一種超厚規格高韌性x80管線用鋼板及其制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及X80管線用鋼板制造領域，具體涉及一種具有優異低溫落錘性能的厚 度不小于30mm的X80管線用鋼板及其制造方法。
【背景技術】
[0002] 目前世界需求的能源中化石能源還占能源結構中的主體地位，近年來世界經濟的 急速增長極大帶動了化石能源需求的急速增長，這也極大地促進了長距離輸送管線的發 展，為提高輸送效率，降低投資，長距離石油天然氣輸送管線用鋼的發展趨勢是向高強度或 超尚鋼級發展。目如世界各國使用的管線鋼最尚鋼級為X80鋼級。為提尚輸送壓力，X80鋼 級已向厚規格方向發展，目前部分管道已開始采用厚度超過30mm壁厚X80管線鋼，并在今 后會大量采用。
[0003] 國內目前對X80級管線用鋼的研宄就多。
[0004] 如專利號CN101845596B中提到該采用鋼板生產方式適用于生產20-35 mm以上 X80管線鋼，該專利有如下特點：1)成分設計上S < 0. 05%，S是有害元素，實際上厚度低于 20mmX80管線鋼S含量均控制在0. 005%及以下，過高的S會嚴重損害管線鋼韌性尤其是特 厚鋼板落錘性能要求；Ni < 0. 20%，通常Ni含量提高對改善管線鋼的韌性尤其是厚度超過 30mm的X80管線鋼有利；2)該專利在軋制工藝中關鍵性工藝窗口很寬，這對23mm以下鋼級 性能影響較小，但對與30mm厚度規格以上管線鋼，則性能難以保證，尤其是落錘性能，實踐 證明，采用該工藝和成分很難滿足厚度規格在30mm以上落錘性能要求。
[0005] 如專利號為CN103225047A中提到該申請專利采用鋼板生產方式適用于生產厚度 不低于26. 5mm規格X80管線鋼，該專利申請有如下特點：1)鋼板成分中Mo不低于0. 15%，在 超厚規格情況下，增加 Mo會帶來粒貝等組織的敏感性，這對落錘性能不利，同時也相應增 加合金成本；Nb含量為0. 025-0. 055%，過低的Nb含量在厚板坯軋制控制奧氏體晶粒長大及 細化鐵素體晶粒方面所產生的效果較小；2)在隨后軋制工藝中同專利號為CN101845596B 中提到的類似，工藝窗口很寬，很難保證落錘性能，這在本人實踐中也得到體現。
[0006] 實際上，厚度規格在30mm以上X80管線鋼的落錘性能是世界公認的難題，國內外 的研宄表明，落錘性能除于鋼中的組織及環境溫度等因素以外，還與鋼板的厚度有密切的 關系，且隨厚度增加，對厚度越敏感！這稱之為厚度效應！為解決超厚規格下的厚度效應， 需要從組織上進行設計，即控制組織類型和細化晶粒上進行控制。
[0007] 本發明基于上述設計思想，結合目前的裝備水平，為獲得特定的組織提出特定的 成分設計，并根據本成分特點，制定特定的TMCP工藝。
【發明內容】
[0008] 厚規格X80管線鋼特別是厚度超過30mm的X80管線鋼需要滿足苛刻的低溫韌性 要求，特別是溫度不高于-15°C DWTT落錘剪切面積要求，是世界上公認的技術難題。為解 決該技術難題，本發明提供了一種生產厚度超過30mm的X80管線用鋼板及其制造方法，為 獲得超厚規格及滿足低溫DWTT落錘性能，除改善成分設計外，在生產工藝上采用特殊生產 工藝，從而獲得優異的低溫落錘性能，同時，工藝調整簡單，成材率也能夠得到提高。
[0009] 本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為，一種超厚規格高韌性X80管線用 鋼板，其特征在于：該鋼板的化學成分按質量百分比計為C :0. 02~0. 06%，Mn :1. 6~1. 9%， Si :0· 1 ~0· 35%，S :彡 0· 0006%，P :彡 0· 010%，Nb :0· 055 ~0· 08%，Ti :0· 008 ~0· 03%，V : 彡 0· 008%，Al :彡 0· 06%，N :彡 0· 010%，0 :彡 0· 006%，Mo :彡 0· 15%，Cu :彡 0· 20%，Ni : 0. 2~0. 4%，Cr彡0. 35%，Ca:彡0. 01%，余量為Fe及不可避免的雜質元素；所述鋼板的厚 度為30謹及以上。
[0010] 進一步地，所述鋼板的厚度為30~35mm ;晶粒度達到11級及以上；屈服強度不小 于560Mpa ;抗拉強度不小于660Mpa ;延伸率不小于25% ;-25°C沖擊功不低于400J ;-40°C沖 擊功不低于350J ;-60°C沖擊功不低于300J ;-15°C落錘剪切面積不低于85% ;-20°C落錘剪 切面積不低于75%。
[0011] 本發明中超厚規格低溫高韌性X80管線鋼鋼板的成分設計思想是基于采用適量 的C、Mn，通過加入微量的Nb、V、Ti等微合金化元素，再加入少量的Mo、Cu、Ni等元素，再通 過改良的TMCP工藝，以最終保證超厚規格X80管線用鋼板的低溫高韌性，尤其是具有優異 的DWTT落錘性能，鋼板的化學成分是這樣確定的： C :是鋼中最經濟、最基本的強化元素，通過固溶強化和析出強化可明顯提高鋼的強度， 但對鋼的韌性及延性以及焊接性能帶來不利影響，因此管線鋼的發展趨勢是不斷降低C含 量，考慮到強度及韌性的匹配關系，將C含量控制在0. 02~0. 06%。
[0012] Mn :通過固溶強化提高鋼的強度，是管線鋼中彌補因 C含量降低而引起強度損失 的最主要的元素，Mn同時還是擴大γ相區的元素，可降低鋼的γ - α相變溫度，有助于獲 得細小的相變產物，可提高鋼的韌性，降低韌脆性轉變溫度，Mn也是提高鋼的淬透性元素。 本發明中Mn含量設計在1. 6~1. 9%范圍。
[0013] Nb :是現代微合金化鋼特別是管線鋼中最主要的微合金化元素之一，對晶粒細化 的作用非常明顯。通過Nb的固溶拖曳及熱軋過程中的Nb (C，N)應變誘導析出可阻礙形變 奧氏體的回復、再結晶，經TMCP使未再結晶區軋制的形變奧氏體在相變時轉變為細小相變 產物，以使鋼具有高強度和高韌性，本發明主要是通過C與Nb含量的關系來確定Nb含量范 圍。
[0014] V :正火態下具有較高的析出強化和較弱的晶粒細化作用，在Nb、V、Ti三種微合金 化元素復合使用時，V主要起析出強化作用，本發明通過添加一定的V，充分發揮V在鋼中的 析出強化作用，但過高的V將會弱化鋼的韌性，因此本發明將V控制在< 0. 008%。
[0015] Ti :是強的固N元素，Ti/N的化學計量比為3. 42,利用0. 02%左右的Ti就可固定 鋼中60ppm以下的N，在板坯連鑄過程中即可形成TiN析出相，這種細小的析出相可有效阻 止板坯在加熱過程中奧氏體晶粒的長大，有助于提高Nb在奧氏體中的固溶度，同時可改善 焊接熱影響區的沖擊韌性，是管線鋼中不可缺少的元素。
[0016] Mo :可推遲γ - α相變時先析出鐵素體相的形成，促進針狀鐵素體形成的主要元 素，對控制相變起到重要作用，同時也是提高鋼的淬透性元素，在一定的冷卻速度和終冷溫 度下通過添加一定Mo即可獲得明顯的針狀鐵素體或貝氏體組織。
[0017] S、P :是管線鋼中不可避免的雜質元素，希望越低越好，通過超低硫及Ca處理改變 硫化物形態可使管線鋼具有很高的沖擊韌性。
[0018] Cu、Ni :可通過固溶強化提高鋼的強度，Ni的加入一方面可提高鋼的韌性，同時改 善Cu在鋼中易引起的熱脆性。
[0019] Cr :Cr的加入可提高鋼的淬透性，屬于強度提高元素，且相對經濟。
[0020] 本發明解決另一技術問題的技術方案是提供一種上述超厚規格高韌性X80管線 用鋼板的制造方法，具體工藝步驟如下： 首先將冶煉原料依次經KR鐵水預處理、轉爐冶煉、LF精煉、RH真空精煉和連鑄，制造 出滿足化學成分要求、厚度為350mm及以上的連鑄坯；將連鑄坯再加熱至1180~1230°C， 保溫6. 5h及以上，確保Nb碳氮化物固溶同時抑制奧氏體晶粒過分長大；出爐后進行兩階 段軋制：第一階段為再結晶區軋制，終軋溫度控制在1050~1100°C，再結晶區軋制時控制 連續兩至三道次的單道次壓下率不低于22% ;第二階段為非再結晶區軋制，開軋溫度控制 在820~960°C，非再結晶區累計壓下率不低于55%，同時保證終軋溫度控制在相變臨界溫 度Ar3±15°C，；然后冷卻鋼板，開始冷卻溫度控制為不高于760°C，終止冷卻溫度控制為 350~500°C，冷卻速度為10~30°C /s ;，鋼板隨后自然冷卻至室溫。
[0021] 上述鋼板制備方法中的關鍵一步是非再結晶區軋制除要求應變累積外，還特別要 求在相變臨界點Ar3附近進行最后道次軋制，通過形變誘導鐵素體相變使得沿鋼板厚度部 位，特別是鋼板心部的部分奧氏體轉變為非常細小的鐵素體，從而優化組織中各相組成比 例，獲得優異的韌性。由于厚規格鋼板心部比鋼板表面溫度要高，且冷卻時心部比表面冷卻 慢，鋼板心部和表面溫差大，往往在心部形成大量粗大的粒狀貝氏體組織，這種組織對落錘 性能非常不利，因此心部組織優化一直非常困難，如何減少厚規格管線鋼板心部粒狀貝氏 體含量，提高落錘性能是一項非常有意義的工作。通過應變積累+最后道次Ar3附近軋制， 利用應變誘導鐵素體相變，使得整個厚度方向特別是心部非常細小鐵素體晶粒析出，從而 優化整個厚度方向組織，獲得優異的超厚規格X80落錘性能。
[0022] 本發明厚規格的X80鋼板無需后續調質工藝，簡化了工藝，有助于提高生產效率。
[0023] 與現有技術相比，本發明具有如下特點：1)通過調整X80管線鋼的合金成分，使 適于生產30mm以上特厚規格X80管線鋼，并與煉鋼工藝中特定TMCP工藝相匹配，生產30mm 以上特厚規格X80鋼板，使鋼板成品具有優異的低溫韌性，特別是_15°C及以下溫度的落錘 性能；2)該發明特定TMCP工藝簡單，成材率高；3)采用特定成分及特定TMCP工藝徹底解決 了超厚規格X80低溫落錘性能要求技術難題。
【附圖