一種耐低溫大應變的x80m管線鋼及其制備方法與應用
【技術領域】
[0001] 本發明屬于低合金結構鋼領域，具體涉及一種耐低溫大應變的X80M管線鋼及其 制備方法與應用。
【背景技術】
[0002] 近年來隨著能源需求的不斷增長，高寒地帶的石油、天然氣等資源逐步開始開發。 輸送此類地區的石油天然氣的管道要經過寒冷、地形不穩定的區域。在此類區域，需要使用 具有優良低溫韌性和具備大應變性能的厚規格鋼管。為達到上述目的，在耐低溫大應變厚 規格的X80M管線鋼的生產過程中，必須保證微合金元素固溶的情況下的低溫加熱，避免奧 氏體晶粒尺寸的長大，鋼板再結晶區乳制的奧氏體細化晶粒效果，未再結晶區的低溫累計 大壓下率乳制發生形變誘導相變和乳后的準確控制冷卻技術，以此來達到晶粒細化的雙相 組織鋼板，實現耐低溫大應變的特征。
[0003] 2014年08月13日公布的中國專利申請CN103981462A中記載了一種韌性優良的 大壁厚X80低溫站場用鋼及其制造方法，其鋼板組織主要是針狀鐵素體組織，且鋼板的屈 強比較高，不具備大應變的能力。
[0004] 2008年10月15日公開的中國專利申請CN101381841A中記載了一種高強度高韌 性-50°C低溫鋼及其制造方法。該專利僅注重控乳和正火熱處理過程組織控制，而不注重 TMCP過程細化晶粒，控制組織類型，從而實現低溫高韌性。
[0005] 2012年01月04日公開的中國專利申請CN101058842A中記載了一種提高低溫鋼 板韌性的方法，包括鋼板的乳制和熱處理過程，這與TMCP過程細化晶粒，控制組織類型，實 現低溫高韌性有很大差別。
[0006] 2013年06月05日公開的中國專利申請CN103131833A中記載了一種獲取X80鋼 級雙相組織大應變管線鋼的方法，其工藝參數為實驗室獲得，且僅注重冷卻制度的實施，與 工業現場生產及全流程生產工序的控制不同。
[0007] 2013年05月15日公開的中國專利申請CN103103449A中記載了一種抗大變形的 X80管線用鋼及其生產方法，其未提及鋼板的規格，且生產工藝中粗乳階段未控制終乳溫度 在變形溫度的下限，且結束后未對中間坯進行降溫，不能有效防止晶粒尺寸的長大。另外， 該文獻精乳后采用兩階段冷卻，第一階段冷卻的溫降范圍較小，冷卻速率較高，相對于空 冷，生產時不穩定。
[0008] 2011年2月16日公開的中國專利授權CN101456034B中說明了一種生產X80級抗 大變形管線鋼中厚板的方法，其鋼板的厚度僅為12_，規格受到限制，未再結晶區壓縮比要 求在5倍以上，對厚規格管線鋼不適用。
[0009] 2013年01月02日公開的中國專利申請CN102851587A中記載了一種抗變形 X80-100管線鋼板及其制造方法。該專利在細化鋼板的晶粒尺寸方面，未在粗乳過程的道次 變形溫度進行有效控制，未進行精乳階段的形變誘導相變乳制，同時鋼板落錘試驗溫度僅 滿足-15°C環境，不能適用于_25°C以及低于該溫度的低溫環境。
[0010] 2014年06月18日公開的中國專利申請CN103866204A中記載了一種低溫大壓下 工藝生產的大應變X80M雙相鋼板，未提及鋼板的規格，而本發明的厚規格鋼板包括33mm以 下規格，且能夠實現在_25°C低溫環境的良好的落錘沖擊韌性，本發明注重在加熱過程中， 加熱溫度和均熱溫度的控制和再結晶區乳制的最后道次的壓下量和溫度控制細化奧氏體 晶粒的尺寸，精乳階段進行低溫乳制，進行形變誘導相變細化先共析鐵素體晶粒。
【發明內容】
[0011] 為了解決上述的技術問題，本發明提供了一種耐低溫大應變的X80M管線鋼板及 其制備方法與應用。
[0012] 為了解決以上技術問題，本發明的技術方案為：
[0013] -種耐低溫大應變的X80M管線鋼，由以下重量份的組分組成，C 0. 03~0. 07%， Si 0. 15 ~0. 35%，Mn 1. 50 ~2. 00%，P 彡 0. 009%，S 彡 0. 002%，Nb 0. 06 ~0. 09%， Ti 0? 015 ~0? 020 %，Zr 0? 015 ~0? 025 %，Mo 彡 0? 30 %，Cu 彡 0? 35 %，Ni 彡 0? 30 %， Cr < 0. 30%，其余為Fe和不可避免的雜質。
[0014] 優選的，所述X80M管線鋼由以下重量份的組分組成，C 0. 05~0. 06%，Si 0. 22~ 0. 31%，Mn 1. 70 ~1. 79%，P 彡 0. 009%，S 彡 0. 002%，Nb 0. 06 ~0. 07%，Ti 0. 016 ~ 0? 017%，Zr 0? 019 ~0? 022%，M〇 彡 0? 15%，Cu 彡 0? 13%，Ni 彡 0? 23%，Cr 彡 0? 22%，其 余為Fe和不可避免的雜質。管線鋼的各種組分的配比在該數值范圍內時，管線鋼具有較好 的低溫韌性，應力比，屈服強度，抗拉強度，以及均勻延伸率等，能更好地適應高寒，地形不 穩定環境。
[0015] -種耐低溫大應變的X80M管線鋼的制備方法，包括如下步驟：
[0016] 1)制備鐵水，并將鐵水進行脫硫處理；
[0017] 2)將脫硫后的鐵水依次經過冶煉、精煉、板坯連鑄處理，這三個處理過程中控制體 系中的S、P、0、N、H的量小于130ppm ;
[0018] 3)板坯加熱，板坯加熱溫度為1050°C _1150°C，均熱段保溫時間大于35min，總加 熱時間不小于285min ;
[0019] 4)板坯除鱗，除鱗后板坯的表面溫度為1010-1030°C ;
[0020] 5)將板坯粗乳得到中間還，對中間坯冷卻后再對中間坯進行精乳；粗乳過程中， 再結晶區的乳制溫度為960-1010°C，最后道次的溫度為960-980°C，最后道次的壓下率 ^ 12% ；
[0021] 6)對精乳后的鋼進行冷卻，在鋼板冷卻前將鋼板溫度降至相變點Ar3以下 20-100。。；
[0022] 7)將鋼板進行冷卻，終冷溫度為100-250°C，冷卻速率15-25°C /s ;
[0023] 8)對冷卻后的鋼進行熱矯直，得到所需鋼板。
[0024] 優選的，步驟2)中，所述板還連鑄過程中，生產的板還的厚度為295-305mm，板還 連鑄后，將連鑄坯緩冷45-55h，鑄坯中心偏析小于C類0. 5。最大程度減少偏析對性能的影 響。
[0025] 進一步優選的，所述板坯連鑄過程中，生產的板坯的厚度為300mm，板坯連鑄后，將 連鑄坯緩冷50h。
[0026] 優選的，步驟4)中，除鱗后，板坯的表面溫度為1020°C。在該條件下的除鱗，可以 保證鋼板表面的氧化鐵皮被清除干凈的基礎上，使鋼板的內外溫差較小，不會造成鋼板的 邊部起浪或中部起拱，得到的鋼板的板型較好。
[0027] 優選的，步驟5)中，粗乳過程的總變形量為50-70 %，所述中間坯的厚度為 100-150mm。
[0028] 進一步優選的，步驟5)中，粗乳過程中，再結晶區的乳制溫度為1000°C，總變形量 為 57%。
[0029] 優選的，對中間坯的冷卻過程為利用高壓水，高壓水的壓力為18_22MPa，將中間坯 的溫度降至800-840°C。該高壓水可以是除鱗高壓水，用高壓水對中間坯進行降溫，可以減 少再結晶變形后的晶粒長大。
[0030] 進一步優選的，對中間坯的冷卻過程為利用18-22MPa高壓水將中間坯的溫度降 至820°C。將中間坯降溫到該溫度，可以更好地減少再結晶變形后的晶粒長大。
[0031] 優選的，步驟5)中，精乳過程中，非再結晶區的乳制溫度為680-740°C，乳制8-16 道次，前2-3道次的變形率為15 %，累積壓下率為75-80 %。采用精乳階段大的累積變形量 和較低的乳制溫度，實現形變誘導相變，產生細小的先共析鐵素體，細化先共析鐵素體晶粒 尺寸。
[0032] 優選的，步驟6)中，精乳結束后，將鋼板進行空冷，使鋼板的溫度低于相變點 Ar370°C。空冷步驟精確控制了開冷溫度，實現鋼板鐵素體和貝氏體雙相組織的合理比例。
[0033] 優選的，步驟7)中，冷卻步驟采用MULPIC (多功能間斷式冷卻系統），終冷溫度為 100-250°C，冷卻速率為15-25°C /s。該裝置采用水凸度和邊部遮蔽冷卻技術保證了冷卻的 均勻性，快速冷