專利名稱：一種具有優(yōu)異抗時(shí)效性的抗大變形管線鋼及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種抗大變形管線鋼，具體地說是一種具有優(yōu)異抗時(shí)效性的抗大變形 管線鋼及其生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
采用管線輸送石油天然氣具有高效、經(jīng)濟(jì)、安全、無污染等特點(diǎn)，被認(rèn)為是長(zhǎng)距離 輸送油氣的有效方式。為提高輸送效率、降低能耗、減少投資和降低管線運(yùn)營(yíng)費(fèi)用，一方面， 長(zhǎng)距離管線輸送需要加大管徑、降低單位輸送成本，提高管線鋼強(qiáng)度級(jí)別，另一方面需考慮 到地形地勢(shì)的復(fù)雜性，如地震區(qū)和永凍帶。這些地區(qū)的埋地管線可能發(fā)生大的塑性變形。而 這兩方面構(gòu)成了管線鋼長(zhǎng)期存在的冷成形性與強(qiáng)度之間的矛盾。針對(duì)這類問題，一種稱為 “基于應(yīng)變?cè)O(shè)計(jì)法”的抗大變形管線鋼問世。這種“基于應(yīng)變?cè)O(shè)計(jì)法”的管線鋼具有更高的 抗壓縮和拉伸應(yīng)變的性能。也就是，沿管的縱向需具有優(yōu)異的應(yīng)變能力，如均勻延伸率和低 屈強(qiáng)比，以保證機(jī)械完整性。目前，這種管線鋼化學(xué)成分設(shè)計(jì)，一般碳含量較低，適當(dāng)加一些 合金元素，如Ni、Cr、Nb、Cu等，屬于一種低合金高強(qiáng)鋼，經(jīng)臨界區(qū)熱處理或控制軋制而得到 的主要由鐵素體和貝氏體所組成的雙相鋼。實(shí)際上第二相還可能含有殘余奧氏體及碳化物 等相，但由于這些相的含量均很少，故一般稱之為鐵素體和貝氏體雙相鋼。雙相鋼具有高的 抗拉強(qiáng)度和塑性匹配好等特點(diǎn)，這不僅解決了管線鋼長(zhǎng)期存在的冷成形性與強(qiáng)度之間的矛 盾，而且使其沿管徑方向的強(qiáng)度大大得以提高，提高其自身的抗大變形能力?？勾笞冃喂芫€鋼制管后需涂覆一層樹脂，起到抗腐作用。涂覆溫度介于180 250°C之間。而在管線鋼中間隙原子C、N原子因具有較低的平衡溶解度和較高的擴(kuò)散能力， 易結(jié)合鋼中的置換原子如Cr、Mo、V、Cu和Mg形成碳化物、氮化物或碳氮化物，增加應(yīng)變時(shí) 效性，導(dǎo)致材料硬化，延展性降低，惡化鋼材性能。因此，對(duì)于雙相抗大變形管線鋼，需要滿 足基于應(yīng)變?cè)O(shè)計(jì)的要求的同時(shí)，還需要考慮鋼中低溫應(yīng)變時(shí)效的問題。經(jīng)檢索，以下一些專利涉及具有抗低溫時(shí)效性抗大變形管線鋼的生產(chǎn)方法，其生 產(chǎn)方法如下
CN101611163A提供了一種具有優(yōu)良的抗應(yīng)變時(shí)效性的低屈服比雙相鋼管線管，它通 過控軋控冷的方式，獲得鋼板的屈服強(qiáng)度大于420MPa，抗拉強(qiáng)度大于500MPa，組織為鐵素 體與貝氏體雙相組織。該方法不僅需要在720°C 800°C進(jìn)行低溫精軋，使軋鋼生產(chǎn)周期 延長(zhǎng)；而且，還需要控制冷卻開始與結(jié)束溫度，以不少于10°C /s的冷卻速度進(jìn)行冷卻，增 加了生產(chǎn)難度。另外，在考察低溫應(yīng)變時(shí)效實(shí)驗(yàn)中，一方面應(yīng)變時(shí)效實(shí)驗(yàn)較短，只有5-8分 鐘的表面熱處理時(shí)間，就導(dǎo)致了屈強(qiáng)比有了明顯的提高(低溫應(yīng)變時(shí)效后的屈強(qiáng)比都高于 0. 80)。JP11080832A公開了一種低屈強(qiáng)比鋼板的生產(chǎn)方法，獲得了鐵素體和貝氏休的雙 相組織，得到的屈強(qiáng)比較低，但屈服強(qiáng)度僅大于345MPa。其生產(chǎn)工藝也相對(duì)復(fù)雜，要求非再 結(jié)晶區(qū)軋制變形大于30%，且對(duì)終軋溫度和軋后冷卻速度都有要求，隨后需要對(duì)熱軋板進(jìn)行 淬火和回火處理，沒有考察其時(shí)效性能。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，考慮到抗大變形用管線鋼在制管后需要涂覆一層樹 脂，需保證管線鋼抗低溫應(yīng)變時(shí)效性能，且易于生產(chǎn)，本發(fā)明的目的在于提供了一種具有優(yōu) 異抗時(shí)效性的抗大變形管線鋼及其生產(chǎn)方法，本發(fā)明通過利用TMCP技術(shù)獲得軋態(tài)組織為 正常X70管線鋼的貝氏體的組織，再通過在鐵素體奧氏體相變點(diǎn)(Ac1-Ac3)之間，進(jìn)行簡(jiǎn)單 的熱處理方法，獲得鐵素體+貝氏體雙相組織，且鐵素體分?jǐn)?shù)約占20-60%，從而得到了低屈 強(qiáng)比，高強(qiáng)度，塑性良好的高級(jí)別抗大變形管線鋼。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的
一種具有優(yōu)異抗時(shí)效性的抗大變形管線鋼，其特征在于該管線鋼化學(xué)成分按重量 百分比計(jì)為，C 0. 03 0. 12%, Si 0. 10 0. 30%, Mn :1. 20 1. 80%, P ^ 0. 010%, S (0. 005%, Nb 0. 030 0. 060%, Ti :0. 006 0. 020%, Cr :0. 10 0. 40%, Ni :0. 10 0. 30%, Cu 0. 01 0. 03%, Al 0. 010 0. 050%，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)。一種上述具有優(yōu)異抗時(shí)效性的抗大變形管線鋼的生產(chǎn)方法，其特征在于該方法具 體要求如下
軋制工藝采用控軋控冷工藝(TMCP)，為兩階段軋制；軋前連鑄坯加熱溫度介于 1150°C 1250°C，粗軋溫度950 1050°C，精軋開軋溫度880 900°C ；軋后采用層流冷卻， 終冷溫度600 650°C，冷卻速率5 15°C /s ；隨后空冷；
熱處理工藝為了獲得使成品獲得低的屈強(qiáng)比，選取屈服強(qiáng)度級(jí)別高于515MPa的X70 級(jí)鋼板，隨后進(jìn)行兩相區(qū)淬火處理，淬火溫度為介于Ac1 Ac3之間的680 720°C，淬火保 溫時(shí)間為anin/mmX板厚+IOmin ；淬火后鋼板屈強(qiáng)比在0. 80以下，得到具有優(yōu)異抗時(shí)效性 的抗大變形管線鋼。本發(fā)明通過兩相區(qū)保溫，使X70鋼板中的部分針狀鐵素體轉(zhuǎn)變?yōu)榈容S細(xì)小的鐵素 體。通過未完全鐵素體相變來獲得雙相組織，鐵素體體積分?jǐn)?shù)約占25 60%，并根據(jù)鐵素體 的需要量來增減保溫時(shí)間的長(zhǎng)短。隨后，通過熱處理后的淬火來抑制鐵素體的長(zhǎng)大，并通過 所獲得一定量的MA組元來彌補(bǔ)因鐵素體的生成而導(dǎo)致材料的抗拉強(qiáng)度的損失。獲得的抗 大變形管線鋼具體性能為屈服強(qiáng)度為510 580MPa，抗拉強(qiáng)度為630 720MPa，延伸率為 26 40%，屈強(qiáng)比 RtO. 2/Rm < 0. 80。本發(fā)明通過淬火溫度在200-250°C之間，保溫anin/mmX板厚+30min后，對(duì)抗大變 形管線鋼進(jìn)行時(shí)效性能考察。由于MA組元在低溫時(shí)效過程中馬氏體部分進(jìn)行分解，形成回 火馬氏體，促進(jìn)了碳氮化物的生成，有利于板材強(qiáng)度的提高，使得材料的綜合性能非但沒有 惡化，反而有所提高。時(shí)效后的管線鋼屈服強(qiáng)度比時(shí)效前屈服強(qiáng)度弱有降低，抗拉強(qiáng)上升， 延伸率上升，屈強(qiáng)比下降。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)
1、在利用普通管線鋼化學(xué)成分和常規(guī)X70級(jí)管線鋼軋制生產(chǎn)方式下，選取屈服強(qiáng)度有 適當(dāng)富余量的X70級(jí)管線鋼，通過一種簡(jiǎn)單的離線熱處理方法，便可獲得抗大變形管線鋼， 獲得鐵素體體積分?jǐn)?shù)約占25 60%。且雙相中的鐵素體分?jǐn)?shù)可以通過離線熱處理過程中的 保溫時(shí)間進(jìn)行控制。2、通過簡(jiǎn)單的熱處理方法，通過生成相對(duì)軟的鐵素體相，降低X70級(jí)管線鋼的屈服強(qiáng)度，而通過MA組元和充分發(fā)揮管線鋼在TMCP過程中來不及析出的微合金元素的強(qiáng)化 作用，使鋼材的抗拉強(qiáng)度上升，屈強(qiáng)比明顯下降，均勻延伸率上升。3、本發(fā)明的制造方法，具有生產(chǎn)工藝穩(wěn)定，在制管后的涂覆過程中，S卩，低溫時(shí)效 過程中，性能非但惡化，反而有所提高。


圖1是實(shí)施例經(jīng)離線熱處理后得到抗大變形管線鋼在金相顯微鏡下典型的組織 形貌圖。圖2是實(shí)施例經(jīng)離線熱處理后得到抗大變形管線鋼在掃描電鏡下典型的組織形 貌圖。
具體實(shí)施例方式一種具有優(yōu)異抗時(shí)效性的抗大變形管線鋼，該管線鋼化學(xué)成分按重量百分比計(jì)如 表ι所示。上述具有優(yōu)異抗時(shí)效性的抗大變形管線鋼的生產(chǎn)方法，具體要求如下
軋制工藝采用控軋控冷工藝(TMCP)兩階段軋制；軋前連鑄坯加熱溫度介于1150°C 12500C，粗軋溫度950 1050°C，精軋開軋溫度為880 900°C ；軋后采用層流冷卻，終冷溫 度600 650°C，冷卻速率5 15°C /s ；隨后空冷；
熱處理工藝為了獲得使成品獲得低的屈強(qiáng)比，選取屈服強(qiáng)度級(jí)別高于515MPa的X70 級(jí)鋼板，隨后管線鋼進(jìn)行兩相區(qū)淬火處理，在熱處理爐中重新加熱到68(T72(TC，然后在這 個(gè)溫度下保溫40min，保溫結(jié)束后立即用水淬火。圖1是實(shí)施例經(jīng)離線熱處理后得到抗大變 形管線鋼在金相顯微鏡下典型的組織形貌圖。圖2是實(shí)施例經(jīng)離線熱處理后得到抗大變形 管線鋼在掃描電鏡下典型的組織形貌圖。組織都為超細(xì)鐵素體+貝氏體雙相組織和一定量 的MA組元組成。鐵素體體積分?jǐn)?shù)約占25 35%，鐵素體晶粒尺寸細(xì)小，且多為等軸狀。隨后對(duì)管線鋼進(jìn)行低溫回火，回火溫度為230°C，保溫時(shí)間為90min。該時(shí)間長(zhǎng)度 足夠制管后涂覆時(shí)間。淬火及時(shí)效后板材拉伸性能如表2，沖擊性能如表3。表1本發(fā)明實(shí)施例的化學(xué)成分(wt%)
權(quán)利要求
1.一種具有優(yōu)異抗時(shí)效性的抗大變形管線鋼，其特征在于該管線鋼化學(xué)成分按重 量百分比計(jì)為，C 0. 03 0. 12%, Si 0. 10 0. 30%, Mn :1. 20 1. 80%, P 彡 0. 010%, S (0. 005%, Nb 0. 030 0. 060%, Ti :0. 006 0. 020%, Cr :0. 10 0. 40%, Ni :0. 10 0. 30%, Cu 0. 01 0. 03%, Al 0. 010 0. 050%，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)。
2.—種權(quán)利要求1所述具有優(yōu)異抗時(shí)效性的抗大變形管線鋼的生產(chǎn)方法，其特征在于 該方法具體要求如下軋制工藝采用控軋控冷工藝，為兩階段軋制；軋前連鑄坯加熱溫度介于1150°C 12500C，粗軋溫度950 1050°C，精軋開軋溫度為880 900°C ；軋后采用層流冷卻，終冷溫 度600 650°C，冷卻速率5 15°C /s ；隨后空冷；熱處理工藝選取屈服強(qiáng)度級(jí)別高于515MPa的X70級(jí)鋼板，隨后進(jìn)行兩相區(qū)淬火處理， 淬火溫度為介于Ac1 Ac3之間的680 720°C，淬火保溫時(shí)間為anin/mmX板厚+IOmin ； 淬火后鋼板屈強(qiáng)比在0. 80以下，得到具有優(yōu)異抗時(shí)效性的抗大變形管線鋼。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有優(yōu)異抗時(shí)效性的抗大變形管線鋼的生產(chǎn)方法，其特征 在于通過兩相區(qū)淬火保溫后，X70鋼板中的部分針狀鐵素體轉(zhuǎn)變?yōu)榈容S細(xì)小的鐵素體； 通過未完全鐵素體相變來獲得雙相組織，鐵素體體積分?jǐn)?shù)占25-60%，并根據(jù)鐵素體的需要 量來確定保溫時(shí)間的長(zhǎng)短；通過熱處理后的淬火來抑制鐵素體的長(zhǎng)大，同時(shí)，獲得一定量的 MA組元，彌補(bǔ)因鐵素體的生成而導(dǎo)致材料的抗拉強(qiáng)度的損失。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有優(yōu)異抗時(shí)效性的抗大變形管線鋼的生產(chǎn)方法，其特征在 于淬火溫度在200-250°C之間，保溫時(shí)間為anin/mmX板厚+30min，MA組元在低溫時(shí)效過 程中馬氏體部分進(jìn)行分解，形成回火馬氏體，促進(jìn)了碳氮化物的生成，提高了板材強(qiáng)度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有優(yōu)異抗時(shí)效性的抗大變形管線鋼及其生產(chǎn)方法，該管線鋼化學(xué)成分按重量百分比計(jì)為，C0.03～0.12%，Si0.10～0.30%，Mn1.20～1.80%，P≤0.010%，S≤0.005%，Nb0.030～0.060%，Ti0.006～0.020%，Cr0.10～0.40%，Ni0.10～0.30%，Cu0.01～0.03%，Al0.010～0.050%，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)。采用控軋控冷工藝，軋前加熱溫度1150℃～1250℃，粗軋溫度950～1050℃，精軋開軋溫度880～900℃；軋后層流冷卻，終冷溫度600～650℃，冷卻速率5～15℃/s；進(jìn)行兩相區(qū)淬火處理，淬火溫度為Ac1～Ac3之間。得到的抗大變形管線鋼具有低屈強(qiáng)比、高強(qiáng)度、高塑性和抗時(shí)效性優(yōu)異等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)C22C38/50GK102080194SQ201110054270
公開日2011年6月1日 申請(qǐng)日期2011年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月8日
發(fā)明者劉朝霞, 宋世佳, 李麗, 李曉玲, 楚覺非, 邱紅雷, 陳遠(yuǎn)姝 申請(qǐng)人:南京鋼鐵股份有限公司