CN103710619B

CN103710619B - 一种k60级管件用热轧厚板及其生产方法

Info

Publication number: CN103710619B
Application number: CN201310718421.3A
Authority: CN
Inventors: 张帅; 任毅; 王爽; 刘文月; 高红
Original assignee: Angang Steel Co Ltd
Current assignee: Angang Steel Co Ltd
Priority date: 2013-12-20
Filing date: 2013-12-20
Publication date: 2015-11-18
Anticipated expiration: 2033-12-20
Also published as: CN103710619A

Abstract

本发明提供一种K60级管件用热轧厚板及其生产方法，其化学成分wt%为：C0.11～0.17、Si0.20～0.40、Mn1.55～1.80、Nb0.01～0.04、Ti0.008～0.036、V0.09～0.13、Als0.010～0.045、N0.0015～0.0080、P≤0.015、S≤0.005、（Nb+V+Ti）0.12～0.16、Ti/N≥2.5，(O+N+H)≤0.0090。连铸坯加热温度1150～1190℃；粗轧采用纵横轧制，总变形量≥50%；精轧温度区间765～870℃。轧后钢板采用堆垛空冷或快速水冷后堆垛空冷。淬火温度850～910℃，保温时间0.6～1.4min/mm；回火温度460～600℃，保温0.3～0.9min/mm。本发明可降低成本，钢板具有适宜的强度、低屈强比、良好的韧性，适用于作为制造寒带、冻土带地区油气输送用管件原料。

Description

一种K60级管件用热轧厚板及其生产方法

技术领域

本发明属于低合金钢生产工艺领域，尤其涉及一种长输油气管道用厚度规格大于30mm的低温韧性良好的K60级管件用热轧宽厚板及其生产方法。

背景技术

随着长输油气管道建设的蓬勃发展，管道用钢的需求量持续增长；鉴于管道服役环境的不断恶化及输送压力的增大，对管道的质量要求不断提高。管件是管道中起到改变方向、加固强化等作用的重要结构件，主要包括三通、四通、异径管、弯头和封头等，在长输管道建设中需要大量的管件产品。随着长输管道业的发展，管件用钢在规格、性能上的要求日益苛刻。

近年来，油气管道项目不断向高寒带、冻土带、地震带等环境恶劣地区发展，如俄罗斯、加拿大、阿拉斯加等。这些地区管线服役温度低，易发生塑性变形，因此，应用的管件钢要求高强度，并良好的低温韧性和抗塑变性能。

由于管件形状复杂，管件用钢成型过程中的变形量大，变形方向多，制作管件时一般需要通过热处理成型，因此，要求管件用钢经热处理后必须具有良好的综合性能。

低温带用抗寒K60级管件钢要求屈服强度≥485MPa，抗拉强度590-717MPa，屈强比≤0.85，-40℃下V型缺口夏比冲击功≥50J，-60℃下U型缺口夏比冲击功≥60J。

目前，国内外对管件钢的研究已经有一定进展。如公开号CN12021499A提供了一种“高强度管件用钢及其制造方法”，其X80管件钢成分wt%为：C0.02～0.12％、Mn1.40～2.00％、Si0.10～0.35％、P≤0.015%、S≤0.005%、Ti0.021～0.050％、Cr0.05～0.40%、Mo0.05～0.30%、Cu0.10～0.30%、Ni0.10～0.24%、N≤0.008%、Nb0.02～0.07％、V0.01～0.08%，其余为Fe和不可避免杂质。从其公开的内容看，其成分中添加较多Mo、Ni、Nb、Cu等贵重元素，且其所述管件钢的屈强比过高，达到0.88-0.92，仅能保证-30℃冲击功。

CN102041433A公开的“一种低成本管件用钢X70钢板及其生产方法”，提供了一种厚度16-25mm的X70管件用钢，成分重量百分比：C0.04～0.08％、Mn1.50～1.65％、Si0.20～0.40％、P≤0.010%、S≤0.005%、（V+Nb+Ti+Mo+Ni）≤0.40%、Als≤0.050%，其余为Fe和残余元素。碳当量Ceq≤0.30%。其所制管件钢厚度小，轧态性能虽然达到X70级，但是由于C含量和Ceq低，钢的淬透性和热处理性能稳定性低，成型过程中性能控制难度大。

CN102127697A提供了“一种X70钢级弯管和管件的制备方法”，其X70级弯管和管件成分重量百分比为：C0.09～0.15％、Mn1.25～1.75％、Si0.2%～0.4％、P≤0.010%、S≤0.005%、Ca0.002～0.004%、N≤0.008%、Al0.01～0.04%，或添加Nb0.03～0.10％、Ti0.02%～0.06％、Cr0.15～0.50%、Mo0.15～0.45%、Ni0.15～1.0%。其所制管件强度虽然满足X70级，但屈强比均不低于0.89，成分中（Mo+Cr+Ni）≥0.50%，该类管件的抗应变能力不足，而且，成分中贵重合金元素的加入量大，生产成本高。

CN102011064A公开的“一种X80级低温管件用钢及其制备和应用”，其提供的X80级管件钢成分为：C0.12～0.16％、Mn1.00～1.30％、Si0.20～0.30％、P≤0.015%、S≤0.005%、Nb0.030～0.045％、Mo0.20～0.30%、Ni0.55～0.75%、Cr0.10～0.15%、Ti0.010～0.030％、B0.0005～0.0030%，其余为Fe。该专利同样存在Mo、Ni等贵重合金元素用量多，成本高的问题。

JP2011067833A公开了“一种管桩用高强度电阻焊管件及其生产方法”，提供的X70级管件成分wt%为:C0.04～0.15％、Mn0.82～1.36％、Si0.20～0.25％、P≤0.019%、S≤0.004%、Nb≤0.042%、Ti0.005～0.015％、V≤0.040%。产品厚度不超过16mm，采用电阻焊制管，不适宜作为大壁厚管件。

US2009297872A公开的“一种高强度焊管或管件及其生产方法”，提供了一种X80级高强度焊管或管件，其成分wt%为：C0.02～0.10％、Si≤0.6%、Mn1.5～2.5％、Ni0.10～0.70%、Nb0.01％～0.10％、Ti0.005～0.030％、Al≤0.1%、N0.001～0.006%、B≤0.0025%、Cu≤0.60%、Cr≤0.80%、Mo≤0.35%、V≤0.05%、Ca≤0.006%、Mg≤0.006%，其余为Fe或杂质元素。产品厚度20mm，合金元素含量较多，采用控轧控冷或控轧控冷+回火方式生产。该专利同样存在产品厚度小，生产成本高等问题。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中厚规格低温管件用钢及生产方法的不足，从而提供一种适用于寒带、亚寒带地区油气输送使用的大壁厚、低屈强比、高韧性的K60级管件用热轧厚板及其生产方法。

为此，本发明采取了如下解决方案：

一种K60级管件用热轧厚板，成分设计以C、Mn为基础，利用V在钢板生产和制管热处理过程中的强化作用提高钢板性能。其化学成分wt%为：

C：0.11％～0.17％、Si：0.20％～0.40％、Mn：1.55％～1.80％、Nb：0.01%～0.04％、Ti：0.008％～0.036％、V：0.09％～0.13％、Als：0.010%～0.045%、N：0.0015%～0.0080%、P≤0.015%、S≤0.005%、（Nb+V+Ti）：0.12%～0.16%、Ti/N≥2.5，(O+N+H)≤0.0090%，余量为铁和不可避免的杂质。

所述化学成分中还含有Mo、Ni、Cu、Cr元素中的一种或两种，其中Mo：0～0.12%、Ni：0～0.15%、Cu：0～0.15%、Cr：0～0.20%，（Mo+Ni+Cu+Cr）≤0.25%。

所述化学成分CE_IIW控制在0.39%～0.45%，其中CE_IIW=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15。

本发明成分设计理由是：

C是钢中最基本、最有效的强化元素，能够形成间隙固溶体，还可以与合金元素作用形成碳化物，提高强度，影响钢中微观组织的构成，且可以增加淬透性和热处理稳定性，因此，碳含量不宜过低；但是，碳含量的增加对材料韧性和焊接性不利，所以，碳含量也不能过高。本发明碳含量控制在0.11％～0.17％较为适宜。

Si有固溶强化作用，提高淬透性和耐回火性，但其含量过高会使钢的塑性和韧性降低，使焊接性恶化，易引起冷脆，适宜范围是0.20％～0.40％。

Mn可以降低相变的下临界点，增加奥氏体稳定性，并具有固溶强化作用，对提高淬透性也有利，但是，锰含量过高易诱发偏析，增大回火脆性，本发明将锰含量控制在1.65％～1.90％。

Nb有明显的固溶强化作用，以碳氮化物形式析出时能够阻碍晶粒长大，细化晶粒，同时钉扎位错起到强化作用。铌还可以增加热处理稳定性，回火过程中起到二次硬化作用。但是，铌含量过高会恶化焊接性能，促进焊接裂纹生成，也会使成本明显增加，本发明将铌含量控制在0.01％～0.04％较为适宜。

Ti可有效固定钢中的氮元素，易形成碳氮化物，且熔点高，Ti/N≥2.5能够保证氮化钛析出，有效减少和控制游离氮元素量，抑制板坯加热过程中和管件焊接过程中晶粒的长大；但钛含量过高对韧性有不利影响，因此，本发明将钛含量控制在0.008％～0.036％较为适宜。

V固溶于铁素体中可以发挥明显的固溶强化作用，提高强度。热处理时具有二次硬化作用，增加耐回火能力，保证热处理后性能。本发明重点运用V的以上两种特性，有效改善管件钢的综合性能。另外，V还具有一定的细化晶粒能力。而其含量过高会影响韧性和焊接性。因此，本发明将钒含量控制在0.09％～0.13％。

Al有效的脱氧元素，铝含量过高会使钢中的夹杂物增加，因此，酸溶铝的含量控制在0.010%～0.045%为宜。

Mo能够明显提高淬透性，促进中低温组织转变，但是，钼含量过高会增加成本，对焊接性也有不利影响，因此，应控制其含量在0.12%以下。

Ni、Cu可以起到固溶强化作用，可以提高淬透性；镍还能提高塑性和韧性。但镍价格较高、铜含量过高会使韧性恶化，因此，将其含量控制在0.15%以下为宜。

Cr有很强的固溶强化作用，还可以有效提高组织稳定性，但Cr含量过高对焊接性不利，所以，Cr含量以不超过0.20%为宜。

本发明的CE_IIW控制在0.39%～0.45%，既可以保证钢板的强韧性，又能使钢板具有适宜的可焊性。

一种K60级管件用热轧厚板的生产方法，包括铁水预处理、转炉冶炼、炉外精炼、连铸、轧制、冷却及热处理工艺，其具体方法为：

连铸坯经清理后装炉加热，加热温度1150～1190℃，加热总时间1.1～1.8min/mm，板坯均热时间20-60min；连铸坯清理可有效减少表面缺陷，提高钢板表面质量。该加热工艺可满足坯料内合金元素固溶和坯料温度均匀性，有效控制奥氏体晶粒尺寸。

粗轧温度区间为1000～1130℃，采用纵横轧制方式，粗轧阶段每道次变形量不小于10%，其中，末道次变形量不小于16%，粗轧总变形量不小于50%，粗轧阶段利用奥氏体再结晶充分细化晶粒；中间待温坯厚度2.1t～3.4t，t为成品钢板厚度，精轧温度区间为765～870℃，精轧阶段促进奥氏体变形并积累形变能。

轧后钢板可采用堆垛空冷或加速水冷后堆垛空冷。采用堆垛空冷时，通过控制堆垛钢板温度、堆垛数量及整垛总厚度控制堆垛空冷冷速为0.05～0.8℃/s；采用快速水冷后堆垛空冷时，快速冷却速度为5～15℃/s，终冷温度450～550℃，之后堆垛空冷，堆垛空冷冷速0.05～0.8℃/s。

热处理时，控制淬火温度850～910℃，保温时间0.6～1.4min/mm，获得部分奥氏体化的复合组织；淬火冷却速度≥25℃/s，冷却至室温，获得贝氏体、马氏体的硬相。回火温度460～600℃，保温0.3～0.9min/mm，促进析出强化及回火硬化，提高屈服强度，降低残余应力。

本发明的有益效果为：

1、本发明成分设计以C、Mn为基础，利用V在钢板生产和制管热处理过程中的强化作用提高性能；取代或减少Mo、Ni、Nb等贵重合金元素用量，降低成本。同时选择合适的C含量和CE_IIW，可保证材料具有较好的可焊性。

2、钢板最终微观组织为双相组织，其中，软相为铁素体，硬相以贝氏体为主，控制铁素体体积百分比在20%～60%，平均晶粒尺寸不超过12μm，使钢板具有适宜的强度、低屈强比、良好的韧性。

3、本发明K60级管件用热轧厚板的厚度规格达32～60mm，屈服强度达525MPa以上，抗拉强度640-700MPa，屈强比≤0.85，-40℃的V型缺口夏比冲击功≥100J，-60℃的U型缺口夏比冲击功≥120J，适用于作为制造寒带、冻土带地区油气输送用管件原料。

附图说明

图1是实施例2典型金相组织照片；

图2是实施例7典型金相组织照片。

具体实施方式

实施例的化学成分见表1。

表1实施例K60级管件用热轧厚板的化学成分wt%表

实施例热轧厚板轧制工艺参数见表2。

表2实施例热轧厚板轧制工艺工艺参数表

实施例热轧厚板冷却工艺参数见表3。

表3实施例热轧厚板冷却工艺参数表

实施例	冷却方式	冷却速度℃/s	终冷温度℃	堆垛缓冷冷速℃/s
					1	快速水冷+堆垛空冷	6	465	0.06-0.5
2	堆垛空冷	——	——	0.1-0.7
					3	快速水冷+堆垛空冷	11	525	0.08-0.7
4	快速水冷+堆垛空冷	13	510	0.08-0.6
					5	堆垛空冷	——	——	0.06-0.7
6	快速水冷+堆垛空冷	8	480	0.06-0.5
					7	快速水冷+堆垛空冷	13	535	0.06-0.7

实施例热轧厚板调质工艺参数见表4。

表4实施例热轧厚板调质工艺参数表

实施例	淬火加热温度℃	淬火保温时间min/mm	回火加热温度℃	回火保温时间min/mm
					1	880	1.1	520	0.6
2	850	0.8	500	0.5
					3	870	1.0	470	0.8
4	900	0.7	550	0.5
					5	850	1.3	500	0.6
6	900	0.8	570	0.3
					7	860	0.8	470	0.9

实施例调质处理后的性能见表5。

表5实施例热轧厚板调质处理后性能

拉伸试样为φ12.7mm圆拉伸试样。

Claims

1.一种K60级管件用热轧厚板，其特征在于，其化学成分wt％为：

C：0.11％～0.17％、Si：0.20％～0.40％、Mn：1.55％～1.80％、Nb：0.01％～0.04％、Ti：0.008％～0.036％、V：0.09％～0.13％、Als：0.010％～0.045％、N：0.0015％～0.0080％、P≤0.015％、S≤0.005％、(Nb+V+Ti)：0.12％～0.16％、Ti/N≥2.5，(O+N+H)≤0.0090％，还含有Mo、Ni、Cu、Cr元素中的一种或两种，其中Mo：0～0.12％、Ni：0～0.15％、Cu：0～0.15％、Cr：0～0.20％，(Mo+Ni+Cu+Cr)≤0.25％，余量为铁和不可避免的杂质，CE_IIW控制在0.39％～0.45％，其中：CE_IIW＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15。

2.一种如权利要求1所述K60级管件用热轧厚板的生产方法，包括铁水预处理、转炉冶炼、炉外精炼、连铸、轧制、冷却及热处理；其特征在于：

连铸坯经清理后装炉加热，加热温度1150～1190℃，加热总时间1.1～1.8min/mm，均热时间20-60min；

粗轧温度区间为1000～1130℃，采用纵横轧制方式，粗轧阶段每道次变形量不小于10％，其中，末道次变形量不小于16％，粗轧总变形量不小于50％；中间待温坯厚度2.1t～3.4t，t为成品钢板厚度，精轧温度区间为765～870℃；钢板厚度规格45～60mm；

轧后钢板采用堆垛空冷或快速水冷后堆垛空冷；采用堆垛空冷时，通过控制堆垛钢板温度、堆垛数量及整垛总厚度控制堆垛空冷冷速为0.05～0.8℃/s；采用快速水冷后堆垛空冷时，快速冷却速度为5～15℃/s，终冷温度465～550℃，之后堆垛空冷，堆垛空冷冷速0.05～0.8℃/s；

热处理时，控制淬火温度850～910℃，保温时间0.6～1.4min/mm；淬火冷却速度≥25℃/s，冷却至室温；回火温度460～600℃，保温0.3～0.6min/mm。