一種x80輸送管線用無縫鋼管及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種X80輸送管線用無縫鋼管及其制造方法，C?0.12%-0.16%、Si?0.30%-0.45%、Mn?1.24%-1.44%、Cr?0.30%-0.50%、Nb?0.02%-0.05%、Ti?0.01%-0.03%、P≤0.020%、S≤0.012%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)，且碳當(dāng)量CEIIW?0.39-0.50。鋼管經(jīng)定徑終軋后控制溫度在800℃以上，并施以10℃/s?~25℃/s加速冷卻，使鋼管溫度迅速快冷至600℃~700℃；快冷后鋼管可轉(zhuǎn)入空冷至100℃以下，對(duì)鋼管實(shí)施550℃~650℃的回火處理。
【專利說明】一種X80輸送管線用無縫鋼管及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于低合金鋼制造【技術(shù)領(lǐng)域】，主要涉及一種油氣輸送用管線鋼管及其制造方法，尤其涉及一種X80強(qiáng)度級(jí)別的輸送用無縫鋼管及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]管線用輸送鋼管有無縫鋼管和焊管兩種，無縫鋼管制造的管線管一般占輸送管線用鋼管的10%左右，并主要用于路上特殊地段、加壓站進(jìn)出地段以及城市主干線等。按國際通用的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)API 5L最新第44版的要求，X80 PSL2等級(jí)管線管必須滿足抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、沖擊韌性以及屈強(qiáng)比的嚴(yán)格要求。
[0003]目前，X80PSL2強(qiáng)度級(jí)別輸送管線用無縫鋼管主要采用離線的調(diào)質(zhì)熱處理制造工藝。采用離線的調(diào)質(zhì)工藝固然可以得到X80鋼級(jí)管線管的力學(xué)性能結(jié)果，但離線調(diào)質(zhì)的熱處理工藝生產(chǎn)工序復(fù)雜，成本較高,成材率亦較低,在當(dāng)下及未來長時(shí)期內(nèi)的鋼鐵供大于求的大背景下，產(chǎn)品利潤率較低，缺乏競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，而且制造過程對(duì)環(huán)境亦增加污染。
[0004]X80以下強(qiáng)度級(jí)別管線管對(duì)碳當(dāng)量Enw —般要求不超過0.43。由于X80強(qiáng)度級(jí)別管線管屬于管線管中的高鋼級(jí)產(chǎn)品，鋼管的強(qiáng)度要求較高，PSL2技術(shù)等級(jí)產(chǎn)品又對(duì)產(chǎn)品強(qiáng)度進(jìn)行了范圍的限定，即屈服強(qiáng)度555~705MPa、抗拉強(qiáng)度625~825MPa，而且還有屈強(qiáng)比的限制，要求不高于0.93，因此，X80無縫管線管成了 API 5L最新版第44版中為數(shù)不多的未對(duì)碳當(dāng)量做強(qiáng)制限定的產(chǎn)品。但是，用戶出于加工的便利性考慮，也希望X80無縫管線管盡量具有低的碳當(dāng)量，一般要求碳當(dāng)量Enw不要超過0.50，同時(shí)產(chǎn)品必須達(dá)到X80鋼級(jí)要求的較高的強(qiáng)度、沖擊韌性以及屈強(qiáng)比等要求，故采用一般的熱軋方式制管難以達(dá)到要求。
[0005]通過檢索國內(nèi) 外專利，查到與本
【發(fā)明內(nèi)容】
相關(guān)的專利I件，即CN01126611.2，其采用傳統(tǒng)的離線淬火加高溫回火的熱處理工藝制造X80 PSL2管線管，如前所述，其弊端是制造成本高、制造周期長且增加環(huán)境污染，而且，其合金配方中添加貴金屬Ni來提高鋼管的淬透性能，亦增加合金成本。本發(fā)明的一種輸送用高強(qiáng)度無縫鋼管的主要特點(diǎn)是在低的合金成本和制造成本下達(dá)到了鋼管力學(xué)性能滿足X80管線管的要求，而且，本發(fā)明制造工藝緊湊、簡(jiǎn)捷，設(shè)備投入少，易于實(shí)施，產(chǎn)品性能穩(wěn)定。對(duì)比專利如下。
[0006]I)中國專利，01126611.2，一種低碳低合金鋼及所制管材，成分(wt%):C0.10%-0.16%、Si 0.20%-0.40%、Mn 1.00%-1.35%、Al 0.02%_0.035%、V 0.07%_0.13%、Ni0.05%-0.25%、B 0.0005%-0.0035%。該發(fā)明的技術(shù)特點(diǎn)是采用離線的調(diào)質(zhì)的熱處理工藝制造鋼管，通過添加N1、B保證鋼管的淬透性能，使鋼管強(qiáng)度達(dá)Χ80鋼級(jí)水平。該發(fā)明的不足之處在于，其淬火加高溫回火的離線熱處理制造工藝，合金、能源消耗等制造成本較高、制造周期長、成材率隨之必然降低且增加環(huán)境污染。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了克服上述現(xiàn)有 技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的是，提供一種采用低成本合金設(shè)計(jì)，非離線淬火+回火處理的Χ80 PSL2管線管的無縫鋼管及其制造方法，避免由于采用離線調(diào)質(zhì)熱處理產(chǎn)生的制造成本較高、合金成本亦較高、產(chǎn)品成材率較低等問題。
[0008]本發(fā)明目的是通過下面的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0009]一種X80級(jí)別PSL2在線熱處理的高強(qiáng)管線管用無縫鋼管，采用C-Mn-Cr-Nb-Ti系合金設(shè)計(jì)，保證產(chǎn)品的碳當(dāng)量CEnw不高于0.50，通過Cr、Nb、Ti與C的共同作用，使鋼管在熱軋后的快速冷卻過程中形成M-A組織，采用在線的回火處理，既與普通的離線調(diào)質(zhì)技術(shù)有明顯的不同，又能使產(chǎn)品得到與調(diào)質(zhì)X80 PSL2管線管相當(dāng)?shù)膹?qiáng)度、沖擊韌性等力學(xué)性能。
[0010]本發(fā)明產(chǎn)品的合金成分設(shè)計(jì)范圍如下:
[0011]按fft% 計(jì)，C 0.12%-0.16%、Si 0.30%_0.45%、Mn 1.24%-1.44%、Cr 0.30%-0.50%、Nb 0.02%-0.05%,Ti 0.01%-0.03%,P ≤ 0.020%,S ≤ 0.012%，余量為 Fe 和不可避免的雜質(zhì)，且碳當(dāng)量 CEnw 0.39-0.50。
[0012]各主要元素的作用及設(shè)計(jì)理由如下:
[0013]C:碳作為低合金鋼的主要強(qiáng)化元素，一般為鋼種必有元素，其有益作用是可明顯提高鋼的強(qiáng)度，其不利影響是隨其含量的增加會(huì)損害鋼的韌性和可焊接性。由于碳與其他強(qiáng)化元素相比，有最好的經(jīng)濟(jì)性，因此，本發(fā)明為充分利用碳的有益作用、盡量規(guī)避其有害影響，限定碳的含量范圍為0.12%-0.16%。
[0014]S1:硅在低合金鋼中，既是良好的脫氧劑，又能固溶于鐵素體起強(qiáng)化作用，提高鋼的基礎(chǔ)強(qiáng)度，但含量太高將會(huì)降低鋼的塑性和韌性，同時(shí)，硅也具有較好的經(jīng)濟(jì)性，故本發(fā)明的硅含量控制在0.30%-0.45%。
[0015]Mn:錳在低合金鋼中，一方面起到脫氧作用，另一方面還能起固溶強(qiáng)化作用，同時(shí)，錳添加到碳鋼中能有效細(xì)化鋼的晶粒尺寸，一定含量范圍內(nèi)，既能提高鋼的強(qiáng)度又可改善鋼的韌性，錳可以彌補(bǔ)由于碳含量的降低而引起的強(qiáng)度損失，具有較好的經(jīng)濟(jì)性。而且，錳還能增加制管過程中過冷奧氏體的穩(wěn)定性，提高淬透性。但錳含量過高時(shí)會(huì)增加鋼的偏析傾向，損害鋼的韌性，綜合考慮，本發(fā)明限定錳的含量范圍1.20%-1.44%。
[0016]Cr:鉻提高淬透性，改善鋼的強(qiáng)韌性，促進(jìn)控冷過程中M-A的形成，并增加M-A中富碳奧氏體的碳濃度從而增加其穩(wěn)定性。當(dāng)含量低于0.3%時(shí)作用較弱，難以達(dá)到理想效果，高于0.5%時(shí)，作用已飽和，成本增加。
[0017]Nb:鈮在鋼中與碳形成碳化物，除產(chǎn)生強(qiáng)烈的析出強(qiáng)化作用提高鋼的強(qiáng)度外，還能有效延遲再結(jié)晶的發(fā)生，有利于控制冷卻過程中M-A的形成，并可提高M(jìn)-A中富碳奧氏體的碳濃度從而增加其穩(wěn)定性。但當(dāng)鈮的含量達(dá)到一定量時(shí)作用將達(dá)到飽和，同時(shí)對(duì)煉鋼連鑄鋼坯質(zhì)量的控制要求也增高，故本發(fā)明從兼顧經(jīng)濟(jì)性的角度考慮，設(shè)計(jì)鈮的含量范圍0.02%-0.05%。
[0018]T1:鈦與碳有很強(qiáng)的親和力，在鋼中形成的碳化物能在奧氏體狀態(tài)大量析出，限制奧氏體晶粒的長大，最終獲得更細(xì)小的室溫組織，提高鋼的強(qiáng)韌性，同時(shí)，但達(dá)到一定量時(shí)，其效果將不明顯，故限定鈦的含量范圍為0.01%-0.03%。
[0019]P、S為鋼中的雜質(zhì)元素，含量越低越好，但過低的要求必將增加產(chǎn)品的制造成本，本發(fā)明限定的p< 0.020%、S^0.012%，一方面可達(dá)到產(chǎn)品使用要求，另一方面，不必額外增加控制成本。
[0020]對(duì)以上設(shè)計(jì)的合金成分的鋼材采用轉(zhuǎn)爐冶煉+爐外精煉+方坯連鑄+圓坯軋制+無縫制管+控制冷卻+在線回火熱處理的制造工藝路線，其特征是:[0021]I)鋼管經(jīng)定徑終軋后控制溫度在800°C以上，并施以10°C /s~25°C /s加速冷卻，使鋼管溫度迅速快冷至600°C ~700°C。
[0022]2)快冷后鋼管可轉(zhuǎn)入空冷至100°C以下，對(duì)鋼管實(shí)施550°C飛50°C的回火處理。
[0023]3)鋼管使用狀態(tài)的組織為回火S+回火B(yǎng)+F組織。
[0024]經(jīng)過以上合金成分和制造工藝得到的X80管線管用無縫鋼管，其屈服強(qiáng)度為585~695MPa，抗拉強(qiáng)度69(T810MPa，延伸率19~26%，(TC夏比沖擊功Akv最低值> 50J，屈強(qiáng)比 0.80~0.90。
[0025]本發(fā)明技術(shù)方案的特別之處在于:
[0026]I)設(shè)計(jì)的合金成分成本較低；
[0027]2)采用在線加速冷卻+回火熱處理的工藝制造鋼管，產(chǎn)品力學(xué)性能達(dá)到離線調(diào)質(zhì)X80管線管的水平；
[0028]3)對(duì)經(jīng)過控制冷卻后的鋼管優(yōu)選采用了鋼管在線回火的熱處理方式；
[0029]本發(fā)明采用C-Mn-Cr-Nb-Ti的合金設(shè)計(jì),在保證碳當(dāng)量不超過0.50的情況下,通過特殊的在線加速冷卻+回火熱處理工藝獲得了 API 5L最新版規(guī)范要求的X80 PSL2管線管的性能，完全可以替代目前使用的離線調(diào)質(zhì)工藝技術(shù)。本發(fā)明具有產(chǎn)品外形尺寸好、成材率高，制造成本低、制造周期較短的優(yōu)點(diǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面舉例說明 本發(fā)明的實(shí)施，這些實(shí)施例僅是對(duì)本發(fā)明最佳實(shí)施方式的描述，并不對(duì)本發(fā)明的范圍有任何限制。表1為實(shí)施例鋼的化學(xué)成分，其工藝流程為轉(zhuǎn)爐冶煉一爐外精煉一方坯連鑄一圓坯軋制一環(huán)形爐加熱一菌式穿孔機(jī)穿管一連軋管機(jī)軋管一定徑成型一控制冷卻一回火熱處理。實(shí)施例的具體工藝制度見表2，表3為實(shí)施例鋼的力學(xué)性能。
[0031]表1實(shí)施例的化學(xué)成分(wt %)
[0032]
【權(quán)利要求】
1.一種X80輸送管線用無縫鋼管及其制造方法，其特征在于化學(xué)成分范圍按重量百分比為:C 0.12%-0.16%、Si 0.30%-0.45%、Mn 1.24%-1.44%、Cr 0.30%-0.50%、Nb0.02%-0.05%、Ti 0.01%-0.03%、P ( 0.020%、S ( 0.012%，余量為 Fe 和不可避免的雜質(zhì)，且碳當(dāng)量 CEnw 0.39-0.50。
2.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述X80輸送管線用無縫鋼管的制造方法，包括轉(zhuǎn)爐冶煉、爐外精煉、方坯連鑄、圓坯軋制和無縫制管，其特征在于:鋼管經(jīng)定徑終軋后控制溫度在800°C以上，并施以10°C /s~25°C /s加速冷卻，使鋼管溫度迅速快冷至600°C ^700°C ;快冷后鋼管可轉(zhuǎn)入空冷至100°C以下， 對(duì)鋼管實(shí)施550°C~650°C的回火處理。
【文檔編號(hào)】C21D8/10GK103882316SQ201210562204
【公開日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2012年12月21日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月21日
【發(fā)明者】解德剛, 王長順, 陳克東, 趙波, 鄭云龍, 陳勇, 邸軍 申請(qǐng)人:鞍鋼股份有限公司