專利名稱：：一種經(jīng)濟(jì)型x70管線鋼及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于低合金鋼制造領(lǐng)域，具體涉及X70管線鋼及其生產(chǎn)方法。技術(shù)背景X70級以上的管線鋼是控軋及加速冷卻的低碳微合金鋼，是本世紀(jì)輸氣主管線的主導(dǎo)鋼材，具有優(yōu)異的抗延性斷裂性能。目前全球已制成的X70輸氣管道主要集中在德國和加拿大。我國目前在"西氣東輸"上仍普遍使用X70管線鋼；而X70相比X70來說強(qiáng)度更大，因此X70鋼具有可觀的市場前景。在本發(fā)明之前已有多個(gè)關(guān)于X70管線鋼的發(fā)明專利，以關(guān)鍵詞為X70pipeline或lin印ipeplate檢索得到的相關(guān)專利文獻(xiàn)，與本發(fā)明比較接近的有(1)CN1403616(申請日20030319),發(fā)明名稱為"低碳低合金鋼和管"，涉及制造X60X70級別的管線鋼；(2)日本發(fā)明專利申請公開公報(bào)JP11080833，發(fā)明名稱為"具有優(yōu)良抗HIC性能的高強(qiáng)度管線管用鋼板產(chǎn)品"，涉及用于制造X70X70鋼級的具有優(yōu)良抗HIC性能的管線鋼；(3)韓國發(fā)明專利申請公開公報(bào)KR2003055536A(申請日20030704)200378B，發(fā)明名稱為"用于制造管線鋼的方法，包括一定成分的板坯加熱，粗軋及在其過程中發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶、精軋及巻取"，涉及用于制造管線鋼的方法,包括成分與工藝；(4)中國發(fā)明專利申請公開公報(bào)CN1746326A(申請日20060315)200647B，發(fā)明名稱為"具有高止裂性能的針狀鐵素體X70管線鋼及其制造方法"，涉及用于制造具有高止裂性能的針狀鐵素體X70管線鋼的制造方法；(5)國際公開號W02006086853Al(20060824)200658B，發(fā)明名稱為"管線鋼包括C、Mn、Ti、Si、Nb、Al、Ca、S、P、Cr、Mo、B、Ni、Cu、V"的專利申請涉及X60X70鋼級別管線鋼的制造，包括各種成分設(shè)計(jì)；(6)日本發(fā)明專利申請公開公報(bào)JP57126959A(19820806)198237B"高強(qiáng)度高韌性具有優(yōu)良止裂性能的管線鋼-C、Mn、Cu、Ni、Cr、Al、Ca、Nb、V、Ti等"涉及高強(qiáng)度管線鋼的制造，包括其成分設(shè)計(jì)；(7)韓國發(fā)明專利申請公開公報(bào)KR2003053754A(申請日20030702)200375B，發(fā)明名稱為"高強(qiáng)度管線鋼的制造方法，包括板坯加熱、熱軋和巻取"涉及具有抗HIC優(yōu)良性能的高強(qiáng)度管線鋼的制造，包括成分、工藝的設(shè)計(jì)。以上專利文獻(xiàn)公開的鋼和鋼管雖然達(dá)到了高強(qiáng)度，有的具有優(yōu)良的抗HIC性能，但是，它們的生產(chǎn)成本比較高。因此，本發(fā)明的第一個(gè)目的是提供一種經(jīng)濟(jì)型X70管線鋼。本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供這種經(jīng)濟(jì)型X70管線鋼的生產(chǎn)方法。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供的經(jīng)濟(jì)型X70管線鋼主要由以下成分組成C:0.015-0.060,Si《0.30，Mn:0.71.80，P《0.015，S《0.050，Al:0.01-0.05，Ca:0.001-0.004'N:《0.006，0,0化Nb《0.15，0.005《Ti《0.020，均為重量％，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)元素。本發(fā)明提供的經(jīng)濟(jì)型X70管線鋼中還可以添加V《0.08，Cr《0.50，Mo《0.50，Cu《0.60，Ni《0.60，均為重量％。本發(fā)明提供的經(jīng)濟(jì)型X70管線鋼的生產(chǎn)方法包括鐵水預(yù)脫硫、冶煉、連鑄、板坯精整、熱軋和巻取工序，其特征在于熱軋工序中采用控軋控冷，熱軋加熱溫度為H001170。C，再結(jié)晶區(qū)軋制溫度為U50950。C，非再結(jié)晶區(qū)軋制溫度為930。C750。C;終止冷卻溫度(巻取溫度)為450650°C，冷卻速度為530°C/s。本發(fā)明所述X70級別特高強(qiáng)度管線鋼的化學(xué)成份的限定理由如下高強(qiáng)度高韌性X70管線鋼成分設(shè)計(jì)思想是以低C、高M(jìn)n，通過加入微量Nb、V、Ti等微合金元素、結(jié)合熱軋控軋控冷工藝，獲得針狀鐵素體組織，以保證管線鋼具有高強(qiáng)度高韌性的性能。其主要的基本元素作用有以下幾個(gè)方面碳是鋼中最經(jīng)濟(jì)、最基本的強(qiáng)化元素，通過固溶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化對提高鋼的強(qiáng)度有明顯作用，但是提高C含量對鋼的延性、韌性和焊接性有負(fù)面影響，因此近代管線鋼的發(fā)展過程是不斷降低C含量的過程(如圖1所示)。降低C含量一方面有助于提高鋼的韌性，另一方面可改善鋼的焊接性能。從圖1可見，當(dāng)C含量低于0.11%時(shí)管線鋼可具有良好的焊接性。所以，目前管線鋼的C含量一般小于0.11%，對需更高韌性的管線鋼則采用C小于0.06%的超低C含量設(shè)計(jì)。錳通過固溶強(qiáng)化提高鋼的強(qiáng)度，是管線鋼中補(bǔ)償因C含量降低而引起強(qiáng)度損失的最主要且最經(jīng)濟(jì)的強(qiáng)化元素。Mn還是擴(kuò)大Y相區(qū)的元素，可降低鋼的Y—a相變溫度，有助于獲得細(xì)小的相變產(chǎn)物，可提高鋼的韌性、降低韌脆轉(zhuǎn)變溫度。因此對X80管線鋼的Mn含量設(shè)計(jì)在0.71.80%范圍。鈮是現(xiàn)代微合金化管線鋼中最主要的元素之一，對晶粒細(xì)化的作用十分明顯。通過熱軋過程中NbC應(yīng)變誘導(dǎo)析出阻礙形變奧氏體的回復(fù)、再結(jié)晶，經(jīng)控制軋制和控制冷卻使精軋階段非再結(jié)晶區(qū)軋制的形變奧氏體組織在相變時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小的相變產(chǎn)物，以使鋼具有高強(qiáng)度和高韌性。本專利就是配合適當(dāng)?shù)腃含量提高Nb的含量發(fā)揮NbC的作用。鈦是強(qiáng)的固N(yùn)元素，Ti/N的化學(xué)計(jì)量比為3.42，利用0.02%左右的Ti就可固定鋼中60卯m以下的N，在板坯連鑄時(shí)可形成細(xì)小的高溫穩(wěn)定的TiN析出相。這種細(xì)小的TiN粒子可有效地阻礙板坯再加熱時(shí)的奧氏體晶粒長大，有助于提高Nb在奧氏體中的固溶度，同時(shí)對改善焊接熱影響區(qū)的沖擊韌性有明顯作用。硫、磷:是鋼中不可避免的雜質(zhì)元素，希望越低越好。通過超低硫(小于30卯m)及Ca處理對硫化物進(jìn)行夾雜物形態(tài)控制，可使管線鋼具有高的沖擊韌性。Cr/Mo:能夠有效提高淬透性，抑制多邊形鐵素體和珠光體的產(chǎn)生，促進(jìn)在中溫和低溫區(qū)內(nèi)形成晶內(nèi)有大量位錯(cuò)分布的鐵素體或貝氏體。Al是為了脫氧而加入鋼中的元素，添加適量的Al有利于細(xì)化晶粒，改善鋼材的強(qiáng)韌性能；通過Ca處理可以控制硫化物的形態(tài)，改善鋼板的各向異性，提高低溫韌性，其含量少于O.OOl時(shí)沒有效果，而超過0.006則會產(chǎn)生許多CaO、CaS，并形成大型夾雜物，對鋼的韌性造成損害，甚至影響鋼的焊接性能。所以規(guī)定Ca含量范圍為0.001%-0.004%。因此，針對微合金化低碳針狀鐵素體組織具有高強(qiáng)度高韌性和良好焊接性能，以及低的包辛格效應(yīng)等特點(diǎn)，以晶粒細(xì)化、相變強(qiáng)化、析出強(qiáng)化和位錯(cuò)強(qiáng)化等材料強(qiáng)化理論為基礎(chǔ)，借鑒本申請人長期管線鋼生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和具有低碳針狀鐵素體組織特征的管線鋼試驗(yàn)室研究結(jié)果，對具有針狀鐵素體X70管線鋼的成分設(shè)計(jì)釆用了較低的碳含量、超低硫、Nb、Ti微合金化的成分設(shè)計(jì)。煉鋼工藝采用夾雜物形態(tài)控制的純凈鋼冶煉技術(shù)，熱軋工藝采用了控軋控冷的熱機(jī)械處理技術(shù)，通過合理的成分和工藝進(jìn)行最終產(chǎn)品的組織控制，以獲得具有高強(qiáng)度高韌性的低碳針狀鐵素體組織。表1顯示了本發(fā)明鋼與文獻(xiàn)中述及的鋼在化學(xué)成分上的不同。表l本發(fā)明鋼與現(xiàn)有技術(shù)鋼的化學(xué)成分比較<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>分析上述專利與本專利的區(qū)別與專利1相比，本專利的成分相對簡單，主要以C、Mn、Nb、Ti合金為主，Cr、Mo、Cu、Ni、V可以選擇性添加也可以都不添加的成分設(shè)計(jì)、沒有加入B合金元素，簡化煉鋼工序和降低成本；與專利2比較，用于生產(chǎn)X60X80管線鋼，在P、S等雜質(zhì)元素含量上要求比較嚴(yán)格，這樣一來對煉鋼要求嚴(yán)格，增加煉鋼成本。其次，它們在碳當(dāng)量Ceq上要求大于等于0.32，為滿足這樣的碳當(dāng)量，必須增加Mn等合金元素的含量，也就增加了制造成本，同時(shí)碳當(dāng)量的增加必然導(dǎo)致焊接性能的下降.而本專利在Ceq小于0.32的情況下也能生產(chǎn)出X70強(qiáng)度級別的管線鋼；與專利3相比，專利3通過添加V元素達(dá)到高的強(qiáng)度，而本專利可以不添加V元素，其次，專利3與本專利的設(shè)計(jì)思路不同，本專利通過低C、高Nb的配合，C與Nb之間的關(guān)系，釆用超低碳配合高的Nb含量，不僅提高了再潔凈溫度，提高生產(chǎn)效率，而且起到了析出強(qiáng)化的作用；與專利4相比，專利4必須添加Mo元素，并且與本專利利用的Nb、C關(guān)系的設(shè)計(jì)思路不同；與專利5相比，專利5的C含量屬于高C，與本專利的設(shè)計(jì)思路不同；與專利6相比，專利6的C含量范圍較小，需要添加更多的Mn，增加了生產(chǎn)制造成本，并且它要求Pcm指數(shù)必須大于O.16，為達(dá)到這樣的Pcm指數(shù)，必須添加更多的合金元素，并導(dǎo)致焊接性能的降低。本專利在Pcm指數(shù)低于O.16情況下也可以生產(chǎn)出X70管線鋼；與專利8相比，專利8的C含量較高，與之配合的Nb含量小于等于0.09%，與本專利的設(shè)計(jì)思路不同，并且它對P、S等元素含量要求嚴(yán)格，增加了煉鋼的生產(chǎn)難度和制造成本?？傊?，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)-1.本發(fā)明的經(jīng)濟(jì)型X70管線鋼板采用簡單經(jīng)濟(jì)的成分設(shè)計(jì)，以C、Mn、Nb、Ti合金為主，Cr、Mo、Cu、Ni、V可以選擇性添加也可以都不添加的成分設(shè)計(jì)、沒有加入B合金元素，就可以達(dá)到X70鋼級的性能要求，在合金成本上大大降低；2.本發(fā)明鋼種采用控軋控冷工藝生產(chǎn)，在工藝上可以實(shí)現(xiàn)低溫加熱、中間待溫時(shí)間縮短、終止軋制溫度高、板形好，生產(chǎn)工藝簡單，生產(chǎn)周期短，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)效率及成材率；3.本發(fā)明鋼具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能，強(qiáng)度滿足API5L對X70管線鋼的要求；具有優(yōu)良的低溫沖擊韌性，-30°C的夏比沖擊功大于200J，S線大于85%,并具有優(yōu)良的抗低溫動(dòng)態(tài)撕裂能力，-15。C的DWTTSAy。大于75。/o;4.本發(fā)明鋼具有良好的焊接性能，其具有較低的Ceq和Pcm指數(shù)，通過合理的成份設(shè)計(jì)和焊接材料推薦，可以有較好的焊接性能。由于本發(fā)明具有以上優(yōu)點(diǎn)，在各種冶金企業(yè)均可實(shí)施。本發(fā)明的經(jīng)濟(jì)型X70管線鋼可用于制造大口徑X70管線鋼管。圖1是鋼中C含量、碳當(dāng)量與鋼焊接性關(guān)系的Graville曲線圖。圖中，斜箭頭表示不斷降低C含量的管線鋼發(fā)展過程，區(qū)域I焊接性好，區(qū)域II可小心地焊接，區(qū)域ni很難焊接。具體實(shí)施方法以下用實(shí)施例對本發(fā)明作更詳細(xì)的描述。這些實(shí)施例僅僅是對本發(fā)明最佳實(shí)施方式的描述，并不對本發(fā)明的范圍有任何限制。實(shí)施例1-7按照表2所示化學(xué)成分進(jìn)行冶煉、連鑄、板坯精整和熱軋，熱軋加熱溫度為11001130。C，再結(jié)晶區(qū)軋制溫度為1100930。C，非再結(jié)晶區(qū)軋制溫度為930。C750°C;終止冷卻溫度為500650°C，冷卻速度為530°C/s。表2本發(fā)明各實(shí)施例的化學(xué)成分<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>實(shí)施例7按標(biāo)準(zhǔn)方法測試各實(shí)施例鋼的力學(xué)性能，結(jié)果如表3所示。表3各實(shí)施例鋼的力學(xué)性能測試結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>可見,與以往的專利文獻(xiàn)相比,本發(fā)明的X70管線鋼成分簡單.尤其是實(shí)施例中的碳當(dāng)量都沒有超過0.32，但是得到了X70鋼級的強(qiáng)度，同時(shí)保證鋼具有優(yōu)良的悍接性能，為制管成型過程的焊接和現(xiàn)場施工焊接提供良好的條件。本發(fā)明生產(chǎn)的X70管線鋼均具有優(yōu)良的力學(xué)性能，可用于制造大口徑X70管線鋼管。權(quán)利要求1.一種經(jīng)濟(jì)型X70管線鋼，主要由以下成分組成C0.015-0.060，Si≤0.30，Mn0.7～1.80，P≤0.015，S≤0.050，Al0.01-0.05，Ca0.001-0.004，N≤0.006，0.04≤Nb≤0.15，0.005≤Ti≤0.020，均為重量％，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)元素。2.如權(quán)利要求1所述的經(jīng)濟(jì)型X70管線鋼，其中添加V《0.08，Cr《0.50，Mo《0.50,Cu《0.60，Ni《0.60，均為重量％。3.權(quán)利要求1所述經(jīng)濟(jì)型X70管線鋼的生產(chǎn)方法，包括鐵水預(yù)脫硫、冶煉、連鑄、板坯精整、熱軋和巻取工序，其特征在于熱軋工序中采用控軋控冷，熱軋加熱溫度為U001170。C，再結(jié)晶區(qū)軋制溫度為U50950。C，非再結(jié)晶區(qū)軋制溫度為930。C750。C;終止冷卻溫度為450650°C，冷卻速度為530°C/s。全文摘要本發(fā)明的經(jīng)濟(jì)型X70管線鋼主要由以下成分(重量％)組成C0.015-0.060，Si≤0.30，Mn0.7～1.80，P≤0.015，S≤0.050，Al0.01-0.05，Ca0.001-0.004，N≤0.006，0.04≤Nb≤0.15，0.005≤Ti≤0.020，均為重量％，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)元素。該鋼中可以添加V≤0.08，Cr≤0.50，Mo≤0.50，Cu≤0.60，Ni≤0.60，均為重量％。其生產(chǎn)方法采用控軋控冷的熱軋工藝。本發(fā)明鋼生產(chǎn)成本低，具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能和良好的焊接性能，生產(chǎn)工藝簡單，生產(chǎn)周期短，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)效率及成材率，在各種冶金企業(yè)均可實(shí)施。文檔編號C22C33/04GK101270440SQ20071003839公開日2008年9月24日申請日期2007年3月23日優(yōu)先權(quán)日2007年3月23日發(fā)明者章傳國,磊鄭,珊高申請人:寶山鋼鐵股份有限公司