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一種高強度x90管線鋼及其生產(chǎn)方法

文檔序號:3406660閱讀:318來源:國知局

專利名稱::一種高強度x90管線鋼及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域
:本發(fā)明屬于鋼鐵材料領(lǐng)域,更具體地,本發(fā)明涉及X90管線鋼。
背景技術(shù)
:近年來能源結(jié)構(gòu)的變化以及對能源需求的增長,極大地促進了長距離輸送管線的發(fā)展。為提高輸送效率、降低工程投資,長距離石油天然氣輸送管線用鋼向高鋼級發(fā)展已成趨勢。目前世界各國使用的管線鋼標(biāo)準(zhǔn)中的最高鋼級僅到X80(屈服強度大于等于555MPa),為滿足未來長距離輸送石油天然氣建設(shè)的發(fā)展需要更高強度等級,如X卯(屈服強度等級大于等于621MPa)、X100(屈服強度等級大于等于690MPa)和X120(屈服強度等級大于等于830MPa)管線鋼已在發(fā)展研制之中。對于X90級別的管線鋼,ISO標(biāo)準(zhǔn)和API5L標(biāo)準(zhǔn)今年才剛剛列入標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容里,屬于全新的產(chǎn)品。本發(fā)明人經(jīng)光盤和計算機國內(nèi)、國際聯(lián)機檢索,結(jié)果顯示X90級高強度管線可提高壓力以增加原油輸送效率,日本等國家已經(jīng)進行了這方面研究?,F(xiàn)將專利及文獻情況分析如下。1.以下各專利文獻主要提供一種高強度、低屈強比、優(yōu)良低溫沖擊韌性的管線鋼及其生產(chǎn)方法,提供的管線鋼強度在X100以上。成分設(shè)計上采用低碳思路,加入Mn-Ni-Mo-Nb等合金元素,其中C、Mn、Nb、V等元素的范圍較窄,在P值上有要求,生產(chǎn)制造成本較高。<table>tableseeoriginaldocumentpage3</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>2.以下專利文獻提供了一種具有抗應(yīng)力腐蝕高鋼級別管線鋼及其生產(chǎn)方法。成分上采用低碳設(shè)計,并加入Mn、Nb、V、Cu、Cr、Mo、Ti、Ce、Ni等微合金元素,該管線鋼作為生產(chǎn)抗HIC管線鋼,對S、Ca等元素有特殊要求,并且加入0.007-0.070%的Ce。該管線鋼的生產(chǎn)方法需采用熱處理工藝。<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>以上是較接近的國內(nèi)外專利文獻對比,各文獻所提供的鋼板的化學(xué)成分詳見表1。表1以上相近專利文獻1-4的成分設(shè)計(Wt%)<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>為了簡化合金配方,同時在保證強度的前提下增加沖擊韌性和良好的焊接性能,本發(fā)明者通過探索,獲得了一種新的合金配方,從而完成了本發(fā)明。因此,本發(fā)明第一個目的在于提供一種高強度X90管線鋼。本發(fā)明第二個目的在于提供這種高強度X90管線鋼的生產(chǎn)方法。發(fā)明概述本發(fā)明的第一方面,提供一種高強度X90管線鋼,所述管線鋼包含以下化學(xué)成分(wt%):C:0.0300.090、Mn:1.552.50、Si《0.6、S幼.0030、P幼.015、Nb:0.0150.120、Ti:0.0050.030、VS0.120、Alt^0.060、Mo<0.60、Cu<1.2、Ni<1.5、Cr<1.2、B<0.0015、Ca幼.Ol、N:0.0030.010、O:O.OO卜O扁,其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)元素。本發(fā)明所述X90級別超高強度管線鋼的化學(xué)成分的限定理由如下總的來說化學(xué)成分的特點是低C、高Mn,其次含有微量Nb、V、Ti等微合金元素、少量Mo、B及Cu、Ni合金元素。其主要的基本元素作用有以下幾個方面。碳是鋼中最經(jīng)濟、最基本的強化元素,固溶強化和析出強化對提高鋼的強度有明顯作用,但提高C含量對鋼的延性、韌性和焊接性有負(fù)面影響,因此近代管線鋼的發(fā)展過程是不斷降低C含量的過程(如圖1所示)。降低C含量一方面有助于提高鋼的韌性,另一方面可改善鋼的焊接性能。從圖1可見,當(dāng)C含量低于0.1P/。時管線鋼可具有良好的焊接性。所以目前管線鋼的C含量一般小于0.1P/。,對需更高韌性的管線鋼則采用C小于0.09%的超低C含量設(shè)計。錳通過固溶強化提高鋼的強度,是管線鋼中補償因C含量降低而引起強度損失的最主要且最經(jīng)濟的強化元素。Mn還是擴大y相區(qū)的元素,可降低鋼的y至a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、降低韌脆轉(zhuǎn)變溫度。因此對X90管線鋼的Mn含量設(shè)計在1.552.500%范圍。鈮是現(xiàn)代微合金化管線鋼中最主要的元素之一,對晶粒細(xì)化的作用十分明顯。通過熱軋過程中NbC應(yīng)變誘導(dǎo)析出阻礙形變奧氏體的回復(fù)、再結(jié)晶,經(jīng)控制軋制和控制冷卻使非再結(jié)晶區(qū)軋制的形變奧氏體組織在相變時轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小的相變產(chǎn)物,以使鋼具有高強度和高韌性。本發(fā)明采用配合適當(dāng)?shù)腃含量提高Nb含量以發(fā)揮NbC的作用。釩具有較高的析出強化作用和較弱的晶粒細(xì)化作用,在Nb、V、Ti三種微合金元素復(fù)合使用時,V主要是通過在鐵素體中以VC、VN析出強化來提高鋼的強度,因此有必要進一步提高N的含量以形成釩的氮化物增加強化因素。鈦是強的固N元素,Ti/N的化學(xué)計量比為3.42,利用0.02n/。左右的Ti就可固定鋼中60ppm以下的N,在板坯連鑄時可形成細(xì)小的高溫穩(wěn)定的TiN析出相。這種細(xì)小的TiN粒子可有效地阻礙板坯再加熱時的奧氏體晶粒長大,有助于提高Nb在奧氏體中的固溶度,同時對改善焊接熱影響區(qū)的沖擊韌性有明顯作用。鉬是擴大Y相區(qū),推遲Y至a相變時先析出鐵素體形成、促進針狀鐵素體形成的主要元素,對控制相變組織起重要作用,在一定的冷卻條件和終止軋制溫度下超低碳管線鋼中加入0.2-0.6%的Mo就可獲得明顯的針狀鐵素體及貝氏體組織,同時因相變向低溫方向轉(zhuǎn)變,可使組織進一步細(xì)化,主要是通過組織的相變強化提高鋼的強度。硫、磷是鋼中不可避免的雜質(zhì)元素,含量越低越好。通過超低硫(小于30ppm)及Ca處理對硫化物進行夾雜物形態(tài)控制,可使管線鋼具有高沖擊韌性及良好的抗fflC性能。銅、鎳可通過固溶強化作用提高鋼的強度,同時Cu還可改善鋼的耐蝕性,Ni的加入主要是改善Cu在鋼中易引起的熱脆性,且對韌性有益。在厚規(guī)格管線鋼中還可補償因厚度的增加而引起的強度下降。因此,針對微合金化低碳貝氏體組織具有高強度高韌性和良好焊接性能,以及低的包辛格效應(yīng)等特點,以晶粒細(xì)化、相變強化、析出強化和位錯強化等材料強化理論為基礎(chǔ),對具有貝氏體組織X90管線鋼的成分設(shè)計釆用了較低的碳含量、超低硫、Nb、V、Ti微合金化、控制組織的Mo合金化的成分設(shè)計。本發(fā)明的另一方面,提供這種高強度X90管線鋼的生產(chǎn)方法,包括轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉、爐外精煉、鑄造、板坯再加熱、控制軋制和控制冷卻,其中所述控制軋制步驟中板坯加熱溫度為11001250°C;控制冷卻步驟中終止冷卻溫度為20055(TC。本發(fā)明提供的這種生產(chǎn)方法,一個優(yōu)選的實施方式為,在控制軋制步驟中,再結(jié)晶區(qū)控軋軋制的終止溫度為9601060°C。本發(fā)明提供的這種生產(chǎn)方法,一個優(yōu)選的實施方式為,在控制軋制步驟中,非再結(jié)晶區(qū)控軋軋制的開始溫度為800920°C。本發(fā)明提供的這種生產(chǎn)方法,一個優(yōu)選的實施方式為,在控制軋制步驟中,終止軋制溫度為720850。C。本發(fā)明提供的這種生產(chǎn)方法,一個優(yōu)選的實施方式為,在控制冷卻步驟中,冷卻速度為5~30°C/s??偟膩碚f本發(fā)明提供的熱軋工藝采用了控軋控冷的熱機械處理技術(shù)。有益效果本發(fā)明提供的合金配方相對簡單(例如Cu、Ni等可加可不加),從而降低了生產(chǎn)成本、增加了生產(chǎn)可制造性,且以低碳為特點,在保證強度前提下,增加了沖擊韌性和良好的焊接性能。本發(fā)明提供的熱軋工藝簡便,生產(chǎn)率高、軋機負(fù)荷小,獲得的產(chǎn)品具有較高的沖擊韌性(_60°C下的夏比沖擊功可以達到120J以上),能夠充分保證高的強度和韌性,具有良好的止裂能力。與目前管線工程已使用的最高強度等級的管線鋼X80相比,在強度上提高了10%,對降低輸送管線的建設(shè)成本有明顯的作用。與現(xiàn)有生產(chǎn)鋼種(最高級別X80)相比,本發(fā)明提供的高強度X90管線鋼的性能如下:(1)拉伸性能目標(biāo)d0.5=625~775MPa,crb=695~825MPa,d0.5/cyb。(2)v型缺口沖擊性能目標(biāo)試驗溫度一20°c,10X10X55mm試樣的沖擊功平均值2120J;剪切面積單個280%,平均》90%。50%FATT<-60°C。(3)DWTT性能目標(biāo)試驗溫度一15°C,平均剪切面積SA。/^85X,單個SA。/^70X。(4)橫向冷彎性能目標(biāo)d=2a,180°,完好。圖1是管線鋼中C含量、碳當(dāng)量與鋼焊接性關(guān)系的Graville曲線圖。圖中,斜箭頭表示不斷降低C含量的管線鋼發(fā)展過程,區(qū)域I焊接性好,區(qū)域II可小心地焊接,「丄—,。^Mn+siNi+CuCr+Mo+V區(qū)域m很難焊接;ce=c+~^~+—^—°圖2是實施例4鋼的金相組織特點圖。具體實施例方式下面用實施例對本發(fā)明作進一步闡述,但這些實施例絕非對本發(fā)明有任何限制。本領(lǐng)域技術(shù)人員在本說明書的啟示下對本發(fā)明實施中所作的任何變動都將落在權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。實施例1通過轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉、爐外精煉、鑄造、板坯再加熱、控制軋制、控制冷卻,獲得具有如下表2所述化學(xué)成分的成品鋼。其中熱軋工藝參數(shù)見表9,性能見表IO。表2實施例1鋼的化學(xué)成分(wt%)<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>實施例2通過轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉、爐外精煉、鑄造、板坯再加熱、控制軋制、控制冷卻,獲得具有如下表3所述化學(xué)成分的成品鋼。其中熱軋工藝參數(shù)見表9,性能見表IO。表3實施例2鋼的化學(xué)成分(wt%)<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>實施例3通過轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉、爐外精煉、鑄造、板坯再加熱、控制軋制、控制冷卻,獲得具有如下表4所述化學(xué)成分的成品鋼。其中熱軋工藝參數(shù)見表9,性能見表IO。表4實施例3鋼的化學(xué)成分(wt%)<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>實施例4通過轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉、爐外精煉、鑄造、板坯再加熱、控制軋制、控制冷卻,獲得具有如下表5所述化學(xué)成分的成品鋼。其中熱軋工藝參數(shù)見表9,性能見表IO。所得鋼板金相組織特點見圖2。表5實施例4鋼的化學(xué)成分(wt%)<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>實施例5通過轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉、爐外精煉、鑄造、板坯再加熱、控制軋制、控制冷卻,獲得具有如下表6所述化學(xué)成分的成品鋼。其中熱軋工藝參數(shù)見表9,性能見表IO。表6實施例5鋼的化學(xué)成分(wt%)<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>實施例6通過轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉、爐外精煉、鑄造、板坯再加熱、控制軋制、控制冷卻,獲得具有如下表7所述化學(xué)成分的成品鋼。其中熱軋工藝參數(shù)見表9,性能見表IO。表7實施例6鋼的化學(xué)成分(wt%)<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>實施例7通過轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉、爐外精煉、鑄造、板坯再加熱、控制軋制、控制冷卻,獲得具有如下表8所述化學(xué)成分的成品鋼。其中熱軋工藝參數(shù)見表9,性能見表IO。表8實施例7鋼的化學(xué)成分(wt%)<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>表9熱軋工藝參數(shù)<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>表io力學(xué)性能測試結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>(注拉伸、沖擊為橫向,試樣尺寸為10X10X55mm,橫向冷彎完好)工業(yè)實用性近年來能源結(jié)構(gòu)的變化以及對能源需求的增長,促進了石油天然氣管道工業(yè)的迅速發(fā)展,長距離高壓輸送己成為今日油氣輸送管線主要特征之一。長距離高壓輸送對管線鋼性能提出了更為嚴(yán)格的要求。從考慮輸送管道的運營穩(wěn)定性和安全性出發(fā),對管線用鋼的強度、韌性均提出了更高的要求,特別是在長距離輸送條件下要求具有良好的止裂性能以及焊接性能,且在同樣的輸送條件下,應(yīng)用更高鋼級管線鋼產(chǎn)品可以使鋼管的壁厚減薄,節(jié)省用鋼量,或在管道口徑、壁厚不變的條件下提高輸送壓力,達到提高輸送量的目的。因此高強度高韌性管線鋼成為管線鋼發(fā)展的必然趨勢。本發(fā)明提供的高強度高韌性X90管線鋼,化學(xué)成分較簡單,生產(chǎn)工藝較易進行,具有較大的工業(yè)實用性。權(quán)利要求1.一種高強度X90管線鋼,其特征在于,包含以下化學(xué)成分(wt%)C0.030~0.090、Mn1.55~2.50、Si≤0.6、S≤0.0030、P≤0.015、Nb0.015~0.120、Ti0.005~0.030、V≤0.120、Alt≤0.060、Mo<0.60、Cu<1.2、Ni<1.5、Cr<1.2、B<0.0015、Ca≤0.01、N0.003~0.010、O0.001~0.006,其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)元素。2.權(quán)利要求1所述的高強度X90管線鋼的生產(chǎn)方法,包括轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉、爐外精煉、鑄造、板坯再加熱、控制軋制、控制冷卻,其特征在于控制軋制步驟中板坯加熱溫度為11001250°C;控制冷卻步驟中終止冷卻溫度為200550'C。3.如權(quán)利要求2所述的生產(chǎn)方法,其中所述控制軋制步驟中,再結(jié)晶區(qū)控軋軋制的終止溫度為9601060°C。4.如權(quán)利要求2所述的生產(chǎn)方法,其中所述控制軋制步驟中,非再結(jié)晶區(qū)控軋軋制的開始溫度為800920°C。5.如權(quán)利要求2所述的生產(chǎn)方法,其中所述控制軋制步驟中,終止軋制溫度為720850°C。6.如權(quán)利要求2所述的生產(chǎn)方法,其中所述控制冷卻步驟中,冷卻速度為5~30°C/s。全文摘要本發(fā)明提供一種高強度X90管線鋼,其特征在于,包含以下化學(xué)成分(wt%)C0.030~0.090、Mn1.55~2.50、Si≤0.6、S≤0.0030、P≤0.015、Nb0.015~0.120、Ti0.005~0.030、V≤0.120、Alt≤0.060、Mo<0.60、Cu<1.2、Ni<1.5、Cr<1.2、B<0.0015、Ca≤0.01、N0.003~0.010、O0.001~0.006,其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)元素。本發(fā)明還提供這種管線鋼的生產(chǎn)方法。本發(fā)明提供的這種管線鋼具有高強度、高沖擊韌性、良好的焊接性能及止裂能力,對降低輸送管線的建設(shè)成本有明顯作用。文檔編號C21D8/00GK101376947SQ20071004531公開日2009年3月4日申請日期2007年8月28日優(yōu)先權(quán)日2007年8月28日發(fā)明者章傳國,磊鄭,珊高申請人:寶山鋼鐵股份有限公司
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