本發明屬于低合金鋼生產工藝領域，具體涉及一種中碳低成本L245-L320級別管線鋼及其制造方法。
背景技術：
L245-L320級別管線鋼在我們國內應用較大，并以每年10%的速度增長，這類管線鋼通常采用“低碳加微合金化”的方法生產，大量合金元素的添加不可避免的造成成本居高不下，在嚴峻的市場形勢下沒有明顯的競爭優勢，急需要發明一種新的生產工藝。本方案提出以中碳成分，結合軋制工藝及水冷工藝的對應性的調整進行生產，不僅能滿足鋼板的性能等要求，還能實現生產成本的合理控制，提高產品的競爭力。
技術實現要素：
本專利針對傳統中厚板軋機生產L245-L320級別管線鋼生產成本高的問題，本發明提供了一種中碳低成本L245-L320級別管線鋼及其制造方法，本發明減少了V（釩）、Ti（鈦）、Nb（鈮）的用量，有效降低了合金成本。本發明的技術方案如下：
一種中碳低成本L245-L320級別管線鋼，其化學成分按質量百分比計的組成如下：
C：0.14-0.18%，Si：0.1-0.3%，Mn：0.5-0.7%，S≤0.005%，P≤0.015%，Al：0.02-0.06%，其余為鐵及不可避免的雜質。
本方案L245-L320級別管線鋼成分設計中主要元素的作用：
碳：根據碳含量對強度的影響，當碳含量在0.14-0.18%范圍時抗拉強度在450Mpa以上，綜合考慮L245-L360（X52）級別管線鋼性能要求，選取C控制區間為0.14-0.18％。
硅：硅可以提高鋼的淬透性，有利于提高鋼的強度和韌性。設計硅含量為0.1-0.3%。
錳： C含量一定的條件下，珠光體組織也會隨著Mn含量的增加而增加。根據Mn/C比對管線鋼中韌脆轉變溫度的影響，為了控制鋼中珠光體比例，降低碳當量、提高鋼板焊接性能要盡量降低Mn含量，同時保證鋼板韌脆轉變溫度在適當范圍內，故將Mn含量控制在0.5-0.7%。
磷、硫：硫易與錳結合生成MnS夾雜物。硫化物夾雜對鋼板冷彎性能影響很大,尺寸較大且集中分布的夾雜物可作為裂紋源,直接引起冷彎開裂,條狀硫化物是產生氫致裂紋的必要條件。
磷在管線鋼中是一種易偏析元素，在偏析區其淬硬性約為碳的二倍。而且低溫環境用的管線鋼，當磷含量大于0.015%時，磷的偏析也會急劇增加。所以管線鋼生產應嚴格控制鋼中的磷、硫含量，設計含量為硫≤0.005%，磷≤0.015%。
本方案采用剔除合金元素的添加，同時降Mn增C。以中碳低硫、磷成分設計代替傳統低碳微合金化成分，在保障性能的同時可有效降低成本。
中碳低成本L245-L320級別管線鋼的工藝路線：KR→轉爐冶煉→脫氧合金化→CAS→LF→VD/RH→連鑄→鑄坯堆垛緩冷48小時→鑄坯加熱→除鱗→粗軋→精軋→ACC→矯直→冷卻→探傷→標志、入庫。其中：
（1）鑄坯加熱：確定鋼坯加熱溫度1180-1280℃，加熱速度1cm/9-10min，在爐時間2.5-3h。在保證加熱質量的同時，確保鑄坯在爐保溫時間能夠保證鑄坯中心由于正偏析而富集的碳進行有效擴散，從而一方面減少了鋼板中存在的中心線偏析，另一方面減少了寬度超過25μm的珠光體帶狀組織的出現幾率，從而避免珠光體帶中微裂紋的出現。
（2）軋制：包括粗軋和精軋，粗軋開軋溫度1130-1180℃，粗軋道次壓下率≥12％，在粗軋階段充分利用高溫和軋機能力充分細化奧氏體晶粒，利用合理的縱橫軋方式破碎帶狀組織和夾雜物，坯料的壓縮率控制在65-70%；精軋開軋溫度880℃±10℃，終軋溫度達到奧氏體開始向鐵素體轉變的溫度。
（3）ACC冷卻工藝：軋后開冷溫度800-830℃，設置冷卻速度10-15℃/s，加速冷卻可提高相變驅動力、使鐵素體細化，的同時珠光體也得到細化，珠光體片層間距減小，消除帶狀組織。終冷溫度應控制在650-700℃，達到促進鐵素體的細化、抑制珠光體和碳化物的出現、消除帶狀組織的目的。
本方案在工藝上采用控制軋制控制冷卻的方式細化微觀組織，提高產品性能。
本專利與現有技術相比較，具有下列顯著的優點和效果：
（1）主要通過合理中碳成分控制，保證強度，通過控制軋制、控軋冷卻實現鋼板性能，在非微合金化的情況下保證鋼板延伸率、低溫沖擊、落錘、冷彎等性能合格。
（2）由于提高了碳元素的含量，減少了V、Ti、Nb的用量，有效降低了合金成本。
（3）通過二階段控制軋制和軋后冷卻，得到細化的鐵素體+珠光體組織結構，較之非控軋控冷工藝，提高了產品組織細化程度和均勻性。
（4）本發明可滿足多級別(L245-L320)管線鋼的制備，生產靈活度高。
附圖說明
圖1為本發明實施例1制造的鋼板金相結構圖。
具體實施方式
下面結合具體實施例來進一步描述本發明，本發明的優點和特點將會隨著描述而更為清楚。但實施例僅是范例性的，并不對本發明的范圍構成任何限制。本領域技術人員應該理解的是，在不偏離本發明的精神和范圍下可以對本發明技術方案的細節和形式進行修改或替換，但這些修改和替換均落入本發明的保護范圍內。
實施例1 一種中碳低成本L245-L320級別管線鋼及其制造方法
其化學成分按質量百分比計的組成如下：
C：0.16％，Si：0.19％，Mn：0.6％，P：0.013％，S：0.002％，Al：0.025%，其余為鐵及不可避免的雜質。
制造工藝：KR→轉爐冶煉→脫氧合金化→CAS→LF→VD/RH→連鑄→鑄坯堆垛緩冷48小時→鑄坯加熱→除鱗→粗軋→精軋→ACC→矯直→冷卻→探傷→標志、入庫。其中，
（1）加熱：上述配制好的原料在120噸轉爐上冶煉，連鑄坯加熱至1220℃，加熱速度1cm/9-10min，在爐時間3h。
（2）軋制：采用成型、展寬、延伸三階段軋制，粗軋機軋制開軋溫度為1150℃，粗軋道次壓下率≥12％，完成成型、展寬和第一階段延伸軋制；精軋機開軋溫度890℃，終軋溫度850℃。
（3）ACC冷卻：在鋼板軋后控制冷卻，開冷溫度為830℃，冷卻速13℃/s，冷卻后鋼板表面溫度為680℃。
試驗生產鋼板的微觀組織金相圖如圖1所示，由金相圖可是所示鋼板組織成分主要為鐵素體+珠光體。表層鐵素體晶粒比中心部細化，由于采用ACC水冷及大壓下量軋制組織較為均勻細化，表層晶粒度達到10級，組織主要為多邊形鐵素體和珠光體。中心晶粒度為9級，鐵素體呈準多邊形趨勢。沒有發現夾雜物、中心偏析、裂紋和魏氏體組織缺陷。
本實施例獲得的管線鋼屈服強度323Mpa，抗拉強度470Mpa，伸長率45%。試制鋼板的-20℃沖擊值在89-125J，平均106J均達到要求，沖擊斷口纖維狀面積平均90%，滿足平均值≥85%的要求。以上數據表明試驗軋制的鋼板可滿足L245-L320級別管線性能。化學成分、力學性能滿足國家標準。
實施例2 一種中碳低成本L245-L320級別管線鋼及其制造方法
其化學成分按質量百分比計的組成如下：
C：0.15％，Si：0.15％，Mn：0.55％，P：0.011％，S：0.003％，Al：0.03%，其余為鐵及不可避免的雜質。
制造工藝：KR→轉爐冶煉→脫氧合金化→CAS→LF→VD/RH→連鑄→鑄坯堆垛緩冷48小時→鑄坯加熱→除鱗→粗軋→精軋→ACC→矯直→冷卻→探傷→標志、入庫。其中，
（1）加熱：上述配制好的原料在120噸轉爐上冶煉，連鑄坯加熱至1190℃，加熱速度1cm/9-10min，在爐時間2.5h。
（2）軋制：采用成型、展寬、延伸三階段軋制，粗軋機軋制開軋溫度為1160℃，粗軋道次壓下率≥12％，完成成型、展寬和第一階段延伸軋制；精軋機開軋溫度880℃，終軋溫度850℃。
（3）ACC冷卻：在鋼板軋后控制冷卻，開冷溫度為810℃，冷卻速14℃/s，冷卻后鋼板表面溫度為660℃。
本實施例獲得的管線鋼屈服強度321Mpa，抗拉強度465Mpa，伸長率43%。試制鋼板的-20℃沖擊值在89-125J，平均106J均達到要求，沖擊斷口纖維狀面積平均90%，滿足平均值≥85%的要求。以上數據表明試驗軋制的鋼板可滿足L245-L320級別管線性能。化學成分、力學性能滿足國家標準。
實施例3 一種中碳低成本L245-L320級別管線鋼及其制造方法
其化學成分按質量百分比計的組成如下：
C：0.17％，Si：0.14％，Mn：0.5％，P：0.01％，S：0.0025％，Al：0.036%，其余為鐵及不可避免的雜質。
制造工藝：KR→轉爐冶煉→脫氧合金化→CAS→LF→VD/RH→連鑄→鑄坯堆垛緩冷48小時→鑄坯加熱→除鱗→粗軋→精軋→ACC→矯直→冷卻→探傷→標志、入庫。其中，
（1）加熱：上述配制好的原料在120噸轉爐上冶煉，連鑄坯加熱至1200℃，加熱速度1cm/9-10min，在爐時間3h。
（2）軋制：采用成型、展寬、延伸三階段軋制，粗軋機軋制開軋溫度為1140℃，粗軋道次壓下率≥12％，完成成型、展寬和第一階段延伸軋制；精軋機開軋溫度885℃，終軋溫度850℃。
（3）ACC冷卻：在鋼板軋后控制冷卻，開冷溫度為810℃，冷卻速14℃/s，冷卻后鋼板表面溫度為670℃。
本實施例獲得的管線鋼屈服強度320Mpa，抗拉強度467Mpa，伸長率44%。試制鋼板的-20℃沖擊值在89-125J，平均106J均達到要求，沖擊斷口纖維狀面積平均90%，滿足平均值≥85%的要求。以上數據表明試驗軋制的鋼板可滿足L245-L320級別管線性能。化學成分、力學性能滿足國家標準。