用于天然气管道的x80钢热轧板卷及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于天然气管道的X80钢热轧板卷及其制备方法，所述X80钢热轧板卷的化学成分重量百分比为：C：0.035～0.070%、Si：0.10～0.30%、Mn：1.50～1.95%、P≤0.012%、S≤0.003%、Cu≤0.30%、Cr：0.10～0.40%、Ni≤0.20%、Mo：0.10～0.35%、Nb：0.06～0.10%、V≤0.06；Ti≤0.02%、N≤0.005%、B≤0.0005%，其余为Fe及不可避免的夹杂元素。本发明涉及满足0.8设计系数条件的X80热轧卷板屈服强度Rt0.5为590～650MPa，抗拉强度Rm≥680MPa，屈强比Rt0.5/Rm≤0.91，延伸率A50mm≥35%；-20℃冲击功KV2单值≥280J，冲击功KV2单值≥310J，韧脆转变温度FATT50≤-60℃；-15℃DWTT断面剪切率SA≥95%；硬度值HV10≤255。
【专利说明】用于天然气管道的X80钢热轧板卷及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及天然气管道用热轧板卷领域，具体地指一种高强度高韧性用于天然气管道的X80钢热轧板卷及其制备方法，使采用该技术生产的X80钢带具有强韧性匹配优异、沿钢带长度方向性能稳定的特征。
【背景技术】
[0002]随着我国经济的飞速发展，国民经济对天然气能源的需求量及依存度与日俱增。2000~2009年我国的天然气消费量年均增长约16%，且该增长速度仍在加速。预计到2020年，我国的天然气需求量将达到3600亿立方米。
[0003]我国国土面积辽阔，约60%以上的天然气资源集中蕴藏在西部内陆地区，而主要的消费市场却集中在千里之外的东部和中部经济发达地区。面对天然气资源分布与市场需求的地域不均衡特性，天然气的跨区域长距离输送问题亟待解决。天然气管道输送成为有效解决这一能源困境的首要选择。
[0004]当前管道设计的重要趋势是在保证天然气输送效率的同时最大程度地降低管道运营成本。实现上述目标的重要措施包括提高管道设计系数、增加管线钢级别、扩大输送管道口径。所谓的管道设计系数即为管道内部高压天然气在其管壁上产生的环向应力与管线钢名义最小屈服强度的比值。相较于低管道设计系数管线及其用钢，在钢级、管径及输气压力不变的前提下，高的管道设计系数在带来管道壁厚减薄、成本降低的同时，其对管线钢的强度、韧性以及性能与组织的均匀性等均提出更高的要求。
[0005]我国当前天 然气管道采用的最高设计系数为0.72。从西气东输二线开始大规模采用X80管线钢以来，当前国内天然气管网干线大规模采用的主力钢级均为X80钢。经过多年的规模生产与改进，我 国X80管线钢生产及管道建设能力仍处在国际领先的地位。相较于增加管线钢级别和扩大输送管道口径的方案，凭借当前国内钢铁和制管企业优良的设备能力和制造水平，通过对现有水平的X80管线钢性能进行优化升级，最终实现X80管道设计系数由0.72提升至0.8的方案最具可行性。因此，发明一种Φ 1219X16.5mm规格0.8设计系数X80管道用钢非常有必要。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题就是提供一种高强度高韧性用于天然气管道的X80钢热轧板卷及其制备方法，使采用该技术生产的X80钢带具有强韧性匹配优异、沿钢带长度方向性能稳定的特征。
[0007]为解决上述技术问题，本发明提供的一种用于天然气管道的X80钢热轧板卷，所述热轧板卷的化学成分重量百分比为:c:0.035~0.070%、S1:0.10~0.30%、Mn:1.50~
1.95%、P^0.012%、S^0.003%、Cu ( 0.30%、Cr:0.10 ~0.40%、Ni ( 0.20%、Mo:0.10 ~0.35%、Nb:0.06 ~0.10%、V ^ 0.06 ；Ti ( 0.02%、N ≤ 0.005% 和 B ≤ 0.0005%,其余为 Fe
及不可避免的夹杂元素，[0008]该热轧板卷同时还满足CEpcm≤0.22%，其中:
[0009]CEpcm (%) =C+Si/30+ (Cr+Mn+Cu) /20+Mo/15+V/10+Ni/60+5B。
[0010]进一步地，所述热轧板卷头部、中部与尾部的屈服强度及抗拉强度性能波动值(40MPa。
[0011 ] 再进一步地，所述热轧板卷的屈服强度Rta 5=590~650MPa，抗拉强度Rm≥680MPa,屈强比Rt0.5/Rm ( 0.91，延伸率A5tlnm≥35% ;-20°C冲击功KV2单值≥280J,冲击功KV2单值≥310J，韧脆转变温度FATT50 ( -60 0C ；-15°C DWTT断面剪切率SA≥95%;硬度值HVlO ( 255。
[0012]本发明还提供了一种用于天然气管道的X80钢热轧板卷制备方法。该方法通过板坯加热、粗轧、精轧和卷取制备得到热轧板卷。
[0013]上述制备过程中操作参数具体控制如下:
[0014]I)板坯加热阶段，板坯装炉温度≤650°C，板坯再加热温度为1160~12501:，入炉加热的板坯宽度≤1750mm且长宽比为4.50~6.25 ;
[0015]2)粗轧阶段，粗轧终轧温度为1010~1100°C，粗轧过程累计压下率≥70% ；
[0016]3)精轧阶段，精轧终轧温度为780~860°C，精轧过程累计压下率≥70% ；
[0017]4卷取阶段，卷取温度为350~500°C。
[0018]本发明的原理:
[0019]本发明为保证0.8设计系数X80板卷的性能达到发明目的，在化学成分设计过程中重点考虑如下因素:X80钢的强度性能、低温韧性以及可焊接性。下面根据这三方面的因素详述本发明中各元素的作用及限定量的理由:
[0020]碳C:C为最基本、最经济的强化元素，通过固溶强化和析出强化有效地提高钢的强度。C含量过低时对强度的作用不明显，含量太高时则会降低钢的塑性、韧性和可焊接性。本发明中C的含量控制为0.035~0.070% (重量百分数，以下各元素相同)。
[0021]硅Si =Si主要以固溶强化形式提高钢的强度，同时也是钢中的脱氧元素，但含量过低时强化效果不明显，含量过高时又对钢的韧性不利。本发明中Si的含量控制为0.10~0.30%O
[0022]锰Mn:Mn是钢中重要的固溶强化元素，可以补偿钢中C含量较低引起的强度损失，并且扩大奥氏体相变区，有利于获得细小的低温相变产物，提高钢的低温韧性。但其含量过高时时则会导致钢中偏析严重，影响焊接性能。本发明中Mn的含量控制为1.50~1.95%。
[0023]铬Cr =Cr能有效地提高钢的淬透性和强度，抑制多边形铁素体和珠光体产生，促进中温转变。本发明中Cr含量控制在0.1~0.4%。
[0024]钥Mo =Mo能够扩大奥氏体相变区，抑制先共析铁素体相变，促进含高密位错的细小针状铁素体形成，使管线钢具有良好的强韧性匹配。本发明中Mo含量控制为0.10~0.35%。
[0025]铜Cu、镍Ni =Cu和Ni通过固溶强化作用提高钢的强度，且Ni的添加可以改善Cu在钢中易引起的热脆性。同时Cu可以改善钢的耐蚀性，Ni则有益于改善钢的低温韧性。本发明中Cu含量控制为< 0.30%, Ni含量控制为< 0.20%。
[0026]铌Nb =Nb具有强烈的晶粒细化作用，能够延迟奥氏体再结晶，降低相变温度，促进细小针状铁素体性能，提高钢的强度和韧性。本发明中Nb含量控制为0.06~0.10%。[0027]钒V、钛Ti:V和Ti都是重要的微合金元素。其中V在钢中可补充Nb析出强化的不足，还可以改善钢材焊后的韧性。Ti在加热过程中形成TiN，阻碍该阶段奥氏体晶粒的粗大，改善钢及其热影响区的韧性，并有助于Nb固溶发挥强化效果。本发明中V含量控制为(0.06%, Ti含量控制为≤0.02%。
[0028]磷P、硫S:P在钢中容易造成偏析、降低钢的低温韧性和恶化焊接性能。S容易与Mn形成MnS夹杂，影响钢的韧性。因此，本发明应尽量减少P、S的含量以减少其对钢的不利影响，P的含量控制为P≤0.012%, S的含量控制为S≤0.003%。
[0029]本发明涉及的板卷还满足CEpem ≤0.22%，以保证发明钢具有良好的焊接性能。其中 CEP?(%)=C+Si/30+(Cr+Mn+Cu)/20+Mo/15+V/10+Ni/60+5B。
[0030]本发明的有益效果在于:
[0031]1、从管道设计角度出发，在钢级、管径及输气压力不变的前提下，X80管道设计系数由0.72提升至0.8带来了管道壁厚减薄、成本降低等诸多优点，但也带来管壁承受环向应力增加、管道止裂韧性要求提高、管道性能和组织均匀性提高等一些难题。为保证管道运行的安全性和可靠性，0.8设计系数X80管道对其制管用X80钢的力学性能、断裂韧性、可焊接性及上述性能在钢带长度方向上的稳定性等提出了更高的要求。
[0032]2、本发明中的X80钢在低C高Mn体系的基础上，添加了适量的Cu、N1、Cr、Mo等合金元素，采用Nb、V、Ti进行微合金化，并且限制了 CEpem ( 0.22%以保证其焊剂性能。同时通过对轧制过程中板坯长宽比、累计压下率、温度制度等综合因素加以控制，最终获得具有强韧性匹配优异、沿钢带长度方向性能稳定的X80钢热轧板卷。
[0033]3、本发明采用合理的成分设计和制造技术，成功开发出一种高强度高韧性0.8设计系数天然气管道用X80钢热轧板卷。该板卷各项性能满足中石油0.8设计系数X80管道的相关要求，具有优异的强韧性匹配、良好的焊接性能、极低的韧脆转变温度和较高的性能稳定性(钢带长度方向)。
[0034]4、本发明涉及满足0.8设计系数要求的X80热轧卷板屈服强度Rta5为590~650MPa，抗拉强度 Rm ≥ 680MPa,屈强比 Rt(l.5/Rm ( 0.91，延伸率 A5tlnm ≥ 35% ;_20°C冲击功 KV2单值≥280J，冲击功KV2单值≥310J，韧脆转变温度FATT50 ( -60°C；-15°C DffTT断面剪切率SA≥95% ;硬度值HVlO ( 255。
[0035]5、本发明涉及满足0.8设计系数要求的X80热轧卷板头部、中部与尾部的屈服及抗拉强度性能波动值< 40MPa。
【具体实施方式】
[0036]为了更好地解释本发明，以下结合具体实施例进一步阐明本发明的主要内容，但本发明的内容不仅仅局限于以下实施例。
[0037]实施例1
[0038]本实施例钢的化学成分含量(重量百分比)为C:0.035、S1:0.30、Mn:1.75、P:0.010、S:0.0015、Cu:0.30、Cr:0.25、N1:0.20、Mo:0.15、Nb:0.06、V:0.06、T1:0.020、N:0.004、B:0.0001，余量为Fe及不可避免的夹杂元素，碳当量CEpem (%) =0.18。
[0039]经过冶炼和连铸工艺，获得具有上述成分、宽度为1750mm连铸坯，且长宽比为
4.50 ;板坯装炉温度为610°C，再加热温度为1180 ； 1:粗轧阶段累计压下率为76.0%，粗轧终轧温度为1020°C ;精轧阶段累计压下率为70.0%，精轧终轧温度为790°C，钢带经过加速冷却后的卷取温度为370°C。
[0040]钢带头部、中部及尾部拉伸性能及硬度检验结果如下表1:
[0041]表1
【权利要求】
1.一种用于天然气管道的X80钢热轧板卷，其特征在于:所述热轧板卷的化学成分重量百分比为:c:0.035 ~0.070%、Si:0.10 ~0.30%、Mn:1.50 ~1.95%、P ≤0.012%、S ≤0.003%、Cu ( 0.30%、Cr:0.10 ~0.40%、Ni ( 0.20%、Mo:0.10 ~0.35%、Nb:0.06 ~0.10%、V ^ 0.06 ；Ti ( 0.02%、N^0.005% 和 B ≤0.0005%，其余为 Fe 及不可避免的夹杂元素， 该热轧板卷同时还满足CEpem ( 0.22%，其中:
CEpcm (%) =C+Si/30+ (Cr+Mn+Cu) /20+Mo/15+V/10+Ni/60+5B。
2.根据权利要求1所述的用于天然气管道的X80钢热轧板卷，其特征在于:所述热轧板卷头部、中部与尾部的屈服强度及抗拉强度性能波动值< 40MPa。
3.根据权利要求1所述的用于天然气管道的X80钢热轧板卷，其特征在于:所述热轧板卷的屈服强度Rt0.5=590~650MPa,抗拉强度Rm≥680MPa，屈强比Rt0.5/Rm ( 0.91，延伸率A5tlnm≥35% ;-20°C冲击功KV2单值≥280J，冲击功KV2单值≥310J，韧脆转变温度FATT50 ( -600C ；-15°C DffTT 断面剪切率 SA ≥ 95% ;硬度值 HVlO ( 255。
4.一种权利要求1所述用于天然气管道的X80钢热轧板卷的制备方法，该方法通过板坯加热、粗轧、精轧和卷取制备得到热轧板卷其特征在于:所述制备过程中操作参数具体控制如下: 1)板坯加热阶段，板坯装炉温度<650°C,板坯再加热温度为1160~1250°C,入炉加热的板坯宽度≤1750mm且长宽比为4.50~6.25 ; 2)粗轧阶段，粗轧终轧温度为1010~1100°C，粗轧过程累计压下率>70% ； 3)精轧阶段，精轧终轧温度为780~860°C，精轧过程累计压下率>70% ； 4卷取阶段，卷取温度为350~500°C。
【文档编号】C22C38/58GK103602913SQ201310663956
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年12月10日 优先权日:2013年12月10日
【发明者】崔雷, 孔君华, 徐进桥, 李利巍, 邹航, 刘小国, 杜明, 杨海林, 黄为民, 胡晟蓝 申请人:武汉钢铁(集团)公司