專利名稱：：低裂紋敏感性高韌性x120管線鋼及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及石油天然氣管道用鋼及生產(chǎn)方法，具體屬于低裂紋敏感性高韌性的X120級管線鋼及其生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
：為節(jié)省管線工程的建設(shè)投資、降低運(yùn)輸費(fèi)用，采用高強(qiáng)度等級的管線鋼更加經(jīng)濟(jì)合理。隨著管道輸送壓力的提高，對管道用鋼可靠性的要求也越來越高，即要求具有高強(qiáng)度、高的低溫止裂韌性以及良好的焊接性能。目前X70、X80管線鋼已丌始大規(guī)模應(yīng)用于各石油天然氣輸送管道工程中，但其管線建設(shè)和運(yùn)行成本較高。人們?yōu)榱诉M(jìn)一歩降低管線建設(shè)和運(yùn)行成本，研發(fā)X100和X120級管線鋼，則成為目前國內(nèi)外管線鋼領(lǐng)域的開發(fā)熱點(diǎn)。隨著X80級管線鋼被逐漸應(yīng)用在石油天然氣輸送管道工程中，XIOO、X120級管線的前期開發(fā)工作在日本、德國、韓國、加拿大、中國等國陸續(xù)展開。1993年美國?？松梨谑凸九cR本新日鐵和住友金屬合作首先開始X120管線鋼的開發(fā)工作，并于2004年采用新曰鐵生產(chǎn)的外徑914mm、壁厚16mm的X120鋼管建設(shè)了世界上首條1.6km長的X120管線示范段。目前國外?？松梨谑凸?、日本住友金屬、新日鐵和韓國浦項分別申請了X120級管線鋼的專利，國內(nèi)僅有寶山鋼鐵公司于2006年底宣布X120管線鋼試制成功，于2007年與華北石油鋼管廠合作，完成了制管評價，并分別申請了X120管線鋼和X120管線鋼所制直縫埋弧焊管的專利。國內(nèi)外目前僅有的幾家具備X120級管線鋼試生產(chǎn)能力的廠家在X120鋼的化學(xué)成分設(shè)計上多采用低碳/超低C一高M(jìn)n—Nb(V)—Ti系，同時添加高M(jìn)o(0.20.8%)、Cr(0.31.0%)、Ni(0.52.5%)和Cu、B等合金元素，成本很高，對碳當(dāng)量Ceq和Pcm值沒有明確要求(新日鐵、NKK、P0SC0、IPSC0、寶鋼)或要求較高(?？松梨谑凸綜eq《0.7，Pcm《0.35;JFE:Ceq》0.32;住友金屬0.27《Pcm《0.30),裂紋敏感性較高，且生產(chǎn)工藝上多采用低溫開軋、低溫終軋或兩相區(qū)終軋、軋后加速冷卻(冷卻速度2232'C/s),高溫回火或熱軋態(tài)交貨，生產(chǎn)工藝對設(shè)備能力和控制精度非常嚴(yán)格，不利于大規(guī)模生產(chǎn)控制?，F(xiàn)有X120級管線鋼的試制生產(chǎn)工藝采用高M(jìn)o、Cr、Ni合金設(shè)計，不僅成本高，且由于合金含量加入高，裂紋敏感性較高，沖擊韌性難以達(dá)到很高水平，且采用低溫開軋、低溫終軋或兩相區(qū)軋制，對設(shè)備能力要求非?？量?、軋后冷卻速度控制精度要求高，不利于大規(guī)模生產(chǎn)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于為了解決X120級管線鋼合金成分設(shè)計高、生產(chǎn)工藝控制要求嚴(yán)格不利于大規(guī)模生產(chǎn)的問題，提供一種加入合金含量少、成本低、生產(chǎn)工藝簡單、鋼板的裂紋敏感性低、具有超高強(qiáng)度和高韌性、并宜于大規(guī)模生產(chǎn)的低裂紋敏感性高韌性X120級管線鋼及其生產(chǎn)方法。實現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案低裂紋敏感性高韌性X120級管線鋼及其制造方法，其特征在于該鋼采用的成分設(shè)計(wt%)為C:0.020.08，Mn:1.52.0，SiS0.5,P:《0.018，S:《0.0020，Ti:Ti:0.010.02，Nb:0.040.11，V《0.08，B《0.0030，Als:0.010.04，Mo:0.10.40，Ni:O.30.5，Cu《0.40，Cr《0.30,其余為Fe及不可避免的夾雜；并要滿足以下公式(1)Mo+Ni+Cu+Cr《1.4(2)Pcm=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B《0.23生產(chǎn)權(quán)低裂紋敏感性高韌性X120級管線鋼的方法，其歩驟1)進(jìn)行冶煉鐵水脫硫一轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)合吹煉一鋼包爐處理一真空(S卜Ca)處理一澆注成板坯；2)將連鑄坯加熱至1100125(TC;3)進(jìn)行粗軋控制粗軋結(jié)束溫度在10001100°C;4)進(jìn)行精軋控制精軋結(jié)束溫度在80090(TC;5)鋼板停留1060秒；6)進(jìn)行冷卻冷卻速度控制在103(TC/秒，終冷溫度控制在《45(TC。本發(fā)明的低裂紋敏感性高韌性X120管線鋼各合金成分的作用機(jī)理如下本發(fā)明的碳(C)含量(wt%)為0.020.08。低的碳含量可以保證鋼具有高的韌性、塑性、優(yōu)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?zé)峒庸ば阅芎洼^高的淬透性，碳含量不能太低。本發(fā)明的錳(Mn)含量(wt%)為1.52.1。高M(jìn)n促進(jìn)貝氏體組織形核，高的Mn/C比可提高屈服強(qiáng)度和沖擊韌性，降低析出碳化物的尺寸，促進(jìn)沉淀強(qiáng)化效應(yīng)。錳還可提高鋼的淬透性，避免過熱時的晶粒長大。本發(fā)明的鈮(Nb)含量(wt%)為0.040.11。微量的鈮能顯著細(xì)化晶粒，提高晶粒粗化溫度，另可提高鋼的淬透性和回火穩(wěn)定性。鈮在控軋過程中，通過抑制再結(jié)晶和阻止晶粒長大，可細(xì)化奧氏體晶粒尺寸，同時提高鋼板再結(jié)晶溫度，降低乳機(jī)負(fù)荷。在軋后冷卻過程中，NbC和NbN微小質(zhì)點(diǎn)析出，可起沉淀強(qiáng)化的作用。鈮與C、N元素形成穩(wěn)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范圍內(nèi)進(jìn)行熱加工和焊接。本發(fā)明的釩(V)含量(wt%)為00.08。釩在軋后冷卻過程中，VC和VN微小質(zhì)點(diǎn)析出，可起沉淀強(qiáng)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。本發(fā)明的鉬(Mo)含量(wt%)為00.40。鉬降低Y—a轉(zhuǎn)變溫度，抑制多邊形鐵素體和珠光體形核，在較寬的溫度和冷速范圍內(nèi)促進(jìn)貝氏體組織的形成，從而保證良好的強(qiáng)韌性。本發(fā)明的鎳(Ni)含量(wt%)為00.5，提高控軋鋼的低溫韌性，還可通過適量加入提高鋼的淬透性和強(qiáng)度。本發(fā)明的磷(P)含量(wt%)為《0.018、硫(S)含量《0.002。為了保證鋼板的韌性，需要鋼具有較高的純凈度和均質(zhì)度。而P、S均是影響性能的有害元素，P高易導(dǎo)致偏析，從而影響鋼板組織均勻性；S常以錳的硫化物形態(tài)存在，這種硫化物夾雜對鋼的沖擊韌性，特別是橫向韌性是十分不利的，并造成性能的各向異性和增大氫致開裂的敏感性。本發(fā)明的硅(Si)含量(wt%)為00.50。少量的Si能起到固溶強(qiáng)化和提高鋼抗拉強(qiáng)度的作用，但硅含量過高會顯著降低鋼的面縮率和沖擊韌性。本發(fā)明的鈦(Ti)含量Ut%)為0.010.02。加入微量的Ti，可細(xì)化品粒，提高鋼的屈服強(qiáng)度和韌性，還可以在高溫下與N結(jié)合，形成TiN質(zhì)點(diǎn)，有利于焊接時熱影響區(qū)的晶粒控制，改善焊接熱影響區(qū)的韌性。本發(fā)明的酸溶鋁(Als)含量(wt%)為0.010.04，起到脫氧作用，減少鋼中氧含量；形成A1N，細(xì)化晶粒。本發(fā)明中適量添加Cu、O、B等合金元素，提高鋼的強(qiáng)度和淬透性。本發(fā)明的Mo+Ni+Cu+Cr《1.4X，保證較低的合金成本和碳當(dāng)量。本發(fā)明的碳當(dāng)量(Pcm)《0.23。低的碳當(dāng)量可以保證高鋼級管線鋼具有很低的裂紋敏感性和良好的焊接性能，有利于現(xiàn)場焊接。為保證微合金化元素的充分固溶，同時避免加熱溫度過高導(dǎo)致奧氏體晶粒過分長大，因此，將鑄坯加熱溫度控制在11001250°C;通過在再結(jié)晶區(qū)和未再結(jié)晶區(qū)兩階段進(jìn)行粗軋和精軋，目的使奧氏體晶粒細(xì)小，且獲得足夠多的變形帶、位錯累積等相變優(yōu)先形核位置；4)軋制過程中采用使鋼板停留1060秒，為使微合金化元素充分析出，提高組織基體強(qiáng)度，促進(jìn)貝氏體相變形核；5)軋后采用冷卻速度控制為103(TC/秒，并使終冷溫度控制在《45(TC，其為使相變起始點(diǎn)降低，獲得細(xì)小、均勻的相變組織，同時應(yīng)避免因冷速過大導(dǎo)致大量馬氏體組織的形成。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其特點(diǎn)在于1)本專利技術(shù)生產(chǎn)的X120級管線鋼采用較低的Mo、Ni、Cu、Cr設(shè)計，可以很大程度上降低鋼的合金成本；2)軋制過程中采用鋼板停留時間，讓微合金化元素得以充分析出，可以有效地細(xì)化相變組織、同時提高組織均勻性和鋼的強(qiáng)度；3)整個生產(chǎn)工藝要求適中，利于X120級管線鋼的大規(guī)模生產(chǎn)。其力學(xué)性能經(jīng)試驗表明，RP。.2855910MPa，Rm9901180MPa，-20°CKV》231J，Pcra《0.20，其滿足了石油天然氣管道工程用X120級管線鋼的需求。具體實施例方式下面對本發(fā)明作進(jìn)一歩闡述實施例的的成分及重量百分比見表l;生產(chǎn)工藝1)進(jìn)行冶煉鐵水脫硫一轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)合吹煉一鋼包爐處理一真空(Si-Ca)處理一澆注成板坯；2)將連鑄坯加熱至1100125(TC;3)進(jìn)行粗軋控制粗軋結(jié)束溫度在1(X)oii(xrc;4)進(jìn)行精軋:控制精軋結(jié)束溫度在80090(TC;5)鋼板停留1060秒；6)進(jìn)行冷卻冷卻速度控制在103(TC/秒，終冷溫度控制在《45(TC。具體工藝參數(shù)見表2;實施例的力學(xué)性能經(jīng)檢測后的結(jié)果見表3。表1實施例15的化學(xué)成分(wt%)<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表2實施例15軋制工藝參數(shù)<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>>表3實施例15性能檢測結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>注拉伸、夏比沖擊試樣均為橫向取樣。權(quán)利要求1、低裂紋敏感性高韌性X120級管線鋼及其制造方法，其特征在于該鋼采用的成分設(shè)計為(wt％)C0.02～0.08，Mn1.5～2.1，Si≤0.5，P≤0.018，S≤0.0020，Ti0.01～0.02，Nb0.04～0.11，V≤0.08，B≤0.0030，Als0.01～0.04，Mo0.1～0.40，Ni0.3～0.5，Cu≤0.40，Cr≤0.30，其余為Fe及不可避免的夾雜；并要滿足公式(1)、Mo+Ni+Cu+Cr≤1.4(2)、Pcm＝C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B≤0.232、生產(chǎn)權(quán)利要求1所述低裂紋敏感性高韌性X120級管線鋼的方法，其歩驟1)進(jìn)行冶煉鐵水脫硫一轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)合吹煉一鋼包爐處理一真空(Si-Ca)處理一澆注成板坯；2)將連鑄坯加熱至11001250°C;3)進(jìn)行粗軋控制粗軋結(jié)束溫度在10001100°C;4)進(jìn)行精軋控制精軋結(jié)束溫度在80090(TC;5)鋼板停留1060秒；6)進(jìn)行冷卻冷卻速度控制在1030'C/秒，終冷溫度控制在《450。C。全文摘要本發(fā)明公開了一種低裂紋敏感性高韌性的X120級管線鋼及生產(chǎn)方法。其成分設(shè)計(wt％)C0.02～0.08，Mn1.5～2.1，Si≤0.5，P≤0.018，S≤0.0020，Ti0.01～0.02，Nb0.04～0.11，V≤0.08，B≤0.0030，Als0.01～0.04，Mo0.1～0.40，Ni0.3～0.5，Cu≤0.40，Cr≤0.30，其余為Fe及不可避免的夾雜；并滿足公式Mo+Ni+Cu+Cr≤1.4及Pcm＝C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B≤0.23；其步驟冶煉；將連鑄坯加熱至1100～1250℃；粗軋并控制結(jié)束溫度在1000～1100℃；精軋并控制結(jié)束溫度在800～900℃；鋼板停留10～60秒；冷卻，終冷溫度為≤450℃。本發(fā)明加入合金含量少、成本低、鋼板的裂紋敏感性低、并宜于大規(guī)模生產(chǎn)。文檔編號C22C38/58GK101649425SQ20091006390公開日2010年2月17日申請日期2009年9月8日優(yōu)先權(quán)日2009年9月8日發(fā)明者靜劉,徐進(jìn)橋,董中波,娟賈,琳鄭,斌郭申請人:武漢鋼鐵(集團(tuán))公司;武漢科技大學(xué)