專(zhuān)利名稱(chēng)：高強(qiáng)度高韌性x100管線(xiàn)鋼熱軋鋼帶及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及冶金領(lǐng)域中鋼種及其制造方法，尤其涉及一種管線(xiàn)鋼及其制造方法。
背景技術(shù)：
管道輸送是石油天然氣輸送最經(jīng)濟(jì)高效的輸送方式之一。隨著石油天然氣的開(kāi)采逐步向極地、荒漠等偏遠(yuǎn)區(qū)域延伸，為了提高輸送效率，同時(shí)降低管道建設(shè)和運(yùn)營(yíng)成本，需要采用高強(qiáng)度、大口徑、高壓管道進(jìn)行石油天然氣的輸送，由此也對(duì)管道用鋼提出了高強(qiáng)度高韌性的要求。
公開(kāi)日為2010年1月6日，公開(kāi)號(hào)為CN101619416，名稱(chēng)為“一種高強(qiáng)度XlOO管線(xiàn)鋼熱軋平板及其生產(chǎn)方法”的中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)公開(kāi)了一種高強(qiáng)度Xioo管線(xiàn)鋼熱軋平板及其生產(chǎn)方法。該專(zhuān)利中的Mo元素含量較低，且沒(méi)有限制N、0元素的含量。
公開(kāi)日為2007年6月27日，公開(kāi)號(hào)為CN1986861，名稱(chēng)為“超高強(qiáng)度XlOO管線(xiàn)鋼及其熱軋板制造方法”的中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)公開(kāi)了一種管線(xiàn)鋼及其制造方法。該專(zhuān)利的成分設(shè)計(jì)采用了低碳、高錳的設(shè)計(jì)思路，通過(guò)控軋控冷工藝，來(lái)制造具有高強(qiáng)度、高韌性的XlOO管線(xiàn)鋼板，鋼板50% FATT溫度達(dá)到-60°c以下，但其合金成本相對(duì)較高。
公開(kāi)日為2009年4月15日，公開(kāi)號(hào)為CN101407894，名稱(chēng)為“一種爐卷軋機(jī)生產(chǎn)的高強(qiáng)度Xioo管線(xiàn)鋼及其生產(chǎn)工藝”的中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)公開(kāi)了一種采用爐卷軋機(jī)來(lái)制造高強(qiáng)度XlOO管線(xiàn)鋼的工藝，該專(zhuān)利在成分設(shè)計(jì)時(shí)采用了低碳、較高錳及微合金化的成分設(shè)計(jì)思路，同時(shí)利用爐卷軋機(jī)制造管線(xiàn)鋼中厚板。
公開(kāi)日為2008年6月25日，公開(kāi)號(hào)為CN101205597，名稱(chēng)為“一種XlOO管線(xiàn)鋼直縫埋弧焊管制造方法”的中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)公開(kāi)了一種Xioo管線(xiàn)鋼直縫埋弧焊管制造方法，它應(yīng)用于制造輸送石油天然氣的直縫埋弧焊鋼管。該技術(shù)方案采用低碳微合金化的原材料鋼板，經(jīng)過(guò)JCO成型工序制造直縫焊管，該專(zhuān)利主要側(cè)重制管工藝技術(shù)，僅提及了原材料鋼板的成分設(shè)計(jì)，其Mn元素含量較高，且未對(duì)Ca、0元素的含量進(jìn)行限定。
公開(kāi)日為2010年8月11日，公開(kāi)號(hào)為CN101797600A，名稱(chēng)為“一種高強(qiáng)度XlOO鋼級(jí)螺旋縫埋弧焊管制造方法”的中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)公開(kāi)了一種XlOO螺旋埋弧焊管的制造方法。 同樣地，該技術(shù)方案?jìng)?cè)重于制管工藝，并未對(duì)Ca、0元素的含量進(jìn)行限定。
公開(kāi)日為2007年1月10日，公開(kāi)號(hào)為CN1894434，名稱(chēng)為“用于超高強(qiáng)度管線(xiàn)管的鋼板和具有優(yōu)異的低溫韌度的超高強(qiáng)度管線(xiàn)管及其制造方法”的中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)公開(kāi)了一種通過(guò)將鋼板焊接到一起而制造具有優(yōu)異低溫韌性和超高強(qiáng)度的管線(xiàn)管，該技術(shù)方案中母材鋼板的金屬組織包含20%以下的多邊形鐵素體和80%以上的貝氏體，有效晶體粒徑為 20 μ m以下，同時(shí)可使焊接熱影響區(qū)的有效晶體粒徑為150 μ m以下。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高強(qiáng)度高韌性XlOO管線(xiàn)鋼熱軋鋼帶及其制造方法，該 Xioo管線(xiàn)鋼熱軋鋼帶在具有高強(qiáng)度的同時(shí)，還應(yīng)當(dāng)具有與高強(qiáng)度相匹配的高韌性。
根據(jù)本發(fā)明的上述目的，提出一種高強(qiáng)度高韌性XlOO管線(xiàn)鋼熱軋鋼帶，其化學(xué)元
素質(zhì)量百分含量為C 0. 015 0. 090 %，Si :0. 1 0. 5 %，Mn 1. 50 1. 79 %, P ^ 0. 015 %, S 彡 0. 003%, Cr 0. 10 0. 40%, Nb :0. 03 0. 10%, Zr :0. 001 0. 100%, Ti :0. 01 0. 035 %, Mo 0. 31 0. 60 %，Cu :0. 10 0. 40 %, Ni :0. 10 0. 50 %, Ca :0. 0010 0. 0050%, Al 0. 02 0. 045%，N < 0. 010%，0 < 0. 008%，余量為 Fe 和其他不可避免的
夾雜；該高強(qiáng)度高韌性XlOO管線(xiàn)鋼熱軋鋼帶的顯微組織為下貝氏體。本發(fā)明中各化學(xué)元素的添加原理具體為碳C是最基本的強(qiáng)化元素。C溶解在鋼中形成間隙固溶體，起固溶強(qiáng)化的作用，與強(qiáng)碳化物形成元素形成碳化物析出，則起到沉淀強(qiáng)化的作用。對(duì)于本技術(shù)方案來(lái)說(shuō)，如果C 含量過(guò)高，則其不利于鋼的延性、韌性和焊接性能；而C含量太低又會(huì)降低鋼的強(qiáng)度。因此， 發(fā)明人將C含量限定在0.015 0. 090%。硅Si是固溶強(qiáng)化元素，同時(shí)也是鋼中的脫氧元素。對(duì)于本技術(shù)方案來(lái)說(shuō)，Si含量過(guò)高會(huì)惡化鋼材的焊接性能，同時(shí)不利于軋制過(guò)程中熱軋氧化鐵皮去除，因此發(fā)明人其含量控制在0. 1 0.5%。錳:Mn通過(guò)固溶強(qiáng)化提高鋼的強(qiáng)度，是鋼中補(bǔ)償因C含量降低而引起強(qiáng)度損失的最主要、最經(jīng)濟(jì)的強(qiáng)化元素。Mn還是擴(kuò)大γ相區(qū)的元素，可降低鋼Y — 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。但Mn是易偏析元素，當(dāng)Mn含量較高時(shí)，在澆鑄過(guò)程中Mn易在板厚中心偏析，軋制完成后生成硬相的馬氏體組織，降低材料的低溫韌性和抗動(dòng)態(tài)撕裂性能。因此在本技術(shù)方案中Mn含量限定為1. 50 1. 79%。鉻Cr是提高鋼的淬透性的重要元素，可有效提高鋼的強(qiáng)度，而且Cr含量在 0. 10%以上時(shí)，能有效改善鋼的耐腐蝕性能。但含量過(guò)高的鉻和錳同時(shí)加入鋼中，會(huì)導(dǎo)致低熔點(diǎn)Cr-Mn復(fù)合氧化物形成，在熱加工過(guò)程中形成表面裂紋，同時(shí)會(huì)嚴(yán)重惡化焊接性能。因此，本發(fā)明中Cr含量限定為0. 10 0. 40%。鈦Ti是一種強(qiáng)烈的碳氮化物形成元素，Ti的未溶的碳氮化物在鋼加熱時(shí)可以阻止奧氏體晶粒的長(zhǎng)大，在高溫奧氏體區(qū)粗軋時(shí)析出的TiN可有效抑制奧氏體晶粒長(zhǎng)大。另外在焊接過(guò)程中，鋼中的TiN粒子能顯著阻止熱影響區(qū)晶粒長(zhǎng)大，從而改善鋼板的焊接性能同時(shí)對(duì)改善焊接熱影響區(qū)的沖擊韌性有明顯作用。因此，本發(fā)明中Ti含量控制為0.01 0. 035%。鈮Nb是低碳微合金鋼的重要元素之一。在本技術(shù)方案中，熱軋過(guò)程中固溶的Nb 應(yīng)變誘導(dǎo)析出形成Nb (N，C)粒子，釘扎晶界抑制形變奧氏體的長(zhǎng)大，經(jīng)控制軋制和控制冷卻使形變奧氏體相變?yōu)榫哂懈呶诲e(cuò)密度的細(xì)小的產(chǎn)物。此外，固溶的Nb在卷取后，以第二相粒子NbC在基體內(nèi)彌散析出，起到析出強(qiáng)化作用。但是如果Nb含量太低，則彌散析出效果不明顯，起不到細(xì)化晶粒、強(qiáng)化基體作用；而如果Nb含量太高，則易產(chǎn)生板坯裂紋，影響表面質(zhì)量，同時(shí)會(huì)嚴(yán)重惡化焊接性能。因此發(fā)明人將Nb含量限定為0. 03 0. 10%。鋯鋯是夾雜物改性元素，與N、0有較強(qiáng)的結(jié)合能力，并以鋯的氮化物、氧化物為核心，其它夾雜附著生長(zhǎng)，改善夾雜物的形態(tài)和大小。與傳統(tǒng)的Ca處理相比較，采用^ 處理可以得到更加細(xì)小均勻的夾雜物，有利于進(jìn)一步改善鋼的低溫韌性。本發(fā)明中^ 含量控制為 0. 001 0. 10%。鉬Mo是擴(kuò)大Y相區(qū)的元素，可降低鋼的Y — α相變溫度，且隨Mo含量的上升，相變溫度逐步減低，能有效促進(jìn)貝氏體轉(zhuǎn)變起到相變強(qiáng)化的作用，得到更加細(xì)小的相變組織。在高強(qiáng)度低合金鋼中，屈服強(qiáng)度隨Mo含量的增加而提高，因此含量過(guò)高的Mo有損塑性和韌性。因此，本發(fā)明中Mo含量控制為0. 31 0. 60%。氮在微合金化鋼中，適當(dāng)?shù)牡靠梢酝ㄟ^(guò)形成高熔點(diǎn)的TiN粒子，起到抑制再加熱過(guò)程中板坯晶粒粗化的作用，改善鋼的強(qiáng)韌性。但當(dāng)N含量過(guò)高時(shí)，時(shí)效后高濃度的自由N原子釘扎位錯(cuò)，使屈服強(qiáng)度明顯提高，同時(shí)有損韌性。因此本發(fā)明中N含量限定為 ^ 0. 010%。氧對(duì)于低合金純凈鋼冶煉，在冶煉終點(diǎn)均需要進(jìn)行脫氧處理，以減少澆鑄過(guò)程中產(chǎn)生的氣泡以及氧化物夾雜，改善鋼的內(nèi)質(zhì)、提高成品鋼板的低溫沖擊韌性和抗動(dòng)態(tài)撕裂性能。當(dāng)氧含量高于SOppm時(shí)，夾雜物、氣孔等內(nèi)質(zhì)缺陷顯著增多。所以本發(fā)明中0含量限定為彡0. 008%。硫、磷S、P是鋼中不可避免的雜質(zhì)元素，希望越低越好。本技術(shù)方案中，通過(guò)超低硫(小于30ppm)及Ca處理對(duì)硫化物進(jìn)行夾雜物形態(tài)控制，同時(shí)控制P含量在150ppm以下， 可保證發(fā)明鋼具有良好的低溫沖擊韌性。銅、鎳Cu、Ni可通過(guò)固溶強(qiáng)化作用提高鋼的強(qiáng)度，同時(shí)Cu還可改善鋼的耐蝕性， 在本技術(shù)方案中M的加入主要是改善Cu在鋼中易引起的熱脆性，且對(duì)韌性有益。本發(fā)明中Cu、Ni含量范圍分別控制為0. 10 0. 40%,0. 10 0. 50%。鈣本技術(shù)方案中，通過(guò)Ca處理可以控制硫化物的形態(tài)，改善鋼板的各向異性，提高低溫韌性，為確保最佳效果，發(fā)明人將Ca的含量控制為0. 0010 0. 0050%。鋁A1是為了脫氧而加入鋼中的元素，添加適量的Al有利于細(xì)化晶粒，改善鋼材的強(qiáng)韌性能，本發(fā)明中Al的含量控制范圍為0. 02 0. 045%。相應(yīng)地，本發(fā)明還提供了上述高強(qiáng)度高韌性XlOO管線(xiàn)鋼熱軋鋼帶的制造方法， 其包括下列步驟冶煉、連鑄、板坯再加熱、粗軋、精軋、控制冷卻、卷??；其中控制冷卻步驟中，冷卻速度為41 70°C /s ；卷取步驟中，卷取溫度根據(jù)控制冷卻步驟中的冷卻速度和冷卻控制因子P確定，P =卷取溫度/冷卻速度，6彡P(guān)彡7。優(yōu)選地，在所述板坯再加熱步驟中，板坯加熱溫度為1145 1250°C，板坯保溫時(shí)間根據(jù)板坯厚度和保溫系數(shù)確定，保溫系數(shù)為0. 8 1. 50min/mm。優(yōu)選地，在所述粗軋步驟中，粗軋溫度為930 1000°C。優(yōu)選地，在所述精軋步驟中，精軋溫度為750 900°C。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過(guò)采用上述技術(shù)方案，使得其具有下列有益效果(1)利用本技術(shù)方案制造出的XlOO熱軋鋼帶可達(dá)到以下要求屈服強(qiáng)度RpO.2 彡 700MPa，抗拉強(qiáng)度Rm 彡 800MPa ；延伸率A5(18 ^ 15% ；_20°C 沖擊功:AKv 彡 220J ；-20 0C DffTT (Drop Weight Tear Test,落錘撕裂測(cè)試)性能=SA % 彡 85%。(2)本發(fā)明所涉及的技術(shù)方案采用低C微合金化成分設(shè)計(jì)方法，且添加較高的Mo 元素以促進(jìn)下貝氏體組織轉(zhuǎn)變，提高了鋼的強(qiáng)度；采用中Mn以改善偏析，提高了鋼的低溫沖擊韌性和抗動(dòng)態(tài)撕裂性能；碳當(dāng)量較低，改善了鋼管成型焊接及現(xiàn)場(chǎng)環(huán)焊焊接性能；
(3)本技術(shù)方案所述的XlOO管線(xiàn)鋼熱軋鋼帶Nb元素含量較低，在保證鋼帶性能的同時(shí)降低了生產(chǎn)成本；(4)本技術(shù)方案所述的XlOO管線(xiàn)鋼熱軋鋼帶通過(guò)控制S、P的含量，并應(yīng)用適量的 Zr元素以改善夾雜物形態(tài)和細(xì)化尺寸，進(jìn)一步提高了鋼帶的低溫沖擊韌性；(5)本技術(shù)方案所述的制造方法通過(guò)采用強(qiáng)冷工藝，通過(guò)控制冷卻速度和冷卻控制因子P，能夠控制鋼帶的顯微組織全部為下貝氏體，且其有效晶粒尺寸均在5 μ m及以下， 從而使得鋼帶具有很好的強(qiáng)韌性匹配性。


圖1顯示了本發(fā)明所述的高強(qiáng)度高韌性XlOO管線(xiàn)鋼熱軋鋼帶在實(shí)施例3中的顯微組織。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1-7按照下述步驟制造本發(fā)明所述高強(qiáng)度高韌性XlOO管線(xiàn)鋼熱軋鋼帶(實(shí)施例1-7 中各鋼帶的化學(xué)元素配比見(jiàn)表1，實(shí)施例1-7中的詳細(xì)工藝參數(shù)見(jiàn)表2)(1)電爐或轉(zhuǎn)爐冶煉原料；(2)連鑄；(3)對(duì)板坯進(jìn)行再加熱，加熱溫度為1145 1250°C，板坯厚度為250mm，保溫時(shí)間根據(jù)板坯厚度和保溫系數(shù)確定，保溫系數(shù)為0. 8 1. 50min/mm ；(4)粗軋粗軋溫度為930 1000°C ；(5)精軋精軋溫度為750 900°C ；(6)控制冷卻冷卻速度為41 70°C /s ；(7)卷?。痪砣囟雀鶕?jù)控制冷卻步驟中的冷卻速度和冷卻控制因子P確定，P = 卷取溫度/冷卻速度，6彡P(guān)彡7。圖1顯示了實(shí)施例3中高強(qiáng)度高韌性XlOO管線(xiàn)鋼熱軋鋼帶的顯微組織，從圖1可以看出，該XlOO管線(xiàn)鋼熱軋鋼帶的顯微組織幾乎全部為下貝氏體。表1.(余量為!^e和其他不可避免的雜質(zhì)，wt. % )
權(quán)利要求
1.一種高強(qiáng)度高韌性XlOO管線(xiàn)鋼熱軋鋼帶，其特征在于，其化學(xué)元素質(zhì)量百分含量為C 0. 015 0. 090%, Si :0. 1 0. 5%，Mn :1. 50 1. 79%，P 彡 0. 015%，S 彡 0. 003%， Cr 0. 10 0. 40%，Nb :0. 03 0. 10%，Zr :0. 001 0. 100%, Ti :0. 01 0. 035%, Mo 0. 31 0. 60%,Cu 0. 10 0. 40%,Ni :0. 10 0. 50%,Ca :0. 0010 0. 0050%,Al :0. 02 0. 045%, N ^ 0.010%, O^ 0. 008%，余量為!^e和其他不可避免的雜質(zhì)； 所述高強(qiáng)度高韌性XlOO管線(xiàn)鋼熱軋鋼帶的顯微組織為下貝氏體。
2.如權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度高韌性XlOO管線(xiàn)鋼熱軋鋼帶的制造方法，其特征在于， 包括下列步驟冶煉一連鑄一板坯再加熱一粗軋一精軋一控制冷卻一卷取；其中控制冷卻步驟中，冷卻速度為41 70°C /s ；卷取步驟中，卷取溫度根據(jù)控制冷卻步驟中的冷卻速度和冷卻控制因子P確定，P =卷取溫度/冷卻速度，6彡P(guān)彡7。
3.如權(quán)利要求2所述的高強(qiáng)度高韌性XlOO管線(xiàn)鋼熱軋鋼帶的制造方法，其特征在于， 所述板坯再加熱步驟中，板坯加熱溫度為1145 1250°C，板坯保溫時(shí)間根據(jù)板坯厚度和保溫系數(shù)確定，保溫系數(shù)為0. 8 1. 50min/mm。
4.如權(quán)利要求2所述的高強(qiáng)度高韌性XlOO管線(xiàn)鋼熱軋鋼帶的制造方法，其特征在于， 所述粗軋步驟中，粗軋溫度為930 1000°C。
5.如權(quán)利要求2所述的高強(qiáng)度高韌性XlOO管線(xiàn)鋼熱軋鋼帶的制造方法，其特征在于， 所述精軋步驟中，精軋溫度為750 900°C。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種高強(qiáng)度高韌性X100管線(xiàn)鋼熱軋鋼帶，其化學(xué)元素質(zhì)量百分含量為C0.015～0.090％，Si0.1～0.5％，Mn1.50～1.79％，P≤0.015％，S≤0.003％，Cr0.10～0.40％，Nb0.03～0.10％，Zr0.001～0.100％，Ti0.01～0.035％，Mo0.31～0.60％，Cu0.10～0.40％，Ni0.10～0.50％，Ca0.0010～0.0050％，Al0.02～0.045％，N≤0.010％，O≤0.008％，余量為Fe和其他不可避免的夾雜。相應(yīng)地，本發(fā)明還公開(kāi)了該鋼帶的制造方法。本發(fā)明所述的熱軋鋼帶具有良好的綜合力學(xué)性能，成分簡(jiǎn)單，可制造性強(qiáng)。
文檔編號(hào)C22C38/50GK102560284SQ20121003966
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2012年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月21日
發(fā)明者章傳國(guó), 鄭磊 申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司