專利名稱：高強度高韌性輸送管線鋼及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高強度高韌性合金及其制備方法，尤其適用于大管徑、高壓、高密度的油、氣長距離輸送用高強度高韌性管線鋼及其生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
根據(jù)國家制定的“西氣東輸”的宏偉戰(zhàn)略目標(biāo)，將鋪設(shè)數(shù)千公里的輸送管線。由于其輸送管線大部分均要經(jīng)過嚴(yán)寒地帶，并沿途地域復(fù)雜，為了降低輸送成本，提高石油天然氣輸送效率，其輸送管道已迅速向大管徑，介質(zhì)向高壓、高密度輸送方向發(fā)展。目前，為了滿足“西氣東輸”中對輸送管線材質(zhì)的要求，管線鋼的強度級別由X60發(fā)展到X70，其滿足了輸送介質(zhì)的壓力及密度提高的要求，但不能滿足介質(zhì)向更高壓、高密度長距離輸送方向發(fā)展的需求，而且隨著輸送介質(zhì)壓力的提高，只有進(jìn)一步提高管線鋼的鋼級，才能降低管線的建設(shè)和運營成本。如申請?zhí)枮?0123185.5，名稱為《一種超低碳高韌性抗硫化氫用輸氣管線鋼》，其不足在于由于生產(chǎn)材質(zhì)厚度較薄，根據(jù)說明書只有8毫米，如輸送高壓、高密度介質(zhì)，其強度和壁厚明顯不足，使管道極易造成斷裂破壞，安全性差，且其延伸率較低，只有20.9～24.5％，加工成型性不好。其工藝制度存在的不足是終軋溫度高，在900℃～830℃，即不能充分發(fā)揮通過低溫軋制進(jìn)行工藝強化的優(yōu)點。申請?zhí)枮?0123128.6，名稱為《一種高潔凈度高強韌性輸氣管線鋼的制備方法》，其不足同上述專利。寶鋼、鞍鋼雖進(jìn)行過X80的生產(chǎn)，但生產(chǎn)的板卷厚度(≤10mm)和斷裂韌性等指標(biāo)均無法滿足工程技術(shù)要求。歐洲鋼管生產(chǎn)出的X80鋼因其含碳量在0.07～0.11％，其斷裂韌性明顯不足。而韓國浦項則由于在鋼中加入了釩元素，釩對韌性固有的不利影響使得厚壁鋼的落錘撕裂(DWTT)性能不穩(wěn)定。
由于輸送高壓、高密度介質(zhì)的管線鋼對鋼的純凈度要求高，合金元素添加量受限制，因此研究具有高強度高韌性的由合適的成分及合理的工藝制度生產(chǎn)的管線鋼即X80鋼勢在必行。
技術(shù)內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服上述不足，提供能滿足輸送高壓、高密度的介質(zhì)長距離輸送需求的厚壁在10～20毫米、大口徑，且不易斷裂及破壞、安全可靠性強、延伸率高、加工成型性好的高強度高韌性輸送管線鋼及其生產(chǎn)方法。
實現(xiàn)上述目的的技術(shù)措施高強度高韌性輸送管線鋼，其特征在于其化學(xué)成分重量百分比為C0.01～0.06，Si 0.15～0.40，Mn 1.61～2.0，P 0.0031～0.018，S≤0.003，Nb0.051～0.09，Ti≤0.025，Mo 0.10～0.40，Cu 0.10～0.40，Ni 0.10～0.40，其余為鐵。
制備權(quán)利要求1所述的高強度高韌性輸送管線鋼的制備方法，其特征在于鋼坯的加熱溫度1150～1199℃，終軋溫度750～830℃，卷取溫度450～629℃，控制冷卻速度15～30℃/S。
其各成分的作用如下成分設(shè)計X80鋼的化學(xué)成分設(shè)計采取以低碳(或超低碳)-錳-鈮-鉬系為基礎(chǔ)，再輔助添加其它合金元素的方法。低或超低C含量，能減少C元素對韌性的不利影響，并通過合金元素Mn、Mo的作用來抑制先共析鐵素體轉(zhuǎn)變，保證獲得針狀鐵素體型組織。采用Nb、Ti微合金化提高再結(jié)晶溫度，獲得含更多形變帶的組織，實現(xiàn)細(xì)晶強化、位錯強化及沉淀強化。通過加Cu來提高高強度管線鋼的抗氫脆腐蝕(HIC)能力。并通過加鎳來降低鋼的韌脆轉(zhuǎn)變溫度。
C碳元素是影響管線鋼強韌性、焊接性的主要元素。碳含量增加，焊接性惡化，韌性下降，同時，偏析加劇，抗氫脆腐蝕(HIC)能力下降。隨著鋼的強度級別的提高，管線鋼中的C含量呈逐漸下降的趨勢，本發(fā)明X80管線鋼碳含量控制在0.01～0.06范圍內(nèi)。
Mn錳是管線用高強度低合金鋼的基本合金元素。在本發(fā)明中將錳控制在1.61～2.0范圍內(nèi)，以有利于提高鋼的屈服強度和沖擊韌性。
P、S磷在管線鋼中容易帶來偏析、惡化焊接性能、顯著降低鋼的低溫沖擊韌性、提高脆性轉(zhuǎn)變溫度等不利影響。硫是影響管線鋼的抗氫脆腐蝕(HIC)和抗硫化物應(yīng)力腐蝕(SSC)能力的主要元素，硫易與錳結(jié)合生成MnS夾雜，硫還影響管線鋼的低溫沖擊韌性。因此，高鋼級管線鋼應(yīng)盡量減少P、S元素對鋼的性能的不利影響。通過控制X80鋼中P含量在0.0031～0.018，S含量0.003以下，并應(yīng)用喂Ca-Si線等常規(guī)夾雜物變性處理技術(shù)使鋼中夾雜物球化、分布均勻而減少其不利影響。
Nb添加鈮比釩能更顯著提高鋼的再結(jié)晶溫度TRX，由于釩對鋼的韌性有不利影響，表現(xiàn)在提高鋼的韌脆轉(zhuǎn)變溫度，因此該鋼不加V。含Nb鋼由于獲得高的TRX使得熱軋過程中大量的應(yīng)變得以在低于它的再結(jié)晶溫度以下進(jìn)行，從而獲得細(xì)小的、含大量形變帶的組織。同時將Nb含量控制在0.051～0.09％范圍內(nèi)，可以在軋制冷卻過程中，使析出細(xì)小的Nb(C、N)質(zhì)點沉淀強化，從而提高鋼的強度。
Ti在控軋低碳管線鋼中，添加小于0.025％鈦可細(xì)化晶粒，提高鋼的屈服強度和韌性。這種性能的改善主要與鈦能提高鋼的再結(jié)晶溫度和奧氏體晶粒粗化溫度，從而控制連鑄和加熱過程中的晶粒尺寸有關(guān)。同時，Ti加入Nb鋼中可以延長NbC的析出孕育期，使得Nb-Ti復(fù)合鋼的碳化物析出開始時間較Nb鋼要晚，從而析出物更加細(xì)小、彌散。由于Ti在高溫下能與N結(jié)合，形成TiN質(zhì)點，因此Ti的加入有利于焊接時熱影響區(qū)的晶?？刂?，這對改善焊接熱影響區(qū)的韌性也是非常有利的。
Mo鉬能夠有效地延長珠光體轉(zhuǎn)變的孕育期，使鐵素體和珠光體區(qū)域右移，但對貝氏體的相變影響很小。因此使得鋼經(jīng)奧氏體化后在連續(xù)快速冷卻時，可以獲得貝氏體組織。當(dāng)鋼中含碳量很低時，這種微細(xì)結(jié)構(gòu)的貝氏體和針狀鐵素體組織，能夠保證鋼具有良好的延性。含Nb-Mo的高強度低合金管線鋼較之含Nb-V鋼可以具有高得多的強度，這是因為Mo能降低碳化物形成元素如Nb等的擴散能力，從而阻礙碳化物的形成，推遲碳化物的析出過程。在高強度低合金鋼中，屈服強度隨Mo加入量的增加而提高。
Ni鎳能降低管線鋼的韌脆轉(zhuǎn)變溫度，提高鋼的沖擊韌性。
Cu銅能提高鋼的抗腐蝕能力。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點1、屈服強度(Rt0.5)580～690MPa，抗拉強度(Rm)≥621MPa；2、-20℃V型缺口夏比沖擊功≥220J；3、-15℃落錘撕裂試驗(DWTT)斷口纖維率(SA)≥85％；4、抗腐蝕性能(HIC)CSR(裂紋面積率)≤2％，CLR(裂紋長度率)≤15％，CTR(裂紋厚度率)≤5％；
5、管壁厚10～20毫米，不易斷裂及破壞、安全可靠性強、延伸率高、加工成型性好。
具體實施方案具體實施例1～3的化學(xué)成分如表1武鋼X80鋼成品化學(xué)成分(Wt％) 表1

具體制備方法和試驗結(jié)果如表2及表3X80鋼的拉伸、冷彎試驗結(jié)果 表2

X80鋼的斷裂韌性試驗結(jié)果表3

注表2、3的1～3數(shù)據(jù)與表1中的1～3為對應(yīng)關(guān)系。
權(quán)利要求
1.高強度高韌性輸送管線鋼，其特征在于其化學(xué)成分重量百分比(％)為C0.01～0.06，Si0.15～0.40，Mn1.61～2.0，P0.0031～0.018，S≤0.003，Nb0.051～0.09，Ti≤0.025，Mo0.10～0.40，Cu0.10～0.40，Ni0.10～0.40，其余為鐵。
2.制備權(quán)利要求1所述的高強度高韌性輸送管線鋼的制備方法，其特征在于鋼坯的加熱溫度1150～1199℃，終軋溫度750～830℃，卷取溫度450～629℃，控制冷卻速度15～30℃/S。
全文摘要
本發(fā)明尤其適用于大管徑、高壓、高密度的油、氣長距離輸送用高強度高韌性管線鋼及其生產(chǎn)方法。其解決目前生產(chǎn)材質(zhì)厚度只有8毫米，輸送高壓、高密度介質(zhì)其強度和壁厚明顯不足，管道易造成斷裂，延伸率較低，加工成型性差等不足。技術(shù)措施高強度高韌性輸送管線鋼，其在于其化學(xué)成分重量百分比(％)為C 0.01～0.06，Si 0.15～0.40，Mn 1.61～2.0，P 0.0031～0.018，S≤0.003，Nb 0.051～0.09，Ti≤0.025，Mo 0.10～0.40，Cu 0.10～0.40，Ni 0.10～0.40，其余為鐵。其制備方法加熱溫度1150～1199℃，終軋溫度750～830℃，卷取溫度450～629℃，控制冷卻速度15～30℃/S。
文檔編號C22C38/16GK1584097SQ20041001326
公開日2005年2月23日 申請日期2004年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月4日
發(fā)明者孔君華, 鄭琳, 郭斌, 劉昌明, 劉小國 申請人:武漢鋼鐵(集團(tuán))公司