一種經濟型x65石油天然氣管線鋼及其生產方法
【專利摘要】一種經濟型X65石油天然氣管線鋼，其組分及重量百分比含量為：C：0.10～0.14%、Si：0.15～0.40%、Mn：1.10～1.40%、P：≤0.015%、S≤0.0020%、Nb：0.025～0.045%、V：0.041~0.060%、Ti：0.005～0.020%、Al：0.020～0.050%、N：≤0.008%；生產步驟：冶煉并澆注成坯；對鑄坯加熱；在寬厚板軋機上粗軋；在寬厚板軋機上分兩階段精軋；冷卻；矯直。本發明可以比現有價格降低不低于5%，且鋼板的屈服強度（Rt0.5）≥450MPa，抗拉強度（Rm）≥535MPa，屈強比（Rt0.5/Rm）≤0.91，延伸率（A50mm）≥24％，-20℃KV2≥200J，-15℃DWTT。
【專利說明】-種經濟型X65石油天然氣管線鋼及其生產方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種管線鋼及其生產方法，具體地屬于一種X65級石油天然氣管線鋼 及其生產方法。
【背景技術】
[0002] 隨著世界經濟的高速發展，對石油、天然氣等能源資源的需求與日俱增，石油、天 然氣長輸管道和城市管網的建設得到蓬勃發展。為提高長輸管道和城市管網的輸送效率和 運行的經濟性，近年來，管道的輸送壓力和管徑不斷增加，對所采用管線鋼原材料的強韌性 要求越來越高。
[0003] 目前國內外主要長輸管道的主干線均采用X70、X80級管線鋼，支線和城市管網的 選材主要采用X60、X65甚至X70級管線鋼。但是，現有的使用鋼中含有昂貴的Ni、Cu、Mo等 元素，且鑄坯的加熱溫度較高，導致能耗高，冷卻溫度較低，導致鋼板的內應力較大，使鋼板 的平直度較差。傳統的C含量均采用低于0. 1%，因為認為如果C含量高于0. 1%，則會導致 管線鋼的韌性和焊接性能無法滿足使用要求。本發明申請從降低成本的角度出發，經過大 量試驗研究，克服了這種傳統的思維方式，提出了在保證管線鋼的使用性能的前提下，通過 提高C含量而降低原材料生產成本的技術措施。
[0004] 經檢索： 專利申請號為201010243241. 0的中國專利文獻，公開了 "一種X65管線鋼的制造方 法"，其闡述了一種采用低C、高Μη、較高Nb、較高V的成分設計理念，并使用爐卷軋機，通過 TMCP工藝生產X65管線鋼。該文獻存在的不足是：添加了較高含量的Nb、V，使生產成本高， 且還在粗軋與精軋之間需要弛豫，導致不僅生產效率較低，且間接生產成本增加。
[0005] 專利申請號為200710028175. 3的中國專利文獻，公開了"一種低成本生產X65管 線鋼的方法"，其闡述了一種采用低C、高Μη、較高Nb、微Ti處理的成分設計，結合TMCP工 藝生產X65管線鋼熱軋板卷的方法。該文獻雖沒有添加 Mo、Ni、Cu等貴重合金，且能夠達到 X65級管線鋼的強韌性要求，但是其僅適用于CSP產線生產極薄規格（10mm以下）的X65管 線鋼。這種薄規格的管線鋼如使用于石油及天然氣的輸送，承壓能力嚴重不足而無法滿足 要求。
[0006] 專利申請號為201110350933. X的中國專利文獻，公開了"一種基于爐卷軋機生產 的深海管線鋼及其制造方法"，其闡述了一種采用低碳/超低碳-高Mn-Nb-Ni，適量添加 Cu、 Cr、Mo等合金元素的成分設計，結合TMCP工藝生產深海用X65管線鋼的方法。該文獻生產 的X65管線鋼板性能優異，但由于添加昂貴的Mo、Ni、Cu等合金元素，且鑄坯的加熱溫度較 高，導致能耗高，冷卻溫度較低，導致鋼板的內應力較大，使鋼板的平整度較差。
[0007] 專利申請號為201110232809. 3的發明專利文獻，其公開了"深海用彡25mm厚的管 線鋼及其生產方法"，其闡述了一種采用低碳/超低碳-高Mn-Nb-Mo,適量添加 Cu、Cr、Ni、 V等合金元素的成分設計，結合TMCP工藝生產深海用X65管線鋼的方法。該文獻生產出的 特厚規格X65管線鋼板性能優異，但同樣由于添加昂貴的Mo、Ni、Cu等合金元素，且鑄坯的 加熱溫度較高，導致能耗高，冷卻溫度較低，導致鋼板的內應力較大，使鋼板的平整度較差。
[0008] 另有一個申請號為201210038193. 0的發明專利文獻，其公開了《一種耐磨損的漿 體輸送管線用鋼及其生產方法》。其雖然可替代用于石油管線用鋼，但由于其仍含有較昂貴 的Cu、Mo元素，且鑄坯的加熱溫度較高，導致能耗高。
【發明內容】
[0009] 本發明針對現有技術存在的不足，提供一種在保證X65管線鋼板性能優異的前提 下，使生產成本可比現有成本降低不低于5%，且成分及工藝簡單的經濟型X65石油天然氣 管線鋼及其生產方法。
[0010] 本申請為了實現上述目的，對實現本申請的目的的起影響或者關鍵作用的合金元 素及工藝進行了深入的研究，其結果，為了即使在保證X65力學性能的前提下，還能實現生 產成本可比現有成本降低不低于5%的目的，因此提出了采用在成分方面主要是采用了較 高的C含量，即其含量在0. 1~0. 14%，更佳是在0. 105?0. 125%;其次還采用了匹配的工藝， 即將鑄坯加熱溫度控制在1100?1180°C，最佳是在1100?1145 °C;并將冷卻溫度控制在較 高的55(T650°C范圍，其不僅可以使V得到充分析出，而且有利于鋼板的殘余應力的釋放， 使鋼板的平整度更好，并還可以縮短冷卻時間，對提高生產效率有益。
[0011] 實現上述目的的措施： 一種經濟型X65石油天然氣管線鋼，其組分及重量百分比含量為：C :0. 10?0. 14%、 Si :0· 15 ?0· 40%、Mn :1· 10 ?1. 40%、P :彡 0· 015%、S 彡 0· 0020%、Nb :0· 025 ?0· 045%、V : 0· 041 ?0· 060%、Ti :0· 005 ?0· 020%、A1 :0· 020 ?0· 050%、N :彡 0· 008%，余量為 Fe 及不可 避免的夾雜。
[0012] 優選地：C的重量百分比含量在0· 105?0· 125%。
[0013] 優選地：V的重量百分比含量在0. 041?0. 053%。
[0014] 生產一種經濟型X65石油天然氣管線鋼，其步驟： 1) 轉爐冶煉、常規真空進行Si-Ca處理、澆注成坯； 2) 對鑄坯加熱，控制鑄坯加熱溫度在1100?1180°C ; 3) 在寬厚板軋機上進行粗乳，控制粗軋溫度在980?1130°C，道次壓下率不低于10% ; 4) 在寬厚板軋機上進行精軋，控制精軋溫度在720?980°C，精軋累積壓下率不低于 75% ； 5) 進行冷卻，在冷卻速度為10?20°C /s下冷卻至55(T650°C ; 6) 進行矯直。
[0015] 優選地：控制鑄坯加熱溫度在1100?1145°C。
[0016] 本發明中各元素及主要工序的作用 碳：本申請之所以采用較高的C含量，經試驗，其可以大幅提高管線鋼的強度，從而減 少其他貴重合金的加入量，顯著降低合金設計成本，而且，深入的強韌化機理研究和多次試 制發現，若碳含量不超過0. 14%，通過合理控制軋制工藝和冷卻工藝，有效細化成品晶粒尺 寸，盡量避免或減少珠光體組織的形成，則鋼的韌性和焊接性能能夠得到保證。因此，將碳 含量限定為〇. 10?〇. 14%，優選地：C的重量百分比含量在0. 105?0. 125%。
[0017] 硅（Si)含量為0. 15?0. 40%，主要起固溶強化作用，同時避免因添加過量硅導致 鋼的塑、韌性顯著惡化。
[0018] 錳（Μη)含量為1. 10?1. 40%，加入一定量的經濟合金化元素錳，可以顯著提高鋼 的強度，此外，錳還可以在一定程度上細化晶粒，改善鋼的沖擊韌性，但是錳易形成偏聚，導 致鋼的成分和組織不均，因此將錳控制在較低水平。
[0019] 鈮（Nb)含量為0. 025?0. 045%，鈮可以顯著提高鋼的奧氏體再結晶溫度，擴大未 再結晶區范圍，便于實現高溫控軋，降低軋機負荷，同時鈮還可以抑制奧氏體晶粒長大，具 有顯著的細晶強化和析出強化作用。但是在Nb屬于貴重金屬，且添加過量的鈮會促進M-A 島的生成，降低焊接熱影響區的韌性，因此，將鈮的含量限定為0. 025?0. 045%。
[0020] 釩（V)，釩可以補充鈮析出強化的不足，還可以在一定程度上改善鋼的焊后韌性。 但由于釩具有較強的沉淀強化和較弱的細晶強化作用，加入量高于〇. 06%的釩，易導致鋼 的韌脆轉變溫度提高，因此將釩的含量控制在含量為〇. 041?0. 060%，優選地V的重量百分 比含量在〇. 041?0. 053%. 鈦（Ti)含量為0. 005?0. 020%，鈦與鈮在鋼中的作用類似，有較強的細晶強化和析出 強化作用，微量的鈦還可以在高溫下與碳、氧結合，形成高溫難熔的析出物，有利于抑制焊 接熱影響區的奧氏體晶粒長大，顯著改善焊接熱影響區的韌性。
[0021] 鋁（A1)的含量為0.020?0.050%，鋁是鋼中主要的脫氧元素，能夠顯著降低鋼中 的氧含量，同時鋁與氮的結合形成A1N，能夠有效地細化晶粒。但是鋼中鋁含量超過一定量 時，易導致鋁的氧化物夾雜明顯增加，降低鋼的潔凈度，對鋼的低溫韌性不利。
[0022] 磷（P)、硫（S)、氮（N)含量分別為：[%P]彡 0· 015, [%S]彡 0· 0020, [%N]彡 0· 008。 磷易導致鋼的冷脆，硫易引起熱脆，而氮易引起鋼的淬火失效和形變失效，導致鋼的性能不 穩定，因此應盡量降低鋼中的磷、硫、氮的含量。
[0023] 本發明與現有技術相比，采用較經濟的成分設計和較簡便的生產工藝，可以顯 著降低X65管線鋼的生產成本，S卩比現有價格降低不低于5%，且生產效率還可得到提高。 試驗和檢驗結果表明，通過組分及含量和生產工藝的控制，能夠獲得理想的細小、均勻的 鐵素體+少量貝氏體組織(或鐵素體+少量貝氏體+少量珠光體組織)，可以實現X65級 管線鋼板所要求的較高強度、優良塑性和低溫韌性的良好匹配，鋼板的屈服強度（R ta5) 彡 450MPa，抗拉強度（RJ 彡 535MPa，屈強比（R^/RJ 彡 0.91，延伸率（A5Qnm)彡 24%，-20°C KV2 彡 200J，-15°C DWTT SA 彡 85%。
【具體實施方式】
[0024] 下面對本發明予以詳細描述： 表1為本發明各實施例及對比例的取值列表； 表2為本發明各實施例及對比例的主要工藝參數列表； 表3為本發明各實施例及對比例橫向主要性能檢測統計表。
[0025] 本發明各實施例按照以下步驟生產： 1) 轉爐冶煉、常規真空進行Si-Ca處理、澆注成坯； 2) 對鑄坯加熱，控制鑄坯加熱溫度在1100?1180°C ; 3) 在寬厚板軋機上進行粗乳，控制粗軋溫度在980?1130°C，道次壓下率不低于10% ; 4) 在寬厚板軋機上進行精軋，控制精軋溫度在720?980°C，精軋累積壓下率不低于 75% ； 5) 進行冷卻，在冷卻速度為10?20°C /s下冷卻至55(T650°C ; 6) 進行矯直。
[0026] 表1本發明各實施例及對比例的取值列表（wt%)
【權利要求】
1. 一種經濟型X65石油天然氣管線鋼，其組分及重量百分比含量為：C :0. 10?0. 14%、 Si :0· 15 ?0· 40%、Mn :1· 10 ?1. 40%、P :彡 0· 015%、S 彡 0· 0020%、Nb :0· 025 ?0· 045%、V : 0· 041 ?0· 060%、Ti :0· 005 ?0· 020%、A1 :0· 020 ?0· 050%、K 0· 008%，余量為 Fe 及不可 避免的夾雜。
2. 如權利要求1所述的一種經濟型X65石油天然氣管線鋼，其特征在于：C的重量百分 比含量在〇· 105?0· 125%。
3. 如權利要求1所述的一種經濟型X65石油天然氣管線鋼，其特征在于：V的重量百分 比含量在〇. 041?0. 053%。
4. 生產如權利要求1所述的一種經濟型X65石油天然氣管線鋼，其步驟： 1) 轉爐冶煉、常規真空進行Si-Ca處理、澆注成坯； 2) 對鑄坯加熱，控制鑄坯加熱溫度在1100?1180°C ; 3) 在寬厚板軋機上進行粗乳，控制粗軋溫度在980?1130°C，道次壓下率不低于10% ; 4) 在寬厚板軋機上進行精軋，控制精軋溫度在720?980°C，精軋累積壓下率不低于 75% ； 5) 進行冷卻，在冷卻速度為10?20°C /s下冷卻至55(T650°C ; 6) 進行矯直。
5. 如權利要求4所述的一種經濟型X65石油天然氣管線鋼的方法，其特征在于：控制 鑄坯加熱溫度在1100?1145 °C。
【文檔編號】C21D8/02GK104046896SQ201410092743
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年3月14日 優先權日:2014年3月14日
【發明者】徐進橋, 郭斌, 李銀華, 鄭琳, 董漢雄, 黃道昌, 楊波, 崔雷, 王世森, 鄒航 申請人:武漢鋼鐵(集團)公司