一種低成本x80管線用鋼及其制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于管線鋼生產的技術領域，具體涉及一種低成本X80管線用熱軋鋼板及 其制造方法。
【背景技術】
[0002] 近年來能源結構的變化以及對能源需求的增長，極大地促進了長距離油氣輸送管 線的發展。為提高輸送效率、降低工程投資，長距離石油天然氣輸送管線用鋼向高鋼級發展 已成必然趨勢。
[0003] 同樣的輸送條件下，應用高鋼級管線鋼產品可以使鋼管的壁厚減薄，節省用鋼量， 降低工程投資與提高施工效率；或在管道口徑、壁厚不變的條件下提高輸送壓力，達到提高 輸送量的目的。管線鋼鋼級的不斷提高已經成為管線鋼的發展趨勢。目前，世界各國廣泛 使用的管線鋼的最高鋼級已到X80(屈服強度RtO. 5 > 555MPa)，少量試驗段采用了 XlOO與 X120鋼管。
[0004] X80作為當前主流鋼級，存在著合金元素添加量高、需要熱處理等不足之處，造 成生產制造成本居高不下。Mo是管線鋼中經常添加的合金元素，其價格昂貴，如專利 US5545270A、US5531842、W02009119570、W02009119579 均需要添加可觀的 Mo 元素，提高和 產品制造成本。另外，專利US5545270A、US5531842需要對鋼坯進行三階段軋制，增加了軋 制工藝的復雜性，且在雙相區軋制，乳制溫度低，設備負荷大。
[0005] 專利CN101456034A提供了一種基于應變設計要求的X70、X80管線鋼及其制備方 法，其C含量（0.02-0. 05) wt%。C作為廉價的強化元素，適量的提高其含量可以節省其它合 金元素的添加量，有利于降低成本。
[0006] 專利W02009125863提供了一種X80及其以上級別管線用鋼制備方法，其鋼中添加 了 B、W、Zr、Ta、Mg等元素，增加了鋼水冶煉與鑄坯連鑄難度。
[0007] 專利JP2009161824、JP2009174020、論文Development of a high-deformability linepipe with resistance to strain-aged hardening by HOP(heat-treatment on-line process), JFE Technical Report No. 12 (Oct. 2008)，所公開的 X80 管線鋼制備工藝中增加 了在線熱處理工序，使工藝復雜化且熱處理成本高。
【發明內容】
[0008] 針對上述管線用鋼存在韌性低、成本高的問題，本發明提供一種低成本X80管線 用熱軋鋼板及其生產方法，以降低X80管線鋼在合金成本、制造工藝方面的投入，提高產品 的綜合性能，實現經濟高效的生產。
[0009] 本發明的低成本高性能管線用鋼板，其組成成分的重量百分比為： CO. 065%-0. 085%, Mnl. 0%-2. 0%, SiO. 25%-0. 35%, CuO. 10%-0. 25%, MO. 10%-0. 30%， CrO. 10%-0, 50%, NbO.02%-〇, 04%, TiO. 005%-0, 03%, V0. 02%%-〇, 04%, AltO. 02-0. 06%, Ca彡0. 006%P彡0. 015%，S彡0. 003%，N彡0. 012%，余量為Fe和微量不可避免的雜質。
[0010] 本發明優選使用230mm厚連鑄坯生產厚度規格不超過25mm的熱軋鋼板。
[0011] 本發明中主要組成成分的作用如下：
[0012] C :鋼中最經濟、最基本的強化元素，通過固溶強化和析出強化對提高鋼的強度有 明顯作用，但是提高C含量對鋼的延性、韌性和焊接性有負面影響，為此，本發明將C含量上 限設定為0.085%。近代管線鋼的發展過程是不斷降低C含量的過程。為了充分發揮Nb等 元素的沉淀強化作用，提高焊接接頭強度，本發明C含量的下限設定為0. 065%。
[0013] Si :加入Si是為了煉鋼過程中脫氧與提高基體的強度，另外，添加 Si可以減 少珠光體的析出，有利于基體強度與韌性的提高。但是，添加過量的Si,母材的焊接熱 影響區的韌性就會顯著降低，野外焊接施工性能也會變差。因此，在本發明中Si含量為 0. 25%-0. 35%。
[0014] Mn :通過固溶強化提高鋼的強度，是管線鋼中補償因 C含量降低而引起強度損失 的最主要且最經濟的強化元素。Mn還是擴大Y相區的元素，可降低鋼的Y - α相變溫 度，有助于獲得細小的相變產物，可提高鋼的韌性、降低韌脆轉變溫度。為了保證強度與低 溫韌性之間的平衡，Mn的最低含量設定為1. 0%。提高Mn的含量，鋼的可淬透性增加，含量 增加到一定程度后，會導致焊接性能下降尤其是嚴重惡化焊接熱影響區的韌性。另外，過高 的Mn含量還會增加連鑄坯中心偏析，使鋼板性能的各向異性增力口。因此，本發明的Mn含量 上限設計為2. 0%。
[0015] Nb、V :是現代微合金化管線鋼中最主要的元素之一，對晶粒細化的作用十分明顯。 通過熱軋過程中含Nb\V二相粒子應變誘導析出阻礙形變奧氏體的回復、再結晶，經過控制 軋制和控制冷卻使非再結晶區軋制的形變奧氏體組織在相變時轉變為細小的相變產物，以 使鋼具有高強度和高韌性。本發明就是配合C含量添加適量Nb、V發揮析出物的作用，本發 明選取Nb、V含量范圍均為0. 02%-0. 04%。
[0016] Ti :是強的固N元素，Ti/N的化學計量比為3. 42,利用0. 01%左右的Ti就可固定 鋼中30ppm左右的N，在板坯連鑄時可形成細小的高溫穩定的TiN析出相。這種細小的TiN 粒子可有效地抑制板坯再加熱時的奧氏體晶粒長大，有助于提高Nb在奧氏體中的固溶度， 改善焊接熱影響區的沖擊韌性。當Als的含量過低(如低于0. 005%), Ti會形成氧化物,這 些內生質點可以起到晶內鐵素體形核核心的作用，細化焊接熱影響區組織。為了獲得這一 效果，至少要添加0. 〇〇5%Ti。當Ti添加量超過某一定值，TiN顆粒就會粗化，TiC的沉淀強 化作用顯現，造成低溫韌性惡化。因此，本發明選取Ti含量范圍0. 005%-0. 03%。
[0017] Cr :是擴大Y相區，推遲Y - α相變時先析出鐵素體形成、促進針狀鐵素體形成 的主要元素，對控制相變組織起重要作用，在一定的冷卻條件和終軋溫度下超低碳管線鋼 中加入，就可獲得明顯的針狀鐵素體及貝氏體組織，同時因相變向低溫方向轉變，可使組織 進一步細化，組織細化有利于低溫韌性的改善。為了獲得強度與韌性的合理搭配，本發明選 取 Cr 含量范圍 CrO. 10%-0· 50%。
[0018] Cu、Ni :可通過固溶強化作用提高鋼的強度，同時Cu還可以改善鋼的耐蝕性，Ni的 加入主要是改善Cu在鋼中易引起的熱脆性，且對低溫韌性有益。在厚規格管線鋼中還可補 償因厚度的增加而引起的水冷強度不足而造成的強度下降。本發明選取CuO. 10%-0. 25%、 NiO. 10%-0, 30%〇
[0019] P、S :是鋼中不可避免的雜質元素，希望越低越好。出于冶煉成本的考慮，又不能 無限制的低。因此，本發明將P、S含量上限設定為0.015%與0.003%。通過超低S (小于 30ppm)及Ca處理對硫化物進行夾雜物形態控制，可使管線鋼具有高的沖擊韌性。
[0020] 本發明針對