專利名稱：一種高鋼級(jí)大應(yīng)變管線鋼和鋼管的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種強(qiáng)度級(jí)別達(dá)到X70和X80高鋼級(jí)大應(yīng)變(應(yīng)變時(shí)效敏感系數(shù)不大 于0.40)管線鋼和鋼管的制造方法。
背景技術(shù)：
我國(guó)油氣管道工程發(fā)展很快，尤其是長(zhǎng)距離輸送管道建設(shè)近年來(lái)得到很大發(fā)展， 管線沿線必然經(jīng)過多種復(fù)雜地質(zhì)地貌條件。在大部分地區(qū)管道均采用基于應(yīng)力的設(shè)計(jì)方 法，但是在管線經(jīng)過地震帶和活動(dòng)斷層以及沉陷帶、凍土帶、滑坡帶等區(qū)段時(shí)，必須采用基 于應(yīng)變的管道設(shè)計(jì)方法，這就需要采用具有均勻塑性變形容量較大的高鋼級(jí)管線鋼并發(fā)展 相應(yīng)的制造技術(shù)。一般而言，管線鋼強(qiáng)度較低時(shí)均勻塑性變形容量較大，而對(duì)于高鋼級(jí)管線 鋼要獲得較大的塑性變形容量比較困難。加之，高鋼級(jí)管線鋼和鋼管在隨后的防腐過程中 由于溫度的作用會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)度和硬度升高，塑性和韌性下降的現(xiàn)象，即產(chǎn)生應(yīng)變時(shí)效現(xiàn)象。鋼 管在長(zhǎng)期的使用過程中的也會(huì)產(chǎn)生應(yīng)變時(shí)效現(xiàn)象。近年來(lái)，隨著控軋空冷技術(shù)的發(fā)展，管線 鋼的屈強(qiáng)比已從過去的0. 80 0. 85上升到0. 90 0. 95，過高的屈強(qiáng)比限制了管線鋼和鋼 管的變形能力，從而對(duì)使用安全性產(chǎn)生影響。目前，具有高應(yīng)變性能的高鋼級(jí)管線鋼在國(guó)際 上已經(jīng)開發(fā)出來(lái)，并得到工程應(yīng)用，但不能很好地兼顧應(yīng)變時(shí)效性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種強(qiáng)度級(jí)別達(dá)到X70和X80、均勻塑性變形延伸率高、應(yīng)變 時(shí)效敏感性低的適用于地震斷裂帶、沉陷帶、凍土帶、滑坡帶等基于應(yīng)變管道設(shè)計(jì)地區(qū)使用 的大口徑高鋼級(jí)管線用鋼和鋼管的制造方法，以滿足我國(guó)長(zhǎng)輸管道建設(shè)需求。根據(jù)地震斷裂帶、沉陷帶、凍土帶、滑坡帶等基于應(yīng)變管道設(shè)計(jì)地區(qū)工況特點(diǎn)，要 求管線鋼及鋼管在保證高強(qiáng)韌性的同時(shí)，具有低的屈強(qiáng)比、高的均勻塑性變形伸長(zhǎng)率、高的 性變硬化指數(shù)和低的應(yīng)變時(shí)效敏感性。為了保證上述性能，必須對(duì)其化學(xué)成分和制造工藝 進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。在成分設(shè)計(jì)方面，擬采用低碳或超低碳，加Mn，Nb、V、Ti微合金化，同時(shí)可少量加 入Mo、Ni、Cu、Cr、B等多種元素，嚴(yán)格控制鋼中P、S等有害元素及氧、氫、氮等有害氣體，采 用Al、Si全脫氧的鎮(zhèn)靜鋼，Ca處理控制夾雜物形狀。為了改善鋼種C、N元素與鋼中位錯(cuò)的 交互作用所引起的應(yīng)變時(shí)效現(xiàn)象，需要嚴(yán)格控制鋼中的N元素。在控軋空冷工藝方面，可通過奧氏體區(qū)或奧氏體+鐵素體雙相區(qū)的控制軋制以及 臨界區(qū)的加速冷卻、或采用低于貝氏體轉(zhuǎn)變開始溫度的延遲加速冷卻等工藝，來(lái)獲得具有 針狀鐵素體+M/A或塊狀鐵素體+針狀鐵素體+M/A的復(fù)相組織，從而得到所期望的性能。本發(fā)明的所述的一種大應(yīng)變性能和低應(yīng)變時(shí)效敏感性的高鋼級(jí)管線鋼和鋼管的 制造方法(1)按質(zhì)量百分比組成如下C 0. 04 0. 08 % ；Mn 1. 50 1. 90 % ；Si 0. 15 0. 30 % ;P ^ 0. 010 % ；S^O. 003%, Al 0. 005 ~ 0. 03% ；Ca 0. 002-0. 005%, N ^ 0. 005%，余量為 Fe ；在此基礎(chǔ) 上還可添加質(zhì)量百分比Nb 0. 01 0. 06% ；Ti 0. 015 0. 03 % ；V 0. 01 0. 05 %中的 一種或兩種以上的合金元素，且0. 05%^ Nb+V+Ti ^ 0. 10% ；還可添加0. 15 0. 30%的 Μο,Ο. 15 0. 30%的 Ni，0. 15 0. 30%的 Cu，0. 15 0. 30%的 Cr，0. 001 0. 005%的 B， 0. 03 0. 05%的Re ；碳當(dāng)量< 0. 55%，冷裂紋敏感系數(shù)< 0. 25。具體成分可根據(jù)鋼級(jí)和 厚度的不同進(jìn)行調(diào)整。(2)上述材料經(jīng)氧吹轉(zhuǎn)爐熔煉、Ca處理，爐外精煉和真空脫氣，嚴(yán)格控制鋼中P、S 雜質(zhì)含量及有害氣體，連鑄成厚板坯，然后將板坯加熱至約120(TC，IOOiTC Iiocrc粗軋， 650°C 950°C精軋，軋后冷卻速度15°C 50°C /s，可進(jìn)行在線200 300°C低溫回火以控 制各組織組成物及殘余奧氏體含量，制成性能優(yōu)良的熱軋鋼板。鋼板再經(jīng)J-C-O成型，直縫 埋弧焊接，焊材采用含Ti-B的細(xì)晶粒針狀鐵素體低氧含量材料，然后經(jīng)0. 5-1. 0%擴(kuò)徑，制 成直縫埋弧焊接鋼管。發(fā)明效果采用本發(fā)明可生產(chǎn)管徑760mm 1219mm、壁厚16mm 32mm的X70和X80大應(yīng)變 和低應(yīng)變時(shí)效敏感性直縫埋弧焊接鋼管，具有針狀鐵素體+M/A或塊狀鐵素體+針狀鐵素 體+M/A的復(fù)相組織，兼?zhèn)涓邚?qiáng)度、良好韌性和焊接性，特別是具有良好的塑性變形容量和 低的應(yīng)變時(shí)效敏感性?？蓾M足地震斷裂帶、沉陷帶、凍土帶、滑坡帶等基于應(yīng)變管道設(shè)計(jì)地 區(qū)對(duì)這種管線鋼和鋼管的使用要求。其中屈服強(qiáng)度485-630Mpa，抗拉強(qiáng)度570-750Mpa，屈 強(qiáng)比0. 77-0. 88，伸長(zhǎng)率26-32%，均勻塑性變形伸長(zhǎng)率8-15%，應(yīng)變時(shí)效敏感系數(shù)不大于 0. 40，_20°C的夏比沖擊韌性達(dá)到220-350J。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 合金成分=C0. 04% ；Mn 1. 74% ；Si 0. 18% ；P 0. 009% ；S 0. 003% ；Al 0. 01% ； Ca 0. 003% ；N 0. 005% ；Nb 0. 05% ；Ti 0. 02% ；Mo 0. 18% ；Ni 0. 19% ；Cu 0. 16% ；余量
為Fe和不可避免的雜質(zhì)；冷裂紋敏感系數(shù)0. 16%，碳當(dāng)量0. 39%。制造工藝上述材料經(jīng)氧吹轉(zhuǎn)爐熔煉、Ca處理，爐外精煉和真空脫氣，連鑄成板 坯，加熱至約1200°C，1000°C 1100°C粗軋，650°C 900°C精軋，軋后冷卻速度20°C 300C /s，制成厚度約為18. 4mm熱軋鋼板。鋼板再經(jīng)J-C-O成型，采用多道次直縫埋弧焊接， 焊材采用含Ti-B的細(xì)晶粒針狀鐵素體低氧含量材料，然后經(jīng)0. 6 0. 8%擴(kuò)徑，制成直縫埋 弧焊接鋼管。性能特點(diǎn)采用本發(fā)明生產(chǎn)的厚度約為18. 4mm、管徑1016mm的X70大應(yīng)變鋼 管，具有塊狀鐵素體+針狀鐵素體+M/A的復(fù)相組織，兼?zhèn)涓邚?qiáng)度、良好低溫韌性和焊接 性，具有良好的塑性變形容量和低的應(yīng)變時(shí)效敏感性。屈服強(qiáng)度485-535Mpa，抗拉強(qiáng)度 570-640Mpa，屈強(qiáng)比0. 78-0. 88，伸長(zhǎng)率28-31 %，均勻塑性變形伸長(zhǎng)率10-15 %，應(yīng)變時(shí)效 敏感系數(shù)不大于0. 40，-20°C的夏比沖擊韌性達(dá)到250-350J。實(shí)施例2合金成分=C0. 08%;Mn :1· 53%;Si :0· 23%;Ρ :0· 008% ;S :0· 002%;Α1 :0· 018%； Ca :0. 002% ；N :0. 004% ；V :0· 04% ；Ti :0· 03% ；Mo :0· 24% ；Ni :0· 25% ；Cr :0· 19% ；余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)；冷裂紋敏感系數(shù)0. 20%，碳當(dāng)量0. 45%。制造工藝上述材料經(jīng)氧吹轉(zhuǎn)爐熔煉、Ca處理，爐外精煉和真空脫氣，連鑄成板 坯，加熱至約1200°C，1000°C 1100°C粗軋，680°C 930°C精軋，軋后冷卻速度25°C 350C /s，制成厚度約為22mm熱軋鋼板。鋼板再經(jīng)J-C-O成型，采用多道次直縫埋弧焊接，焊 材采用含Ti-B的細(xì)晶粒針狀鐵素體低氧含量材料，然后經(jīng)0. 7-0. 9%擴(kuò)徑，制成直縫埋弧 焊接鋼管。性能特點(diǎn)采用本發(fā)明生產(chǎn)的厚度約為22mm、管徑1219mm的X70大應(yīng)變鋼管，具 有塊狀鐵素體+針狀鐵素體+M/A的復(fù)相組織兼?zhèn)涓邚?qiáng)度、良好低溫韌性和焊接性，具有良 好的塑性變形容量和低的應(yīng)變時(shí)效敏感性。屈服強(qiáng)度485-525Mpa，抗拉強(qiáng)度570-630Mpa， 屈強(qiáng)比0. 77-0. 87，伸長(zhǎng)率28-32%，均勻塑性變形伸長(zhǎng)率10-13%，應(yīng)變時(shí)效敏感系數(shù)不大 于0. 40，_20°C的夏比沖擊韌性達(dá)到230-320J。實(shí)施例3:合金成分=C0. 06% ；Mn 1. 87% ；Si 0. 27% ；P 0. 007% ；S 0. 003% ；Al 0. 03% ； Ca 0. 003% ；N 0. 003% ；Nb 0. 04% ；Ti 0. 02% ；Mo 0. 28% ；Ni 0. 30% ；Cu 0. 27% ；Cr
0. 29% ；B 0. 004%,Re 0. 05%,余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)；冷裂紋敏感系數(shù)0.23%，碳 當(dāng)量0. 53%。制造工藝上述材料經(jīng)氧吹轉(zhuǎn)爐熔煉、Ca處理，爐外精煉和真空脫氣，連鑄成板 坯，加熱至約1200°C，1000°C 1100°C粗軋，700°C 950°C精軋，軋后冷卻速度25°C 350C /s，在線200 300°C回火，制成厚度約為26. 2mm熱軋鋼板。鋼板再經(jīng)J-C-0成型，直 縫埋弧焊接，焊材采用含Ti-B的細(xì)晶粒針狀鐵素體低氧含量材料，然后經(jīng)0. 8-1. 0%擴(kuò)徑， 制成直縫埋弧焊接鋼管。性能特點(diǎn)采用本發(fā)明生產(chǎn)的厚度約為26. 2mm、管徑1219mm的X80大應(yīng)變鋼 管，具有針狀鐵素體+M/A的復(fù)相組織，兼?zhèn)涓邚?qiáng)度、良好低溫韌性和焊接性，具有良好的 塑性變形容量和低的應(yīng)變時(shí)效敏感性。屈服強(qiáng)度550-630Mpa，抗拉強(qiáng)度650_750Mpa，屈 強(qiáng)比0. 77-0. 88，伸長(zhǎng)率26-30 %，均勻塑性變形伸長(zhǎng)率8_11 %，應(yīng)變時(shí)效敏感系數(shù)不大于 0. 40，_20°C的夏比沖擊韌性達(dá)到220-280J。
權(quán)利要求
一種高鋼級(jí)大應(yīng)變管線鋼和鋼管的制造方法，強(qiáng)度級(jí)別為X70和X80，應(yīng)變時(shí)效敏感系數(shù)不大于0.40；其特征在于(1)按質(zhì)量百分比組成如下C0.04～0.08％；Mn1.50～1.90％；Si0.15～0.30％；P≤0.010％；S≤0.003％，Al0.005～0.03％；Ca 0.002 0.005％，N≤0.005％，余量為Fe；在此基礎(chǔ)上還可添加以質(zhì)量百分比計(jì)的Nb0.01～0.06％；Ti0.015～0.03％；V0.01～0.05％中的一種或兩種以上的合金元素，且0.05％≤Nb+V+Ti≤0.10％；還可添加0.15～0.30％的Mo，0.15～0.30％的Ni，0.15～0.30％的Cu，0.15～0.30％的Cr，0.001～0.005％的B，0.03～0.05％的Re；碳當(dāng)量≤0.55％，冷裂紋敏感系數(shù)≤0.25，具體成分可根據(jù)鋼級(jí)和厚度的不同進(jìn)行調(diào)整；(2)上述材料經(jīng)氧吹轉(zhuǎn)爐熔煉、Ca處理，爐外精煉和真空脫氣，嚴(yán)格控制鋼中P、S雜質(zhì)含量及有害氣體，連鑄成厚板坯，然后將板坯加熱至約1200℃，1000℃～1100℃粗軋，650℃～950℃精軋，軋后冷卻速度15℃～50℃/s，可進(jìn)行在線200～300℃低溫回火以控制各組織組成物及殘余奧氏體含量，制成性能優(yōu)良的熱軋鋼板，鋼板再經(jīng)J C O成型，直縫埋弧焊接，焊材采用含Ti B的細(xì)晶粒針狀鐵素體低氧含量材料，然后經(jīng)0.5 1.0％擴(kuò)徑，制成直縫埋弧焊接鋼管。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高鋼級(jí)大應(yīng)變管線鋼和鋼管的制造方法；按質(zhì)量百分比C0.04～0.08％；Mn1.50～1.90％；Si0.15～0.30％；P≤0.010％；S≤0.003％，Al0.005～0.03％；Ca 0.002-0.005％，N≤0.005％，余量為Fe；碳當(dāng)量≤0.55％，冷裂紋敏感系數(shù)≤0.25；經(jīng)熔煉、Ca處理，精煉和脫氣，連鑄成厚板坯，精軋，低溫回火制成熱軋鋼板，鋼板經(jīng)成型，焊接，擴(kuò)徑制成鋼管；屈服強(qiáng)度485-630MPa，抗拉強(qiáng)度570-750MPa，均勻塑性變形伸長(zhǎng)率8-15％，應(yīng)變時(shí)效敏感系數(shù)不大于0.40，-20℃的夏比沖擊韌性達(dá)到220-350J。
文檔編號(hào)C21D8/02GK101906568SQ201010251848
公開日2010年12月8日 申請(qǐng)日期2010年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月12日
發(fā)明者馮耀榮, 吉玲康, 李鶴林, 楊龍, 陳宏達(dá), 陳宏遠(yuǎn) 申請(qǐng)人:中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司;中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司管材研究所