CN107988562A

CN107988562A - 一种x65级低成本海底管线钢及其制造方法

Info

Publication number: CN107988562A
Application number: CN201610951516.3A
Authority: CN
Inventors: 黄明浩; 黄国建; 栗锐; 吴成举; 张英慧; 孔祥磊; 王杨
Original assignee: Angang Steel Co Ltd
Current assignee: Angang Steel Co Ltd
Priority date: 2016-10-27
Filing date: 2016-10-27
Publication date: 2018-05-04

Abstract

本发明提供了一种X65级低成本海底管线钢及其制造方法，该管线钢的成分按重量百分比计如下：C：0.05％‑0.09％，Si：0.10％‑0.30％，Mn：1.40％‑1.60％，P：≤0.018％，S：≤0.008％，Ti：0.008％‑0.020％，Als：0.02％‑0.06％，Nb：0.02％‑0.04％，Cr：0.10％‑0.15％，N：≤0.008％，Pcm≤0.20，其余为Fe和不可避免元素；制造方法：冶炼、连铸、连铸坯再加热、轧制、冷却、卷取；采用本发明生产的管线钢具有较高强度和良好的焊接性；轧制和卷取设备负荷小，轧制和卷取容易实施。

Description

一种X65级低成本海底管线钢及其制造方法

技术领域

本发明属于金属材料领域，尤其涉及一种低成本螺旋埋弧焊用管线钢热轧卷板及其制造方法。

背景技术

根据输送介质和海洋环境不同对海底管线用钢的要求不同。用于输送石油、天然气，工作在低温、高压、强腐蚀恶劣海洋环境中的海底管线用钢，不仅承受着内外压力、轴向力、弯矩等静载荷和温度荷载的联合作用，而且还要承受交变的外压、波浪、海流的动载荷的作用，使管道承受着多种载荷的联合作用并引发多种形式的破坏。因此，对强度与韧性、抗压性能、耐腐蚀性能、尺寸精度等指标都有着严格的要求。为达到相应要求，该类管线钢设计通常添加大量贵重合金元素，采用苛刻的轧制冷却工艺，制造难度大。简化点

但对于用于输送非石油、天然气，如达标的污水排放、水煤浆等介质，工作在海洋环境一般的浅海区域的中低端海底管线用钢则可以采用低成本设计，同时轧制冷却工艺易于实施。该类中低端海底管线用钢的设计C、Mn含量适中，合金成本低，具有较高强度和良好的焊接性，完全可以满足标准要求，在钢铁产能过剩的市场条件下，更具有大的市场竞争力和市场前景。

目前，采用常规热连轧机组生产海底管线用X65管线钢热轧卷板在工程上已有初步应用，但一般为满足输送石油、天然气的高端市场需求设计，需要添加较多量的贵重合金(Ni、Cu、V等)，合金成本高。但针对输送非输送石油、天然气使用的普通海底管道用钢却没有相关研究，特别是采用低铌添加少量合金铬生产低成本X65管线钢热轧卷板无报道，以下简单介绍与本发明较为接近的专利和文献：

中国发明CN103834874A，厚壁高DWTT性能X65-X70海底管线钢及制造法。成分中含C：0.03％-0.05％，Mn：1.47％-1.70％，Cr：0.10％-0.20％，Cu：0.12％-0.20％，Ni：0.36％-0.45％，Nb：0.04％-0.05％。精轧开轧温度80±20℃，精轧终轧温度790±15℃。该专利中C含量较低，需要添加较多合金元素Ni、Cu保证强度，合金成本高。精轧开轧温度低，轧机负荷大。

中国发明CN103451536A，一种低成本厚规格海底管线钢板及其制造方法。成分中含C：0.04％-0.06％，Mn：1.43％-1.47％，Ni：0.10％-0.15％，Nb：0.03％-0.04％。终轧温度750-810℃，轧制后钢板弛豫缓冷，终冷温度350-450℃。该专利中C含量较低，需要添加较多合金元素Ni保证强度，合金成本高。轧制后钢板弛豫缓冷在热连轧不具备实施条件，终冷温度低，卷取困难。

中国发明CN105132833A，一种经济型高强度海底管线钢及生产方法。成分中含C：0.05％-0.08％，Mn：0.8％-1.3％，Cr：0.10％-0.30％，V：0.020％-0.045％，Nb：0.015％-0.040％。冷却速率不低于70℃/s，卷取温度200-350℃。该专利中C含量较低，需要添加较多合金元素Ni保证强度，合金成本高；冷却速度快，难于控制，卷取温度低，对卷取机要求高。

论文“厚规格海底管线钢X65生产工艺开发”(辽宁科技大学学报，2012，35(4)：402-406)，其成分中C：0.10％，Mn：1.65％，Ni：0.30％，Cr：0.30％，Mo：0.50％，Nb：0.06％，V：0.06％，Ti：0.04％；采用低终轧温度+低返红温度生产。该专利中C含量略高，Mn含量高，同时含有大量合金元素Ni、Mo、Nb、V等，合金成本高。

以上公开的专利或文献中，均添加较多量的贵重合金(Ni、Cu、V等)，合金成本高；工艺上轧制和卷取温度低，对轧机能力和卷取机能力要求高。均与本发明采用C-Mn-Nb-Cr的低成本设计有明显不同之处。

发明内容

本发明的目的在于克服上述问题和不足而提供一种X65钢级海底输送管道用管线钢热轧卷板及其制造方法，具有较高强度和良好的焊接性，节约合金成本，轧制和卷取设备负荷小，轧制和卷取容易实施。

本发明的目的是这样实现的：

一种X65级低成本海底管线钢，该钢板的成分按重量百分比计如下：C：0.05％-0.09％，Si：0.10％-0.30％，Mn：1.40％-1.60％，P：≤0.018％，S：≤0.008％，Ti：0.008％-0.020％，Als：0.02％-0.06％，Nb：0.02％-0.04％，Cr：0.10％-0.15％，N：≤0.008％，Pcm≤0.20，其中Pcm＝C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B，其余为Fe和不可避免元素。

所述钢板的组织为针状铁素体和少量铁素体的混合组织，其中，铁素体体积百分含量4％-8％。

与现有技术相比，本发明C、Mn含量适中，Nb含量低，少量Cr取代贵重元素Ni、Mo、V等，节约合金成本。

本发明成分设计理由如下：

C：碳属于固溶元素，主要起固溶强化作用，是保证强度最为有效的元素，可以提高淬透性。与强碳化物形成元素形成碳化物析出，起到沉淀强化作用。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，本发明碳控制在0.05％～0.09％较为适宜。

Si：硅可以起到固溶强化作用，但其含量过高会使钢的塑性和韧性降低，其最佳范围是0.10％-0.30％。

Mn：锰主要起固溶强化和相变强化的作用，可弥补管线钢因碳含量降低而损失的屈服强度，还能增加奥氏体稳定性，对低温韧性和提高淬透性也有利。锰还起降低相变温度的作用，有助于晶粒细化，提高强度和韧性。但是，锰含量过高易诱发偏析，导致成分、组织不均匀。Mn含量控制在1.40％～1.60％较为适宜。

P：磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏，应控制其含量≤0.018％。

S：硫是钢中有害元素，使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，对焊接性能也不利，应控制其含量≤0.008％。

Ti：钛是强碳氮化物形成元素，显著细化奥氏体晶粒，可弥补因碳降低而引起的强度的下降。含量太高，易形成粗大的TiN，降低材料性能，合适的范围是0.008％-0.020％。

Als：铝是常用的脱氧剂，在钢中加入少量的铝，可细化晶粒，提高冲击韧性，合适的范围是0.02％-0.06％。

Nb：铌是细晶和析出强化元素，改善焊接性能。在管线钢中具有强烈的晶粒细化作用，这种作用主要是由于延迟或阻止热轧后面机架中的奥氏体再结晶，Nb通过降低奥氏体向铁素体相变温度，在提高铁素体形核速率的同时降低晶粒长大速率。同时Nb在轧后快速冷却阶段可促进针状铁素体组织形成，同时在卷取后缓冷阶段具有析出强化作用，提高强度但不降低低温韧性。但过高会增加合金成本，合适的范围是0.02％-0.04％。

Cr：铬有很强的固溶强化作用，还可以有效提高组织稳定性。在提高强度和细化晶粒方面，Cr与Mo一样，可抑制块状铁素体的形成、细化晶粒并促进针状铁素体转变，获得多而细的针状铁素体组织，保证晶粒度10级以上，从而大大提高强度，且保证制管的焊接性，特别是对于厚规格管线钢，需要加入一定量Cr提高淬透性来弥补厚度带来的强度损失，改善厚度方向上组织和性能的均匀性。同时，Cr与Nb配合使用，可以促进Nb的析出，提高Nb的析出强化作用。加入0.10％以上的Cr，可以改善钢的耐腐蚀性能。随着Cr含量的增加，强度上升较大，但如果加入量太大，会显著降低焊接热影响区韧性和可焊性。因此，本发明Cr的合适范围是0.10％-0.15％。

N：固溶氮有钉扎位错的强烈作用，对韧性有不良影响，应控制其含量≤0.008％。

一种X65级低成本海底管线钢的其制造方法，包括冶炼、连铸、连铸坯再加热、轧制、冷却、卷取；

(1)冶炼、连铸：铁水预处理，转炉冶炼－经顶吹或顶底复合吹炼，炉外精炼、LF炉轻脱硫处理及进行钙处理以控制夹杂物形态和提高钢的延展性、韧性和冷弯性能，板坯连铸制成连铸板坯，连铸采用电磁搅拌或动态轻压下、以提高连铸板坯的质量；

(2)轧制：连铸板坯经加热炉加热至1130-1160℃，保温140-300分钟，该加热温度范围可以保证合金元素充分固溶，同时，防止奥氏体晶粒过分长大；随后在热连轧机组进行两阶段控制轧制，第一阶段开轧温度为1120-1160℃，终轧温度大于970℃，累计变形量大于60％，使奥氏体再结晶后的晶粒细化；第二阶段开轧温度小于960℃，终轧温度为790-840℃，该轧制工艺下，形变和相变同时进行，奥氏体晶粒被拉长，奥氏体晶界的增加和滑移带出现为铁素体形核提供有利条件，得到细晶粒铁素体；

(3)冷却：轧后卷板以10-25℃/s的冷却速度进行冷却，在480-600℃温度进行板卷卷取，得到细小均匀的针状铁素体和少量铁素体的混合组织，其中，铁素体含量4％-8％。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明C、Mn含量适中，Pcm≤0.20％，具有较高强度和良好的焊接性；

(2)本发明采用C-Mn-Nb-Cr低成本设计替代添加大量贵重合金元素Ni、Cu、V等，节约合金成本。

(3)本发明终轧温度和卷取温度适中，轧制和卷取设备负荷小，轧制和卷取容易实施。

附图说明

图1为本发明实施例1显微组织金相图。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步的说明。

本发明实施例根据技术方案的组分配比，进行冶炼、连铸、连铸坯再加热、轧制、冷却、卷取。本发明实施例钢的成分见表1。本发明实施例钢的主要工艺参数见表2。本发明实施例钢的拉伸性能和铁素体含量见表3。本发明实施例钢的韧性指标见表4。

表1 本发明实施例钢的成分(wt，％)

表2 本发明实施例钢的主要工艺参数

表3 本发明实施例钢的拉伸性能和铁素体含量

表4 本发明实施例钢的韧性指标

由表3，4可见，采用本发明的成分、冶炼、连铸、加热、轧制、冷却和卷取工艺，生产出的低成本海底管线用X65热轧卷板，力学性能满足API SPEC 5L标准对X65级钢管的要求,可以用于制造满足API SPEC 5L标准要求的X65级海底管线用钢管。

Claims

1.一种X65级低成本海底管线钢，其特征在于，该管线钢的成分按重量百分比计如下：C：0.05％-0.09％，Si：0.10％-0.30％，Mn：1.40％-1.60％，P：≤0.018％，S：≤0.008％，Ti：0.008％-0.020％，Als：0.02％-0.06％，Nb：0.02％-0.04％，Cr：0.10％-0.15％，N：≤0.008％，Pcm≤0.20，其余为Fe和不可避免元素；

其中Pcm＝C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B。

2.根据权利要求1所述X65级低成本海底管线钢，其特征在于，所述钢板的组织为针状铁素体和少量铁素体的混合组织，其中，铁素体体积百分含量4％-8％。

3.一种权利要求1或2所述的X65级低成本海底管线钢的其制造方法，冶炼、连铸、连铸坯再加热、轧制、冷却、卷取，其特征在于：

(1)轧制：连铸板坯经加热炉加热至1130-1160℃，保温140-300分钟；随后在热连轧机组进行两阶段控制轧制，第一阶段开轧温度为1120-1160℃，终轧温度大于970℃，累计变形量大于60％；第二阶段开轧温度小于960℃，终轧温度为790-840℃；

(2)冷却：轧后卷板以10-25℃/s的冷却速度进行冷却，在480-600℃温度进行板卷卷取。