CN102080194B

CN102080194B - 一种具有优异抗时效性的抗大变形管线钢及其生产方法

Info

Publication number: CN102080194B
Application number: CN2011100542707A
Authority: CN
Inventors: 邱红雷; 刘朝霞; 楚觉非; 李晓玲; 陈远姝; 宋世佳; 李丽
Original assignee: Nanjing Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Nanjing Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2011-03-08
Filing date: 2011-03-08
Publication date: 2012-06-06
Anticipated expiration: 2031-03-08
Also published as: CN102080194A

Abstract

本发明公开了一种具有优异抗时效性的抗大变形管线钢及其生产方法，该管线钢化学成分按重量百分比计为，C0.03～0.12%，Si0.10～0.30%，Mn1.20～1.80%，P≤0.010%，S≤0.005%，Nb0.030～0.060%，Ti0.006～0.020%，Cr0.10～0.40%，Ni0.10～0.30%，Cu0.01～0.03%，Al0.010～0.050%，余量为Fe及不可避免的杂质。采用控轧控冷工艺，轧前加热温度1150℃～1250℃，粗轧温度950～1050℃，精轧开轧温度880～900℃；轧后层流冷却，终冷温度600～650℃，冷却速率5～15℃/s；进行两相区淬火处理，淬火温度为Ac₁～Ac₃之间。得到的抗大变形管线钢具有低屈强比、高强度、高塑性和抗时效性优异等特点。

Description

一种具有优异抗时效性的抗大变形管线钢及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种抗大变形管线钢，具体地说是一种具有优异抗时效性的抗大变形管线钢及其生产方法。

背景技术

采用管线输送石油天然气具有高效、经济、安全、无污染等特点，被认为是长距离输送油气的有效方式。为提高输送效率、降低能耗、减少投资和降低管线运营费用，一方面，长距离管线输送需要加大管径、降低单位输送成本，提高管线钢强度级别，另一方面需考虑到地形地势的复杂性，如地震区和永冻带。这些地区的埋地管线可能发生大的塑性变形。而这两方面构成了管线钢长期存在的冷成形性与强度之间的矛盾。针对这类问题，一种称为“基于应变设计法”的抗大变形管线钢问世。这种“基于应变设计法”的管线钢具有更高的抗压缩和拉伸应变的性能。也就是，沿管的纵向需具有优异的应变能力，如均匀延伸率和低屈强比，以保证机械完整性。目前，这种管线钢化学成分设计，一般碳含量较低，适当加一些合金元素，如Ni、Cr、Nb、Cu等，属于一种低合金高强钢，经临界区热处理或控制轧制而得到的主要由铁素体和贝氏体所组成的双相钢。实际上第二相还可能含有残余奥氏体及碳化物等相，但由于这些相的含量均很少，故一般称之为铁素体和贝氏体双相钢。双相钢具有高的抗拉强度和塑性匹配好等特点，这不仅解决了管线钢长期存在的冷成形性与强度之间的矛盾，而且使其沿管径方向的强度大大得以提高，提高其自身的抗大变形能力。

抗大变形管线钢制管后需涂覆一层树脂，起到抗腐作用。涂覆温度介于180～250℃之间。而在管线钢中间隙原子C、N原子因具有较低的平衡溶解度和较高的扩散能力，易结合钢中的置换原子如Cr、Mo、V、Cu和Mg形成碳化物、氮化物或碳氮化物，增加应变时效性，导致材料硬化，延展性降低，恶化钢材性能。因此，对于双相抗大变形管线钢，需要满足基于应变设计的要求的同时，还需要考虑钢中低温应变时效的问题。

经检索，以下一些专利涉及具有抗低温时效性抗大变形管线钢的生产方法，其生产方法如下：

CN101611163A提供了一种具有优良的抗应变时效性的低屈服比双相钢管线管，它通过控轧控冷的方式，获得钢板的屈服强度大于420MPa，抗拉强度大于500MPa，组织为铁素体与贝氏体双相组织。该方法不仅需要在720℃～800℃进行低温精轧，使轧钢生产周期延长；而且，还需要控制冷却开始与结束温度，以不少于10℃/s的冷却速度进行冷却，增加了生产难度。另外，在考察低温应变时效实验中，一方面应变时效实验较短，只有5-8分钟的表面热处理时间，就导致了屈强比有了明显的提高（低温应变时效后的屈强比都高于0.80）。

JP11080832A公开了一种低屈强比钢板的生产方法，获得了铁素体和贝氏休的双相组织，得到的屈强比较低，但屈服强度仅大于345MPa。其生产工艺也相对复杂，要求非再结晶区轧制变形大于30%，且对终轧温度和轧后冷却速度都有要求，随后需要对热轧板进行淬火和回火处理，没有考察其时效性能。

发明内容

为了克服现有技术的不足，考虑到抗大变形用管线钢在制管后需要涂覆一层树脂，需保证管线钢抗低温应变时效性能，且易于生产，本发明的目的在于提供了一种具有优异抗时效性的抗大变形管线钢及其生产方法，本发明通过利用TMCP技术获得轧态组织为正常X70管线钢的贝氏体的组织，再通过在铁素体奥氏体相变点（Ac₁-Ac₃）之间，进行简单的热处理方法，获得铁素体+贝氏体双相组织，且铁素体分数约占20-60%，从而得到了低屈强比，高强度，塑性良好的高级别抗大变形管线钢。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种具有优异抗时效性的抗大变形管线钢，其特征在于：该管线钢化学成分按重量百分比计为，C：0.03～0.12%，Si：0.10～0.30%，Mn：1.20～1.80%， P：≤0.010%，S：≤0.005%，Nb：0.030～0.060%，Ti：0.006～0.020%， Cr：0.10～0.40%，Ni：0.10～0.30%，Cu：0.01～0.03%，Al：0.010～0.050%，余量为Fe及不可避免的杂质。

一种上述具有优异抗时效性的抗大变形管线钢的生产方法，其特征在于该方法具体要求如下：

轧制工艺：采用控轧控冷工艺（TMCP），为两阶段轧制；轧前连铸坯加热温度介于1150℃～1250℃，粗轧温度950～1050℃，精轧开轧温度880～900℃；轧后采用层流冷却，终冷温度600～650℃，冷却速率5～15℃/s；随后空冷；

热处理工艺：为了获得使成品获得低的屈强比，选取屈服强度级别高于515MPa的X70级钢板，随后进行两相区淬火处理，淬火温度为介于Ac₁～Ac₃之间的680～720℃，淬火保温时间为2min/mm×板厚+10min；淬火后钢板屈强比在0.80以下，得到具有优异抗时效性的抗大变形管线钢。

本发明通过两相区保温，使X70钢板中的部分针状铁素体转变为等轴细小的铁素体。通过未完全铁素体相变来获得双相组织，铁素体体积分数约占25～60%，并根据铁素体的需要量来增减保温时间的长短。随后，通过热处理后的淬火来抑制铁素体的长大，并通过所获得一定量的MA组元来弥补因铁素体的生成而导致材料的抗拉强度的损失。获得的抗大变形管线钢具体性能为：屈服强度为510～580MPa，抗拉强度为630～720MPa，延伸率为26～40%，屈强比Rt0.2/Rm≤0.80。

本发明通过淬火温度在200-250℃之间，保温2min/mm×板厚+30min后，对抗大变形管线钢进行时效性能考察。由于MA组元在低温时效过程中马氏体部分进行分解，形成回火马氏体，促进了碳氮化物的生成，有利于板材强度的提高，使得材料的综合性能非但没有恶化，反而有所提高。时效后的管线钢屈服强度比时效前屈服强度弱有降低，抗拉强上升，延伸率上升，屈强比下降。

本发明具有如下优点：

1、在利用普通管线钢化学成分和常规X70级管线钢轧制生产方式下，选取屈服强度有适当富余量的X70级管线钢，通过一种简单的离线热处理方法，便可获得抗大变形管线钢，获得铁素体体积分数约占25～60%。且双相中的铁素体分数可以通过离线热处理过程中的保温时间进行控制。

2、通过简单的热处理方法，通过生成相对软的铁素体相，降低X70级管线钢的屈服强度，而通过MA组元和充分发挥管线钢在TMCP过程中来不及析出的微合金元素的强化作用，使钢材的抗拉强度上升，屈强比明显下降，均匀延伸率上升。

3、本发明的制造方法，具有生产工艺稳定，在制管后的涂覆过程中，即，低温时效过程中，性能非但恶化，反而有所提高。

附图说明

图1是实施例经离线热处理后得到抗大变形管线钢在金相显微镜下典型的组织形貌图。

图2是实施例经离线热处理后得到抗大变形管线钢在扫描电镜下典型的组织形貌图。

具体实施方式

一种具有优异抗时效性的抗大变形管线钢，该管线钢化学成分按重量百分比计如表1所示。

上述具有优异抗时效性的抗大变形管线钢的生产方法，具体要求如下：

轧制工艺：采用控轧控冷工艺（TMCP）两阶段轧制；轧前连铸坯加热温度介于1150℃～1250℃，粗轧温度950～1050℃，精轧开轧温度为880～900℃；轧后采用层流冷却，终冷温度600～650℃，冷却速率5～15℃/s；随后空冷；

热处理工艺：为了获得使成品获得低的屈强比，选取屈服强度级别高于515MPa的X70级钢板，随后管线钢进行两相区淬火处理，在热处理炉中重新加热到680~720℃，然后在这个温度下保温40min，保温结束后立即用水淬火。图1是实施例经离线热处理后得到抗大变形管线钢在金相显微镜下典型的组织形貌图。图2是实施例经离线热处理后得到抗大变形管线钢在扫描电镜下典型的组织形貌图。组织都为超细铁素体＋贝氏体双相组织和一定量的MA组元组成。铁素体体积分数约占25～35%，铁素体晶粒尺寸细小，且多为等轴状。

随后对管线钢进行低温回火，回火温度为230℃，保温时间为90min。该时间长度足够制管后涂覆时间。淬火及时效后板材拉伸性能如表2，冲击性能如表3。

表1 本发明实施例的化学成分（wt%）

实施例	C	Si	Mn	P	S	Nb	Ti	Cr	Ni	Cu	Al_t
												实施例1	0.06	0.20	1.50	0.010	0.0008	0.054	0.010	0.20	0.20	0.039	0.024
实施例2	0.08	0.22	1.57	0.008	0.0007	0.030	0.012	0.13	0.25	0.036	0.015

表2 时效前后的板材拉伸性能

表3 时效前后的板材冲击性能

可以看出，实施例1和2 屈服强度，抗拉强度达到API 5L标准中X70要求，屈强比低于0.80，延伸率≥27%，均匀延伸率≥10.1%，达到了抗大变形X70管线钢的要求。具有生产工艺稳定，且在低温时效过程中，材料的综合性能非但恶化，反而有所提高。

Claims

1.一种具有优异抗时效性的抗大变形管线钢的生产方法，其特征在于该方法具体要求如下：

轧制工艺：采用控轧控冷工艺，为两阶段轧制；轧前连铸坯加热温度介于1150℃～1250℃，粗轧温度950～1050℃，精轧开轧温度为880～900℃；轧后采用层流冷却，终冷温度600～650℃，冷却速率5～15℃/s；随后空冷；

热处理工艺：选取屈服强度级别高于515MPa的X70级钢板，随后进行两相区淬火处理，淬火温度为介于Ac₁～Ac₃之间的680～720℃，淬火保温时间为2min/mm×板厚+10min；淬火后钢板屈强比在0.80以下，得到具有优异抗时效性的抗大变形管线钢；所述钢板的化学成分按重量百分比计为，C：0.03～0.12%，Si：0.10～0.30%，Mn：1.20～1.80%， P：≤0.010%，S：≤0.005%，Nb：0.030～0.060%，Ti：0.006～0.020%， Cr：0.10～0.40%，Ni：0.10～0.30%，Cu：0.01～0.03%，Al：0.010～0.050%，余量为Fe及不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的具有优异抗时效性的抗大变形管线钢的生产方法，其特征在于：通过两相区淬火保温后， X70钢板中的部分针状铁素体转变为等轴细小的铁素体；通过未完全铁素体相变来获得双相组织，铁素体体积分数占25-60%；通过热处理后的淬火来抑制铁素体的长大，同时，获得一定量的马氏体组元，弥补因铁素体的生成而导致材料的抗拉强度的损失。