专利名称：一种抗大变形的x80管线用钢及其生产方法
技术领域：
本发明涉及管线钢及其生产方法，具体地属于一种抗大变形的X80管线用钢及其生产方法，确切地为满足国内外重大长输管道工程在地震、滑坡、极地冻土带等环境恶劣地区对高钢级大变形管线钢的需求，提供一种基于应变设计的X80管线钢及其制造方法。
背景技术：
随着陆地油气资源的逐步枯竭，新的资源开采向地震、滑坡带、海底、极地冻土带等地质条件恶劣的地区延伸。通过这类地区的长输管道受使用环境的影响，需要承受由于地震、山体滑坡、冻土融沉等地面位移诱发的大应变，该类地区铺设的管道需要采用应变设计，所使用的管线钢材料必须具有较高的抗大变形能力，即使在大的变形行为下钢管由于具有优异的塑性、韧性，仍然能够维持原有的输送功能。经检索:
中国专利申请号为200910187466.6的文献，其公开了“一种X80管线钢热轧板卷及其制造方法”;还有中国专利号为200410025584.4的文献，其公开了一种“高强度高韧性X80管线钢及其热轧板制造方法”，上述文献存在屈强比偏高，均匀延伸率低，变性能力不足，无法承载地震、滑坡、极地冻土带等环境恶劣地区由于地面位移诱发的大应变。中国专利申请号为200910076066.8的文献，其公开了 “一种生产X80级抗大变形管线钢中厚板的方法”，其采用低C-Mn-Nb-Cu-Cr-Ni的成分设计和控制轧制+轧后驰豫+加速冷却的生产方式。其存在的不足是钢板的厚度严格受限，且轧后驰豫不利于生产稳定、高效、顺行。中国专利申请号为201010266539.3的文献，其公开了“一种热处理方法制备的抗大变形管线钢及其制造方法”其采用两相区淬火+回火热处理工艺生产，需要进行复杂、耗时的淬火和回火热处理工艺，生产成本会有大幅的上升。
发明内容
本发明的目的在于克服上述文献中存在的不足，提供一种横向Rt0.5彡555MPa,Rm 彡 625MPa, Rt0.5/Rm ( 0.90, -20 °C KV2 彡 240J, -15 °C DffTT SA 彡 85 %,纵向 Rt0.5 彡 530MPa, Rm 彡 625MPa, Rt0.5/Rm ( 0.80，Rt0.4/Rt0.8 彡 0.93，Rt0.8/Rtl.5 彡 0.97，Rtl.5/Rm ( 0.95，Rtl.5/Rt0.5 彡 1.15，Rt2.0/Rtl.0 彡 1.06，UEL 彡 10%,nl-4 ^ 0.10，且无需弛豫的X80管线钢及其制造方法。实现上述目的的措施:
一种抗大变形的X80管线用钢，其组分及重量百分比含量为:C:0.050 0.085%、Si:
0.20 0.45%、Mn:1.75 1.90%,P..( 0.012%、S 彡 0.0015%、Mo:0.15 0.35%,Cr:0.25
0.50%、Cu:^ 0.03%、Nb:0.045 0.080%、V 0.01%、Ti:0.005 0.030%、Al:0.02
0.05%、N 0.010%、Ca:0.0010 0.0050%，余量为Fe及不可避免的夹杂，同时应满足:Ni + Mo + Cr ^ 1.0%, Ca/S=l.5 3.0。其特征在于:添加有重量百分比含量为0.05 0.30%的Ni。
生产一种抗大变形的X80管线用钢的方法，其步骤为:
1)冶炼并连铸成还;
2)对铸坯加热，温度控制在1100 1150。。；
3)进行粗轧，控制粗轧结束温度在970 1050°C，控制每道次压下率不低于10%；
4)进行精轧，控制其开轧温度在860 890°C，控制其终轧温度在780 820°C，控制其累计压下率不低于75%;
5)分两段进行冷却:冷却第一阶段在冷却速度为4 7°C/S下冷却至720 760°C，冷却第二阶段在冷却速度为35 70°C /S下冷却至250 400°C ；
6)空冷至室温后矫直。本发明中各元素的作用机理如下:
碳:含量为0.050 0.085%，加入一定量的碳，可以大幅提高钢的强度和降低钢的屈强比，减少其他贵重合金的加入量，降低生产成本，但是碳含量超过0.085%时，钢的低温韧性显著恶化，因而将碳含量限定为0.050 0.085%。硅:含量为0.20 0.45%，主要起固溶强化作用，同时避免因添加过量硅导致钢的塑、韧性显著恶化。锰:含量为1.75 1.90%，加入较高的经济合金化元素锰，可以显著提高钢的强度，此外，锰还可以在一定程度上细化晶粒，改善钢的冲击韧性，但是过量的锰易形成中心偏聚，导致钢的成分和组织不均。铌:含量为0.045 0.080%，铌可以显著提高钢的奥氏体再结晶温度，扩大未再结晶区范围，便于实现高温控轧，降低轧机负荷，同时铌还可以抑制奥氏体晶粒长大，具有显著的细晶强化和析出强化作用。但是在高强度贝氏体钢中，添加过量的铌会促进M-A岛的生成，降低焊接热影响区的韧性，因此，将铌的含量限定为0.045 0.080%。钒:含量为< 0.01%，钒具有较强的沉淀强化和较弱的细晶强化作用，易导致钢的韧脆转变温度提高，因此，严格限制钒的加入。钛:含量为0.005 0.030%，钛与铌在钢中的作用类似，有较强的细晶强化和析出强化作用，微量的钛还可以在高温下与碳、氧结合，形成高温难熔的析出物，有利于抑制焊接热影响区的奥氏体晶粒长大，显著改善焊接热影响区的韧性。钥:含量为0.15 0.35%，钥显著推迟Y — α转变，抑制铁素体和珠光体形核，促进具有高密度位错亚结构的贝氏体/针状铁素体的形成，使得钢在轧后一个较宽的冷速范围内得到贝氏体/针状铁素体组织，能够在提高强度的同时使钢具有稳定的高韧性。且经充分的试验研究发现，加入一定含量的钥，能够显著降低快冷后MA组织的尺寸，并使之弥散化分布，有效提高显微组织的均匀性，从而显著提高管线钢的低温韧性。但钥属于贵重金属，加入量增加会提高钢的制造成本，同时过高的钥还会导致钢的低温韧性恶化。镍:含量为O 0.30%，镍能够有效提高钢的淬透性，具有一定的固溶强化作用，还能显著改善钢的低温韧性。此外，镍还能有效阻止Cu的热脆性引起的网裂，并显著提高钢的耐腐蚀性能。但镍与钥类似，属于贵重金属，易导致钢的制造成本大幅提高，此外，过高的镍含量易造成钢板氧化铁皮难以去除，导致钢板表面质量问题。铬:含量为0.25 0.50%，铬是提高钢淬透性的元素，并具有一定的固溶强化作用。通过加入较高含量的Cr，可以大幅提高钢的淬透性，改善高钢级管线钢，尤其是厚规格管线钢板厚度方向的组织均匀性，显著提高钢的强度和断裂韧性。相比较Mo、Ni等贵重合金，加入具有相似作用的Cr能够大幅降低钢的合金设计成本。此外，加入一定的铬还能改善钢的耐候、耐腐蚀性能。铝:含量为0.02 0.05%，铝是钢中主要的脱氧元素，能够显著降低钢中的氧含量，同时铝与氮的结合形成A1N，能够有效地细化晶粒。但是钢中铝含量超过0.05%时，易导致铝的氧化物夹杂明显增加，降低钢的洁净度，对钢的低温韧性不利。钙:含量为0.0010 0.0050%，且Ca/S=l.5^3.0，在二次精炼过程中对钢进行钙处理，可以改善钢中的夹杂物形态，提高钢的横向冲击韧性，显著改善钢板的各项异性，但加入过量，易降低钢的洁净度，对钢的低温韧性不利。磷、硫、氮含量分别为:[%P]( 0.012，[%S] ( 0.0015，[%N] ( 0.010。磷易导致钢的冷脆，硫易引起热脆，而氮易引起钢的淬火失效和形变失效，导致钢的性能不稳定，因此应尽量降低钢中的磷、硫、氮的含量。铜:含量为彡0.03，铜为低熔点金属，易引起热脆，对钢的低温韧性不利。严格控制铬、钥、镍等合金含量总量:Ni + Mo + Cr彡1.0%,降低合金成本,保证钢板具有良好的焊接性能。采取上述分两段进行冷却的目的，一方面，通过第一阶段轧后相对轧后空冷驰豫而言，较高速度的冷却可以显著提高生产效率，而且可以进一步细化多边形铁素体的晶粒尺寸，改善钢的塑性和断裂韧性。另一方面，通过第二阶段的在更快速冷却下，使过冷奥氏体迅速转化为均匀、细小的贝氏体组织和少量弥散分布的MA组元，进一步改善钢成品组织的均匀性，提高钢的综合性能。本发明与现有技术相比，通过采用较经济的成分设计和精确的复相组织控制，能降低生产成本，显著提高钢的均匀延伸率A、应力比、应变强化指数等技术指标，大幅提高高钢级管线钢的变形能力；通 过采用低温加热、精确的两阶段控制轧制和两阶段控制冷却，取消了轧后驰豫，并缩短轧制待温时间，从而显著提高了生产效率，及改善了管线钢的低温韧性和组织，且性能稳定，各项主要力学性能达到:横向Rt0.5彡555MPa，Rm彡625MPa，Rt0.5/Rm ( 0.90，-20 °C KV2 彡 240J, -15 °C DffTT SA ^ 85 %,纵向 Rt0.5 彡 530MPa,Rm 彡 625MPa, Rt0.5/Rm ( 0.80, Rt0.4/Rt0.8 彡 0.93, Rt0.8/Rtl.5 彡 0.97, Rtl.5/Rm ^ 0.95，Rtl.5/Rt0.5 彡 1.15，Rt2.0/Rtl.0 彡 1.06，UEL 彡 10%, nl-4 彡 0.10。
具体实施例方式下面对本发明予以详细描述:
表I为本发明各实施例的横向主要性能检测统计表；
表2为本发明各实施例的纵向拉伸性能检测统计表。实施例1
一种抗大变形的X80管线用钢，其组分及重量百分比含量为:C:0.051、Si:0.26、Mn:1.89、P:0.010、S:0.0010、Ni:0.01、Mo:0.34、Cr:0.26、Cu:0.02、Nb:0.056、V:0.003%,Ti:0.026%, Al:0.032、N:0.0090、Ca:0.0021，余量为 Fe 及不可避免的夹杂。生产步骤:
I)冶炼并连铸成还;2)对铸坯加热，温度控制在1126°C;
3)进行粗轧，粗轧结束温度在973°C，每道次压下率12%；
4)进行精轧，其开轧温度在885°C，其终轧温度在817°C，其累计压下率为78.3%；
5)分两段进行冷却:冷却第一阶段在冷却速度为5.6 V /S下冷却至749°C，冷却第二阶段在冷却速度为35.30C /S下冷却至303°C ；
6)空冷至室温后矫直。实施例2
一种抗大变形的X80管线用钢，其组分及重量百分比含量为:C:0.084、Si:0.20、Mn:1.78、P:0.008、S:0.0005、Ni:0.16、Mo:0.17、Cr:0.34、Cu:0.05、Nb:0.045、V:0.004%,Ti:0.013%, Al:0.022、N:0.0085, Ca:0.0012，余量为 Fe 及不可避免的夹杂。生产步骤:
1)冶炼并连铸成还;
2)对铸坯加热，温度控制在1139°C;
3)进行粗轧，粗轧结束温度在1049°C，每道次压下率13%；
4)进行精轧，其开轧温度在879°C，其终轧温度在806°C，其累计压下率为81% ;
5)分两段进行冷却:冷却第一阶段在冷却速度为6.20C /S下冷却至722°C，冷却第二阶段在冷却速度为41.40C /S下冷却至252V ；
6)空冷至室温后矫直。实施例3
一种抗大变形的X80管线用钢，其组分及重量百分比含量为:C:0.059、Si:0.43、Mn:
1.80、P:0.007、S:0.0014、Ni:0.10、Mo:0.27、Cr:0.39、Cu:0.07、Nb:0.061、V:0.002%,Ti:0.018%, Al:0.039、N:0.0077、Ca:0.0036，余量为 Fe 及不可避免的夹杂。生产步骤:
1)冶炼并连铸成还;
2)对铸坯加热，温度控制在1103°C；
3)进行粗轧，粗轧结束温度在1027°C，每道次压下率15.5% ；
4)进行精轧，其开轧温度在863°C，其终轧温度在795°C，其累计压下率为75.2%；
5)分两段进行冷却:冷却第一阶段在冷却速度为6.90C /S下冷却至743°C，冷却第二阶段在冷却速度为52.40C /S下冷却至291 °C ；
6)空冷至室温后矫直。实施例4
一种抗大变形的X80管线用钢，其组分及重量百分比含量为:C:0.063、Si:0.32、Mn:
1.85、P:0.008、S:0.0009、Ni:0.28、Mo:0.19、Cr:0.30、Cu:0.06、Nb:0.068、V:0.004%,Ti:0.021 %、Al:0.041、N:0.0064、Ca:0.0025，余量为 Fe 及不可避免的夹杂。生产步骤: 1)冶炼并连铸成还;
2)对铸坯加热，温度控制在1115°C;
3)进行粗轧，粗轧结束温度在1008°C，每道次压下率10.5% ；
4)进行精轧，其开轧温度在872°C，其终轧温度在802°C，其累计压下率为80.2% ;5)分两段进行冷却:冷却第一阶段在冷却速度为5.10C /S下冷却至757°C，冷却第二阶段在冷却速度为61.10C /S下冷却至398°C ；
6)空冷至室温后矫直。实施例5
一种抗大变形的X80管线用钢，其组分及重量百分比含量为:C:0.055、Si:0.24、Mn:
1.75、P:0.006、S:0.0013、Ni:0.13、Mo:0.15、Cr:0.48、Cu:0.03、Nb:0.049、V:0.004%,Ti:0.021%, Al:0.045、N:0.0064、Ca:0.0025，余量为 Fe 及不可避免的夹杂。生产步骤:
1)冶炼并连铸成还;
2)对铸坯加热，温度控制在iiio°c;
3)进行粗轧，粗轧结束温度在1018°C，每道次压下率16%；
4)进行精轧，其开轧温度在881°C，其终轧温度在807°C，其累计压下率为79.4%；
5)分两段进行冷却:冷却第一阶段在冷却速度为4.2V /S下冷却至731°C，冷却第二阶段在冷却速度为68.70C /S下冷却至347°C ；
6)空冷至室温后矫直。实施例6
一种抗大变形的X80管线用钢，其组分及重量百分比含量为:C:0.061、Si:0.31, Mn:
1.81、P:0.009、S:0.0007、Ni:0.05、Mo:0.21、Cr:0.26、Cu:0.03、Nb:0.080、V:0.002%,Ti:0.007%, Al:0.048、N:0.0043、Ca:0.0012，余量为 Fe 及不可避免的夹杂。生产步骤:
1)冶炼并连铸成还;
2)对铸坯加热，温度控制在1148°C；
3)进行粗轧，粗轧结束温度在1046°C，每道次压下率14.5% ；
4)进行精轧，其开轧温度在869°C，其终轧温度在789V，其累计压下率为82.3% ;
5)分两段进行冷却:冷却第一阶段在冷却速度为6.50C /S下冷却至738°C，冷却第二阶段在冷却速度为47.40C /S下冷却至376°C ；
6)空冷至室温后矫直。表I各实施例的横向主要性能检测统计表
权利要求
1.一种抗大变形的X80管线用钢，其组分及重量百分比含量为:C:0.050 0.085%、Si:0.20 0.45%、Mn:1.75 1.90%、P:彡 0.012%、S 彡 0.0015%、Mo:0.15 0.35%、Cr:0.25 0.50%、Cu:彡 0.03%、Nb:0.045 0.080%、V 0.01% %、Ti:0.005 0.030%,Al:0.02 0.05%、N 0.010%、Ca:0.0010 0.0050%，余量为 Fe 及不可避免的夹杂，同时应满足:Ni + Mo + Cr ^ 1.0%, Ca/S=l.5 3.0。
2.如权利要求1所述的一种抗大变形的Χ80管线用钢，其特征在于:添加有重量百分比含量为0.05 0.30%的Ni。
3.生产如权利要求1所述的一种抗大变形的Χ80管线用钢的方法，其步骤为: 1)冶炼并连铸成还; 2)对铸坯加热，温度控制在1100 1150。。；3)进行粗轧，控制粗轧结束温度在970 1050°C，控制每道次压下率不低于10%； 4)进行精轧，控制其开轧温度在860 890°C，控制其终轧温度在780 820°C，控制其累计压下率不低于75%; 5)分两段进行冷却:冷 却第一阶段在冷却速度为4 7°C/S下冷却至720 760°C，冷却第二阶段在冷却速度为35 70°C /S下冷却至250 400°C ； 6)空冷至室温后矫直。
全文摘要
一种抗大变形的X80管线用钢，其组分及重量百分比含量为C0.050～0.085%、Si0.20～0.45%、Mn1.75～1.90%、P≤0.012%、S≤0.0015%、Mo0.15～0.35%、Cr0.25～0.50%、Cu≤0.03%、Nb0.045～0.080%、V≤0.01%、Ti0.005～0.030%、Al0.02～0.05%、N≤0.010%、Ca0.0010～0.0050%；其生产步骤冶炼并连铸成坯；将铸坯加热；粗轧；精轧；分两段冷却；空冷至室温后矫直。本发明通过采用精确的复相组织控制，显著提高钢的均匀延伸率A、应力比及变形能力；通过采用低温加热及两阶段冷却，取消了轧后驰豫，缩短轧制待温时间，改善管线钢的低温韧性和组织，且性能稳定。
文档编号C22C38/38GK103103449SQ20131003937
公开日2013年5月15日 申请日期2013年2月1日 优先权日2013年2月1日
发明者徐进桥, 郭斌, 李银华, 郑琳, 熊玉彰, 彭涛, 杨波, 黄道昌, 崔雷, 邹航 申请人:武汉钢铁(集团)公司