專利名稱：韌性優(yōu)良的x70級抗大變形管線鋼板及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于低碳微合金鋼技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及了一種韌性優(yōu)良的X70級抗大變形管線鋼板及其制備方法，適用于地震帶、凍土層、山體滑坡區(qū)和海洋等惡劣環(huán)境的石油、 天然氣輸送管道工程建設(shè)。
背景技術(shù)：
由于石油、天然氣資源大多集中在荒漠、地震帶、凍土層、山體滑坡區(qū)、海洋等環(huán)境比較惡劣的邊遠(yuǎn)地區(qū)，因此在地震多發(fā)及永久凍土層地質(zhì)輸送石油天然氣，地面位移誘發(fā)大應(yīng)變，需要抗壓曲的高加工成形管線。管道的設(shè)計不僅需要進(jìn)行應(yīng)力設(shè)計，還應(yīng)充分考慮到應(yīng)變能力的設(shè)計，這類管線鋼壁厚較大，對強(qiáng)度、低溫韌性、焊接性能、抗變形能力均有較高要求，其生產(chǎn)技術(shù)難度很大，但產(chǎn)品附加值也很高，因此抗大變形管線鋼是未來管線鋼的發(fā)展趨勢之一。相比一般性能要求的管線鋼而言，抗大變形管線鋼主要的性能特點就是，其一，拉伸曲線必須是連續(xù)屈服的圓屋頂形狀。其二，要有較大的加工硬化指數(shù)和均勻延伸率。其三，具有優(yōu)良的低溫沖擊韌性和落錘性能。管線鋼的應(yīng)力-應(yīng)變曲線形狀、加工硬化指數(shù)及低溫韌性水平取決于其顯微組織狀態(tài)。一是軟相和硬相在顯微基體中各自所占比例；二是經(jīng)過控軋控冷后細(xì)化的各相晶粒尺寸和形態(tài)。檢索本發(fā)明專利之前公布的相關(guān)文獻(xiàn)和專利技術(shù)，如中國專利CN101456034B號授權(quán)公告“一種生產(chǎn)X80級抗大變形管線鋼中厚板的方法”，該合金配方采用C 0. 02 0. 05%, Ni 0. 2 0. 4%、Nb :0. 05 0. 1%、Cr :0. 2 0. 5%，其特點是低碳、添加大量貴重合金元素，該合金配比對組織轉(zhuǎn)變和性能提高有益，但價格昂貴，生產(chǎn)成本較高；又如中國專利CN101962733A公布了 “一種低成本、高強(qiáng)韌X80抗大變形管線鋼及生產(chǎn)方法”，該合金配方采用C :0. 02 0. 08%, Mo 0. 10 0. 30%，鋼坯均熱溫度為1200 1250°C，組織中鐵素體的含量為20 40%，較高的加熱溫度和組織中鐵素體含量偏低對低溫韌性不禾lj，_20°C夏比沖擊韌性偏低僅250J左右。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種韌性優(yōu)良的X70級抗大變形管線鋼板及其制備方法， 克服現(xiàn)有技術(shù)添加大量貴重合金Mo、Ni、Nb等導(dǎo)致的生產(chǎn)成本較高，以及低溫沖擊韌性偏低等問題。本發(fā)明提供的韌性優(yōu)良的X70級抗大變形管線鋼板的化學(xué)成分為C :0. 03 0. 08%,Si 0. 10 0. 45%,Mn :1. 40 1. 69%,P 彡 0. 015%,S 彡 0. 005%,Alt :0. 01 0. 06%,Nb 0. 01 0. 05%,Ti 0. 004 0. 014%,N < 0. 008%,H < 0. 0002%;在上述的鋼成分中還可含有 Mo 0. 00 ~ 0. 30%,Ni :0. 00 ~ 0. 30%,Cr :0. 00 ~ 0. 30%,Cu :0. 00
0. 30%中的1 4種，余量為Fe和不可避免雜質(zhì)元素，均為重量百分?jǐn)?shù)；本發(fā)明提供的韌性優(yōu)良的X70級抗大變形管線鋼板的制備方法，包括轉(zhuǎn)爐冶煉、
3爐外精煉、連鑄、加熱、控制軋制、加速冷卻等工序，其特征在于(1)連鑄坯拉速為0. 80 0. 90m/min,連鑄坯厚度為250 300mm ；(2)鋼坯加熱溫度為1140 1190°C，加熱時間4 5小時；(3)鋼坯分三階段進(jìn)行控軋，第一階段控軋開始溫度980 1000°C，結(jié)束溫度 960 980°C;然后進(jìn)行第一次待溫；第二階段控軋開始溫度870 890°C，結(jié)束溫度820 8400C ；然后進(jìn)行第二次待溫，待溫厚度控制在成品厚度的1. 2 1. 5倍；第三階段控軋開始溫度750 770°C，結(jié)束溫度720 740°C，軋后以2. 0 2. 5m/s的速度快速進(jìn)入水冷區(qū)域；(4)入水溫度控制在690 720°C，分兩階段進(jìn)行控冷，第一階段冷卻速率為4 IO0C /s，終冷溫度為600 630°C;隨后進(jìn)行第二階段冷卻，冷卻速率為20 30°C /s，終冷溫度為400 500°C。通過先弱后強(qiáng)的兩階段冷卻方式控制金相組織組成物及百分比。本發(fā)明采用該化學(xué)配比和制備方法的依據(jù)是C是鋼中最經(jīng)濟(jì)、最基本的強(qiáng)化元素，通過固溶強(qiáng)化對提高鋼的強(qiáng)度有明顯作用， 通過控制碳含量在0. 03 0. 08%范圍內(nèi)，在保證低溫韌性和焊接性的前提下，提高材料的抗拉強(qiáng)度，降低產(chǎn)品的屈強(qiáng)比。Mn能夠通過固溶強(qiáng)化、相變強(qiáng)化來有效的提高鋼材的強(qiáng)韌性，所以錳的含量控制在1.40 1.69%范圍內(nèi)，在保證有效控制錳元素偏析的前提下，提高材料的抗拉強(qiáng)度，降低材料的屈強(qiáng)比，提高抗應(yīng)變能力。采用250 300mm厚板坯連鑄，通過優(yōu)化鑄機(jī)拉速0. 80 0. 90m/min，有利于降低厚板坯中心偏析程度，改善鑄坯心部質(zhì)量，提高鑄坯成分和組織均勻性，改善鋼板的韌性水平；低溫加熱制度在保證Nb合金充分固溶的前提下，可有效抑制原始奧氏體晶粒的長大， 對改善鋼板低溫沖擊韌性有利。通過三階段控制軋制，一方面充分細(xì)化原始奧氏體晶粒，另一方面精確控制終軋溫度在720V以上，并快速進(jìn)入水冷區(qū)域，為后續(xù)的相變做好準(zhǔn)備。車L 后進(jìn)行兩階段控制冷卻，第一階段通過4 10°C /s的弱水冷，為先共析鐵素體的析出提供充分時間，并抑制先共析鐵素體的長大，獲得50 70%比例的細(xì)晶先共析鐵素體，對改善鋼板的屈強(qiáng)比和低溫沖擊韌性有利。第二階段通過20 30°C /s的強(qiáng)水冷，獲得貝氏體、馬氏體等硬相組織，獲得圓屋頂型拉伸曲線、較低的屈強(qiáng)比和較高的均勻延伸率UEL。本發(fā)明的韌性優(yōu)良X70級抗大變形管線鋼板及其制備方法具有如下優(yōu)點1)本發(fā)明提供了優(yōu)化的X70級抗大變形管線鋼板化學(xué)成分配方，通過控制連鑄、 加熱、軋制和冷卻等工序得到理想的組織形態(tài)和力學(xué)性能。2)該鋼由細(xì)晶鐵素體構(gòu)成的第一相，和包含碳化物、珠光體、貝氏體、馬氏體中的一種或多種組分的第二相。第一相所占比例為50 70%。3)所述的X70級抗大變形管線鋼板橫向-20°C夏比沖擊韌性達(dá)到300J以上，落錘 (DffTT)剪切面積達(dá)到85%以上。鋼板縱向拉伸性能達(dá)到屈服強(qiáng)度450 530MPa，抗拉強(qiáng)度 570 700MPa,屈強(qiáng)比彡 0. 80，均勻延伸率 UEL ^ 10%, Rtl. 5/RtO. 5 彡 1. 10，Rt2. 0/ Rtl. 0^1. 06，Rt5. 0/Rtl. 0^1. 10。產(chǎn)品具有優(yōu)良的韌性和良好的變形能力。


圖1為本發(fā)明光學(xué)電鏡組織圖。圖2為本發(fā)明掃描電鏡組織圖。
圖3為本發(fā)明拉伸曲線形狀。
具體實施例方式根據(jù)本發(fā)明一種韌性優(yōu)良的X70級抗大變形管線鋼板及其制備方法，在100噸轉(zhuǎn)爐上冶煉，在4300mm生產(chǎn)線上進(jìn)行控軋控冷生產(chǎn)。下面通過實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。實施例中鋼板化學(xué)成分見表1，實施例工藝制度見下面描述，實施例力學(xué)性能見表2 實施例化學(xué)成分表1.本發(fā)明韌性優(yōu)良X70級抗大變形管線鋼板的化學(xué)成分)
權(quán)利要求
1.一種韌性優(yōu)良的X70級抗大變形管線鋼板，其特征在于鋼板的化學(xué)成分為C: 0. 03 0. 08%，Si :0. 10 0. 45%，Mn :1. 40 1. 69%，P ≤0. 015%，S ≤0. 005%,Alt 0. 01 0. 06%, Nb 0. 01 0. 05%, Ti :0. 004 0. 014%, N ≤0. 008%, H ≤0. 0002% ；在上述化學(xué)成分中還含有Mo 0. 00 0. 30%,Ni :0. 00 0. 30%,Cr :0. 00 0.30%， Cu 0. 00 0.30%中的1 4種；余量為!^e和不可避免雜質(zhì)元素，均為重量百分?jǐn)?shù)。所述鋼板由細(xì)晶鐵素體構(gòu)成的第一相，和包含碳化物、珠光體、貝氏體、馬氏體中的一種或多種組分的第二相；第一相所占比例為50 70% ；所述的X70級抗大變形管線鋼板橫向-20°C夏比沖擊韌性達(dá)到300J以上，落錘 (DffTT)剪切面積達(dá)到85%以上；鋼板縱向拉伸性能達(dá)到屈服強(qiáng)度450 530MPa，抗拉強(qiáng)度 570 700MPa,屈強(qiáng)比≥0. 80，均勻延伸率 UEL ≥10%, Rtl. 5/RtO. 5 ≥1. 10，Rt2. 0/ Rtl. 0 ≥1. 06，Rt5. 0/Rtl. 0 彡 1. 10。
2.—種權(quán)利要求1所述的韌性優(yōu)良的X70級抗大變形管線鋼板制備方法，包括轉(zhuǎn)爐冶煉、爐外精煉、板坯連鑄、板坯再加熱、控制軋制、加速冷卻工序，其特征在于在工藝中控制如下技術(shù)參數(shù)(1)連鑄坯拉速為0.80 0. 90m/min，連鑄坯厚度為250 300mm ；(2)鋼坯加熱溫度為1140 1190°C，加熱時間4 5小時；(3)鋼坯分三階段進(jìn)行控軋，第一階段控軋開始溫度980 1000°C，結(jié)束溫度960 980°C;然后進(jìn)行第一次待溫；第二階段控軋開始溫度870 890°C，結(jié)束溫度820 840°C; 然后進(jìn)行第二次待溫，待溫厚度控制在成品厚度的1. 2 1. 5倍；第三階段控軋開始溫度 750 770°C，結(jié)束溫度720 740°C，軋后以2. 0 2. 5m/s的速度進(jìn)入水冷區(qū)域；(4)入水溫度控制在690 720V，分兩階段進(jìn)行控冷，第一階段冷卻速率為4 10°C/ s，終冷溫度為600 630°C ；隨后進(jìn)行第二階段冷卻，冷卻速率為20 30°C /s，終冷溫度為 400 500"C。
全文摘要
一種韌性優(yōu)良的X70級抗大變形管線鋼板及其制備方法，屬于低碳微合金鋼技術(shù)領(lǐng)域。鋼板化學(xué)成分為C0.03～0.08％，Si0.10～0.45％，Mn1.40～1.69％，P≤0.015％，S≤0.005％，Alt0.01～0.06％，Nb0.01～0.05％，Ti0.004～0.014％，N≤0.008％，H≤0.0002％；在上述的鋼成分中還可含有Mo0.00～0.30％，Ni0.00～0.30％，Cr0.00～0.30％，Cu0.00～0.30％中的1～4種，余量為Fe和不可避免雜質(zhì)元素，均為重量百分?jǐn)?shù)；相應(yīng)的制備方法包括轉(zhuǎn)爐冶煉、爐外精煉、連鑄、加熱、控制軋制、加速冷卻等工序。優(yōu)點在于，韌性優(yōu)良，可抗大變形，廣泛應(yīng)用于永凍層引起的地面液化沉降、地震區(qū)地面滑坡變形和深海鋪設(shè)管線等易發(fā)生大塑性變形的管道工程。
文檔編號C21D8/02GK102534377SQ20121005019
公開日2012年7月4日 申請日期2012年2月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月29日
發(fā)明者丁文華, 姜中行, 張國棟, 李家鼎, 李少坡, 李永東, 李群, 查春和, 白學(xué)軍, 許曉東, 顧章飛 申請人:首鋼總公司