专利名称：一种高钢级大应变管线钢和钢管的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种强度级别达到X70和X80高钢级大应变(应变时效敏感系数不大 于0.40)管线钢和钢管的制造方法。
背景技术：
我国油气管道工程发展很快，尤其是长距离输送管道建设近年来得到很大发展， 管线沿线必然经过多种复杂地质地貌条件。在大部分地区管道均采用基于应力的设计方 法，但是在管线经过地震带和活动断层以及沉陷带、冻土带、滑坡带等区段时，必须采用基 于应变的管道设计方法，这就需要采用具有均勻塑性变形容量较大的高钢级管线钢并发展 相应的制造技术。一般而言，管线钢强度较低时均勻塑性变形容量较大，而对于高钢级管线 钢要获得较大的塑性变形容量比较困难。加之，高钢级管线钢和钢管在随后的防腐过程中 由于温度的作用会产生强度和硬度升高，塑性和韧性下降的现象，即产生应变时效现象。钢 管在长期的使用过程中的也会产生应变时效现象。近年来，随着控轧空冷技术的发展，管线 钢的屈强比已从过去的0. 80 0. 85上升到0. 90 0. 95，过高的屈强比限制了管线钢和钢 管的变形能力，从而对使用安全性产生影响。目前，具有高应变性能的高钢级管线钢在国际 上已经开发出来，并得到工程应用，但不能很好地兼顾应变时效性能。
发明内容
本发明的目的是提出一种强度级别达到X70和X80、均勻塑性变形延伸率高、应变 时效敏感性低的适用于地震断裂带、沉陷带、冻土带、滑坡带等基于应变管道设计地区使用 的大口径高钢级管线用钢和钢管的制造方法，以满足我国长输管道建设需求。根据地震断裂带、沉陷带、冻土带、滑坡带等基于应变管道设计地区工况特点，要 求管线钢及钢管在保证高强韧性的同时，具有低的屈强比、高的均勻塑性变形伸长率、高的 性变硬化指数和低的应变时效敏感性。为了保证上述性能，必须对其化学成分和制造工艺 进行合理设计。在成分设计方面，拟采用低碳或超低碳，加Mn，Nb、V、Ti微合金化，同时可少量加 入Mo、Ni、Cu、Cr、B等多种元素，严格控制钢中P、S等有害元素及氧、氢、氮等有害气体，采 用Al、Si全脱氧的镇静钢，Ca处理控制夹杂物形状。为了改善钢种C、N元素与钢中位错的 交互作用所引起的应变时效现象，需要严格控制钢中的N元素。在控轧空冷工艺方面，可通过奥氏体区或奥氏体+铁素体双相区的控制轧制以及 临界区的加速冷却、或采用低于贝氏体转变开始温度的延迟加速冷却等工艺，来获得具有 针状铁素体+M/A或块状铁素体+针状铁素体+M/A的复相组织，从而得到所期望的性能。本发明的所述的一种大应变性能和低应变时效敏感性的高钢级管线钢和钢管的 制造方法(1)按质量百分比组成如下C 0. 04 0. 08 % ；Mn 1. 50 1. 90 % ；Si 0. 15 0. 30 % ;P ^ 0. 010 % ；S^O. 003%, Al 0. 005 ~ 0. 03% ；Ca 0. 002-0. 005%, N ^ 0. 005%，余量为 Fe ；在此基础 上还可添加质量百分比Nb 0. 01 0. 06% ；Ti 0. 015 0. 03 % ；V 0. 01 0. 05 %中的 一种或两种以上的合金元素，且0. 05%^ Nb+V+Ti ^ 0. 10% ；还可添加0. 15 0. 30%的 Μο,Ο. 15 0. 30%的 Ni，0. 15 0. 30%的 Cu，0. 15 0. 30%的 Cr，0. 001 0. 005%的 B， 0. 03 0. 05%的Re ；碳当量< 0. 55%，冷裂纹敏感系数< 0. 25。具体成分可根据钢级和 厚度的不同进行调整。(2)上述材料经氧吹转炉熔炼、Ca处理，炉外精炼和真空脱气，严格控制钢中P、S 杂质含量及有害气体，连铸成厚板坯，然后将板坯加热至约120(TC，IOOiTC Iiocrc粗轧， 650°C 950°C精轧，轧后冷却速度15°C 50°C /s，可进行在线200 300°C低温回火以控 制各组织组成物及残余奥氏体含量，制成性能优良的热轧钢板。钢板再经J-C-O成型，直缝 埋弧焊接，焊材采用含Ti-B的细晶粒针状铁素体低氧含量材料，然后经0. 5-1. 0%扩径，制 成直缝埋弧焊接钢管。发明效果采用本发明可生产管径760mm 1219mm、壁厚16mm 32mm的X70和X80大应变 和低应变时效敏感性直缝埋弧焊接钢管，具有针状铁素体+M/A或块状铁素体+针状铁素 体+M/A的复相组织，兼备高强度、良好韧性和焊接性，特别是具有良好的塑性变形容量和 低的应变时效敏感性。可满足地震断裂带、沉陷带、冻土带、滑坡带等基于应变管道设计地 区对这种管线钢和钢管的使用要求。其中屈服强度485-630Mpa，抗拉强度570-750Mpa，屈 强比0. 77-0. 88，伸长率26-32%，均勻塑性变形伸长率8-15%，应变时效敏感系数不大于 0. 40，_20°C的夏比冲击韧性达到220-350J。
具体实施例方式实施例1 合金成分=C0. 04% ；Mn 1. 74% ；Si 0. 18% ；P 0. 009% ；S 0. 003% ；Al 0. 01% ； Ca 0. 003% ；N 0. 005% ；Nb 0. 05% ；Ti 0. 02% ；Mo 0. 18% ；Ni 0. 19% ；Cu 0. 16% ；余量
为Fe和不可避免的杂质；冷裂纹敏感系数0. 16%，碳当量0. 39%。制造工艺上述材料经氧吹转炉熔炼、Ca处理，炉外精炼和真空脱气，连铸成板 坯，加热至约1200°C，1000°C 1100°C粗轧，650°C 900°C精轧，轧后冷却速度20°C 300C /s，制成厚度约为18. 4mm热轧钢板。钢板再经J-C-O成型，采用多道次直缝埋弧焊接， 焊材采用含Ti-B的细晶粒针状铁素体低氧含量材料，然后经0. 6 0. 8%扩径，制成直缝埋 弧焊接钢管。性能特点采用本发明生产的厚度约为18. 4mm、管径1016mm的X70大应变钢 管，具有块状铁素体+针状铁素体+M/A的复相组织，兼备高强度、良好低温韧性和焊接 性，具有良好的塑性变形容量和低的应变时效敏感性。屈服强度485-535Mpa，抗拉强度 570-640Mpa，屈强比0. 78-0. 88，伸长率28-31 %，均勻塑性变形伸长率10-15 %，应变时效 敏感系数不大于0. 40，-20°C的夏比冲击韧性达到250-350J。实施例2合金成分=C0. 08%;Mn :1· 53%;Si :0· 23%;Ρ :0· 008% ;S :0· 002%;Α1 :0· 018%； Ca :0. 002% ；N :0. 004% ；V :0· 04% ；Ti :0· 03% ；Mo :0· 24% ；Ni :0· 25% ；Cr :0· 19% ；余量为Fe和不可避免的杂质；冷裂纹敏感系数0. 20%，碳当量0. 45%。制造工艺上述材料经氧吹转炉熔炼、Ca处理，炉外精炼和真空脱气，连铸成板 坯，加热至约1200°C，1000°C 1100°C粗轧，680°C 930°C精轧，轧后冷却速度25°C 350C /s，制成厚度约为22mm热轧钢板。钢板再经J-C-O成型，采用多道次直缝埋弧焊接，焊 材采用含Ti-B的细晶粒针状铁素体低氧含量材料，然后经0. 7-0. 9%扩径，制成直缝埋弧 焊接钢管。性能特点采用本发明生产的厚度约为22mm、管径1219mm的X70大应变钢管，具 有块状铁素体+针状铁素体+M/A的复相组织兼备高强度、良好低温韧性和焊接性，具有良 好的塑性变形容量和低的应变时效敏感性。屈服强度485-525Mpa，抗拉强度570-630Mpa， 屈强比0. 77-0. 87，伸长率28-32%，均勻塑性变形伸长率10-13%，应变时效敏感系数不大 于0. 40，_20°C的夏比冲击韧性达到230-320J。实施例3:合金成分=C0. 06% ；Mn 1. 87% ；Si 0. 27% ；P 0. 007% ；S 0. 003% ；Al 0. 03% ； Ca 0. 003% ；N 0. 003% ；Nb 0. 04% ；Ti 0. 02% ；Mo 0. 28% ；Ni 0. 30% ；Cu 0. 27% ；Cr
0. 29% ；B 0. 004%,Re 0. 05%,余量为Fe和不可避免的杂质；冷裂纹敏感系数0.23%，碳 当量0. 53%。制造工艺上述材料经氧吹转炉熔炼、Ca处理，炉外精炼和真空脱气，连铸成板 坯，加热至约1200°C，1000°C 1100°C粗轧，700°C 950°C精轧，轧后冷却速度25°C 350C /s，在线200 300°C回火，制成厚度约为26. 2mm热轧钢板。钢板再经J-C-0成型，直 缝埋弧焊接，焊材采用含Ti-B的细晶粒针状铁素体低氧含量材料，然后经0. 8-1. 0%扩径， 制成直缝埋弧焊接钢管。性能特点采用本发明生产的厚度约为26. 2mm、管径1219mm的X80大应变钢 管，具有针状铁素体+M/A的复相组织，兼备高强度、良好低温韧性和焊接性，具有良好的 塑性变形容量和低的应变时效敏感性。屈服强度550-630Mpa，抗拉强度650_750Mpa，屈 强比0. 77-0. 88，伸长率26-30 %，均勻塑性变形伸长率8_11 %，应变时效敏感系数不大于 0. 40，_20°C的夏比冲击韧性达到220-280J。
权利要求
一种高钢级大应变管线钢和钢管的制造方法，强度级别为X70和X80，应变时效敏感系数不大于0.40；其特征在于(1)按质量百分比组成如下C0.04～0.08％；Mn1.50～1.90％；Si0.15～0.30％；P≤0.010％；S≤0.003％，Al0.005～0.03％；Ca 0.002 0.005％，N≤0.005％，余量为Fe；在此基础上还可添加以质量百分比计的Nb0.01～0.06％；Ti0.015～0.03％；V0.01～0.05％中的一种或两种以上的合金元素，且0.05％≤Nb+V+Ti≤0.10％；还可添加0.15～0.30％的Mo，0.15～0.30％的Ni，0.15～0.30％的Cu，0.15～0.30％的Cr，0.001～0.005％的B，0.03～0.05％的Re；碳当量≤0.55％，冷裂纹敏感系数≤0.25，具体成分可根据钢级和厚度的不同进行调整；(2)上述材料经氧吹转炉熔炼、Ca处理，炉外精炼和真空脱气，严格控制钢中P、S杂质含量及有害气体，连铸成厚板坯，然后将板坯加热至约1200℃，1000℃～1100℃粗轧，650℃～950℃精轧，轧后冷却速度15℃～50℃/s，可进行在线200～300℃低温回火以控制各组织组成物及残余奥氏体含量，制成性能优良的热轧钢板，钢板再经J C O成型，直缝埋弧焊接，焊材采用含Ti B的细晶粒针状铁素体低氧含量材料，然后经0.5 1.0％扩径，制成直缝埋弧焊接钢管。
全文摘要
本发明涉及一种高钢级大应变管线钢和钢管的制造方法；按质量百分比C0.04～0.08％；Mn1.50～1.90％；Si0.15～0.30％；P≤0.010％；S≤0.003％，Al0.005～0.03％；Ca 0.002-0.005％，N≤0.005％，余量为Fe；碳当量≤0.55％，冷裂纹敏感系数≤0.25；经熔炼、Ca处理，精炼和脱气，连铸成厚板坯，精轧，低温回火制成热轧钢板，钢板经成型，焊接，扩径制成钢管；屈服强度485-630MPa，抗拉强度570-750MPa，均匀塑性变形伸长率8-15％，应变时效敏感系数不大于0.40，-20℃的夏比冲击韧性达到220-350J。
文档编号C21D8/02GK101906568SQ201010251848
公开日2010年12月8日 申请日期2010年8月12日 优先权日2010年8月12日
发明者冯耀荣, 吉玲康, 李鹤林, 杨龙, 陈宏达, 陈宏远 申请人:中国石油天然气集团公司;中国石油天然气集团公司管材研究所