專利名稱：一種管線鋼及其生產方法
技術領域：
本發明屬于低屈強比管線鋼生產技術領域，具體涉及一種管線鋼及其生產方法。
背景技術：
屈強比是管線鋼安全性的重要指標，低屈強比意味著鋼管在外力作用下發生變形時更加不易破裂。但在從鋼板到制成鋼管的過程中屈強比會隨制管工藝的變化而波動。因此，鋼管生產企業為了保證鋼管的屈強比符合要求，都對原材料的屈強比提出了更加嚴格的要求。這是管線鋼大批量生產中必須解決的難題。屈強比的高低由屈服強度和抗拉強度兩個因素共同決定。目前世界范圍內生產的高級別管線鋼一般通過添加Nb、V、Ti等微合金元素以及TMCP (控軋控冷)工藝提高基體強度。Nb、V、Ti微合金元素主要通過析出強化和細晶強化等作用機理提高鋼板的強度，其中析出強化作用占主導地位。TMCP工藝與微合金元素配合，發揮微合金元素的最大潛力，尤其是析出強化作用。因此一般微合金管線鋼的終冷溫度在550 650°C之間，保證析出強化的效果。而析出強化對屈服強度的提高要顯著高于對抗拉強度的貢獻。因此析出強化的最終結果是導致管線鋼的屈強比升高。而在12m以下薄規格管線鋼的生產中，這一問題尤為突出。現場實際生產經驗表明，相同成分、不同厚度的管線鋼板，薄規格鋼板的屈服強度和屈強比明顯高于厚規格鋼板。這主要是由于薄規格的變形量更大，冷速更高，控軋控冷效果更好，因此微合金強韌化作用發揮的更加充分導致的。實際生產中，薄規格管線鋼板的屈強比往往容易超標。因此， 屈強比的控制成為大批量生產薄規格微合金管線鋼的一大瓶頸。同時，在現有的公開專利中，針對厚規格鋼板的居多，在相對較薄的管線鋼生產中的應用效果很不理想。比如公開號為CN101979166A的專利《一種低屈強比微合金管線鋼熱軋卷板的生產方法》，通過兩階段控冷和低溫卷取實現低屈強比管線鋼的生產。其不足之處在于薄規格管線鋼在冷卻至500°C以下時，鋼帶在輸送輥道上即出現嚴重的浪形，造成卷取困難以及無法生產鋼管。公開號為CN1978082A的專利《一種控制管線鋼熱軋平板屈強比的生產方法》，通過控制熱軋加熱溫度、粗軋溫度區間、精軋溫度區間、道次壓下率和冷速來獲取較低的屈強比。其不足之處在于該方法對于卷板這類較薄規格的鋼板并不適用，該工藝會導致卷板屈強比在0. 88 0. 96間波動。

發明內容
本發明的目的在于，克服現有薄規格管線鋼生產過程屈強比克服難度大的問題， 提供了一種屈強比低的管線鋼及其生產方法。本發明提供的一種管線鋼，其化學成分質量百分比為C :0. 04 0. 12% ； Si 彡 0. 40%;Mn :0. 8 1.6%;Cr :0. 10 0. 40%;Nb :0. 02 0. 08%;Ti :0. 010 0. 025%； P彡0. 025% ；S彡0. 015% ；Al :0. 015 0. 060% ；其它為鐵及不可避免的雜質元素。根據本發明的另一個方面提供一種生產上述管線鋼的方法，包括
將鐵水通過預處理后，再通過轉爐冶煉、LF爐或LF+RH爐精煉獲得所需成分的鋼液，在所述鐵水通過轉爐冶煉、LF爐或LF+RH爐精煉時，采用Crfe調整Cr元素含量，從而使鋼液中Cr元素含量控制在0. 10 0. 40%范圍內；將所述鋼液經連鑄獲得板坯；將所述板坯經過加熱爐進行加熱后，再經過粗軋、精軋獲得熱軋鋼帶；將所述熱軋鋼帶進行層流冷卻后，再利用卷取機卷取成熱軋板卷；將所述熱軋板卷直接制成成品或經開平剪切成鋼板后再制成成品。進一步，將所述板坯經過加熱爐進行加熱時，加熱段溫度控制在1180 1280°C， 均熱段溫度控制在1160 1260°C，出鋼溫度控制在1160 1250°C，加熱時間控制在2. 5 5. 5h。進一步，將所述加熱后的板坯在經過粗軋時，要求在完全再結晶區軋制。進一步，將所述粗軋后的板坯在經過精軋時，要求在未再結晶區軋制。進一步，所述終軋溫度控制在800 860 V。進一步，將所述熱軋鋼帶進行層流冷卻后終冷溫度控制在520 640°C。本發明提供的一種管線鋼及其生產方法，采用少量Cr合金化的成分設計配合 TMCP工藝軋制，避免了薄規格管線鋼屈強比控制難度大的問題，同時，由于去掉了貴金屬元素V，可在一定程度上降低合金成本。
具體實施例方式本發明的目的在于提供一種管線鋼及其生產方法，用于制造薄規格低屈強比管線鋼管。通過添加少量Cr元素的成分設計，配合常規的兩階段控軋+控冷工藝，在穩定實現低屈強比的同時保證鋼帶的板形等質量，非常適合大批量穩定生產。本發明提供的一種管線鋼，其化學成分(熔煉分析)質量百分比為C :0.04 0. 12%;Si 彡 0. 40%;Mn :0. 8 1.6%;Cr :0. 10 0. 40%;Nb :0. 02 0. 08%;Ti :0. 010 0. 025% ；P彡0. 025% ；S彡0. 015% ；Al :0. 015 0. 060% ；其它為鐵及不可避免的雜質元
ο其中各主要合金元素的作用為C :0. 04 0. 12%。C元素是鋼的主要固溶強化元素，并與鋼種微合金元素結合形成析出相強化鋼基體。但C含量過高將惡化鋼的組織、焊接性能和沖擊性能。因此本發明將C含量控制在較低的范圍，既發揮其強化作用，又不降低其韌性性能和使用性能。Mn :0.8 1.6%。Mn元素為奧氏體形成元素，降低奧氏體-鐵素體相變點，細化組織改善韌性，同時還有較明顯的固溶強化作用，含量過低無法保證鋼的強韌性能。但含量過高將導致明顯的偏析和組織惡化，影響韌性性能。Cr :0. 10 0.40%。Cr元素為鐵素體形成元素，在Cr元素含量低于5%時降低奧氏體-鐵素體相變點，細化組織。Cr元素還提高鋼的淬透性，在相同冷卻條件下更容易得到低溫組織。同時，Cr元素還能與C元素形成碳化物析出相。由于Cr元素對淬透性的提高對焊接性能不利，因此要求鋼中Cr元素的含量在0. 40%以下。Nb 0. 02 0. 08%。鈮是目前公認的最重要最典型的微合金元素，微合金元素在鋼中的所有重要作用都具備。鈮最重要的作用是阻止形變奧氏體的再結晶，獲得極度拉長的形變儲能很高的扁平狀奧氏體晶粒，并在隨后的Y — α相變后得到非常細小的鐵素體晶粒；同時還可顯著促進形變誘導鐵素體相變，并由于在鐵素體中沉淀析出的Nb(C，N)阻止晶粒長大，而得到更為細小的鐵素體晶粒。Ti 0. 010 0. 025%。Ti為強氮化物形成元素，高溫下TiN能有效釘扎奧氏體晶界，抑制高溫下奧氏體晶粒粗化。過低的Ti導致TiN固溶溫度過低，無法有效阻止奧氏體粗化。過高的Ti導致TiN在鋼液中析出并粗化，惡化鋼的沖擊韌性。本發明另一方面提供一種生產上述管線鋼的方法，包括步驟Sl 將鐵水通過預處理后，再通過轉爐冶煉、LF爐或LF+RH爐精煉獲得所需成分的鋼液，將所述鐵水通過轉爐冶煉、LF爐或LF+RH爐精煉時調整Cr元素含量；在將鐵水通過轉爐冶煉、LF爐或LF+RH精煉時采用Crfe調整Cr元素的含量，從而使鋼液中Cr元素的含量控制在0. 10 0.40%范圍內。步驟S2 將鋼液經連鑄獲得板坯；步驟S3 將板坯經過加熱爐進行加熱；將板坯經過加熱爐進行加熱時，加熱段溫度控制在1180 1280°C，均熱段溫度控制在1160 1260°C，出鋼溫度控制在1160 1250°C，加熱時間控制在2. 5 5. 5h。步驟S4 將加熱后的板坯經過粗軋、精軋獲得熱軋鋼帶，將熱軋鋼帶進行層流冷卻后再利用卷取機卷取成熱軋板卷。將加熱后的板坯經過粗軋時，要求在完全再結晶區軋制。經過精軋時，要求在未再結晶區軋制，終軋溫度控制在800 860°C。將熱軋鋼帶進行層流冷卻后終冷溫度控制在520 640°C。步驟S5 將熱軋板卷直接制成成品或經開平剪切成鋼板后再制成成品。通過TMCP工藝可以使鋼材達到高強度和高韌性，基本上是通過控軋細化奧氏體晶粒、加工應變和之后的控冷組合起來的相變組織控制和相變組織細化而實現的。它不僅能提高強度和韌性，而且能降低合金元素的添加量。由于TMCP工藝在不添加過多合金元素，也不需要復雜的后續熱處理的條件下生產出高強度高韌性的鋼材，被認為是一項節約合金和能源、并有利于環保的工藝，故自20 世紀80年代開發以來，已經成為低成本生產高性能鋼鐵材料不可或缺的技術。隨著市場對 TMCP鋼的要求不斷提高，TMCP工藝本身也在應用中不斷發展。目前TMCP研究的重點在于控制冷卻，尤其是加速冷卻方面。加速冷卻工藝的目的主要是在盡可能提高冷卻速度的同時防止冷卻過程中產生的鋼板變形，其關鍵在于保證鋼板的溫度均勻性。本發明提供的一種生產管線鋼的方法采用少量Cr合金化的成分設計配合TMCP工藝軋制，避免了薄規格管線鋼屈強比控制難度大的問題，為該類鋼的穩定大批量生產提供了可行的技術方案。同時，由于去掉了貴金屬元素V，可在一定程度上降低合金成本。實施例表1為實施例中試驗鋼的化學成分，將其按規定的熱軋工藝軋制成管線鋼板或卷，力學性能見表2。由表2可以看出，采用本發明所述的成分和工藝，生產的試驗鋼的屈服強度全部在485MPa以上，考慮制管后的包申格效應后仍能符合X60和X65管線鋼的要求，且屈強比均滿足常規要求(一般要求不大于0. 90)，能夠保證穩定批量生產。
表1實施例中試驗鋼的化學成分，wt. %
權利要求
1.一種管線鋼，其特征在于，其化學成分質量百分比為C 0. 04 0. 12% ；Si ( 0. 40% ；Mn 0. 8 1. 6% ；Cr 0. 10 0· 40% ；Nb 0. 02 0. 08% ；Ti 0. 010 0· 025% ；P ( 0. 025% ；S ( 0. 015% ；Al :0. 015 0. 060% ；其它為鐵及不可避免的雜質元ο
2.—種生產如權利要求1所述的管線鋼方法，其特征在于，包括將鐵水通過預處理后，再通過轉爐冶煉、LF爐或LF+RH爐精煉獲得所需成分的鋼液，在所述鐵水通過轉爐冶煉、LF爐或LF+RH爐精煉時，采用Crfe調整Cr元素含量，從而使鋼液中Cr元素含量控制在0. 10 0· 40%范圍內； 將所述鋼液經連鑄獲得板坯；將所述板坯經過加熱爐進行加熱后，再經過粗軋、精軋獲得熱軋鋼帶； 將所述熱軋鋼帶進行層流冷卻后，再利用卷取機卷取成熱軋板卷； 將所述熱軋板卷直接制成成品或經開平剪切成鋼板后再制成成品。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于將所述板坯經過加熱爐進行加熱時，加熱段溫度控制在118(T128(TC，均熱段溫度控制在116(Tl260°C，出鋼溫度控制在116(Tl250°C，加熱時間控制在2. 5 5. 5h。
4.如權利要求2所述的方法，其特征在于將所述加熱后的板坯在經過粗軋時，要求在完全再結晶區軋制。
5.如權利要求2所述的方法，其特征在于將所述粗軋后的板坯在經過精軋時，要求在未再結晶區軋制。
6.如權利要求2所述的方法，其特征在于 所述終軋溫度控制在80(T86(TC。
7.如權利要求2所述的一種管線鋼的生產方法，其特征在于 將所述熱軋鋼帶進行層流冷卻后終冷溫度控制在52(T640°C。
全文摘要
公開了一種管線鋼及其生產方法，所述管線鋼的化學成分質量百分比為C0.04~0.12%；Si≤0.40%；Mn0.8~1.6%；Cr0.10~0.40%；Nb0.02~0.08%；Ti0.010~0.025%；P≤0.025%；S≤0.015%；Al0.015~0.060%；其它為鐵及不可避免的雜質元素。還公開了一種生產所述管線鋼的方法。依據本發明提供的化學成分和生產方法生產的管線鋼采用少量Cr合金化的成分設計配合TMCP工藝軋制，避免了薄規格管線鋼屈強比控制難度大的問題，同時，由于去掉了貴金屬元素V，可在一定程度上降低合金成本。
文檔編號C21D8/02GK102363868SQ201110337828
公開日2012年2月29日 申請日期2011年10月31日 優先權日2011年10月31日
發明者劉偉, 劉木剛, 孫大慶, 張宏艷, 張文能, 方圓, 朱立新, 朱防修, 李敏, 王全禮, 王文廣, 王松濤, 王自亭, 田志紅, 艾矯健, 范紅妹, 陽代軍 申請人:首鋼總公司