專利名稱：含硼高強高韌性厚壁無縫管線管鋼及其制造方法
技術領域：
本發明屬于冶金領域無縫管線管用鋼及其制造技術，涉及一種含硼高強高韌性L485QB厚壁無縫管線鋼及其制造方法。
背景技術：
近年來隨著陸地儲氣庫的建設以及海洋油氣的開采、輸送，高強度、高壓力、耐腐蝕、抗低溫、大規格和厚壁管線管的需求量日益增加。基于上述要求，相應的要求管線長度更長和壁厚更厚，因此管線要求高的強度、高的韌性以及良好焊接性能，更要求用于高壓和低溫環境。隨著陸地儲氣庫的建設和海洋油氣的大力開采和輸送，性能優越的高強高韌性管線管的需求量日益增加。目前國內此類輸氣管線大部分依賴進口，因此，加大這類產品的開發及實現其國產化已非常迫切。由于此類輸氣管線使用環境惡劣和復雜，除對強度、伸長率等有明確規定外，還要求具有較好的低溫沖擊韌性和焊接性能。 從檢索的文獻看，國內文獻如天津鋼管集團股份有限公司發明提供一種高強高韌X70厚壁無縫管線鋼，該鋼種的組成元素的重量配比為C:0. 04 0. 12%, Si :0. 17 0. 35%,Mn :1. 20 I. 60%,P ^ 0. 015 %,S ^ 0. 010%,Mo :0. 10 0. 30%,Al :0. 005 0. 045%, Nb :0. 02 0. 06 %, V 0. 02 0. 10%, Cu :0. 10 0. 25%, Ni :0. 10 0. 30%,Ti :0. 010 0.030%，Cr 0. 20%, CE 彡 0. 43，Pcm 彡 0. 22，其余為鐵，雜質元素微量。還提供一種軋制該無縫管線鋼的制造方法。有益效果是采用微合金鋼種，適合壁厚36_以下的厚壁管線的生產，管體整體組織為均勻的貝氏體組織，得到的管線鋼不但具有更高的強度和很高的低溫沖擊韌性。已有的一種高鈮管線鋼，該高鈮管線鋼包括以下重量百分比的物料C 0. 02—0. 04%, Mn :1. 50—1. 80%, Nb :0. 085—0. 120%, Ti :0. 005—0. 025%,N^O. 006%, 0 ^ 0. 005% ;余量為鐵和不可避免的雜質，該高鈮管線鋼采用增大鈮含量以替代價格昂貴的鑰和鉻，使其制作成本可大大降低，且鋼的強度和韌性等特性均附合X70標準。國外文獻中公開的NIPPON STEEL CORP的高強管線管，化學成分為C :0.02 0. 09%, Si :0. 001 0. 8%, Mn 0. 5 2. 5%, P 彡 0. 02%, S 彡 0. 005%, Ti :0. 005 to0. 03%, Nb 0. 005 0. 3%, Al: 0. 001 0. 1%，N 0. 001 0. 008%,還有 Ni、Cu、Mo，其余為鐵，雜質元素微量。公開的SUMITOMO METAL的無縫厚壁管線管，化學成分為C:0. 02 —0. 08%, Si: ( 0. 5%, Mn: I. 5 —3.0%, Al: 0.001 —0. 10%, Mo: 0.4 1.2%,N: 0. 002 — 0. 015%, Ca: 0.0002 - 0. 007%,其余為鐵，雜質元素微量。公開的 SUMITOMOMETAL具優良強度和韌性的無縫管線管，化學成分為C 0. 02 0. 15%, Si ( I. 0%, Mn 0. 3 2. 5%, P 彡 0. 015%, S 彡 0. 010%, Ti 0. 10 0. 05%，Nb :0. 01 0. 10%, V 0. 001 0. 1%，Al ( 0. 006%，其余為鐵，雜質元素微量，在彡950°C熱軋成管，然后管在爐中加熱(Ar3+50°C到1100°C)，隨后以彡5°C /秒冷卻，并在550°C到Acl的溫度范圍回火。由于管線鋼的碳當量的限制，對于壁厚大于25mm的管線鋼，淬火時冷卻能力受限，難已保證充分均勻淬透而造成心部組織與外表面不一致，由此造成性能不合，沖擊性能不好等問題。上述厚壁管線鋼，具有高強度、高韌性和良好的焊接性能，但為了獲得高強度，通常添加強化元素V，為了提高淬透性，添加了 Mo，均是通過配加高價格合金元素而實現的，不能經濟地生產出高強高韌性管線管鋼。

發明內容
本發明的目的是提供一種成本低，強度高，韌性高，焊接性能好的含硼高強度韌性厚壁無縫管線管鋼及其制造方法。本發明這樣來實現的
含硼高強高韌性厚壁無縫管線管鋼，壁厚為25— 40mm，其特征在于其化學成份重量百分比為C 0. 10 0. 14%、Si 0. 17 0. 37%、Mn I. 40 I. 65%、Nb 0. 03 0. 05%、Al
0.02 0. 05%、B 0. 0008 0. 0020%，殘余元素和雜質S I. 5%，其余為Fe,
所述殘余元素中Cu 彡 0. 20%、Ni ( 0. 30%、Cr ( 0. 30%、Mo ( 0. 10%、V^O. 03%、Ti ( 0. 06%,
所述雜質中P彡0. 015%、S彡0. 008%、N彡0. 010%,
該鋼的冷裂紋系數 Pcm 彡 0. 24%, Pcm = C + Si/30+ (Mn+Cr + Cu) /20 +Ni/60+Mo/15+V/10+5B,
該鋼的碳當量 CEV ( 0. 43%,CEV = C + Mn/6 + (Cr + Mo + V) /5 + (Ni + Cu) /15。制造方法包括如下步驟
①制坯電爐或轉爐冶煉，鋼水終點控制C彡0.05%、P彡0. 010% ；LF精煉爐精煉和VD真空處理，將成品中Al含量控制在0. 02—0. 05%內喂Ca-Si絲0. 5 0. Ikg/1,出鋼溫度1595 1610°C ;連鑄機澆注，中間包溫度1530 1555°C ;連鑄坯清理，
②軋管合格連鑄坯經環形爐加熱、穿孔和終軋制管，連鑄坯出環形爐溫度1220 1250 0C，，終軋溫度:850 950 0C，
③熱處理采用淬火+回火熱處理工藝，淬火介質為水，淬火溫度900 920°C，回火溫度:580 600 0C o本發明的有益效果是，在低碳錳鋼中添加微合金化元素Nb，細化晶粒，提高韌性，且作為鋼種的必須組分元素，在滿足Pcm和CEV的條件下，合理選擇C、Mn含量范圍，并添加微量的B，提高該鋼種的淬透性，解決厚壁(壁厚5 ^ 25mm)內中外的縱、橫向高強度問題，管體組織均勻，碳當量低，焊接性能良好，完全滿足陸地及海洋油氣開采、輸送的高壓、低溫環境對厚壁管線的要求。本發明不配加高價格合金元素，節約稀缺資源，成本低，強度高，韌性高。本發明管鋼的性能如下
屈服強度485Mpa，抗拉強度570Mpa，屈強比彡0. 90 ;
夏比V型沖擊韌性-50°C橫向全尺寸夏比沖擊功彡180J
-50°C縱向全尺寸夏比沖擊功彡220J
具體實施例方式 下面結合實施例對本發明進一步說明。本發明的含硼高強高韌性L485QB厚壁無縫管線鋼，鋼種化學成份重量百分比為C 0. 10 0. 14%、Si 0. 17 0. 37%、Mn I. 40 I. 65%,Nb 0. 03 0. 05%、A1 0. 02 0. 05%、B 0. 0008 0. 0020%，其余為Fe和雜質。所述殘余元素中Cu( 0. 20%,Ni ( 0. 30%,Cr ( 0. 30%,Mo ( 0. 10%,V ( 0. 03%、、Ti ( 0. 06%o雜質中P 彡 0. 015%、S 彡 0. 008%、N 彡 0. 010%。
該鋼的冷裂紋系數Pcm ( 0. 24%, Pcm = C + Si/30+ (Mn+Cr + Cu) /20 +Ni/60+Mo/15+V/10+5B。該鋼的碳當量CEV ( 0. 43%, CEV = C + Mn/6 + (Cr + Mo + V) /5 + (Ni + Cu)/15。對主要成份選擇理由如下
①C和Mn是鋼成分設計中最基本的元素。C是傳統的最經濟的強化元素，鋼的強度幾乎是隨C%的增加呈直線增加，但它對鋼的塑性、韌性十分有害，因此，對鋼中的C含量要加以適量控制，既滿足屈服強度的要求，又滿足沖擊韌性的要求；減少鋼中C導致的屈服強度降低可以采用增加Mn予以補償，Mn是弱碳化物形成元素，室溫下固溶于鐵素體之中，Mn起固溶強化作用，同時還能擴大鐵的Y區域的合金元素，增加鋼中Mn的含量，使其珠光體團變得細小，可有效改善鋼的韌性，從確保最佳強度和韌性匹配角度考慮，C含量控制在 0.11% 0. 14%的范圍；Mn含量控制在I. 4% I. 65%的范圍。②Nb、Ti是目前應用最廣泛的微合金化元素，它們在鋼中能夠影響的顯微組織參數是晶粒尺寸和形狀；各種尺寸的析出物；位錯密度；非金屬夾雜物的尺寸和形狀等。在鋼中的作用阻止晶粒長大；阻止奧氏體形變再結晶；沉淀強化；改變鋼的顯微組織。從確保最佳強度和韌性匹配角度考慮，Nb含量控制在0. 03% 0. 05%的范圍；本鋼種采用微鈦處理，優選鈦控制在0. 03%。③B是確保淬火性的有效元素，但添加過多時會使韌性下降。從確保最佳淬火性和韌性匹配角度考慮，B含量控制在0. 0008% 0. 0020%的范圍。④P、S幾乎一致被認為是有害元素，它們具有很強的偏析傾向，易在晶界上聚集。因此，優選盡可能地降低其含量，P彡0. 015%、S彡0. 008%。本發明含硼高強高韌性L485QB厚壁無縫管線鋼的其制造方法，包括如下步驟
①制坯電爐或轉爐冶煉，鋼水終點控制C彡0. 05%、P彡0. 010% ；LF精煉爐精煉和VD
真空處理，將成品中Al含量控制在規定范圍內(0. 02 0. 05%)，喂Ca-Si絲0. 5 0. 7kg/t，出鋼溫度1595 1610°C ;連鑄機澆注，中間包溫度1530 1555°C ;連鑄坯清理。②軋管合格連鑄坯經環形爐加熱、穿孔和終軋制管。連鑄坯出環形爐鋼熱1220 1250°C，終軋溫度850 950°C
③熱處理采用淬火+回火熱處理工藝，淬火介質為水，淬火溫度900 920°C，回火溫度:580 600 0C
實施例以0219. 10X30. OOmm L485QB管線為例。①制坯
按上述鋼種化學成份重量百分比為C 0. 10 0. 14%、Si 0. 17 0. 37%、Mn I. 40
1.65%,P ( 0. 015%、S ( 0. 008%,Nb 0. 03 0. 05%、A1 0. 02 0. 05%,B 0. 0008 0. 0020%,Cu ( 0. 20%、Ni ( 0. 30%、Cr ( 0. 30%、Mo ( 0. 10%、V ( 0. 03%、Ti ( 0. 06%, Pcm ( 0. 24%,CEV ( 0. 43%，其余為Fe和雜質微量元素。實際控制成分如表I :
鋼水經LF精煉爐精煉后，進行微鈦處理，通過VD真空脫氣并進行鈣處理，上連鑄平臺進行澆注，連鑄園坯直徑①350mm。表I 化學成分
權利要求
1.含硼高強高韌性厚壁無縫管線管鋼，壁厚為25—40mm，其特征在于其化學成份重量百分比為C 0. 10 0. 14%、Si 0. 17 0. 37%、Mn I. 40 I. 65%、Nb 0. 03 0. 05%、Al0.02 0. 05%、B 0. 0008 0. 0020%，殘余元素和雜質S I. 5%，其余為Fe, 所述殘余元素中Cu 彡 0. 20%、Ni ( 0. 30%、Cr ( 0. 30%、Mo ( 0. 10%、V^O. 03%、Ti ( 0. 06%, 所述雜質中P彡0. 015%、S彡0. 008%、N彡0. 010%, 該鋼的冷裂紋系數 Pcm 彡 0. 24%, Pcm = C + Si/30+ (Mn+Cr + Cu) /20 +Ni/60+Mo/15+V/10+5B,該鋼的碳當量 CEV ( 0. 43%,CEV = C + Mn/6 + (Cr + Mo + V) /5 + (Ni + Cu) /15。
2.如權利要求I所述的含硼高強高韌性厚壁無縫管線管鋼的制造方法，包括如下步驟 ①制坯電爐或轉爐冶煉，鋼水終點控制C彡0.05%、P彡0. 010% ；LF精煉爐精煉和VD真空處理，將成品中Al含量控制在0. 02—0. 05%內喂Ca-Si絲0. 5 0. Ikg/1,出鋼溫度1595 1610°C ;連鑄機澆注，中間包溫度1530 1555°C ;連鑄坯清理； ②軋管合格連鑄坯經環形爐加熱、穿孔和終軋制管，連鑄坯出環形爐溫度1220 1250°C，終軋溫度:850 9500C ； ③熱處理采用淬火+回火熱處理工藝，淬火介質為水，淬火溫度900 920°C，回火溫度:580 600。。。
全文摘要
本發明為含硼高強高韌性厚壁無縫管線管鋼及其制造方法，解決已有高強高韌性厚壁管鋼制造成本高的問題。含硼高強高韌性厚壁無縫管線管鋼，壁厚為25—40mm，其化學成份重量百分比為C0.10～0.14%、Si0.17～0.37%、Mn1.40～1.65%、Nb0.03～0.05%、Al0.02～0.05%、B 0.0008～0.0020%，其余為Fe,殘余元素和雜質，所述殘余元素中Cu≤0.20%、Ni≤0.30%、Cr≤0.30%Mo≤0.10%V≤0.03%Ti≤0.06%，所述雜質中P≤0.015%、S≤0.008%、N≤0.010%，該鋼的冷裂紋系數Pcm≤0.24%，Pcm＝C＋Si/30+(Mn+Cr＋Cu)/20＋Ni/60+Mo/15+V/10+5B，該鋼的碳當量CEV≤0.43%，CEV＝C＋Mn/6＋(Cr＋Mo＋V)/5＋(Ni＋Cu)/15。
文檔編號C22C38/32GK102732798SQ20121009137
公開日2012年10月17日 申請日期2012年3月31日 優先權日2012年3月31日
發明者崔邛, 陳坤 申請人:攀鋼集團成都鋼釩有限公司