一種超厚規(guī)格高韌性x80管線用鋼板及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及X80管線用鋼板制造領(lǐng)域，具體涉及一種具有優(yōu)異低溫落錘性能的厚 度不小于30mm的X80管線用鋼板及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前世界需求的能源中化石能源還占能源結(jié)構(gòu)中的主體地位，近年來(lái)世界經(jīng)濟(jì)的 急速增長(zhǎng)極大帶動(dòng)了化石能源需求的急速增長(zhǎng)，這也極大地促進(jìn)了長(zhǎng)距離輸送管線的發(fā) 展，為提高輸送效率，降低投資，長(zhǎng)距離石油天然氣輸送管線用鋼的發(fā)展趨勢(shì)是向高強(qiáng)度或 超尚鋼級(jí)發(fā)展。目如世界各國(guó)使用的管線鋼最尚鋼級(jí)為X80鋼級(jí)。為提尚輸送壓力，X80鋼 級(jí)已向厚規(guī)格方向發(fā)展，目前部分管道已開(kāi)始采用厚度超過(guò)30mm壁厚X80管線鋼，并在今 后會(huì)大量采用。
[0003] 國(guó)內(nèi)目前對(duì)X80級(jí)管線用鋼的研宄就多。
[0004] 如專(zhuān)利號(hào)CN101845596B中提到該采用鋼板生產(chǎn)方式適用于生產(chǎn)20-35 mm以上 X80管線鋼，該專(zhuān)利有如下特點(diǎn)：1)成分設(shè)計(jì)上S < 0. 05%，S是有害元素，實(shí)際上厚度低于 20mmX80管線鋼S含量均控制在0. 005%及以下，過(guò)高的S會(huì)嚴(yán)重?fù)p害管線鋼韌性尤其是特 厚鋼板落錘性能要求；Ni < 0. 20%，通常Ni含量提高對(duì)改善管線鋼的韌性尤其是厚度超過(guò) 30mm的X80管線鋼有利；2)該專(zhuān)利在軋制工藝中關(guān)鍵性工藝窗口很寬，這對(duì)23mm以下鋼級(jí) 性能影響較小，但對(duì)與30mm厚度規(guī)格以上管線鋼，則性能難以保證，尤其是落錘性能，實(shí)踐 證明，采用該工藝和成分很難滿(mǎn)足厚度規(guī)格在30mm以上落錘性能要求。
[0005] 如專(zhuān)利號(hào)為CN103225047A中提到該申請(qǐng)專(zhuān)利采用鋼板生產(chǎn)方式適用于生產(chǎn)厚度 不低于26. 5mm規(guī)格X80管線鋼，該專(zhuān)利申請(qǐng)有如下特點(diǎn)：1)鋼板成分中Mo不低于0. 15%，在 超厚規(guī)格情況下，增加 Mo會(huì)帶來(lái)粒貝等組織的敏感性，這對(duì)落錘性能不利，同時(shí)也相應(yīng)增 加合金成本；Nb含量為0. 025-0. 055%，過(guò)低的Nb含量在厚板坯軋制控制奧氏體晶粒長(zhǎng)大及 細(xì)化鐵素體晶粒方面所產(chǎn)生的效果較??；2)在隨后軋制工藝中同專(zhuān)利號(hào)為CN101845596B 中提到的類(lèi)似，工藝窗口很寬，很難保證落錘性能，這在本人實(shí)踐中也得到體現(xiàn)。
[0006] 實(shí)際上，厚度規(guī)格在30mm以上X80管線鋼的落錘性能是世界公認(rèn)的難題，國(guó)內(nèi)外 的研宄表明，落錘性能除于鋼中的組織及環(huán)境溫度等因素以外，還與鋼板的厚度有密切的 關(guān)系，且隨厚度增加，對(duì)厚度越敏感！這稱(chēng)之為厚度效應(yīng)！為解決超厚規(guī)格下的厚度效應(yīng)， 需要從組織上進(jìn)行設(shè)計(jì)，即控制組織類(lèi)型和細(xì)化晶粒上進(jìn)行控制。
[0007] 本發(fā)明基于上述設(shè)計(jì)思想，結(jié)合目前的裝備水平，為獲得特定的組織提出特定的 成分設(shè)計(jì)，并根據(jù)本成分特點(diǎn)，制定特定的TMCP工藝。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 厚規(guī)格X80管線鋼特別是厚度超過(guò)30mm的X80管線鋼需要滿(mǎn)足苛刻的低溫韌性 要求，特別是溫度不高于-15°C DWTT落錘剪切面積要求，是世界上公認(rèn)的技術(shù)難題。為解 決該技術(shù)難題，本發(fā)明提供了一種生產(chǎn)厚度超過(guò)30mm的X80管線用鋼板及其制造方法，為 獲得超厚規(guī)格及滿(mǎn)足低溫DWTT落錘性能，除改善成分設(shè)計(jì)外，在生產(chǎn)工藝上采用特殊生產(chǎn) 工藝，從而獲得優(yōu)異的低溫落錘性能，同時(shí)，工藝調(diào)整簡(jiǎn)單，成材率也能夠得到提高。
[0009] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為，一種超厚規(guī)格高韌性X80管線用 鋼板，其特征在于：該鋼板的化學(xué)成分按質(zhì)量百分比計(jì)為C :0. 02~0. 06%，Mn :1. 6~1. 9%， Si :0· 1 ~0· 35%，S :彡 0· 0006%，P :彡 0· 010%，Nb :0· 055 ~0· 08%，Ti :0· 008 ~0· 03%，V : 彡 0· 008%，Al :彡 0· 06%，N :彡 0· 010%，0 :彡 0· 006%，Mo :彡 0· 15%，Cu :彡 0· 20%，Ni : 0. 2~0. 4%，Cr彡0. 35%，Ca:彡0. 01%，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)元素；所述鋼板的厚 度為30謹(jǐn)及以上。
[0010] 進(jìn)一步地，所述鋼板的厚度為30~35mm ;晶粒度達(dá)到11級(jí)及以上；屈服強(qiáng)度不小 于560Mpa ;抗拉強(qiáng)度不小于660Mpa ;延伸率不小于25% ;-25°C沖擊功不低于400J ;-40°C沖 擊功不低于350J ;-60°C沖擊功不低于300J ;-15°C落錘剪切面積不低于85% ;-20°C落錘剪 切面積不低于75%。
[0011] 本發(fā)明中超厚規(guī)格低溫高韌性X80管線鋼鋼板的成分設(shè)計(jì)思想是基于采用適量 的C、Mn，通過(guò)加入微量的Nb、V、Ti等微合金化元素，再加入少量的Mo、Cu、Ni等元素，再通 過(guò)改良的TMCP工藝，以最終保證超厚規(guī)格X80管線用鋼板的低溫高韌性，尤其是具有優(yōu)異 的DWTT落錘性能，鋼板的化學(xué)成分是這樣確定的： C :是鋼中最經(jīng)濟(jì)、最基本的強(qiáng)化元素，通過(guò)固溶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化可明顯提高鋼的強(qiáng)度， 但對(duì)鋼的韌性及延性以及焊接性能帶來(lái)不利影響，因此管線鋼的發(fā)展趨勢(shì)是不斷降低C含 量，考慮到強(qiáng)度及韌性的匹配關(guān)系，將C含量控制在0. 02~0. 06%。
[0012] Mn :通過(guò)固溶強(qiáng)化提高鋼的強(qiáng)度，是管線鋼中彌補(bǔ)因 C含量降低而引起強(qiáng)度損失 的最主要的元素，Mn同時(shí)還是擴(kuò)大γ相區(qū)的元素，可降低鋼的γ - α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，降低韌脆性轉(zhuǎn)變溫度，Mn也是提高鋼的淬透性元素。 本發(fā)明中Mn含量設(shè)計(jì)在1. 6~1. 9%范圍。
[0013] Nb :是現(xiàn)代微合金化鋼特別是管線鋼中最主要的微合金化元素之一，對(duì)晶粒細(xì)化 的作用非常明顯。通過(guò)Nb的固溶拖曳及熱軋過(guò)程中的Nb (C，N)應(yīng)變誘導(dǎo)析出可阻礙形變 奧氏體的回復(fù)、再結(jié)晶，經(jīng)TMCP使未再結(jié)晶區(qū)軋制的形變奧氏體在相變時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小相變 產(chǎn)物，以使鋼具有高強(qiáng)度和高韌性，本發(fā)明主要是通過(guò)C與Nb含量的關(guān)系來(lái)確定Nb含量范 圍。
[0014] V :正火態(tài)下具有較高的析出強(qiáng)化和較弱的晶粒細(xì)化作用，在Nb、V、Ti三種微合金 化元素復(fù)合使用時(shí)，V主要起析出強(qiáng)化作用，本發(fā)明通過(guò)添加一定的V，充分發(fā)揮V在鋼中的 析出強(qiáng)化作用，但過(guò)高的V將會(huì)弱化鋼的韌性，因此本發(fā)明將V控制在< 0. 008%。
[0015] Ti :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60ppm以下的N，在板坯連鑄過(guò)程中即可形成TiN析出相，這種細(xì)小的析出相可有效阻 止板坯在加熱過(guò)程中奧氏體晶粒的長(zhǎng)大，有助于提高Nb在奧氏體中的固溶度，同時(shí)可改善 焊接熱影響區(qū)的沖擊韌性，是管線鋼中不可缺少的元素。
[0016] Mo :可推遲γ - α相變時(shí)先析出鐵素體相的形成，促進(jìn)針狀鐵素體形成的主要元 素，對(duì)控制相變起到重要作用，同時(shí)也是提高鋼的淬透性元素，在一定的冷卻速度和終冷溫 度下通過(guò)添加一定Mo即可獲得明顯的針狀鐵素體或貝氏體組織。
[0017] S、P :是管線鋼中不可避免的雜質(zhì)元素，希望越低越好，通過(guò)超低硫及Ca處理改變 硫化物形態(tài)可使管線鋼具有很高的沖擊韌性。
[0018] Cu、Ni :可通過(guò)固溶強(qiáng)化提高鋼的強(qiáng)度，Ni的加入一方面可提高鋼的韌性，同時(shí)改 善Cu在鋼中易引起的熱脆性。
[0019] Cr :Cr的加入可提高鋼的淬透性，屬于強(qiáng)度提高元素，且相對(duì)經(jīng)濟(jì)。
[0020] 本發(fā)明解決另一技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案是提供一種上述超厚規(guī)格高韌性X80管線 用鋼板的制造方法，具體工藝步驟如下： 首先將冶煉原料依次經(jīng)KR鐵水預(yù)處理、轉(zhuǎn)爐冶煉、LF精煉、RH真空精煉和連鑄，制造 出滿(mǎn)足化學(xué)成分要求、厚度為350mm及以上的連鑄坯；將連鑄坯再加熱至1180~1230°C， 保溫6. 5h及以上，確保Nb碳氮化物固溶同時(shí)抑制奧氏體晶粒過(guò)分長(zhǎng)大；出爐后進(jìn)行兩階 段軋制：第一階段為再結(jié)晶區(qū)軋制，終軋溫度控制在1050~1100°C，再結(jié)晶區(qū)軋制時(shí)控制 連續(xù)兩至三道次的單道次壓下率不低于22% ;第二階段為非再結(jié)晶區(qū)軋制，開(kāi)軋溫度控制 在820~960°C，非再結(jié)晶區(qū)累計(jì)壓下率不低于55%，同時(shí)保證終軋溫度控制在相變臨界溫 度Ar3±15°C，；然后冷卻鋼板，開(kāi)始冷卻溫度控制為不高于760°C，終止冷卻溫度控制為 350~500°C，冷卻速度為10~30°C /s ;，鋼板隨后自然冷卻至室溫。
[0021] 上述鋼板制備方法中的關(guān)鍵一步是非再結(jié)晶區(qū)軋制除要求應(yīng)變累積外，還特別要 求在相變臨界點(diǎn)Ar3附近進(jìn)行最后道次軋制，通過(guò)形變誘導(dǎo)鐵素體相變使得沿鋼板厚度部 位，特別是鋼板心部的部分奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榉浅＜?xì)小的鐵素體，從而優(yōu)化組織中各相組成比 例，獲得優(yōu)異的韌性。由于厚規(guī)格鋼板心部比鋼板表面溫度要高，且冷卻時(shí)心部比表面冷卻 慢，鋼板心部和表面溫差大，往往在心部形成大量粗大的粒狀貝氏體組織，這種組織對(duì)落錘 性能非常不利，因此心部組織優(yōu)化一直非常困難，如何減少厚規(guī)格管線鋼板心部粒狀貝氏 體含量，提高落錘性能是一項(xiàng)非常有意義的工作。通過(guò)應(yīng)變積累+最后道次Ar3附近軋制， 利用應(yīng)變誘導(dǎo)鐵素體相變，使得整個(gè)厚度方向特別是心部非常細(xì)小鐵素體晶粒析出，從而 優(yōu)化整個(gè)厚度方向組織，獲得優(yōu)異的超厚規(guī)格X80落錘性能。
[0022] 本發(fā)明厚規(guī)格的X80鋼板無(wú)需后續(xù)調(diào)質(zhì)工藝，簡(jiǎn)化了工藝，有助于提高生產(chǎn)效率。
[0023] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下特點(diǎn)：1)通過(guò)調(diào)整X80管線鋼的合金成分，使 適于生產(chǎn)30mm以上特厚規(guī)格X80管線鋼，并與煉鋼工藝中特定TMCP工藝相匹配，生產(chǎn)30mm 以上特厚規(guī)格X80鋼板，使鋼板成品具有優(yōu)異的低溫韌性，特別是_15°C及以下溫度的落錘 性能；2)該發(fā)明特定TMCP工藝簡(jiǎn)單，成材率高；3)采用特定成分及特定TMCP工藝徹底解決 了超厚規(guī)格X80低溫落錘性能要求技術(shù)難題。
【附圖