，末三道道次變形量不低於15%；
3)進行粗軋，控制粗軋結束溫度<1020°C ；
4)進行精軋，控制其開軋溫度<950°C ；
5)進行冷卻，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)進行制管工藝:經折彎成型、及大線能量焊接成直縫埋弧焊管後對鋼管進行擴徑，其擴徑率控制為0.20-0.60%。
[0012]本發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度，但是碳含量超過一定程度時，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度，此外，錳還可以在一定程度上細化晶粒，改善鋼的衝擊韌性，但是過量的錳易形成偏聚，導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晶溫度，擴大未再結晶區範圍，便於實現高溫控軋，降低軋機負荷，同時鈮還可以抑制奧氏體晶粒長大，具有顯著的細晶強化和析出強化作用。另，在高強度貝氏體鋼中，添加適量的鈮會促進適量的M-A島生成，達到既獲得低屈強比、高加工硬化能力，又不降低焊接熱影響區的韌性，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，並具有一定的固溶強化作用，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。
[0018]此外，保證Cr/Mo≤3.0。鉻提高淬透性的能力弱於Mo，冷卻時促進貝氏體形成時，形成MA組元的數量明顯多於Mo，即鉻可以促進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可促進微細結構的貝氏體和針狀鐵素體，保證鋼良好的強韌性。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]本發明之所以粗扎末三道道次變形量≤15%是為了充分細化再結晶奧氏體；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組員複合組織，從而使鋼具備超高強韌性、高塑性；控制擴徑率為0.20-0.60%，是為了控制鋼管的冷加工變形量，從而使鋼管強度稍有增加，韌性、塑性不至於大幅降低。
[0021]本發明與現有技術相 比，其在滿足力學性能為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]附圖為本發明的金相組織圖。
【具體實施方式】
[0023]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橫向力學性能檢驗結果。
[0024]本發明各實施例按照以下步驟生產:
O經深脫硫及脫磷、進行S1-Ca處理後澆注成坯，控制鋼水終點S ( 0.0008%,P≤0.010%，板坯質量優於C0.5級；
2)將板坯加熱，控制加熱溫度不低於1150°C，末三道道次變形量不低於15%；
3)進行粗軋，控制粗軋結束溫度<1020°C ；
4)進行精軋，控制其開軋溫度<950°C ；
5)進行冷卻，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)進行制管工藝:經折彎成型、及大線能量焊接成直縫埋弧焊管後對鋼管進行擴徑，其擴徑率控制為0.20-0.60%。
[0025]表1本發明各實施例及對比例化學成分含量列表(Wt%)
【權利要求】
1.均勻變形伸長率UEL≥5%d的X90管線鋼管，其化學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%,其餘為Fe和不可避免的雜質；並滿足 Cr/Mo 不低於 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，且鐵素體體積分數不低於10%。
2.製備如權利要求1所述的均勻變形伸長率UEL≥ 5%d的X90管線鋼管的方法，採用控軋制控冷工藝，其步驟: O經深脫硫及脫磷、進行S1-Ca處理後澆注成坯，控制鋼水終點S ≤ 0.0008%,P≤0.010%，板坯質量優於C0.5級； 2)將板坯加熱，控制加熱溫度不低於1150°C，末三道道次變形量不低於15%； 3)進行粗軋，控制粗軋結束溫度≤1020°C ； 4)進行精軋，控制其開軋溫度≤950°C ； 5)進行冷卻，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)進行制管工藝:經折彎成型、及大線能量焊接成直縫埋弧焊管後對鋼管進行擴徑，其擴徑率控制為0.20-0.60%。
【文檔編號】C22C38/58GK104018099SQ201410266532
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年6月16日 優先權日:2014年6月16日
【發明者】郭斌, 徐進橋, 崔雷, 鄭琳, 李利巍, 鄒航 申請人:武漢鋼鐵(集團)公司