一種高應力比高止裂韌性的x80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，具體涉及一種高應力比高止裂韌性的X80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，輸送石油天然氣的管道大多要經過寒冷、地形 不穩定的區域。在此類區域，需要使用具有較高的變形能力和高止裂韌性的鋼管。為達到 上述目的，在X80M管線鋼的生產過程中，必須保證鋼板再結晶區乳制的奧氏體細化晶粒效 果，未再結晶區的低溫大壓下乳制、和乳后的準確控制冷卻技術。以此來生產晶粒細化、含 有多相組織的鋼板，實現高應力比高止裂韌性的特征。
[0003] 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。該專利未對粗乳過程道次變形溫度進行有效控制，未進行 中間坯冷卻，未進行冷卻階段的多階段冷卻，因此未有效細化鋼板的晶粒尺寸，未實現針狀 鐵素體組織為主的多相組織控制，實現高止裂韌性。
[0004] 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，且僅得到鐵素體和貝氏體雙相組 織。
[0005] 2013年06月05日公開的中國專利申請CN103131833A中記載了一種獲取X80M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，與工業現場生產有較大差別。
[0006] 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 X80M管線用鋼及其生產方法，其生產工藝中的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，生產時不易控制。
[0007] 2011年2月16日公開的中國專利授權CN101456034B中說明了一種生產X80M級 抗大變形管線鋼中厚板的方法，其鋼板的厚度規格受到限制，且鋼板的組織中僅含有先共 析鐵素體和貝氏體組織。
[0008] 綜上來看，現有的方法均存在一定的缺陷，需要針對上述的缺陷進行改進。
【發明內容】
[0009] 本發明為了解決現有技術中存在的技術問題，提供了一種高應力比高止裂韌性的 X80M管線鋼及其制備方法與應用。
[0010] 為了解決以上技術問題，本發明的技術方案為：
[0011] 一種高應力比高止裂韌性的X80管線鋼，由以下重量份的組分組成：C0.03~ 0? 08%，Si0? 15 ~0? 35%，MnL50 ~2. 00%，P彡 0? 010%，S彡 0? 003%，Nb0? 04 ~ 0? 08%，Ti0? 015 ~0? 025%，Zr0? 015 ~0? 025%，Mo彡 0? 03%，Cu彡 0? 35 %， Ni< 0. 30%，Cr< 0. 30%，其余為Fe和不可避免的雜質。
[0012] 優選的，所述X80管線鋼由以下重量份的組分組成：C0. 03~0. 06%，Si0. 28~ 0.32%，Mnl.72~1.77%，P< 0.009%，S< 0.002%，Nb0.055 ~ 0.063%，Ti0.017~ 0? 025%，Zr0? 02 ~0? 023%，Mo彡 0? 03%，Cu彡 0? 14%，Ni彡 0? 30%，Cr彡 0? 30%，其 余為Fe和不可避免的雜質。
[0013] 優選的，所述X80管線鋼的組分的百分含量滿足以下要求：
[0014] Pcm=C+Si/30+Ni/60+(Mn+Cr+Cu)/20+Mo/15+V/10+5B彡 0? 21%。
[0015] 優選的，所述X80管線鋼的帶狀組織評級小于3級。
[0016] -種高應力比高止裂韌性的X80M管線鋼的制備方法，包括如下步驟：
[0017] 1)制備鐵水；
[0018] 2)將鐵水依次進行脫硫、冶煉、精煉以及板坯連鑄處理，脫硫、冶煉和精煉這三個 處理過程中控制體系中的S、P、0、N、H的總量小于150ppm;
[0019] 3)板坯加熱，板坯加熱溫度為1150°C_1220°C，均熱段保溫時間大于40min，總加 熱時間不小于270min;
[0020] 4)板坯除鱗，除鱗后板坯的表面溫度為1070-1120°C;
[0021] 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1050-1100°C，最后道次的溫度為1050-1070°C，最后道次的壓下率 彡12% ;將變形滲透至鋼板心部。
[0022] 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 0-500C；
[0023] 7)將鋼板進行冷卻；對冷卻后的鋼進行熱矯直，得到所需鋼板。冷卻步驟包括第 一階段和第二階段，第一階段采用5bar的水將鋼板冷卻到500-550°C，冷卻速率20-30°C/ s，第二階段使用I. 5-2bar的水將鋼板冷卻至100-250°C，冷卻速率10_20°C/s。冷卻階段 的兩階段冷卻實現了組織中含有針狀鐵素體和貝氏體等多相組織的控制。
[0024] 優選的，步驟2)中，所述板坯連鑄過程中，生產的板坯的厚度為295-305mm，鑄坯 中心偏析小于C類0. 5 ;板坯連鑄后，將連鑄坯緩冷45-55h。
[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48h。
[0026] 優選的，步驟4)中，除鱗過程中，除鱗箱的輥道速度為0.6-0.8m/s。是為了加大對 板坯的冷卻，保證板坯粗除鱗后的表面溫度范圍為1070-1120°C。
[0027] 進一步優選的，步驟4)中，除鱗后，板坯的表面溫度為1090°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。
[0028] 優選的，步驟5)中，當所述中間坯的厚度為80-140mm時，粗乳階段的累積壓下率 為50-75 %，實現奧氏體晶粒尺寸的最大程度細化。
[0029] 進一步優選的，步驟5)中，所述中間還的厚度為120mm。
[0030] 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1080°C，總變形量 為60%。由于變形溫度較低，鋼板變形后晶粒尺寸不過分長大。
[0031] 優選的，步驟5)中，對中間坯的冷卻過程為利用高壓水，高壓水的壓力范圍為 18-22MPa，將中間坯的溫度降至930-960°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，每次高壓水降溫需等待鋼板返紅結束后 進行。
[0032] 進一步優選的，對中間還的冷卻過程為利用18_22MPa的高壓水將中間還的溫度 降至880°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。
[0033] 優選的，步驟5)中，精乳過程中，非再結晶區的開乳溫度為850-940°C，終乳溫度 為820-850°C，乳制8-16道次，累積壓下率為75-80%。通過控制精乳階段乳制溫度和壓下 率，將變形滲透到鋼板心部的同時提高奧氏體晶粒的壓扁程度，增加相變形核位置，從而細 化相變后鋼板的晶粒尺寸，提尚了鋼板的性能穩定性。
[0034] 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 Ar320°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。
[0035] 優選的，步驟7)中，冷卻步驟采用MULPIC(多功能間斷式冷卻系統）。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，快速冷卻，有效的實現了大應變能力和 高的落錘性能。
[0036] 優選的，步驟7)中，第一階段冷卻至530°C，冷卻速度為25°C/s，第二階段冷卻至 230°C，冷卻速度為15°C/s。
[0037] 所述X80M管線鋼在高寒地區輸送石油、天然氣中的應用。
[0038] 所述X80M管線鋼