具有良好抗應(yīng)變時(shí)效性能的x80管線鋼、管線管及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種鋼材，尤其涉及一種管線鋼。本發(fā)明還涉及了一種由該管線鋼制 成的管線管及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于極寒冷地區(qū)的溫度十分低，因此，應(yīng)用于該地區(qū)的管線管需要具備良好的低 溫韌性，例如，需要通過-45°c的落錘撕裂試驗(yàn)（Drop-WeightTearTest，DWTT)，以滿足極 低溫度下抗韌性斷裂的要求。同時(shí)，由于極寒地區(qū)存在著永久凍土帶，地面隨著氣候的變化 會(huì)有起伏升降，埋設(shè)于這種地區(qū)的管道通常需要根據(jù)管道的應(yīng)變來進(jìn)行設(shè)計(jì)，也就是說，在 這一地區(qū)內(nèi)的管道必須具有良好的抗應(yīng)變性能。
[0003] 在管線管生產(chǎn)過程中，一般先由鋼板冷成型制成鋼管，然后進(jìn)行熱涂防腐層。涂覆 過程一般在180-250°c溫度下進(jìn)行5-10min，這個(gè)過程中會(huì)發(fā)生應(yīng)變時(shí)效，即鋼中溶質(zhì)元素 容易擴(kuò)散并與位錯(cuò)交互所用，形成柯氏氣團(tuán)釘扎位錯(cuò)，造成鋼的韌性和塑性的降低，因此應(yīng) 變時(shí)效會(huì)改變鋼管的性能，使得鋼板的抗應(yīng)變能力下降。為此，凍土地區(qū)基于應(yīng)變?cè)O(shè)計(jì)的管 線管還要具有良好的抗應(yīng)變時(shí)效能力。
[0004][0005]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種具有良好抗應(yīng)變時(shí)效性能的X80管線鋼，其具有優(yōu)異 的抗低溫?cái)嗔秧g性，優(yōu)良的基于應(yīng)變?cè)O(shè)計(jì)的抗大變形性能和良好的抗應(yīng)變時(shí)效性能。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種具有良好抗應(yīng)變時(shí)效性能的X80管線鋼， 其化學(xué)元素質(zhì)量百分比含量為：
[0008] C：0. 02-0. 05% ；
[0009]Mn：1. 30-1. 70% ；
[0010] Ni：0. 35-0. 60% ；
[0011] Ti：0. 005-0. 020% ；
[0012] Nb：0. 06-0. 09% ；
[0013]Si：0. 10-0. 30% ；
[0014]A1 ：0. 01-0. 04%；
[0015]N 彡0.008%;
[0016] P彡 0.012%;
[0017]S 彡0.006%;
[0018] Ca：0. 001-0. 003%；
[0019] 其余為Fe和其他不可避免的雜質(zhì)。
[0020] 本發(fā)明所述的具有良好抗應(yīng)變時(shí)效性能的X80管線鋼中的各化學(xué)元素的設(shè)計(jì)原 理為：
[0021] 碳：C元素作為間隙原子在鋼中固溶，其能夠起固溶強(qiáng)化的作用。由C元素所形成 的碳化物，還能夠起到沉淀強(qiáng)化的作用。但是在本技術(shù)方案中，含量過高的C會(huì)對(duì)鋼的韌性 和焊接性能產(chǎn)生不利的影響。為了保證優(yōu)良的低溫韌性，本發(fā)明所述的X80管線鋼中的C 含量應(yīng)該控制在0. 02-0. 05%范圍之間。
[0022] 錳：Mn是低合金高強(qiáng)鋼的基本合金元素，其能夠通過固溶強(qiáng)化來提高鋼材的強(qiáng) 度，其還可以補(bǔ)償鋼中因C含量降低而引起的強(qiáng)度損失。Mn還是擴(kuò)大Y相區(qū)的元素，可降 低鋼的Y-a相變溫度，有助于鋼板在冷卻時(shí)獲得細(xì)小的相變產(chǎn)物，從而提高鋼的韌性。 因此，在本發(fā)明的技術(shù)方案中，需要控制Mn的質(zhì)量百分比含量為1. 30-1. 70%。
[0023] 鎳：Ni是重要的韌化元素。添加一定量的Ni元素可以提高鋼的強(qiáng)度，更重要的是， Ni還可以降低鋼的韌脆轉(zhuǎn)變溫度點(diǎn)，從而提高鋼在低溫條件下的韌性。為此，本發(fā)明所述的 X80管線鋼中的Ni的含量限定為0. 35-0. 60%。
[0024] 鈦：Ti是重要的微合金元素。Ti可以與鋼水中游離態(tài)的N元素結(jié)合形成TiN，同 時(shí)，Ti在固相鋼中還可以形成Ti的碳氮化物，以阻礙奧氏體晶粒的長(zhǎng)大，從而有利于細(xì)化 組織。正因?yàn)槿绱耍琓i元素可以改善鋼的焊接熱影響區(qū)的沖擊韌性，有利于鋼的焊接性能。 但是Ti的含量過高會(huì)增加碳氮化鈦的固溶度積，使得析出粒子粗大而不利于細(xì)化組織。因 而，基于本發(fā)明的技術(shù)方案，需要將Ti的含量控制為0. 005-0. 020%。
[0025] 鈮：Nb能夠顯著地提高鋼的再結(jié)晶終止溫度，為非再結(jié)晶區(qū)軋制提供更寬的變形 溫度范圍，使得形變奧氏體組織在相變時(shí)轉(zhuǎn)變成更為細(xì)小的相變產(chǎn)物，以有效地細(xì)化晶粒， 從而提高鋼板的強(qiáng)度和韌性。在軋后冷卻階段，Nb以碳氮化物的形式彌散析出，在提高鋼 的強(qiáng)度的前提下還不損失鋼的韌性。故將本發(fā)明的X80管線鋼中的Nb的質(zhì)量百分比含量 控制在0.06-0. 09%之間。
[0026] 硅：Si是煉鋼脫氧的必要元素，其在鋼中具有一定的固溶強(qiáng)化作用?？墒?，過高含 量的Si會(huì)影響鋼的韌性，并使得鋼的焊接性能變差?；诒景l(fā)明的技術(shù)方案，需要將X80 管線鋼中的Si的添加量控制為0. 10-0. 30%。
[0027] 鋁：A1是煉鋼的脫氧元素。此外，添加適量的A1有利于細(xì)化鋼中的晶粒，從 而改善鋼材的強(qiáng)韌性能。鑒于此，在本發(fā)明的技術(shù)方案中需要將A1元素的含量設(shè)定為 0. 010-0. 040%。
[0028] 鈣：通過Ca處理可以控制鋼中硫化物的形態(tài)，以提高鋼的低溫韌性。在本發(fā)明的 技術(shù)方案中，當(dāng)Ca含量少于0.OOlwt. %時(shí)，其不能起到提高低溫韌性的效果，而當(dāng)Ca含量 過高時(shí)，則會(huì)使得Ca的夾雜物增多且夾雜物的尺寸增大，對(duì)鋼的韌性造成損害。因此，本發(fā) 明所述的X80管線鋼中的Ca含量為0. 001-0. 003wt. %。
[0029] 氮、磷、硫：在本發(fā)明的技術(shù)方案中，由于N、P和S容易在鋼中形成偏析、夾雜等缺 陷，進(jìn)而惡化管線鋼的焊接性能、沖擊韌性和抗HIC性能。因此，其均屬于雜質(zhì)元素。為了 保證鋼板具有良好的低溫韌性，需要將以上雜質(zhì)元素控制在相對(duì)較低的水平，其中，N控制 為彡0? 008%，P控制為彡0? 012%，S控制為彡0? 006%。
[0030] 本發(fā)明的技術(shù)方案采用了C-Mn-Cr-Ni-Nb系的成分設(shè)計(jì)，即采用了低含量的C結(jié) 合高含量的Ni和Nb的成分體系。其中，低含量的C可以提高鋼管的低溫韌性，高含量的Ni 在提高鋼板強(qiáng)度的同時(shí)還可以提高鋼的韌性，并大大降低鋼板的韌脆轉(zhuǎn)變溫度。高含量的 Nb則可以提高鋼的再結(jié)晶溫度，并可以形成Nb(C，N)的沉淀粒子，從而細(xì)化組織，進(jìn)而在提 高強(qiáng)度的同時(shí)也相應(yīng)地提高鋼的韌性。
[0031] 相較于現(xiàn)有的X80管線鋼通常都加入Mo元素，本發(fā)明的管線鋼中并沒有添加Mo， 關(guān)鍵原因是：雖然在管線鋼中Mo元素能有效提高鋼的強(qiáng)度，但是其也容易在鋼的組織中形 成MA馬奧組元，從而影響鋼在低溫狀態(tài)下的DWTT性能。本發(fā)明的技術(shù)方案通過高含量的 Nb和Ni的成分設(shè)計(jì)，充分補(bǔ)償了鋼的強(qiáng)度，從而使得本發(fā)明的X80管線鋼在保證一定強(qiáng)度 的同時(shí)，還具備了優(yōu)良的低溫DWTT性能。
[0032] 進(jìn)一步地，本發(fā)明所述的具有良好抗應(yīng)變時(shí)效性能的X80管線鋼中還含有0 <Cr< 0. 30wt. %。
[0033] 鉻：Cr是合金鋼的重要的強(qiáng)化元素。對(duì)于較厚規(guī)格的管線鋼來說，Cr元素可代替 貴元素Mo來提高鋼板的淬透性，這樣，有助于在鋼中得到強(qiáng)度較高的貝氏體組織。可是，Cr 的添加量過多會(huì)不利于鋼材的焊接性能和低溫韌性。鑒于此，本發(fā)明的X80管線鋼中可以 添加一定含量的Cr元素，其質(zhì)量百分比含量需要控制為：0<Cr<0. 30wt%。
[0034] 進(jìn)一步地，本發(fā)明所述的具有良好抗應(yīng)變時(shí)效性能的X80管線鋼的微觀組織為多 邊形鐵素體+針狀鐵素體+貝氏體。
[0035] 上述管線鋼的微觀組織可以看作是"雙相復(fù)合組織"，其中細(xì)小的多邊形鐵素體為 軟相組織，而細(xì)小的針狀鐵素體+貝氏體構(gòu)成了硬相組織。因此，在鋼管變形時(shí)會(huì)發(fā)生"軟 相優(yōu)先發(fā)生塑變一強(qiáng)化一應(yīng)力集中一硬相隨后發(fā)生塑變"的過程。這一過程可以通過鋼 的微觀組織的連續(xù)屈服來避免