570MPa級特厚高韌低溫服役管件鋼板及生產方法與流程

本發明屬于冶金
技術領域：
，具體涉及一種570mpa級特厚高韌低溫服役管件鋼板及生產方法。
背景技術：
：中俄東線天然氣管道工程國內起點位于黑龍江省黑河市，站場用管服役環境較低，中石油已立項研制中俄東線站場用低溫（-45℃）鋼管、管件及焊接技術。目前鞍鋼、鋼研總院與渤海石油裝備制造有限公司合作進行該項目管件的試制，-45℃低溫x80管件為國內適用溫度最低，是下步管件鋼發展趨勢，因此研制該級別低溫管件鋼意義重大。管件鋼通常用來制作天然氣管道三通、彎頭等，用于管道分支和站場的管接頭部位，長期處于高壓、強腐蝕和復雜的流動應力工作環境，且制作需經過復雜的冷卷、焊接和多次熱沖壓成型，最終還需整體調質處理，因而對管件三通用鋼的強度、韌度、抗水壓、焊接、耐腐蝕等性能指標有著嚴格的要求。技術實現要素：本發明要解決的技術問題是提供一種570mpa級特厚高韌低溫服役管件鋼板；本發明還提供一種570mpa級特厚高韌低溫服役管件鋼板的生產方法。為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種屈服570mpa級特厚高韌低溫服役管件鋼板，所述鋼板化學成分組成及其質量百分含量為：c：0.06-0.08%，si：0.20-0.40%，mn：1.60-1.70%，p≤0.010%，s≤0.002%，nb：0.050-0.060%，v：0.048-0.058%，ni：0.48-0.58%，cr：0.13-0.23%，mo：0.26-0.32%，cu：0.15-0.20%，alt：0.020-0.040%，余量為fe和不可避免的雜質。本發明鋼板最大厚度可達到57mm；鋼板組織為貝氏體和鐵素體的復合組織。本發明鋼板的力學性能：屈服強度600～650mpa，抗拉強度670～760mpa，屈強比0.87～0.91，-45℃沖擊功平均≥200j。本發明還提供了一種屈服570mpa級特厚高韌低溫服役管件鋼板的生產方法，所述方法包括冶煉、連鑄、加熱、軋制、試樣淬火、試樣回火工序；所述軋制工序采用再結晶區＋未再結晶區兩階段控軋控冷工藝。本發明所述軋制工序，第一階段軋制溫度為1000～1100℃，單道次壓下量為10～20%，累計壓下率為30～50％。本發明所述軋制工序，第二階段軋制溫度為850～880℃，累計壓下率為30～50%；軋后進行acc水冷，入水溫度為760-780℃，返紅溫度600～650℃。本發明所述試樣淬火工序，淬火加熱溫度870-880℃，保溫時間系數2.0min/mm。本發明所述試樣回火工序，回火加熱溫度590-600℃，保溫時間系數4.0min/mm。本發明所述加熱工序，鋼坯的最高加熱溫度1240-1250℃，均熱溫度1200-1220℃，總加熱時間≥330min，均熱段在爐時間≥60min。本發明所述冶煉工序，鋼水先經電爐冶煉，送入lf精煉爐精煉，精煉時喂入al線；鋼水溫度達到1530-1550℃后，轉入vd爐真空脫氣處理，真空脫氣處理前加入casi塊≥1kg/噸鋼，改變夾雜物形態，真空脫氣處理的真空度≤66.6pa，真空保持時間≥20min；所述連鑄工序，采用300mm厚度連鑄坯成材。本發明設計思路如下：碳、錳固溶強化；加入適量的nb、v、ni、cr、mo、cu細化晶粒，其碳氮化物起到彌散強化作用；通過后續精準的控軋控冷和試樣調質工藝，使鋼板具有良好的力學性能。其中，各組分及含量在本發明中的作用是：c：碳對鋼的屈服、抗拉強度、焊接性能產生顯著影響；碳通過間隙固溶能顯著提高鋼板強度，但碳含量過高，又會影響鋼的焊接性能及韌性。si：在煉鋼過程中作為還原劑和脫氧劑，同時si也能起到固溶強化作用，但超過0.5%時，會造成鋼的韌性下降，降低鋼的焊接性能。mn：錳成本低廉，能增加鋼的韌性、強度和硬度，提高鋼的淬透性，改善鋼的熱加工性能；錳量過高，對于大厚度鋼板易出現中心偏析。p、s：在一般情況下，磷和硫都是鋼中有害元素，增加鋼的脆性；磷使焊接性能變壞，降低塑性；硫降低鋼的延展性和韌性，在軋制時造成裂紋；因此應盡量減少磷和硫在鋼中的含量。al：鋁是鋼中常用的脫氧劑，鋼中加入少量的鋁，可細化晶粒，提高沖擊韌性；鋁還具有抗氧化性和抗腐蝕性能，過高則影響鋼的熱加工性能、焊接性能和切削加工性能。nb：為了促進鋼軋制顯微組織的晶粒細化，可同時提高強度和韌性，鈮可在控軋過程中通過抑制奧氏體再結晶，有效的細化顯微組織，并通過析出強化基體。焊接過程中，鈮原子的偏聚及析出可以阻礙加熱時奧氏體晶粒的粗化，并保證焊接后得到比較細小的熱影響區組織，改善焊接性能。v：主要作用是γ-α轉變過程中的相間析出和在鐵素體中的析出強化。ni：主要作用是保證鋼板低溫韌性。cr：能提高淬透性和固溶強化，能夠提高鋼在熱處理狀態下的強度和硬度。但也使鋼板韌性有所降低，并增加回火脆性。因此可以根據強韌性要求，確定合理的cr含量。mo：主要作用提高高溫回火穩定性，顯著提高鋼的高溫強度。cu:是低碳貝氏體鋼中常添加的元素，在大厚度高強度鋼中加入cu可以顯著改善因低碳、軋制壓下量不足、軋后冷速低等因素導致的鋼中奧氏體晶粒粗大帶來的粗大貝氏體以致強度降低現象，尤其是鋼板回火后，有較強的析出強化作用，為了防止銅在晶界偏析引起鑄坯及鋼板開裂，一般加入一定量的鎳。本發明屈服570mpa級特厚高韌低溫服役管件鋼板產品標準參考《中俄東線站場低溫環境（-45℃）用d1422x80管材、管件技術條件——單爐試制》。采用上述技術方案所產生的有益效果在于：1、本發明化學成分設計采用低c，保證鋼板良好的焊接性；采用nb、v微合金化設計，輔以mo、cu等合金元素，確保鋼板強度、韌性匹配。2、本發明方法通過控軋控冷＋淬火+回火工藝生產鋼板，所得屈服570mpa級x80鋼板具有良好的焊接性，ceq：0.47～0.50%；屈服強度600～650mpa，抗拉強度670～760mpa，屈強比在0.87-0.91，-45℃沖擊功≥200j；鋼板最大厚度可達到57mm；具有貝氏體、鐵素體的復合組織。附圖說明圖1為實施例1鋼板的顯微組織圖；圖2為實施例2鋼板的顯微組織圖；圖3為實施例3鋼板的顯微組織圖；圖4為實施例4鋼板的顯微組織圖；圖5為實施例5鋼板的顯微組織圖；圖6為實施例6鋼板的顯微組織圖；圖7為實施例7鋼板的顯微組織圖；圖8為實施例8鋼板的顯微組織圖。具體實施方式下面結合附圖及具體實施例對本發明作進一步詳細的說明。實施例1本實施例屈服570mpa級特厚高韌低溫服役管件鋼板厚度為57mm，鋼板化學成分組成及質量百分含量見表1。570mpa級特厚高韌低溫服役管件鋼板生產方法包括冶煉、連鑄、加熱、軋制、試樣淬火、試樣回火工序，具體生產工藝如下所述：（1）冶煉工序：鋼水先經電爐冶煉，送入lf精煉爐精煉，鋼水溫度達到1540℃轉入vd爐真空脫氣處理，vd前加入casi塊1.0kg/噸鋼；真空脫氣處理的真空度66.6pa，真空保持時間20min；出鋼鋼水化學成分組成及質量百分含量見表1；（2）連鑄工序：采用300mm厚度連鑄坯成材；（3）加熱工序：最高加熱溫度1250℃，均熱溫度1220℃，總加熱時間331min，均熱段在爐時間63min；（4）軋制工序：第一階段軋制溫度為1030℃，單道次壓下量為20%，累計壓下率為50％；第二階段軋制溫度為860℃，累計壓下率為30％；軋后進行acc水冷，入水溫度780℃，返紅溫度650℃；（5）淬火工序：試樣淬火加熱溫度871℃，保溫時間系數2min/mm；（6）回火工序：試樣回火加熱溫度591℃，保溫時間系數4min/mm。本實施例所得570mpa級特厚高韌低溫服役管件鋼板的力學性能：屈服強度635mpa，抗拉強度715mpa，屈強比0.89，-45℃沖擊功平均268j；鋼板的顯微組織見圖1，由圖1可見其組織為貝氏體和鐵素體的復合組織。實施例2本實施例屈服570mpa級特厚高韌低溫服役管件鋼板厚度為27mm，鋼板化學成分組成及質量百分含量見表1。570mpa級特厚高韌低溫服役管件鋼板生產方法包括冶煉、連鑄、加熱、軋制、試樣淬火、試樣回火工序，具體生產工藝如下所述：（1）冶煉工序：鋼水先經電爐冶煉，送入lf精煉爐精煉，鋼水溫度1550℃轉入vd爐真空脫氣處理，vd前加入casi塊1.2kg/噸鋼改變夾雜物形態；真空脫氣處理的真空度66pa，真空保持時間24min；出鋼鋼水化學成分組成及質量百分含量見表1；（2）連鑄工序：采用300mm厚度連鑄坯成材；（3）加熱工序：鋼坯加熱溫度最高1245℃，均熱溫度1218℃，總加熱時間335min，均熱段在爐時間65min；（4）軋制工序：第一階段軋制溫度為1100℃，單道次壓下量為10%，累計壓下率為30％；第二階段軋制溫度為870℃，累計壓下率為30％，軋后進行acc水冷，入水溫度780℃，返紅溫度600℃；（5）淬火工序：試樣淬火加熱溫度875℃，保溫時間2min/mm；（6）回火工序：試樣回火加熱溫度593℃，保溫時間系數4min/mm。本實施例所得570mpa級特厚高韌低溫服役管件鋼板的力學性能：屈服強度645mpa，抗拉強度712mpa，屈強比0.91，-45℃沖擊功平均227j；鋼板的顯微組織見圖2，由圖2可見其組織為貝氏體和鐵素體的復合組織。實施例3本實施例屈服570mpa級特厚高韌低溫服役管件鋼板厚度為44mm，鋼板化學成分組成及質量百分含量見表1。570mpa級特厚高韌低溫服役管件鋼板生產方法包括冶煉、連鑄、加熱、軋制、試樣淬火、試樣回火工序，具體生產工藝如下所述：（1）冶煉工序：鋼水先經電爐冶煉，送入lf精煉爐精煉，鋼水溫度1530℃轉入vd爐真空脫氣處理，vd前加入casi塊1.1kg/噸鋼改變夾雜物形態；真空脫氣處理的真空度60pa，真空保持時間25min；出鋼鋼水化學成分組成及質量百分含量見表1；（2）連鑄工序：采用300mm厚度連鑄坯成材；（3）加熱：最高加熱溫度1240℃，均熱溫度1220℃，總加熱時間337min，均熱段在爐時間62min；（4）軋制工序：第一階段軋制溫度為1050℃，單道次壓下量為15%，累計壓下率為38％；第二階段軋制溫度為880℃，累計壓下率為40％；軋后進行acc水冷，入水溫度780℃，返紅溫度650℃；（5）淬火工序：試樣淬火加熱溫度877℃，保溫時間系數2min/mm；（6）回火工序：試樣回火加熱溫度599℃，保溫時間系數4min/mm。本實施例所得570mpa級特厚高韌低溫服役管件鋼板的力學性能：屈服強度600mpa，抗拉強度687mpa，屈強比0.87，-45℃沖擊功平均223j；鋼板的顯微組織見圖3，由圖3可見其組織為貝氏體和鐵素體的復合組織。實施例4本實施例屈服570mpa級特厚高韌低溫服役管件鋼板厚度為38mm，鋼板化學成分組成及質量百分含量見表1。570mpa級特厚高韌低溫服役管件鋼板生產方法包括冶煉、連鑄、加熱、軋制、試樣淬火、試樣回火工序，具體生產工藝如下所述：（1）冶煉工序：鋼水先經電爐冶煉，送入lf精煉爐精煉，鋼水溫度1535℃轉入vd爐真空脫氣處理，vd前加入casi塊1.3kg/噸鋼改變夾雜物形態；真空脫氣處理的真空度62pa，真空保持時間26min；出鋼鋼水化學成分組成及質量百分含量見表1；（2）連鑄工序：采用300mm厚度連鑄坯成材；（3）加熱工序：最高加熱溫度1250℃，均熱溫度1220℃，總加熱時間339min，均熱段在爐時間68min；（4）軋制工序：第一階段軋制溫度為1000℃，此階段單道次壓下量為18%，累計壓下率為40％；第二階段軋制溫度為860℃，累計壓下率為42％，軋后進行acc水冷，入水溫度780℃，返紅溫度650℃；（5）淬火工序：試樣淬火加熱溫度877℃，保溫時間系數2min/mm；（6）回火工序：試樣回火加熱溫度600℃，保溫時間系數4min/mm。本實施例所得570mpa級特厚高韌低溫服役管件鋼板的力學性能：屈服強度622mpa，抗拉強度710mpa，屈強比0.88，-46℃沖擊功平均252j；鋼板的顯微組織見圖4，由圖4可見其組織為貝氏體和鐵素體的復合組織。實施例5本實施例屈服570mpa級特厚高韌低溫服役管件鋼板厚度為25mm，鋼板化學成分組成及質量百分含量見表1。570mpa級特厚高韌低溫服役管件鋼板生產方法包括冶煉、連鑄、加熱、軋制、試樣淬火、試樣回火工序，具體生產工藝如下所述：（1）冶煉工序：鋼水先經電爐冶煉，送入lf精煉爐精煉，鋼水溫度達到1545℃轉入vd爐真空脫氣處理，vd前加入casi塊1.2kg/噸鋼；真空脫氣處理的真空度65pa，真空保持時間30min；出鋼鋼水化學成分組成及質量百分含量見表1；（2）連鑄工序：采用300mm厚度連鑄坯成材；（3）加熱工序：最高加熱溫度1248℃，均熱溫度1220℃，總加熱時間340min，均熱段在爐時間65min；（4）軋制工序：第一階段軋制溫度為1080℃，單道次壓下量為12%，累計壓下率為32％；第二階段軋制溫度為860℃，累計壓下率為50％；軋后進行acc水冷，入水溫度780℃，返紅溫度620℃；（5）淬火工序：試樣淬火加熱溫度880℃，加熱時間系數2min/mm；（6）回火工序：試樣回火加熱溫度600℃，保溫時間系數4min/mm。本實施例所得570mpa級特厚高韌低溫服役管件鋼板的力學性能：屈服強度605mpa，抗拉強度670mpa，屈強比0.90，-45℃沖擊功平均267j；鋼板的顯微組織見圖5，由圖5可見其組織為貝氏體和鐵素體的復合組織。實施例6本實施例屈服570mpa級特厚高韌低溫服役管件鋼板厚度為18mm，鋼板化學成分組成及質量百分含量見表1。570mpa級特厚高韌低溫服役管件鋼板生產方法包括冶煉、連鑄、加熱、軋制、試樣淬火、試樣回火工序，具體生產工藝如下所述：（1）冶煉工序：鋼水先經電爐冶煉，送入lf精煉爐精煉，鋼水溫度達到1540℃轉入vd爐真空脫氣處理，vd前加入casi塊1.4kg/噸鋼；真空脫氣處理的真空度64pa，真空保持時間25min；出鋼鋼水化學成分組成及質量百分含量見表1；（2）連鑄工序：采用300mm厚度連鑄坯成材；（3）加熱工序：最高加熱溫度1243℃，均熱溫度1220℃，總加熱時間338min，均熱段在爐時間65min；（4）軋制工序：第一階段軋制溫度為1040℃，單道次壓下量為14%，累計壓下率為45％；第二階段軋制溫度為870℃，累計壓下率為36％；軋后進行acc水冷，入水溫度780℃，返紅溫度630℃；（5）淬火工序：試樣淬火加熱溫度875℃，加熱時間系數2min/mm；（6）回火工序：試樣回火加熱溫度599℃，保溫時間系數4min/mm。本實施例所得570mpa級特厚高韌低溫服役管件鋼板的力學性能：屈服強度629mpa，抗拉強度688mpa，屈強比0.91，-45℃沖擊功平均207j；鋼板的顯微組織見圖6，由圖6可見其組織為貝氏體和鐵素體的復合組織。實施例7本實施例屈服570mpa級特厚高韌低溫服役管件鋼板厚度為30mm，鋼板化學成分組成及質量百分含量見表1。570mpa級特厚高韌低溫服役管件鋼板生產方法包括冶煉、連鑄、加熱、軋制、試樣淬火、試樣回火工序，具體生產工藝如下所述：（1）冶煉工序：鋼水先經電爐冶煉，送入lf精煉爐精煉，鋼水溫度達到1535℃轉入vd爐真空脫氣處理，vd前加入casi塊1.3kg/噸鋼；真空脫氣處理的真空度60pa，真空保持時間30min；出鋼鋼水化學成分組成及質量百分含量見表1；（2）連鑄工序：采用300mm厚度連鑄坯成材；（3）加熱工序：最高加熱溫度1245℃，均熱溫度1200℃，總加熱時間330min，均熱段在爐時間60min；（4）軋制工序：第一階段軋制溫度為1070℃，單道次壓下量為17%，累計壓下率為40％；第二階段軋制溫度為870℃，累計壓下率為45％；軋后進行acc水冷，入水溫度760℃，返紅溫度630℃；（5）淬火工序：試樣淬火加熱溫度870℃，加熱時間系數2min/mm；（6）回火工序：試樣回火加熱溫度590℃，保溫時間系數4min/mm。本實施例所得570mpa級特厚高韌低溫服役管件鋼板的力學性能：屈服強度650mpa，抗拉強度747mpa，屈強比0.87，-45℃沖擊功平均200j；鋼板的顯微組織見圖7，由圖7可見其組織為貝氏體和鐵素體的復合組織。實施例8本實施例屈服570mpa級特厚高韌低溫服役管件鋼板厚度為55mm，鋼板化學成分組成及質量百分含量見表1。570mpa級特厚高韌低溫服役管件鋼板生產方法包括冶煉、連鑄、加熱、軋制、試樣淬火、試樣回火工序，具體生產工藝如下所述：（1）冶煉工序：鋼水先經電爐冶煉，送入lf精煉爐精煉，鋼水溫度達到1540℃轉入vd爐真空脫氣處理，vd前加入casi塊1.4kg/噸鋼；真空脫氣處理的真空度61pa，真空保持時間28min；出鋼鋼水化學成分組成及質量百分含量見表1；（2）連鑄工序：采用300mm厚度連鑄坯成材；（3）加熱工序：最高加熱溫度1247℃，均熱溫度1205℃，總加熱時間332min，均熱段在爐時間61min；（4）軋制工序：第一階段軋制溫度為1040℃，單道次壓下量為14%，累計壓下率為45％；第二階段軋制溫度為870℃，累計壓下率為37％；軋后進行acc水冷，入水溫度780℃，返紅溫度630℃；（5）淬火工序：試樣淬火加熱溫度875℃，加熱時間系數2min/mm；（6）回火工序：試樣回火加熱溫度595℃，保溫時間系數4min/mm。本實施例所得570mpa級特厚高韌低溫服役管件鋼板的力學性能：屈服強度610mpa，抗拉強度675mpa，屈強比0.90，-45℃沖擊功平均205j；鋼板的顯微組織見圖8，由圖8可見其組織為貝氏體和鐵素體的復合組織。表1各實施例中鋼板化學成分的質量百分含量（%）實施例1實施例2實施例3實施例4實施例5實施例6實施例7實施例8c(%)0.070.070.080.080.060.070.060.08si(%)0.250.250.270.260.280.250.200.40mn(%)1.611.621.631.641.651.631.601.70p(%)0.0060.0050.0070.0090.0080.0060.0100.004s(%)0.0010.0020.0020.0010.0010.0010.00150.0018v(%)0.0500.0490.0500.0530.0520.0510.0480.058ni(%)0.510.500.500.490.500.510.480.58cu(%)0.180.150.160.180.180.190.150.20cr(%)0.140.140.150.170.190.140.130.23nb(%)0.0510.0510.0520.0520.0530.0530.0500.060al(%)0.0220.0250.0240.0220.0250.0220.0200.040mo(%)0.260.270.280.290.290.280.260.32ceq(%)0.470.480.490.500.490.480.470.50pcm(%)0.210.210.220.220.200.210.200.22表1中，化學成分的余量為fe和不可避免的雜質。由上述實施例可知，本方法生產的屈服570mpa級特厚高韌抗酸調質型管件鋼板具有低的碳當量、低屈強比、低溫沖韌性優良、焊接性良好等特點。以上實施例僅用以說明而非限制本發明的技術方案，盡管參照上述實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解：依然可以對本發明進行修改或者等同替換，而不脫離本發明的精神和范圍的任何修改或局部替換，其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。當前第1頁12