一種x65-x80級別熱煨彎管用寬厚鋼板及其制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種X65-X80級別熱煨彎管用寬厚鋼板及其制造方法，特別是根據彎管廠不同的彎管工藝，分別設計X65、X70、X80級別彎管用鋼板的合適的成分、組織及工藝，滿足熱彎管后達到相關強度級別的管線鋼性能要求。產品厚度覆蓋20-40mm，寬度覆蓋2500-4000mm，獲得具有優良的強韌性、熱成型性、熱穩定性的熱軋鋼板，為長輸管道工程中高壓彎管用鋼板提供解決方案，提高了高級別管線鋼板的使用安全性。
【專利說明】一種X65-X80級別熱煨彎管用寬厚鋼板及其制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于低合金高強鋼制造【技術領域】，涉及到一種石油天然氣管道中彎管用 X65、X70、X80三個級別熱煨彎管熱軋鋼板及其制造方法。
【背景技術】
[0002] 隨著我國石油天然氣輸送管線、海底原油和水煤漿和其它流體輸送等管道工程的 建設工程蓬勃發展，平均每年需管線管350-400萬噸，而油氣輸送管道通過許多地形復雜、 氣候條件惡劣的地區，因此，在管道敷設中需要使用大量高壓彎管，每年市場需求保持在50 萬噸左右，有著廣闊的市場前景。
[0003] 輸送管道中的彎管，俗稱管道的"腰"，它一來可以根據需要改變管道的方向；二來 可以緩沖管道所在地域的地層遷移、地震以及外界環境變化等附加在直管上的拉、壓應力 和扭矩作用，是管線中承載較為苛刻的重要構件。由于彎管在高壓使用狀態中受力狀態復 雜，并且在彎制過程中工藝難度大，影響質量性能的因素多，彎管的制造及其質量（包括力 學性能和尺寸極限偏差等方面）的優劣，直接影響到油氣輸送管道的安全、可靠性和投資 經濟效益。如果安全可靠性差，管道將會發生爆炸破裂，導致生命財產嚴重受損，造成惡劣 的社會影響。
[0004] 早期的能源輸送管道所用的彎管，一般用碳素鋼或低合金鋼（如A3、16Mn等），并 且是冷彎成型，冷彎的彎曲角在10°以內。彎管進行冷彎時一般會在管體徑向產生殘余應 變，由于加工硬化和包申格效應，冷彎管力學性能將和直管差異性比較大。管口圓度比較 差，另外冷彎可能導致焊接過程中大的對口偏差和預期褶皺，而且防腐層也容易遭到破壞， 所以大型管線項目中冷彎管的應用數量正在逐漸減少。
[0005] 隨著技術的不斷發展，感應加熱熱煨彎管生產技術出現了，說明書附圖圖1顯示 了熱煨彎管制作過程。將卷制好的鋼管用中頻感應線圈加熱到Ac3以上，使鋼管組織奧氏 體化達到塑性狀態。在搖臂和推力作用下，鋼管繞中心旋轉彎曲出所需曲率半徑的彎管。由 于鋼板生產時一般為TMCP生產，加熱后晶粒長大粗化，強度會下降，為保證力學性能，還需 要邊加熱邊噴水冷卻，煨制后還需高溫回火，相當于材料的調質熱處理。
[0006] 熱彎管管口圓度好，減薄率可以控制到低于10%，從而保證其質量符合設計要求。 更重要的是，彎曲角可以在〇°?90°任意變化，同時熱彎過程比冷彎效率高。因此在新建 設的輸送管道中，感應加熱彎管被廣泛應用，所需級別也從普通的345MPa級別不斷上升， 目前使用最為廣泛的是X65、X70、X80。
[0007] 由于彎管的受力比母管要復雜，高壓管道彎管用鋼板技術含量要求高，對鋼板成 分、性能均勻性、低溫韌性、焊接性等指標要求較嚴格，生產難度較大；在現場惡劣施工條件 下，高溫熱煨彎曲成型過程中易發生熱煨開裂和強度損失，對鋼板強度和心部韌性要求也 更加嚴格。因此，鋼板要求在高強高韌性的組合的基礎上，必須保證其有較高的焊接性能和 現場適應性。而熱煨彎管用母管的化學成分、質量性能對熱彎工藝及熱彎管的性能有很大 的直接影響。母管的化學成分設計、性能、結構組織等直接決定著熱煨彎管的質量性能，關 鍵在于根據熱煨彎管的性能要求調整母管的化學成分，使之適合熱處理的需要，并適當提 高性能指標和控制碳當量，取得理想的強化效果。
[0008] 因為使用工藝的不同，熱煨彎管用鋼板與普通管線鋼板有所不同： (1) 必須同時具有高強度、高韌性、高性能均勻性和穩定性； (2) 要具有良好熱穩定性，保證在熱煨管650°C以下強度不顯著降低； (3) 焊接性能好，現場焊接無需預熱，焊后不產生焊接冷裂紋； (4) 具有良好焊接性能的同時，要具有一定的淬透性，適應熱煨管淬火回火使用工藝性 能。
[0009] 而目前由于高壓彎管生產工藝和成分設計，國內尚無統一模式，國內制管廠大多 對彎管用鋼板不做性能要求，而在制管后進行調質處理的方式保證性能；而大部分鋼廠按 照直縫管用管線鋼板采用低碳設計，TMCP工藝生產，晶粒細化，但這種鋼經過熱煨管加熱后 強度顯著下降，因此造成熱煨彎管與直管連接后不匹配；同時由于各家鋼管廠熱煨管工藝 不同，對工藝及力學性能指標的要求不同，因此造成了彎管質量的優劣不一。高壓彎管用的 鋼板成為了大口徑長輸管道建設的瓶頸。
[0010] 隨著西二線、西三線等長輸管道的建設，迫切需要大口徑厚規格的X65-X80級別 熱煨彎管用寬厚鋼板。
[0011] 為了保障高壓管道的安全，研究高壓管線彎管用鋼產品開發和工藝技術研究是非 常必要的。
[0012] 中國專利申請號為2009100624381的文獻，其公開的"一種抗拉強度570MPa 級彎管用鋼板及其生產方法"發明中提及了一種X65級直縫埋弧焊熱煨彎管所需的抗 拉強度彡570MPa和韌性-20°C Akv彡170J的熱軋鋼板及其生產方法，其成分中含Mo (0.08-0. 148%)，成本較高；另外其發明是熱連軋鋼卷，生產過程需要卷取，不能適用于大口 徑的厚規格的熱煨彎管用寬厚板。
[0013] 中國專利申請號為2013107307514的文獻，其公開的"一種X65熱煨彎管用熱軋 平板及其生產方法"發明中提及了一種X65熱煨彎管用熱軋平板及其生產方法，其成分中 碳含量較低（〇. 02-0. 05%)，熱穩定性差，恐不能適應高溫度的熱煨彎管工藝。與本發明相 t匕，其含有如Ni、Cr、Cu、V等較多的合金元素，成本較高。
[0014] 中國專利申請號為2014102408250的文獻，其公開的"一種韌性優良的X70彎管 用熱軋平板及其生產方法"，其所述生產工藝為軋后采用ACC層流冷卻，這種冷卻工藝對寬 厚板來說容易造成冷卻不均勻，厚度中心冷卻強度不夠，導致大于30mm厚度的鋼板表面與 心部組織的不均勻，從而造成鋼板的性能不均勻性。與本發明采用的兩階段冷卻方式有所 不同。
[0015] 中國專利申請號為2014102390399的文獻，其公開了"高韌性X80彎管用熱 軋平板鋼及其生產方法"，其化學成分中Mo的范圍較寬（< 0. 50 % )，本發明中含Mo少 (0. 15-0. 25%)，成本更低；另外其所述的高韌性X80彎管用熱軋平板碳當量CEnw在 0. 43-0. 50 %，Pcm彡0. 23%，范圍較寬。按本發明所研究，對于X80級別，在其CEnw > 0. 48 %，Pcm>0.21%時，焊接性能較差，尤其是現場環焊縫性能較差，容易出現焊接裂紋。本發 明中X80級別的CE nw控制在0. 42-0. 47 %，Pcm彡0. 195%，有更好地焊接性能，適用于野外 的焊接施工作業，尤其對現場鋼管對接的環焊縫施工質量有更好的保證。
[0016] 并且以上兩個專利申請的工藝都未涉及鋼板的冷彎成型性能，乳后冷卻都是采用 的ACC冷卻方式，對大于30mm厚的鋼板厚度中心冷卻強度不夠，導致鋼板表面與心部組織 的不均勻，從而造成鋼板的性能不均勻性。
【發明內容】
[0017] 本發明的目的就是針對上述存在的缺陷而提供一種X65-X80級別熱煨彎管用寬 厚鋼板及其制造方法。根據彎管廠不同的彎管工藝，從合金元素對熱變形過程的影響、調 質工藝對不同成分微合金鋼組織性能的影響進行深入地研究，分別設計X65、X70、X80級別 彎管用鋼板的合適的成分、組織及工藝，采用了低碳高錳的低成本成分設計，添加了 Nb、Cr、 Mo、Ni、Ti等元素，利用在鋼板軋制及調質過程中微合金元素碳氮化物的細晶強化和沉淀 強化作用，使合金元素的細小碳氮化物在感應加熱和彎曲過程中能夠抑制奧氏體晶粒的長 大，滿足熱彎管后達到相關強度級別的管線鋼性能要求。產品厚度覆蓋20-40mm，寬度覆蓋 2500-4000mm，獲得具有優良的強韌性、熱成型性、熱穩定性的熱軋鋼板，為長輸管道工程中 高壓彎管用鋼板提供解決方案。
[0018] 本發明的一種X65-X80級別熱煨彎管用寬厚鋼板及其制造方法技術方案為，一種 X65-X80級別熱煨彎管用熱軋鋼板，其組分及重量百分比含量見表1所示： 表1高壓彎管用鋼成分，（wt %)
【權利要求】
1. 一種X65-X80級別熱煨彎管用寬厚鋼板，其特征在于，按重量百分百的化學成分如 下： X65 :C 0? 06 ?0? 08, Si 0? 15 ?0? 25, Mn 1. 30 ?1. 60, P 彡 0? 008, S 彡 0? 003, Nb 0? 020 ?0? 040, Ti 0? 010 ?0? 025, Cr :0? 10 ?0? 20, V 0? 03-0. 05, Alt 0? 020 ?0? 050， N < 0? 006, CEIIW 0? 32?0? 42, CEP" < 0? 170,余量為鐵和不可避免的雜質； X70 :C 0? 06 ?0? 08, Si 0? 15 ?0? 30, Mn 1. 40 ?1. 70, P 彡 0? 008, S 彡 0? 003, Nb 0? 030 ?0? 050, Ti 0? 010 ?0? 025, Cr :0? 15 ?0? 30, Mo 0? 10 ?0? 25, Ni 0? 10 ?0? 20， V 0? 03-0. 06，Alt 0? 020 ?0? 050，N 彡 0? 006，CEIIW 0? 40 ?0? 44，CEPcni 彡 0? 185,余量為鐵 和不可避免的雜質； X80 :C 0? 065 ?0? 085, Si 0? 15 ?0? 35, Mn 1. 50 ?1. 80, P 彡 0? 008, S 彡 0? 003, Nb 0. 040 ?0. 060, Ti 0. 010 ?0. 025, Mo 0. 15 ?0. 25, Ni 0. 15 ?0. 25, V 0. 04-0. 06, Alt 0? 020?0? 050, N彡0? 006, CEIIW 0? 42?0? 47, CEP"彡0? 195,余量為鐵和不可避免的雜 質； 其中 CEIIW = C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15 ; CEP" = C+(Mn+Cr+Cu)/20+Si/30+Ni/60+Mo/15+V/10+5B。
2. 根據權利要求1所述的一種X65-X80級別熱煨彎管用寬厚鋼板的制造方法，其特征 在于，工藝步驟為： (1) 按成分配比備料； (2) 鐵水KR脫硫預處理； (3) 轉爐冶煉； (4) CAS 吹気； (5) LF+VD或RH雙聯法精煉； (6) 板坯連鑄； (7) 板坯緩冷； (8) 板坯再加熱； (9) 再結晶區軋制即粗軋； (10) 中間坯冷卻； (11) 未再結晶區軋制即精軋； (12) 預矯直； (13) MULPIC多路徑快速冷卻； (14) 強力熱矯直控制板形； (15) 堆垛緩冷； (16) 超聲波探傷。
3. 根據權利要求2所述的一種X65-X80級別熱煨彎管用寬厚鋼板的制造方法，其特征 在于，步驟（5)中，在LF加入Nb，VD或RH中加入Ti，并通過加入Ca進行處理，球化夾雜物 形態，實現了純凈鋼的冶煉，凈化鋼質。
4. 根據權利要求2所述的一種X65-X80級別熱煨彎管用寬厚鋼板的制造方法，其特征 在于，步驟（6)中，將高溫鋼水進行大斷面結晶器厚度250-300mmX寬度1700-2200mm的鋼 坯連續鑄造。
5. 根據權利要求2所述的一種X65-X80級別熱煨彎管用寬厚鋼板的制造方法，其特征 在于，步驟（8)具體為，鋼坯在加熱爐加熱至1100?1180°C。
6. 根據權利要求2所述的一種X65-X80級別熱煨彎管用寬厚鋼板的制造方法，其特征 在于，步驟（9)具體為，再加熱后的鋼坯出爐后進行高壓水除磷；在奧氏體可發生再結晶區 將鋼坯軋制成中間坯；控制粗軋結束溫度< 1020°C，末三道道次變形量不低于15%。
7. 根據權利要求2所述的一種X65-X80級別熱煨彎管用寬厚鋼板的制造方法，其特征 在于，步驟（10)具體為，中間坯冷卻終止溫度> 900°C。
8. 根據權利要求2所述的一種X65-X80級別熱煨彎管用寬厚鋼板的制造方法，其特征 在于，步驟（11)具體為，在奧氏體未發生再結晶區軋制成鋼板，終軋溫度790?850°C。
9. 根據權利要求2所述的一種X65-X80級別熱煨彎管用寬厚鋼板的制造方法，其特征 在于，步驟（13)具體為，利用MULPIC設備對鋼板進行多路徑的快速冷卻，控制開冷溫度為 750?770°C，在冷卻速率為20?30°C /s下冷卻至300?500°C。
10. 根據權利要求2所述的一種X65-X80級別熱煨彎管用寬厚鋼板的制造方法，其特 征在于，步驟（15)中，鋼板堆垛緩冷24小時至室溫。
【文檔編號】C22C33/04GK104404378SQ201410791619
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年12月19日 優先權日:2014年12月19日
【發明者】夏佃秀, 劉曉東, 孫風曉, 牛延龍, 韓啟彪, 孔雅, 李永亮, 霍自美, 黃偉, 王福同 申請人:山東鋼鐵股份有限公司