專利名稱：一種低溫韌性優良的x100管線鋼板及其制備方法
技術領域：
本發明屬于高強度管線鋼生產技術領域，特別是涉及一種低溫韌性優良的XlOO 管線鋼板及其制備方法。
背景技術：
天然氣作為一種高效清潔的能源正日益受到人們的重視。由于天然氣田一般位于偏僻的遠離市場的荒漠地區，如何安全、經濟地將天然氣輸送到消費市場一直是天然氣產業發展的關鍵問題之一。通過技術創新以及采用更高壓力和更高強度的管道，是降低天然氣長距離輸送成本最有效的途徑。提高輸送壓力是天然氣長輸管線發展最明顯的趨勢。天然氣管道輸送壓力在50年間從最初的0. 2MPa提高到14MPa。輸送壓力的提高要求采用更高強度的管線鋼。如今，世界范圍內的天然氣長輸管道建設已從過去采用的X52、X60和X65 管線鋼發展到以X70和X80為主導的管線鋼，并且正在開發XlOO X120超高強度管線鋼。XlOO與X80的開發幾乎是同時開始的，但是其實際應用的結果卻大相徑庭。X80 已在世界上獲得了廣泛的應用，特別是進入本世紀以來，在北美和亞洲相繼建設了三條X80 天然氣長輸管線(美國的夏延平原管道、落基管道和我國的西氣東輸二線管道)，使X80天然氣長輸管線有了飛越式的增長，但XlOO管道至今尚停留在試驗段建設階段。在2006年國際管道會議前后一段時間里，XlOO和X120的研究開發一度成為熱點，世界各地的管線鋼研究者一致將注意力聚焦在XlOO的研究開發上，XlOO管線鋼的工藝技術和產品性能取得了一定的進步。但到目前為止，查閱世界上關于XlOO管線鋼的文獻或專利，XlOO的低溫韌性指標都偏低，-20°C夏比沖擊功多數分布在150 之間，因此管線鋼行業的專家們一度認為，XlOO管線鋼不能依靠鋼管自身韌性止裂，都要加止裂器，工程成本將會大大提高。如果 XlOO管線鋼母材的夏比沖擊韌性達不到300J以上的話，XlOO產品的大規模工程應用前景， 將會大打折扣，不切實際。因此具有優良低溫韌性的XlOO管線鋼及其工藝技術，亟待開發。

發明內容
本發明的目的在于提供一種低溫韌性優良的XlOO管線鋼板及其制備方法，解決了以上現有技術中XlOO低溫韌性指標偏低的缺點，產品具有自止裂能力。本發明的所述鋼板化學成分為=C :0. 03 0. 07%, Si :0. 10 0. 45%,Mn 1. 50 — 1. 79%, P 彡 0. 012%, S 彡 0. 003%, Alt :0. 02 0. 06%, Nb :0. 05 0. 10%, V :0. 02 0. 08%, Ti 0. 005 0. 040%, Ni :0. 20 0. 50%, Mo :0. 20 0. 50%, N 彡 0. 008%, H (0. 0002%，余量為Fe和不可避免雜質元素；均為重量百分數。采用上述化學成分設計，通過RH真空處理+強化控軋控冷，本發明制備出了屈服強度達到690MPa以上，抗拉強度在760MPa以上，屈強比在0. 92以下；夏比沖擊韌性-20 °C，全尺寸IOX 10X55mm V型缺口試樣，夏比沖擊功 (CNV)彡330J，夏比沖擊剪切面積彡90%。
本發明的制備方法包括鐵水脫硫、轉爐冶煉、爐外精煉、連鑄、加熱、軋制、冷卻、矯直工序；在工藝中控制如下技術參數(I)RH精煉氬氣流量800 1200NL/min，真空處理時間15 !35min。(2)加熱制度將鋼坯加熱到1150-1250°C，均熱段時間40 60min。(3)軋制工藝鋼坯分兩階段進行軋制，中間進行待溫，第一階段終軋溫度980-1060°C，中間坯待溫厚度控制在成品厚度的3-5倍，第二階段開軋溫度控制在 840-890 V，終軋溫度控制在760-820 °C范圍。(4)冷卻工藝熱軋后快速進行水冷，入水溫度控制在750-810°C，終冷溫度控制在90-190°C，冷卻速度控制在15-25°C /s。本發明內容的構成要點立足于以下認識Mn通過固溶強化提高強度，還可降低 Υ-α相變溫度，進而細化鐵素體晶粒。但眾所周知，Mn是易偏析元素，會造成鑄坯中心偏析嚴重，而導致鋼板心部帶狀組織嚴重，引起各向異性，導致沖擊斷口出現分層或脆斷，大大降低鋼板的低溫韌性性能和抗HIC性能。本發明進行了大量試驗，通過添加不同的Mn含量，發現當Mn的含量大于1.90%時，鋼板的抗拉強度很高，但沖擊韌性較差；當Mn的含量低于1.80%時，通過合理的工藝控制，鋼板的強韌性能達到一個較好的匹配，見附圖2所示。因此本發明中Mn含量控制在1. 50 1. 79%范圍，獲得了 XlOO管線鋼良好的強韌性能。Nb是現代微合金化管線鋼中最主要的元素之一，固溶強化和晶粒細化作用顯著。 通過熱軋過程中Nb(NC)的應變誘導析出阻礙形變奧氏體的回復、再結晶，經控軋控冷使精軋階段非再結晶區軋制的變形奧氏體在相變時轉變為細小的相變產物，從而提高鋼的強韌性。另外，相變后析出的納米級Nb(NC)也起到沉淀析出強化效果，進一步提高大壁厚管線鋼的強韌性能。在成分設計上添加了適量的釩，主要是和Nb復合添加使用，通過加熱過程中NbV(CN)在奧氏體中的微細析出物來抑制奧氏體晶粒的長大，同時，適量釩合金的添加可提高XlOO強度穩定性。Mo 較強的貝氏體相變控制元素。在高強度微合金鋼中，添加適量的Mo元素就可以獲得明顯的貝氏體組織，同時因相變向低溫方向轉變，可使相變組織進一步細化，大幅提高鋼的強韌性能，同時還可有效降低屈強比。在超高強Xioo管線鋼中，通過添加一定量的 Mo合金，實現相變強化效果，提高XlOO管線鋼的強度穩定性和提高其低溫沖擊韌性。因此本發明中Mo含量控制在0. 20 0. 50%范圍，得到了細小均勻的板條貝氏體組織和優良的強韌性能。Ni 鎳合金可通過固溶強化作用提高鋼的強度，彌補厚規格鋼材中因厚度的增加引起的強度下降，同時提高厚規格管線鋼的低溫韌性。在超高強XlOO管線鋼中，M合金被用來提高XlOO的強度穩定性和低溫韌性性能。本發明通過大量試驗證明，當m含量控制在0. 20%以下時，鋼板的夏比沖擊功基本變化不大，當添加0. 20%以上的Ni合金時，隨著 Ni含量的增加，可大幅度提高XlOO鋼板的低溫韌性。采用該生產工藝的依據是在RH精煉爐深真空、強攪拌的條件下，鋼中的氮原子、 氫原子易于向鋼水中的Ar氣泡擴散，這樣隨著Ar氣泡在鋼中的上浮，鋼中的氮含量和氫含量不斷降低，通過加大氬氣流量和延長真空處理時間，使得鋼水中氣體含量低、夾雜物少、 鋼水潔凈度高，為提高產品的低溫韌性打下基礎。通過控制板坯加熱溫度和鋼坯均熱時間，保證第二相的充分溶解，并有效抑制原始奧氏體晶粒長大；同時控制第一階段終軋溫度和中間坯待溫厚度，使奧氏體晶粒充分細化和均勻化；第二階段采用低溫控軋工藝，其關鍵是在較低的軋制溫度下完成第二階段的變形，開軋溫度控制在840-890°C范圍，并保證終止軋制溫度在760-820°C范圍，充分利用低溫控軋效果，在硬化的奧氏體內部積累位錯，為后續相變提供更多的形核點，最終通過軋后快速入水，在相變以前開始加速冷卻，得到細化、均勻、扁平的貝氏體相變組織，提高XlOO鋼板的強度和低溫韌性。本發明進行了大量試驗，通過采用不同的終冷溫度，發現當終冷溫度大于300°C時，鋼板的抗拉強度基本達到XlOO標準要求，但夏比沖擊韌性較差；當終冷溫度小于200°C時，鋼板的強韌性能達到一個較好的匹配，抗拉強度高，并且夏比沖擊韌性優良，見附圖3所示。因此本發明中終冷溫度控制在 90 190°C范圍，獲得了 XlOO管線鋼良好的低溫韌性。本發明的優點在于本發明制備的低溫韌性優良的XlOO管線鋼板采用了獨特的成分設計和生產工藝制度，產品具有可自止裂的夏比沖擊韌性。成分設計中通過大量的試驗，限制了對低溫韌性有影響的易偏析元素Mn、P、S等，提高了對晶粒細化和相變強化有宜的合金元素Nb、Mo、Ni等，提高了產品的強度和低溫韌性。其生產工藝采用RH精煉技術和優化的控制控冷技術，降低了鋼水中對低溫韌性有害的氣體元素N、H等，細化了奧氏體晶粒和貝氏體組織，產品具有較高的強韌性匹配。按照本專利所述的技術方案生產出的XlOO 管線鋼中厚板性能達到以下水平(1)拉伸性能屈服強度達到彡690MPa，抗拉強度達到彡760MPa，屈強比達到彡0. 92范圍。 (2)韌性性能-20 V的10X10X 55mm試樣夏比V型缺口沖擊功在330J以上，_20°C的落錘性能(DWTT)平均剪切面積彡85%。


圖1為本發明金相組織圖。圖2為本發明中不同Mn含量對鋼板強韌性的影響。圖3為本發明中不同終冷溫度對鋼板強韌性的影響。
具體實施例方式根據本發明一種低溫韌性優良的XlOO管線鋼板及其制備方法，在100噸轉爐上冶煉，在100噸RH精煉爐上精煉，在4300mm生產線上進行控軋控冷生產。下面通過實施例對本發明作進一步的描述。實施例中鋼板化學成分見表1，實施例工藝制度見下面描述，實施例力學性能見表2 實施例化學成分表1.本發明低溫韌性優良XlOO管線鋼板實施例化學成分)
權利要求
1.一種低溫韌性優良的XlOO管線鋼板，其特征在于所述鋼板化學成分為C :0. 03 0. 07%，Si :0. 10 0. 45%，Mn :1· 50 1. 79%，P 彡 0. 012%，S 彡 0. 003%,Alt :0. 02 0. 06%, Nb 0. 05 0. 10%, V :0. 02 0. 08%, Ti :0. 005 0. 040%, Ni :0. 20 0. 50%, Mo :0. 20 0. 50 %，N 彡0. 008 %，H 彡0. 0002 %，余量為!^e和不可避免雜質元素；均為重量百分數。
2.如權利要求1所述的低溫韌性優良的XlOO管線鋼板，其特征在于鋼板的性能為 屈服強度達到690MPa以上，抗拉強度在760MPa以上，屈強比在0. 92以下；夏比沖擊韌性-20°C，*Ril0X10X55mm V型缺口試樣，夏比沖擊功(CNV)彡330J， 夏比沖擊剪切面積彡90% ；落錘性能-20°C，全壁厚試樣落錘剪切面積(DWTT SA) >85%。
3.—種權利要求1所述的低溫韌性優良的XlOO管線鋼板的制備方法，包括鐵水脫硫、 轉爐冶煉、爐外精煉、連鑄、加熱、軋制、冷卻、矯直工序，其特征在于工藝中控制如下技術參數(1)RH精煉氬氣流量800 1200NL/min，真空處理時間15 35min；(2)加熱制度將鋼坯加熱到1150-1250°C，均熱段時間40 60min；(3)軋制工藝鋼坯分兩階段進行軋制，中間進行待溫，第一階段終軋溫度 980-1060°C，中間坯待溫厚度控制在成品厚度的3-5倍，第二階段開軋溫度控制在 840-890°C，終軋溫度控制在760-820°C范圍；(4)冷卻工藝熱軋后快速進行水冷，入水溫度控制在750-810°C，終冷溫度控制在 90-190°C，冷卻速度控制在15-25°C /s。
全文摘要
一種低溫韌性優良的X100管線鋼板及其制備方法，屬于高強度管線鋼生產技術領域。鋼的化學成分質量百分比為C0.03～0.07％，Si0.10～0.45％，Mn1.50～1.79％，P≤0.012％，S≤0.003％，Alt0.02～0.06％，Nb0.05～0.10％，V0.02～0.08％，Ti0.005～0.040％，Ni0.20～0.50％，Mo0.20～0.50％，N≤0.008％，H≤0.0002％，余量為Fe和不可避免雜質元素。制備方法，包括鐵水脫硫、轉爐冶煉、爐外精煉、連鑄、加熱、軋制、冷卻、矯直工序。優點在于，X100鋼板具有優良的低溫韌性，夏比沖擊韌性-20℃，全尺寸10×10×55mmV型缺口試樣，夏比沖擊功(CNV)≥330J，夏比沖擊剪切面積≥90％；落錘性能-20℃，全壁厚試樣落錘剪切面積(DWTT SA)≥85％。
文檔編號C21D8/02GK102304667SQ20111028296
公開日2012年1月4日 申請日期2011年9月22日 優先權日2011年9月22日
發明者丁文華, 周德光, 姜中行, 張國棟, 李家鼎, 李少坡, 李永東, 查春和, 王文軍, 白學軍, 趙民革, 顧章飛, 麻慶申 申請人:首鋼總公司