一種x80輸送管線用無縫鋼管及其制造方法
【專利摘要】本發明公開一種X80輸送管線用無縫鋼管及其制造方法，C?0.12%-0.16%、Si?0.30%-0.45%、Mn?1.24%-1.44%、Cr?0.30%-0.50%、Nb?0.02%-0.05%、Ti?0.01%-0.03%、P≤0.020%、S≤0.012%，余量為Fe和不可避免的雜質，且碳當量CEIIW?0.39-0.50。鋼管經定徑終軋后控制溫度在800℃以上，并施以10℃/s?~25℃/s加速冷卻，使鋼管溫度迅速快冷至600℃~700℃；快冷后鋼管可轉入空冷至100℃以下，對鋼管實施550℃~650℃的回火處理。
【專利說明】一種X80輸送管線用無縫鋼管及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于低合金鋼制造【技術領域】，主要涉及一種油氣輸送用管線鋼管及其制造方法，尤其涉及一種X80強度級別的輸送用無縫鋼管及其制造方法。
【背景技術】
[0002]管線用輸送鋼管有無縫鋼管和焊管兩種，無縫鋼管制造的管線管一般占輸送管線用鋼管的10%左右，并主要用于路上特殊地段、加壓站進出地段以及城市主干線等。按國際通用的行業標準API 5L最新第44版的要求，X80 PSL2等級管線管必須滿足抗拉強度、屈服強度、沖擊韌性以及屈強比的嚴格要求。
[0003]目前，X80PSL2強度級別輸送管線用無縫鋼管主要采用離線的調質熱處理制造工藝。采用離線的調質工藝固然可以得到X80鋼級管線管的力學性能結果，但離線調質的熱處理工藝生產工序復雜，成本較高,成材率亦較低,在當下及未來長時期內的鋼鐵供大于求的大背景下，產品利潤率較低，缺乏競爭優勢，而且制造過程對環境亦增加污染。
[0004]X80以下強度級別管線管對碳當量Enw —般要求不超過0.43。由于X80強度級別管線管屬于管線管中的高鋼級產品，鋼管的強度要求較高，PSL2技術等級產品又對產品強度進行了范圍的限定，即屈服強度555~705MPa、抗拉強度625~825MPa，而且還有屈強比的限制，要求不高于0.93，因此，X80無縫管線管成了 API 5L最新版第44版中為數不多的未對碳當量做強制限定的產品。但是，用戶出于加工的便利性考慮，也希望X80無縫管線管盡量具有低的碳當量，一般要求碳當量Enw不要超過0.50，同時產品必須達到X80鋼級要求的較高的強度、沖擊韌性以及屈強比等要求，故采用一般的熱軋方式制管難以達到要求。
[0005]通過檢索國內 外專利，查到與本
【發明內容】
相關的專利I件，即CN01126611.2，其采用傳統的離線淬火加高溫回火的熱處理工藝制造X80 PSL2管線管，如前所述，其弊端是制造成本高、制造周期長且增加環境污染，而且，其合金配方中添加貴金屬Ni來提高鋼管的淬透性能，亦增加合金成本。本發明的一種輸送用高強度無縫鋼管的主要特點是在低的合金成本和制造成本下達到了鋼管力學性能滿足X80管線管的要求，而且，本發明制造工藝緊湊、簡捷，設備投入少，易于實施，產品性能穩定。對比專利如下。
[0006]I)中國專利，01126611.2，一種低碳低合金鋼及所制管材，成分(wt%):C0.10%-0.16%、Si 0.20%-0.40%、Mn 1.00%-1.35%、Al 0.02%_0.035%、V 0.07%_0.13%、Ni0.05%-0.25%、B 0.0005%-0.0035%。該發明的技術特點是采用離線的調質的熱處理工藝制造鋼管，通過添加N1、B保證鋼管的淬透性能，使鋼管強度達Χ80鋼級水平。該發明的不足之處在于，其淬火加高溫回火的離線熱處理制造工藝，合金、能源消耗等制造成本較高、制造周期長、成材率隨之必然降低且增加環境污染。
【發明內容】
[0007]為了克服上述現有 技術的缺點，本發明的目的是，提供一種采用低成本合金設計，非離線淬火+回火處理的Χ80 PSL2管線管的無縫鋼管及其制造方法，避免由于采用離線調質熱處理產生的制造成本較高、合金成本亦較高、產品成材率較低等問題。
[0008]本發明目的是通過下面的技術方案實現的:
[0009]一種X80級別PSL2在線熱處理的高強管線管用無縫鋼管，采用C-Mn-Cr-Nb-Ti系合金設計，保證產品的碳當量CEnw不高于0.50，通過Cr、Nb、Ti與C的共同作用，使鋼管在熱軋后的快速冷卻過程中形成M-A組織，采用在線的回火處理，既與普通的離線調質技術有明顯的不同，又能使產品得到與調質X80 PSL2管線管相當的強度、沖擊韌性等力學性能。
[0010]本發明產品的合金成分設計范圍如下:
[0011]按fft% 計，C 0.12%-0.16%、Si 0.30%_0.45%、Mn 1.24%-1.44%、Cr 0.30%-0.50%、Nb 0.02%-0.05%,Ti 0.01%-0.03%,P ≤ 0.020%,S ≤ 0.012%，余量為 Fe 和不可避免的雜質，且碳當量 CEnw 0.39-0.50。
[0012]各主要元素的作用及設計理由如下:
[0013]C:碳作為低合金鋼的主要強化元素，一般為鋼種必有元素，其有益作用是可明顯提高鋼的強度，其不利影響是隨其含量的增加會損害鋼的韌性和可焊接性。由于碳與其他強化元素相比，有最好的經濟性，因此，本發明為充分利用碳的有益作用、盡量規避其有害影響，限定碳的含量范圍為0.12%-0.16%。
[0014]S1:硅在低合金鋼中，既是良好的脫氧劑，又能固溶于鐵素體起強化作用，提高鋼的基礎強度，但含量太高將會降低鋼的塑性和韌性，同時，硅也具有較好的經濟性，故本發明的硅含量控制在0.30%-0.45%。
[0015]Mn:錳在低合金鋼中，一方面起到脫氧作用，另一方面還能起固溶強化作用，同時，錳添加到碳鋼中能有效細化鋼的晶粒尺寸，一定含量范圍內，既能提高鋼的強度又可改善鋼的韌性，錳可以彌補由于碳含量的降低而引起的強度損失，具有較好的經濟性。而且，錳還能增加制管過程中過冷奧氏體的穩定性，提高淬透性。但錳含量過高時會增加鋼的偏析傾向，損害鋼的韌性，綜合考慮，本發明限定錳的含量范圍1.20%-1.44%。
[0016]Cr:鉻提高淬透性，改善鋼的強韌性，促進控冷過程中M-A的形成，并增加M-A中富碳奧氏體的碳濃度從而增加其穩定性。當含量低于0.3%時作用較弱，難以達到理想效果，高于0.5%時，作用已飽和，成本增加。
[0017]Nb:鈮在鋼中與碳形成碳化物，除產生強烈的析出強化作用提高鋼的強度外，還能有效延遲再結晶的發生，有利于控制冷卻過程中M-A的形成，并可提高M-A中富碳奧氏體的碳濃度從而增加其穩定性。但當鈮的含量達到一定量時作用將達到飽和，同時對煉鋼連鑄鋼坯質量的控制要求也增高，故本發明從兼顧經濟性的角度考慮，設計鈮的含量范圍0.02%-0.05%。
[0018]T1:鈦與碳有很強的親和力，在鋼中形成的碳化物能在奧氏體狀態大量析出，限制奧氏體晶粒的長大，最終獲得更細小的室溫組織，提高鋼的強韌性，同時，但達到一定量時，其效果將不明顯，故限定鈦的含量范圍為0.01%-0.03%。
[0019]P、S為鋼中的雜質元素，含量越低越好，但過低的要求必將增加產品的制造成本，本發明限定的p< 0.020%、S^0.012%，一方面可達到產品使用要求，另一方面，不必額外增加控制成本。
[0020]對以上設計的合金成分的鋼材采用轉爐冶煉+爐外精煉+方坯連鑄+圓坯軋制+無縫制管+控制冷卻+在線回火熱處理的制造工藝路線，其特征是:[0021]I)鋼管經定徑終軋后控制溫度在800°C以上，并施以10°C /s~25°C /s加速冷卻，使鋼管溫度迅速快冷至600°C ~700°C。
[0022]2)快冷后鋼管可轉入空冷至100°C以下，對鋼管實施550°C飛50°C的回火處理。
[0023]3)鋼管使用狀態的組織為回火S+回火B+F組織。
[0024]經過以上合金成分和制造工藝得到的X80管線管用無縫鋼管，其屈服強度為585~695MPa，抗拉強度69(T810MPa，延伸率19~26%，(TC夏比沖擊功Akv最低值> 50J，屈強比 0.80~0.90。
[0025]本發明技術方案的特別之處在于:
[0026]I)設計的合金成分成本較低；
[0027]2)采用在線加速冷卻+回火熱處理的工藝制造鋼管，產品力學性能達到離線調質X80管線管的水平；
[0028]3)對經過控制冷卻后的鋼管優選采用了鋼管在線回火的熱處理方式；
[0029]本發明采用C-Mn-Cr-Nb-Ti的合金設計,在保證碳當量不超過0.50的情況下,通過特殊的在線加速冷卻+回火熱處理工藝獲得了 API 5L最新版規范要求的X80 PSL2管線管的性能，完全可以替代目前使用的離線調質工藝技術。本發明具有產品外形尺寸好、成材率高，制造成本低、制造周期較短的優點。
【具體實施方式】
[0030]下面舉例說明 本發明的實施，這些實施例僅是對本發明最佳實施方式的描述，并不對本發明的范圍有任何限制。表1為實施例鋼的化學成分，其工藝流程為轉爐冶煉一爐外精煉一方坯連鑄一圓坯軋制一環形爐加熱一菌式穿孔機穿管一連軋管機軋管一定徑成型一控制冷卻一回火熱處理。實施例的具體工藝制度見表2，表3為實施例鋼的力學性能。
[0031]表1實施例的化學成分(wt %)
[0032]
【權利要求】
1.一種X80輸送管線用無縫鋼管及其制造方法，其特征在于化學成分范圍按重量百分比為:C 0.12%-0.16%、Si 0.30%-0.45%、Mn 1.24%-1.44%、Cr 0.30%-0.50%、Nb0.02%-0.05%、Ti 0.01%-0.03%、P ( 0.020%、S ( 0.012%，余量為 Fe 和不可避免的雜質，且碳當量 CEnw 0.39-0.50。
2.一種根據權利要求1所述X80輸送管線用無縫鋼管的制造方法，包括轉爐冶煉、爐外精煉、方坯連鑄、圓坯軋制和無縫制管，其特征在于:鋼管經定徑終軋后控制溫度在800°C以上，并施以10°C /s~25°C /s加速冷卻，使鋼管溫度迅速快冷至600°C ^700°C ;快冷后鋼管可轉入空冷至100°C以下， 對鋼管實施550°C~650°C的回火處理。
【文檔編號】C21D8/10GK103882316SQ201210562204
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2012年12月21日 優先權日:2012年12月21日
【發明者】解德剛, 王長順, 陳克東, 趙波, 鄭云龍, 陳勇, 邸軍 申請人:鞍鋼股份有限公司