專利名稱：：超高強(qiáng)度高韌性x120管線鋼及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種管線鋼及其制造方法，特別涉及一種超高強(qiáng)度、高韌性X120管線鋼及其制造方法。
背景技術(shù)：
：近年來能源結(jié)構(gòu)的變化以及對(duì)能源需求的增長(zhǎng)，極大地促進(jìn)了長(zhǎng)距離輸送管線的發(fā)展。為提高輸送效率、降低工程投資，長(zhǎng)距離石油天然氣輸送管線用鋼向高鋼級(jí)發(fā)展已成趨勢(shì)。目前世界各國(guó)使用的管線鋼標(biāo)準(zhǔn)中的最高鋼級(jí)僅到X80(屈服強(qiáng)度大于等于555MPa)。如CN1715434A公開了一種高強(qiáng)度高韌性X80管線鋼，其組成成分的重量百分比為碳O.025~0.080%;硅0.19~0.30%;錳1.70~1.90%;鈥0.01~0.02%;鋁0.015~0.040%;釩0.055~0.065%;鎳《0.30%;鉻《0.02%;硼《0.0002%;磷《0.018%;硫《0.005%;鉀0.002~0.003°/。；鉬0.20~0.40%;銅<0.30%;鈮0.02~0.08%;氮:《0.006%;氧:<0.004%;氬<0.00025;鐵和微量雜質(zhì)余量。但是，其強(qiáng)度達(dá)不到X120的要求。長(zhǎng)距離高壓輸送對(duì)管線鋼性能提出了更為嚴(yán)格的要求。從考慮輸送管道的運(yùn)營(yíng)穩(wěn)定性和安全性出發(fā)，對(duì)管線用鋼的強(qiáng)度、韌性均提出了更高的要求。同樣的輸送條件下，應(yīng)用更高鋼級(jí)管線鋼產(chǎn)品可以使鋼管的壁厚減薄，節(jié)省用鋼量，或在管道口徑、壁厚不變的條件下提高輸送壓力，達(dá)到提高輸送量的目的。例如X80鋼級(jí)的管線鋼強(qiáng)度將比X70鋼級(jí)提高了12%,而X120比X100提高20°/。。因此，管線鋼鋼級(jí)的不斷提高已經(jīng)成為管線鋼的發(fā)展趨勢(shì)，長(zhǎng)距離高壓輸氣管線應(yīng)用屈服強(qiáng)度等級(jí)大于等于690MPa的X100管線鋼和屈服強(qiáng)度等級(jí)大于等于827MPa的X120超高強(qiáng)度等級(jí)的管線鋼是目前國(guó)際管道工業(yè)和冶金工業(yè)共同發(fā)展的方向。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是為了得到具有超高強(qiáng)度高韌性的X120管線鋼，高強(qiáng)度高韌性X120管線鋼成分設(shè)計(jì)思想是以超低C、高M(jìn)n，通過加入微量Nb、V、Ti等微合金元素、少量Mo、Cr、B及Cu、Ni合金元素，結(jié)合熱軋控軋控冷工藝，獲得貝氏體+馬氏體組織，以保證管線鋼具有高強(qiáng)度高韌性的性能。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的超高強(qiáng)度高韌性X120管線鋼，其組成成分的重量百分比為碳0.015-0.060%;錳1.80-2.50%;硅%;鈦0.005~0.03%;鋁^0.06%;釩20.15%;硼0.0005~0.0030%;磷20.015%;疏^0.003%;鈮0.043~0.150%;氮^0.012%;銅、鎳、鉻、鉬中的兩種或兩種以上，其中，銅^).80%、鎳%、#^1.20%、鉬3.0%;鐵和微量雜質(zhì)余量。其主要組成成分的作用有以下幾個(gè)方面碳是鋼中最經(jīng)濟(jì)、最基本的強(qiáng)化元素，通過固溶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化對(duì)提高鋼的強(qiáng)度有明顯作用，但是提高C含量對(duì)鋼的延性、韌性和焊接性有負(fù)面影響，因此近代管線鋼的發(fā)展過程是不斷降低C含量的過程。降低C含量一方面有助于提高鋼的韌性，另一方面可改善鋼的焊接性能。當(dāng)C含量低于0.11。/。時(shí)管線鋼可具有良好的悍接性。所以，目前管線鋼的C含量一般小于0.11。/。,對(duì)需更高韌性的管線鋼則采用C小于0.06%的超低C含量設(shè)計(jì)。此外為提高鋼中的有效Nb含量,碳含量必須低于0.06%。本發(fā)明選取0.015~0.060%。硼要防止BN的形成，并且必須抑制Fe"(CB)6的硼的^^化物的形成。因此，硼的加入量需限制一個(gè)非常窄的范圍，本發(fā)明選取0.0005~0.0030%。需注意的是硼必須存在于沿晶界的固溶體中。錳通過固溶強(qiáng)化提高鋼的強(qiáng)度，是管線鋼中補(bǔ)償因C含量降低而《I起強(qiáng)度損失的最主要且最經(jīng)濟(jì)的強(qiáng)化元素。Mn還是擴(kuò)大Y相區(qū)的元素，可降低鋼的y—a相變溫度，有助于獲得細(xì)小的相變產(chǎn)物，可提高鋼的韌性、降低初脆轉(zhuǎn)變溫度。因此對(duì)X120管線鋼的Mn含量設(shè)計(jì)在1,80~2.50%范圍。鈮是現(xiàn)代微合金化管線鋼中最主要的元素之一，對(duì)晶粒細(xì)化的作用十分明顯。通過熱軋過程中NbC應(yīng)變誘導(dǎo)析出阻礙形變奧氏體的回復(fù)、再結(jié)晶，經(jīng)控制軋制和控制冷卻使非再結(jié)晶區(qū)軋制的形變奧氏體組織在相變時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小的相變產(chǎn)物，以使鋼具有高強(qiáng)度和高韌性。本發(fā)明就是配合適當(dāng)?shù)腃含量提高Nb的含量發(fā)揮NbC的作用，本發(fā)明選取0.043~0.150%。鈦是強(qiáng)的固N(yùn)元素，Ti/N的化學(xué)計(jì)量比為3.42,利用0.02%左右的Ti就可固定鋼中60ppm以下的N，在板坯連鑄時(shí)可形成細(xì)小的高溫穩(wěn)定的TiN析出相。這種細(xì)小的TiN粒子可有效地阻礙板坯再加熱時(shí)的奧氏體晶粒長(zhǎng)大，有助于提高Nb在奧氏體中的固溶度，同時(shí)對(duì)改善焊接熱影響區(qū)的沖擊韌性有明顯作用。本發(fā)明選取0.005~0.03%。鉻、鉬是擴(kuò)大Y相區(qū)，推遲Y—oc相變時(shí)先析出鐵素體形成、促進(jìn)針狀鐵素體形成的主要元素，對(duì)控制相變組織起重要作用，在一定的冷卻條件和終止軋制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(shí)因相變向低溫方向轉(zhuǎn)變，可使組織進(jìn)一步細(xì)化，主要是通過組織的相變強(qiáng)化提高鋼的強(qiáng)度。本發(fā)明選取鉻化20%、鉬^1.0%。銅、鎳可通過固溶強(qiáng)化作用提高鋼的強(qiáng)度，同時(shí)Cu還可改善鋼的耐蝕性，Ni的加入主要是改善Cu在鋼中易引起的熱脆性，且對(duì)韌性有益。在厚規(guī)格管線鋼中還可補(bǔ)償因厚度的增加而引起的強(qiáng)度下降。本發(fā)明選取銅￡0.80%、鎳^1.20%。硫、磷是鋼中不可避免的雜質(zhì)元素，希望越低越好。通過超低硫(小于30ppm)及Ca處理對(duì)硫化物進(jìn)行夾雜物形態(tài)控制，可使管線鋼具有高的沖擊韌性。因此，針對(duì)微合金化低碳貝氏體組織具有高強(qiáng)度高韌性，以晶粒細(xì)化、相變強(qiáng)化、析出強(qiáng)化和位錯(cuò)強(qiáng)化等材料強(qiáng)化理論為基礎(chǔ)，對(duì)具有貝氏體組織X120管線鋼的成分設(shè)計(jì)采用了較低的碳含量、超低硫、Nb、V、Ti微合金化、控制組織的Mo、Cr、B合金化及適當(dāng)加入Cu、Ni、的成分^L計(jì)。熱軋工藝采用了控軋控冷的熱機(jī)械處理技術(shù)，通過合理的成分和工藝進(jìn)行最終產(chǎn)品的組織控制，以獲得具有高強(qiáng)度高韌性的超低碳貝氏體組織。本發(fā)明的超高強(qiáng)度高韌性X120管線鋼的制造方法的工藝路線如下備料—轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉—爐外精煉—鑄造—板坯再加熱—控制軋制4控制冷卻。熱軋工藝進(jìn)行如下控制(1)板坯加熱溫度1100~1250°C;(2)再結(jié)晶區(qū)控軋軋制的溫度控制范圍900~120(TC;(3)非再結(jié)晶區(qū)控軋軋制的溫度控制范圍720~940°C(4)終止軋制溫度720~880°C;(5)終止冷卻溫度200~500。C;(6)冷卻速度330°C/s與現(xiàn)有生產(chǎn)鋼種(最高級(jí)別X80)相比，按照上述技術(shù)方案生產(chǎn)出的管線鋼的性能達(dá)到以下要求(1)拉伸性能目標(biāo)cJo.^827MPa，ab2931MPa，(2)V型缺口沖擊性能目標(biāo)試驗(yàn)溫度-20。C，10mmx10mmx55mm試樣的沖擊功平均值2231J，剪切面積單個(gè)》80%,平均290%;50%FATT《-40。C。(3)DWTT性能目標(biāo)試驗(yàn)溫度-20。C，平均剪切面積SA。/。285。/Q,單個(gè)SA。/Q70%。(4)橫向冷彎性能目標(biāo)d=2a，180。，完好。本發(fā)明具有如下特點(diǎn)(1)與以往管線鋼成分相比，本發(fā)明的合金配方方面考慮B元素，以便得到貝氏體組織。同時(shí)考慮加入Cu、Ni、Cr、Mo等元素的二種或二種以上，這樣一來降低了生產(chǎn)制造成本和增加了生產(chǎn)可制造性；(2)它以超低碳為特點(diǎn)，在保證強(qiáng)度前提下，增加了沖擊韌性和良好的焊接性能，使管線鋼具有良好的止裂能力；(3)充分利用了C和Nb元素的關(guān)系，在一定的配合下使之生成NbC產(chǎn)生細(xì)晶強(qiáng)化作用，及利用Nb的提高再結(jié)晶溫度作用以配合控軋工藝，不僅提高了產(chǎn)品的綜合性能,而且能夠采取靈活的熱軋生產(chǎn)工藝,提高生產(chǎn)率、減小軋^L負(fù)荷，所生產(chǎn)的產(chǎn)品具有較高的沖擊韌性，能夠充分保證高的強(qiáng)度和韌性，具有良好的止裂能力。與目前管線工程已使用的最高強(qiáng)度等級(jí)的管線鋼X80相比，在強(qiáng)度上提高了40%，對(duì)降低輸送管線的建設(shè)成本有明顯的作用。具體實(shí)施例方式實(shí)施例1~5的化學(xué)成分、工藝參數(shù)和性能結(jié)果如下*化學(xué)成分實(shí)施例1~5的化學(xué)成分(wt°/。)如表1。表一化學(xué)成分(wt%)<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>工藝路線如下備料—轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉—爐外精煉—鑄造—板坯再加熱—控制軋制—控制冷卻。實(shí)施例1~5的工藝參數(shù)見表2。表2:<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>*性能結(jié)果分別進(jìn)行力學(xué)、夏比沖擊、DWTT實(shí)驗(yàn)，實(shí)施例1~5的試制板巻性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>注拉伸、沖擊為橫向，試樣尺寸為10mmxlOmnix55mm，橫向冷彎完好。權(quán)利要求1、一種超高強(qiáng)度高韌性X120管線鋼，其特征在于，其組成成分的重量百分比為碳0.015～0.060％；錳1.80～2.50％；硅≤0.60％；鈦0.005～0.03％；鋁≤0.06％；釩≤0.15％；硼0.0005～0.0030％；磷≤0.015％；硫≤0.003％；鈮0.043～0.150％；氮≤0.012％；銅、鎳、鉻、鉬中的兩種或兩種以上，其中，銅≤0.80％、鎳≤1.20％、鉻≤1.20％、鉬≤1.0％；鐵和微量雜質(zhì)余量。2、一種制造如權(quán)利要求1所述的超高強(qiáng)度高韌性X120管線鋼的方法，工藝步驟包括備料、轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉、爐外精煉、鑄造、板坯再加熱、控制軋制、控制冷卻，其特征在于，板坯加熱溫度為1100~1250°C;再結(jié)晶區(qū)控軋軋制的溫度控制范圍900~1200*C;非再結(jié)晶區(qū)控軋軋制的溫度控制范圍720~940°C;終止軋制溫度720-880°C;終止冷卻溫度200~500°C;冷卻速度3~30°C/s。全文摘要本發(fā)明涉及一種超高強(qiáng)度高韌性X120管線鋼及其制造方法。超高強(qiáng)度高韌性X120管線鋼組成成分的重量百分比為碳0.015～0.060％；錳1.80～2.50％；硅≤0.60％；鈦0.005～0.03％；鋁≤0.06％；釩≤0.15％；硼0.0005～0.0030％；磷≤0.015％；硫≤0.003％；鈮0.043～0.150％；氮≤0.012％；銅、鎳、鉻、鉬中的兩種或兩種以上，其中，銅≤0.80％、鎳≤1.20％、鉻≤1.20％、鉬≤1.0％；鐵和微量雜質(zhì)余量。本發(fā)明的超高強(qiáng)度高韌性X120管線鋼與目前管線工程已使用的最高強(qiáng)度等級(jí)的管線鋼X80相比，在強(qiáng)度上提高了40％，對(duì)降低輸送管線的建設(shè)成本有明顯的作用。文檔編號(hào)C22C38/58GK101165203SQ200610117239公開日2008年4月23日申請(qǐng)日期2006年10月18日優(yōu)先權(quán)日2006年10月18日發(fā)明者吳海鳳,磊鄭,珊高申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司