專利名稱：含稀土元素的x80管線鋼及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種含稀土元素的X80管線鋼及其制備方法，屬于冶金技術領域。
背景技術：
石油天然氣工業的迅猛發展和鋼鐵冶金技術的進步，使得21世紀管線鋼的開發呈現出蓬勃發展的態勢。作為石油、天然氣的一種經濟、安全、不間斷的長距離輸送工具，管線鋼的技術開發越來越弓I起人們的重視。為了提高輸送效率，石油天然氣的管道輸送已迅速向大口徑、高壓、高密度輸送方向發展，隨著輸氣管道輸送壓力的不斷提高，輸送鋼管也相應地迅速向高性能發展。以“西氣東輸”為代表的一系列管線工程的立項實施標志著我國進入了石油天然氣長輸管道建設的聞峰期。
隨著管道輸送壓力的不斷提高，管線鋼管也迅速向高鋼級發展；同時，在提高輸送壓力的情況下，對管線鋼的韌性要求也越來越高。高鋼級別管線不僅要求增加鋼管的強度，還要防止管線的脆性斷裂和延性斷裂擴展，具有一定的低溫韌性。高級別管線鋼力學性能的實現主要依靠成分設計與合理的生產工藝路線。X80鋼的成分設計為低碳微合金化。微量稀土元素的添加能夠細化鋼的凝固組織，改善夾雜物的形態和分布，且能凈化晶界，從而可以有效改善鋼的機械性能，尤其是在提高合金的韌性和改善焊接熱影響區的韌性方面有明顯效果。此外，控制冷卻工藝參數，主要包括開始冷卻溫度、冷卻速度和冷卻終止溫度。這些參數對相變機制、合金元素化合物的析出、相變產物及相變后的組織有直接影響。因此，為了獲得理想的鋼板組織和性能，可通過制定合理的控軋控冷工藝充分地挖掘材料的潛力，通過細晶強化、固溶強化、第二相及沉淀強化等多種強化手段綜合改善管線鋼的組織，提高其使用性能。申請號為201010101105.8，申請日為2010年01月26日，專利名稱為“一種低屈強比X80級管線鋼及其制造方法”的發明專利，提供了一種X80管線鋼的成分:C 0.02
0.06%, Si 0.22 0.29%, Mn 1.6 1.9%, S ≤ 0.002%, Al ≤ 0.045%, Cu 0.15 0.25%, Cr
0.08 0.26%, Ni 0.2 0.3%, Nb 0.07 0.11%, V 0.03 0.057%, Ti 0.012 0.022%,Mo 0.22 0.32%，N≤0.0043%, Ca ≤0.0018%，余量為Fe。該發明所用合金成分偏多，成本較高。
發明內容
本發明需要解決的技術問題就在于克服現有技術的缺陷，提供一種含稀土元素的X80管線鋼及其制備方法，它通過微量稀土元素的添加，凈化鋼液，細化鋼的凝固組織，改善夾雜物形態和分布，從而可以有效改善鋼的機械性能。
為解決上述問題，本發明采用如下技術方案:
本發明提供了一種含稀土元素的X80管線鋼，所述管線鋼的化學成分中含有下列重量百分比的化學元素:c 0.035 0.060，Si 0.15 0.25，Mn 1.35 1.65，P ≤ 0.012，S ≤ 0.0025,Nb 0.080 0.100,V 0.020 0.030,Ti 0.010 0.020,Mo 0.15 0.25,Ni
0.25 0.35, Cu 0.20 0.30, Cr 0.20 0.30, Al 0.02 0.05,N ≤ 0.005, RE 0.005
0.08。本發明同時公開了一種所述的含稀土元素的X80管線鋼的制備方法，包括冶煉、鑄造、及熱軋步驟；在冶煉和鑄造步驟中，加入稀土元素前，鋼液的全氧含量< 150ppm，稀土元素加入后到澆 鑄時，間隔時間< 30秒。具體步驟為:
(1)冶煉和鑄造:采用真空感應爐、非真空冶煉、電爐+爐外精煉、轉爐+爐外精煉中任一種進行冶煉；在加入稀土元素前控制鋼液的全氧含量< 150ppm,出鋼燒鑄前加入稀土元素，稀土元素加入到澆鑄之間時間間隔彡30秒；澆鑄溫度為1500 1650°C ；
(2)熱軋:開軋前將鑄坯加熱至1180±10°C，開軋溫度控制在1140±15°C，粗軋終止溫度控制1025±15°C，粗軋六道次，平均壓下率為24.5%，精軋開始溫度控制在910± 15°C，終軋溫度控制在810±15°C，精軋六道次，平均壓下率為18.5%，終軋后空冷速度為25°C /s。冶煉采用單流方式，在結晶器浸入式水口處加入稀土包芯線，以保證較高的稀土收得率；所加稀土為稀土 La、Ce金屬絲鐵皮包芯線，以及稀土鑭鈰混合稀土金屬絲鐵皮包芯線，包芯線中La質量分數為35%，Ce質量分數為65%。鑄坯經熱軋成為板材后，進行卷曲，卷曲溫度控制在470 ± 15°C。本發明通過微量稀土元素的添加，凈化鋼液，細化鋼的凝固組織，改善夾雜物形態和分布，從而可以有效改善鋼的機械性能。本發明含稀土元素的X80管線鋼的最終組織為針狀鐵素體+貝氏體+MA島。本發明含稀土元素的X80管線鋼的屈服強度為585 705MPa，抗拉強度765 885MPa，屈強比彡 0.825。本發明含稀土元素的X80管線鋼的低溫韌性:-20°C，試樣平均沖擊功285J，焊縫熱影響區平均沖擊功236J ;_40°C，試樣平均沖擊功209J，焊縫熱影響區平均沖擊功187J。1050°C時，低碳高鈮管線鋼在Nb的碳氮化物幾乎能夠全都在基體中固溶，而當溫度在1200°C以上時會導致奧氏體晶粒的急劇長大。因此，為了使合金元素在基體中充分的固溶，同時又能保證金屬在高溫奧氏體區(通過再結晶軟化率實驗測得)的粗軋階段時避免原始奧氏體晶粒粗化，本發明將X80鋼鑄坯的再加熱溫度選擇在1180°C。本發明采用兩階段控制軋制。在粗軋階段軋制，再結晶的奧氏體晶粒尺寸隨著變形量的增大而減小，在高溫奧氏體區進行大變形量軋制時，奧氏體晶粒充分破碎。隨后是精軋階段，在奧氏體未再結晶區進行，此時的軋制是使奧氏體晶粒壓扁拉長，在晶粒內部產生滑移帶。這樣，在奧氏體發生相變形成鐵素體時，奧氏體晶界和滑移帶往往成為鐵素體形核的形核位置，使得晶粒得到細化。
圖1為實施例1所制造的X80管線鋼經過4%硝酸酒精浸蝕后的金相組織圖。
圖2為實施例1所制造的X80管線鋼經過4%硝酸酒精浸蝕后的掃描電鏡組織圖。從圖1和圖2中可以看出，實施例1所制造的X80管線鋼組織主要為針狀鐵素體、貝氏體和多邊形鐵素體組成，上面分布著少量Μ/A島。
具體實施例方式實施例1:
按照設計成分進行冶煉，澆鑄成鑄坯。采用真空感應爐進行冶煉；在加入稀土元素前控制鋼液的全氧含量< 150ppm，出鋼澆鑄前加入稀土元素，稀土元素加入到澆鑄之間時間間隔< 30秒。冶煉采用單流方式，在結晶器浸入式水口處加入稀土包芯線，以保證較高的稀土收得率；所加稀土為稀土 La、Ce金屬絲鐵皮包芯線，包芯線中La質量分數為35%，Ce質量分數為65%。澆鑄溫度為1500 1650°C ；
鑄坯成分為:C 0.042%, Si 0.2%, Mn 1.48，P 0.008%, S 0.0006% Al 0.04%, Nb0.087%, Ti 0.017%, V 0.023%, Mo 0.23%, Cu 0.29%, Cr 0.21%, N 0.0033%, Ni 0.28%, Ce0.035%, Fe 余量。開軋前將鑄坯加熱至1180±10°C，開軋溫度控制在1140± 15°C，粗軋終止溫度控制1025±15°C，粗軋六道次，平均壓下率為24.5%，精軋開始溫度控制在910± 15°C，終軋溫度控制在810±15°C，精軋六道次，平均壓下率為18.5%，終軋后空冷速度為25°C /s。
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鑄坯經熱軋成為板材后，進行卷曲，卷曲溫度控制在470±15°C。成品X80管線鋼的光學顯微組織見附圖1。定量金相分析表明，針狀鐵素體體積百分比為75%，貝氏體體積百分比為19%，M/A島體積百分比為6%。針狀鐵素體具有較小的等效晶粒尺寸，而且內部具有細小的亞結構和高密度的可動位錯，使其具有良好的強韌性。M/A島的體積較小且分布比較彌散，對裂紋擴展起到一定的阻礙作用，可有效提高管線鋼的強韌性和動態沖擊性能。附圖2為實驗鋼的SEM圖，可以清楚地看到針狀鐵素體與Μ/A島狀組織形貌。成品X80管線鋼成品厚度18.4mm,經測定，屈服強度為615MPa，抗拉強度834MPa，屈強比0.737。低溫韌性:-20°C，試樣平均沖擊功293J，焊縫熱影響區平均沖擊功220J ;_40°C，試樣平均沖擊功197J，焊縫熱影響區平均沖擊功175J。實施例2
鑄坯的重量百分比成分為:C 0.035，Si 0.25，Mn 1.35，P 0.012，S 0.002，Nb 0.100，V 0.020，Ti 0.020，Mo 0.15，Ni 0.35，Cu 0.20，Cr0.30，Al 0.02，N 0.005，RE 0.005，Fe余量。實施例3
鑄坯的重量百分比成分為:C 0.060, Si 0.15，Mn 1.65，P 0.008, S 0.0015, Nb0.080, V 0.030, Ti 0.010, Mo 0.25, Ni 0.25, Cu 0.30, Cr 0.20, Al 0.05, N 0.003, RE
0.08, Fe 余量。最后應說明的是:顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明本發明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引申出的顯而易見的變化或變動仍處于本發明的保護范圍之中 。
權利要求
1.一種含稀土元素的X80管線鋼，其特征在于，所述管線鋼的化學成分中含有下列重量百分比的化學元素:c 0.035 0.060，Si 0.15 0.25，Mn 1.35 1.65，P ≤ 0.012，S ≤ 0.0025,Nb 0.080 0.100,V 0.020 0.030,Ti 0.010 0.020,Mo 0.15 0.25,Ni0.25 0.35, Cu 0.20 0.30, Cr 0.20 0.30, Al 0.02 0.05,N ≤ 0.005, RE 0.005 0.08。
2.如權利要求1所述的含稀土元素的X80管線鋼的制備方法，包括冶煉和鑄造、及熱軋步驟；其特征在于:在冶煉和鑄造步驟中，加入稀土元素前,鋼液的全氧含量< 150ppm,稀土元素加入后到澆鑄時，間隔時間< 30秒。
3.如權利要求2所述的含稀土元素的X80管線鋼的制備方法，其特征在于，具體步驟為: (1)冶煉和鑄造:采用真空感應爐、非真空冶煉、電爐+爐外精煉、轉爐+爐外精煉中任一種進行冶煉；在加入稀土元素前控制鋼液的全氧含量< 150ppm,出鋼燒鑄前加入稀土元素，稀土元素加入到澆鑄之間時間間隔彡30秒；澆鑄溫度為1500 1650°C ； (2)熱軋:開軋前將鑄坯加熱至1180±10°C，開軋溫度控制在1140±15°C，粗軋終止溫度控制1025±15°C，粗軋六道次，平均壓下率為24.5%，精軋開始溫度控制在910± 15°C，終軋溫度控制在810±15°C，精軋六道次，平均壓下率為18.5%，終軋后空冷速度為25°C /s。
4.如權利要求3所述的含稀土元素的X80管線鋼的制備方法，其特征在于:冶煉采用單流方式，在結晶器浸入式水口處加入稀土包芯線，以保證較高的稀土收得率；所加稀土為稀土 La、Ce金屬絲鐵皮包芯線，以及稀土鑭鈰混合稀土金屬絲鐵皮包芯線，包芯線中La質量分數為35%，Ce質量分數為65%。
5.如權利要求3或4所述的含稀土元素的X80管線鋼的制備方法，其特征在于:鑄坯經熱軋成為板材后，進行卷曲，卷曲溫度控制在470 ± 15°C。
全文摘要
本發明公開了一種含稀土元素的X80管線鋼及其制備方法，所述管線鋼的化學成分中含有下列重量百分比的化學元素C0.035～0.060，Si0.15～0.25，Mn1.35～1.65，P≤0.012，S≤0.0025，Nb0.080～0.100，V0.020～0.030，Ti0.010～0.020，Mo0.15～0.25，Ni0.25～0.35，Cu0.20～0.30，Cr0.20～0.30，Al0.02～0.05，N≤0.005，RE0.005～0.08。本發明通過微量稀土元素的添加，凈化鋼液，細化鋼的凝固組織，改善夾雜物形態和分布，從而可以有效改善鋼的機械性能。
文檔編號C21D8/02GK103205654SQ201310141510
公開日2013年7月17日 申請日期2013年4月23日 優先權日2013年4月23日
發明者王海燕, 任慧平, 高雪云, 孫昊, 吳鋼 申請人:內蒙古科技大學