熱軋鋼板及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種適合作為管線管中所使用的螺旋鋼管或電縫鋼管的原材料的低 屈服比高強(qiáng)度熱軋鋼板及其制造方法。特別是，可防止造管后的屈服強(qiáng)度的降低，同時(shí)屈服 比低且可穩(wěn)定保證優(yōu)異的低溫韌性。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，在將鋼板卷為螺旋狀來造管的螺旋鋼管由于可有效地制造大直徑的鋼管， 因此，近年來廣泛用作輸送原油、天然氣的管線管用途。特別是在長距離輸送的管道中，要 求提高輸送效率并進(jìn)行高壓化，另外，有時(shí)油井及氣井大多存在于寒冷地區(qū)，經(jīng)由寒冷地區(qū) 的情況較多。因此，所使用的管線管要求高強(qiáng)度化、高韌性化。此外，從抗壓曲性、抗震性的 觀點(diǎn)考慮，要求管線管為低屈服比。螺旋鋼管的管長度方向的屈服比幾乎不因造管而發(fā)生 變化，與作為原材料的熱軋鋼板的屈服比基本一致。因此，為了降低螺旋鋼管制的管線管的 屈服比，需要降低作為原材料的熱軋鋼板的屈服比。
[0003] 針對(duì)這樣的要求，例如，在專利文獻(xiàn)1中記載了一種低溫韌性優(yōu)異且低屈服比高 張力管線管用熱軋鋼板的制造方法。在專利文獻(xiàn)1所記載的技術(shù)中，將鋼坯加熱到1180? 1300°C后，在粗軋結(jié)束溫度950?1050°C、精軋結(jié)束溫度760?800°C的條件下進(jìn)行熱軋， 以5?20°C /秒的冷卻速度冷卻，在達(dá)到670°C時(shí)開始自然冷卻并保持5?20秒鐘，接著， 以20°C /秒以上的冷卻速度冷卻，在500°C以下的溫度下卷繞，制成了熱軋鋼板，所述鋼坯 以重量％計(jì)含有C :0. 03?0. 12%、Si :0. 50%以下、Mn :1. 70%以下、Al :0. 070%以下，還 含有Nb :0. 01?0. 05%、V :0. 01?0. 02%、Ti :0. 01?0. 20%中的至少1種。根據(jù)專利 文獻(xiàn)1中所記載的技術(shù)，可以制造出拉伸強(qiáng)度60kg/mm2以上（590MPa以上）、屈服比為85% 以下、具有斷口轉(zhuǎn)變溫度為_60°C以下的高韌性的熱軋鋼板。
[0004] 另外，在專利文獻(xiàn)2中記載了一種高強(qiáng)度低屈服比管用熱軋鋼板的制造方法。專 利文獻(xiàn)2所記載的技術(shù)是如下的熱軋鋼板的制造方法，該方法包括：將鋼加熱到1000? 1300°C，在750?950°C的范圍結(jié)束熱軋，以冷卻速度10?50°C /秒冷卻至卷取溫度，在 480?600°C的范圍進(jìn)行卷取，所述鋼含有C :0· 02?0· 12%、Si :0· 1?L 5%、Mn :2· 0% 以下、Al :0.01?0. 10%，還含有Mo+Cr:0. 1?1.5%。根據(jù)專利文獻(xiàn)2所記載的技術(shù)，可 不進(jìn)行從奧氏體溫度區(qū)域開始的驟冷而得到以鐵素體為主體、以面積比例計(jì)具有1?20% 的馬氏體、屈服比為85%以下且造管后的屈服強(qiáng)度減少量較小的熱軋鋼板。
[0005] 另外，在專利文獻(xiàn)3中記載了一種低溫韌性優(yōu)異的低屈服比電縫鋼管的制造方 法。在專利文獻(xiàn)3所記載的技術(shù)中，對(duì)板坯進(jìn)行熱軋，以5°C /秒以上的冷卻速度冷卻至 500?650°C后進(jìn)行卷取，在該溫度范圍使其滯留10分鐘以上后，冷卻至低于500°C的溫度， 制成熱軋鋼板，對(duì)該熱軋鋼板進(jìn)行造管而制成電縫鋼管，所述板坯的組成如下：以質(zhì)量％計(jì) 含有 C :0· 01 ?0· 09%、Si :0· 50% 以下、Mn :2· 5% 以下、Al :0· 01 ?0· 10%、Nb :0· 005 ? 0. 10%，還含有Mo :0.5%以下、Cu :0.5%以下、Ni :0.5%以下、Cr :0.5%以下中的1種或2 種以上，使得Mneq滿足2.0以上，所述Mneq是此、5丨、？、0、附^〇的含量關(guān)系式。根據(jù)專 利文獻(xiàn)3所記載的技術(shù)，可以制造出具有以貝氏體鐵素體為主相、且包含3%以上的馬氏體 和根據(jù)需要為1 %以上的殘留奧氏體的組織，斷口轉(zhuǎn)變溫度為_50°C以下、低溫韌性優(yōu)異且 具有高塑性變形吸收能力的電縫鋼管。
[0006] 另外，在專利文獻(xiàn)4中記載了一種低屈服比高韌性厚鋼板。在專利文獻(xiàn)4中所記載 的技術(shù)中，對(duì)板坯實(shí)施熱軋，然后在精軋溫度-50°C以內(nèi)開始加速冷卻，以5?50°C /秒的 平均冷卻速度水冷至400?150°C，然后進(jìn)行自然冷卻，由此可以得到具有平均粒徑為10? 50 y m的鐵素體和分散有1?20面積％的島狀馬氏體的貝氏體的混合組織的低屈服比且高 韌性的厚鋼板，所述熱軋優(yōu)選加熱到950?1300°C、將（Ar3相變點(diǎn)+100°C )?（Ar3相變 點(diǎn)+150°C )的溫度范圍的壓下率設(shè)為10%以上、將精軋溫度設(shè)為800?700°C，所述板坯的 組成如下：含有 C :0· 03 ?0· 15%、Si :1· 0% 以下、Mn :1. 0 ?2· 0%、A1 :0· 005 ?0· 060%、 Ti :0· 008?0· 030%、N :0· 0020?0· 010%、O :0· 010%以下。需要說明的是，沒有提及島 狀馬氏體的形狀（棒狀、塊狀：后述）。
[0007] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0008] 專利文獻(xiàn)
[0009] 專利文獻(xiàn)1 :日本特開昭63-227715號(hào)公報(bào)
[0010] 專利文獻(xiàn)2 :日本特開平10-176239號(hào)公報(bào)
[0011] 專利文獻(xiàn)3 :日本特開2006-299413號(hào)公報(bào)
[0012] 專利文獻(xiàn)4 :日本特開2010-59472號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 發(fā)明要解決的課題
[0014] 然而，對(duì)于專利文獻(xiàn)1所記載的技術(shù)而言，由于自然冷卻前后、特別是自然冷卻后 的冷卻速度較大，因此，需要迅速且恰當(dāng)?shù)乜刂评鋮s速度、冷卻停止溫度等，特別是存在為 了制造厚的熱軋鋼板而需要大規(guī)模的冷卻設(shè)備等這樣的問題。另外，按照專利文獻(xiàn)1所記 載的技術(shù)而得到的熱軋鋼板還存在具有以軟質(zhì)的多邊形鐵素體為主的組織，從而難以獲得 所期望的高強(qiáng)度這樣的問題。
[0015] 另外，對(duì)于專利文獻(xiàn)2所記載的技術(shù)而言，依然可看到造管后的屈服強(qiáng)度的降低， 從而存在產(chǎn)生無法滿足最近的鋼管強(qiáng)度的增加要求的情況這樣的問題。
[0016] 另外，對(duì)于專利文獻(xiàn)3所記載的技術(shù)而言，存在達(dá)不到可穩(wěn)定地保證斷口轉(zhuǎn)變溫 度vTrs (為最近的寒冷地區(qū)規(guī)格）為_80°C以下這樣的優(yōu)異的低溫韌性這樣的問題。
[0017] 另外，對(duì)于利用專利文獻(xiàn)4所記載的技術(shù)得到的厚鋼板而言，只能保證斷口轉(zhuǎn)變 溫度vTrs最高為-30?-41°C左右的韌性，存在無法應(yīng)對(duì)最近的需要進(jìn)一步提高韌性的要 求這樣的問題。
[0018] 另外，近年來，基于高效地輸送原油等的要求，要求高強(qiáng)度且較厚的鋼管用原材 料。但是，存在如下問題：為了高強(qiáng)度化而增大合金元素量、以及不得不隨著增加壁厚而在 熱軋鋼板制造工序中進(jìn)行驟冷處理。熱軋鋼板由于以高速在有限的長度的水冷帶中輸送而 卷成線圈狀，因此板厚越厚越需要強(qiáng)的冷卻。因此，存在鋼板的表面硬度提高到必要以上這 樣的問題。
[0019] 特別是在例如制造板厚達(dá)IOmm以上的厚熱軋鋼板的情況下，由于在精軋時(shí)使板 以100?250mpm這樣的高速通過，因此也使板同樣地以高速通過精軋后的冷卻帶。因此，板 厚越是增加，越是需要進(jìn)行具有大的傳熱系數(shù)的冷卻。因此，存在下述問題：熱軋鋼板的表 面硬度提高到必要以上，與板厚內(nèi)部相比，熱軋鋼板表面硬化，并且顯示不均勻分布的情況 增多。這樣的硬度不均勻的分布還會(huì)產(chǎn)生帶來鋼管特性不均的問題。另外，該表面硬度分布 的不均勻化是因鋼板表面滯留于冷卻過程的轉(zhuǎn)變沸騰溫度區(qū)域（膜沸騰和核沸騰的邊界） 而產(chǎn)生的。為了避免上述情況，需要鋼板的表面溫度不在500°C以下，但在板厚較厚的情況 下，內(nèi)部的冷卻速度過慢，無法形成期望的內(nèi)層組織。另一方面，通過使鋼板表面溫度降低 至低于轉(zhuǎn)變沸騰區(qū)域的溫度范圍可實(shí)現(xiàn)表面硬度的均勻化，但截面最高硬度以HV0. 5計(jì)超 過了 300點(diǎn)。通過該硬度提高，在不存在造管后的管形狀不良的情況下，鋼管特性不良、以 及無法造管這樣的問題也明顯化。
[0020] 本發(fā)明的目的在于提供一種低溫韌性優(yōu)異的低屈服比高強(qiáng)度熱軋鋼板，該熱軋鋼 板可解決上述現(xiàn)有技術(shù)的問題，不用實(shí)施復(fù)雜的熱處理，并且不進(jìn)行大規(guī)模的設(shè)備改造，適 合用作鋼管用原材料、特別是螺旋鋼管用途，可防止螺旋造管后的強(qiáng)度降低。特別是，本發(fā) 明的目的在于提供一種板厚8mm以上（更優(yōu)選為IOmm以上）且50mm以下（更優(yōu)選為25mm 以下）的低溫韌性優(yōu)異的低屈服比高強(qiáng)度熱軋鋼板。這里所說的"高強(qiáng)度"是指與軋制方 向成30度的方向的屈服強(qiáng)度為480MPa以上、板寬方向的拉伸強(qiáng)度為600MPa以上的情況， 另外，"低溫韌性優(yōu)異"是指夏比沖擊試驗(yàn)的斷口轉(zhuǎn)變溫度vTrs為-80°C以下的情況，另外， "低屈服比"是指表示為連續(xù)屈服型的應(yīng)力應(yīng)變曲線時(shí)屈服比為85%以下的情況。另外，"鋼 板"包括鋼板及鋼帶。
[0021] 解決問題的方法
[0022] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明人等對(duì)與影響造管后的鋼管強(qiáng)度、以及鋼管韌性的各 種要因進(jìn)行了深入研宄。其結(jié)果發(fā)現(xiàn)，造管導(dǎo)致的強(qiáng)度的降低是由壓縮應(yīng)力所作用的管內(nèi) 面?zhèn)鹊陌粮裥?yīng)導(dǎo)致的屈服強(qiáng)度的降低和拉伸應(yīng)力所作用的管外面?zhèn)鹊那扉L的消 失所引起的。
[0023] 因此，本發(fā)明人等進(jìn)行了進(jìn)一步的研宄，結(jié)果想到，通過使鋼板的組織為以微細(xì)的 貝氏體鐵素體為主相、并且在該貝氏體鐵素體中微細(xì)地分散有硬質(zhì)的塊狀馬氏體的組織， 可以制成能夠防止造管后、特別是螺旋造管后的強(qiáng)度降低，同時(shí)具有85%以下的屈服比，進(jìn) 而還兼?zhèn)鋬?yōu)異韌性的鋼管。本發(fā)明人等發(fā)現(xiàn)，通過形成這樣的組織使作為鋼管原材料的鋼 板的加工硬化能力提高，因此利用造管時(shí)管外面?zhèn)鹊募庸び不傻玫匠浞值膹?qiáng)度提高，從 而可抑制造管后、特別是螺旋造管后的強(qiáng)度降低，此外，通過使塊狀馬氏體微細(xì)地分散，韌 性顯著提高。
[0024] 另外還發(fā)現(xiàn)，為了制成可防止鋼板表面硬度的不均勻上升、成形后的管形狀優(yōu)異、 且具有均勻變形能的鋼管，使鋼板表面組織為回火馬氏體相單相、或者為回火馬氏體與回 火貝氏體的混合相是有效的。
[0025] 本發(fā)明是基于上述發(fā)現(xiàn)并進(jìn)一步研宄而完成的。即，本發(fā)明的主旨如下。
[0026] (1) 一種熱軋鋼板，其具有如下的組成：
[0027] 以質(zhì)量 ％計(jì)，含有 C :0· 03 ?0· 10%、Si :0· 01 ?0· 50%、Mn :1· 4 ?2. 2%、P : 0· 025 % 以下、S :0· 005 % 以下、Al :0· 005 ?