一种热处理型管线钢及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种热处理型管线钢，其化学元素质量百分比为：C：0.061～0.12％、Si：0.1～0.5％、Mn：1.0～1.75％、Nb：0.001～0.050％、Ti：0.005～0.02％、V：0.010～0.020％、Ca：0.001～0.006％，Al：0.02～0.045％，N≤0.010％，余量为Fe及其他不可避免的杂质。此外，本发明专利技术还公开了一种热处理型管线钢的制造方法，包括步骤：(1)冶炼和铸造，制得板坯；(2)将板坯再加热；(3)轧制；(4)轧后控制冷却；(5)自然空冷；(6)热处理。该热处理型管线钢实现了细晶强化、析出强化与低温韧性的平衡，获得了强度和低温韧性的良好匹配。

A Heat Treatment Pipeline Steel and Its Manufacturing Method

The present invention discloses a heat treatment pipeline steel, whose chemical element mass percentages are C:0.061-0.12%, Si:0.1-0.5%, Mn:1.0-1.75%, Nb:0.001-0.050%, Ti:0.005-0.02%, V:0.010-0.020%, Ca:0.001-0.006%, Al:0.02-0.045%, N=0.010%, and other unavoidable impurities. In addition, the invention also discloses a manufacturing method of heat treatment pipeline steel, including steps: (1) smelting and casting to produce slabs; (2) reheating slabs; (3) rolling; (4) controlled cooling after rolling; (5) natural air cooling; (6) heat treatment. The heat treated pipeline steel achieves the balance of fine grain strengthening, precipitation strengthening and low temperature toughness, and achieves a good match between strength and low temperature toughness.

【技术实现步骤摘要】
一种热处理型管线钢及其制造方法
本专利技术涉及一种钢种及其制造方法，尤其涉及一种管线钢及其制造方法。
技术介绍
控轧控冷技术能够减少生产工序，降低生产成本，同时获得兼具强度和韧性的管线钢，而逐步取代了原有的成形后热处理生产工序。尽管如此，由于具有良好的成分、组织性能均匀性以及稳定性，部分管线工程项目在设计时要求使用热处理型管线钢管，并作为某些特殊管线工程的重点产品，其开发的难点主要在于如何实现强度、低温韧性和可焊性的良好匹配。通过加热至Ac3以上30～50℃奥氏体化并缓慢冷却，可获得具有稳定性的铁素体和珠光体正火组织，但正火管线钢的晶粒容易长大，正火后的显微组织中含大量珠光体片层结构，往往导致管线钢的强度和韧性显著弱化。为了同时保证管线钢的低温韧性和可焊接性，采用较低C含量(C的质量百分比≤0.12％)、中高锰(Mn)含量(Mn的质量百分比≤1.75％)的成分设计同时，采用Ac3以上、Ac3+50℃以下温度范围的保温热处理，有望获得细小的铁素体和粒状珠光体组织。钒(V)、铌(Nb)微合金元素与控轧控冷技术结合能够细化轧态组织，并在热处理过程中抑制奥氏体的长大，实现细晶强化和析出强化，并改善韧性，但添加的质量百分比过高导致析出相长大而损害低温韧性，质量百分比过低则有益效果不显著难以到达上述目的。此外，通过微合金元素和控轧控冷工艺来调节NbC、VC及Fe3C等分布形态和原始组织，使得管线钢的奥氏体化温度和过程发生改变，在Ac3～Ac3+50℃范围内热处理后珠光体在未溶解的碳化物上生长，形成粒状珠光体，同时有效细化了铁素体晶粒尺寸，大大提高了钢的塑韧性。因此，在较低C质量百分比、中高Mn质量百分比前提下，通过适量的微合金化手段和控轧控冷、热处理技术相结合来调节显微组织，实现强度、低温韧性的匹配是该技术方案的难点所在。公开号为CN101921955A，公开日为2010年12月22日，名称为“一种正火轧制生产韧性优良管线钢中厚板的方法”的中国专利文献公开了一种管线钢及其制造方法。该专利文献所公开的技术方案通过正火轧制方法制备的管线钢中厚板采用0.06～0.15％C、1.05～1.75％Mn以及较高V(质量百分比为0.02～0.10％)的成分设计，对Cu、Ni成分无要求。公开号为CN105821335A，公开日为2016年08月03日，名称为“一种焊接性优良的低成本超低温正火型管线钢及其生产方法”的中国专利文献公开了一种低Ceq低Pcm的低成本超低温正火型管线钢及其生产方法。该专利文献所公开的技术方案采用Cr(质量百分比为0.10～0.30％)和V(质量百分比为0.025～0.040％)。公开号为CN104862614A，公开日为2015年08月26日，名称为“一种X60N正火管线钢及其生产方法”的中国专利文献公开了一种X60N正火管线钢及其生产方法，该专利文献所公开的技术方案用高Mn(质量百分比为1.55～1.70)、极少V(质量百分比为0.004～0.008)的成分设计，正火过程中保温时间采用4～8min。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种热处理型管线钢，该管线钢严格控制Nb、V微合金元素添加量，实现了细晶强化、析出强化与低温韧性的平衡，获得了强度和低温韧性的良好匹配。为了实现上述目的，本专利技术提出了一种热处理型管线钢，其化学元素质量百分比为：C：0.061～0.12％、Si：0.1～0.5％、Mn：1.0～1.75％、Nb：0.001～0.050％、Ti：0.005～0.02％、V：0.010～0.020％、Ca：0.001～0.006％，Al：0.02～0.045％，N≤0.010％，余量为Fe及其他不可避免的杂质。本专利技术所述的热处理型管线钢的各化学元素的设计原理如下所述：C：在本专利技术所述的热处理型管线钢中，C为最基本的强化元素。碳溶解在钢中形成间隙固溶体，起固溶强化的作用，与强碳化物形成元素形成碳化物析出，则起到沉淀强化的作用。但质量百分比太高的C对钢的韧性和焊接性能不利。因而，在本专利技术所述的热处理型管线钢中，控制C的质量百分比在0.061～0.12％。Si：在本发所述的热处理型管线钢中，Si是固溶强化元素，同时也是钢中的脱氧元素，但Si的质量百分比过高(例如＞0.5％)会恶化钢材的焊接性能，同时不利于轧制过程中热轧氧化铁皮去除，因此，本专利技术所述的热处理型管线钢将Si的质量百分比控制在0.1～0.5％。Mn：本专利技术所述的热处理型管线钢通过Mn固溶强化提高钢的强度，Mn是钢中补偿因C的质量百分比降低而引起强度损失的最主要、经济的强化元素。Mn还是扩大γ相区的元素，可降低钢的γ→α相变温度，有助于获得细小的相变产物，可提高钢的韧性；但Mn是易偏析元素，当Mn的质量百分比较高时(例如＞1.75％时)，在浇铸过程中Mn易在板厚中心偏析，降低材料的低温韧性和抗动态撕裂性能。因此，在本专利技术所述的技术方案中，将Mn的质量百分比限定在1.0～1.75％。Nb：在本专利技术所述的热处理型管线钢中，Nb是低碳微合金钢的重要元素之一，热轧过程中固溶的Nb应变诱导析出形成Nb(N,C)粒子，钉扎晶界抑制形变奥氏体的长大并抑制再结晶和延迟再热奥氏体化过程，经控制轧制和控制冷却使形变奥氏体相变为具有高位错密度的细小的产物，为离线热处理后获得细小铁素体提供基础。但质量百分比太高的Nb会使得碳氮化物析出相长大明显，不利于钢的低温韧性。因此，本专利技术所述的热处理型管线钢对Nb的质量百分比限定在0.001～0.050％。Ti：在本专利技术所述的技术方案中，Ti是一种强烈的碳氮化物形成元素，Ti的未溶的碳氮化物在钢加热时可以阻止奥氏体晶粒的长大，在高温奥氏体区粗轧时析出的TiN可有效抑制奥氏体晶粒长大。另外在焊接过程中，钢中的TiN粒子能显著阻止热影响区晶粒长大，从而改善钢板的焊接性能同时对改善焊接热影响区的冲击韧性有明显作用。因此，本专利技术所述的热处理型管线钢中对Ti的质量百分比控制在0.005～0.02％。V：对于本专利技术所述的热处理型管线钢中，V是重要的微合金化元素。V主要通过控轧过程中抑制再结晶和中低温析出强化效应提高钢的强度，为热处理后获得细小铁素体提供基础。具有析出强化作用，同时VC能够延迟奥氏体化过程，促进粒状珠光体的形成，但V的质量百分比过低时，作用不明显，过高时析出颗粒粗化，有损钢的低温韧性。因此，本专利技术所述的热处理型管线钢严格控制V的质量百分比为0.010～0.020％。Ca：在本专利技术所述的技术方案中，通过Ca处理可以控制硫化物的形态，改善钢板的各向异性，提高低温韧性，为确保最佳效果，本专利技术所述的热处理型管线钢对Ca的质量百分比控制范围为0.0010～0.0060％。Al：在本专利技术所述的热处理型管线钢中，Al是为了脱氧而加入钢中的元素，添加适量的Al有利于细化晶粒，改善钢材的强韧性能，因此，在本专利技术所述的热处理型管线钢中，对Al的质量百分比控制在0.02～0.045％。N：在微合金化钢中，适当的质量百分比的氮可以通过形成高熔点的TiN粒子，起到抑制再加热过程中板坯晶粒粗化的作用，改善钢的强韧性。但当N的质量百分比过高时，时效后高浓度的自由N原子钉扎位错，使屈服强度明显提高，同时有损韧性。因此本专利技术中控制N≤0.010％。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热处理型管线钢，其特征在于，其化学元素质量百分比为：C：0.061～0.12％、Si：0.1～0.5％、Mn：1.0～1.75％、Nb：0.001～0.050％、Ti：0.005～0.02％、V：0.010～0.020％、Ca：0.001～0.006％，Al：0.02～0.045％，N≤0.010％，余量为Fe及其他不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种热处理型管线钢，其特征在于，其化学元素质量百分比为：C：0.061～0.12％、Si：0.1～0.5％、Mn：1.0～1.75％、Nb：0.001～0.050％、Ti：0.005～0.02％、V：0.010～0.020％、Ca：0.001～0.006％，Al：0.02～0.045％，N≤0.010％，余量为Fe及其他不可避免的杂质。2.如权利要求1所述的热处理型管线钢，其特征在于，还含有0＜Cr≤0.09％、0＜Mo≤0.04％、0＜Cu≤0.40％、0＜Ni≤0.30％的至少其中之一。3.如权利要求1所述的热处理型管线钢，其特征在于，其微观组织为细小的铁素体+珠光体，其中铁素体的晶粒度在10级以上。4.如权利要求1-3中任意一项所述的热处理型管线钢，其特征在于，所述珠光体包括片层珠光体和粒状珠光体，其中粒状珠光体的相比例不低于20％，所述粒状珠光体的尺寸小于3μm。5.如权利要求4所述的热处理型管线钢，其特征在于，所述粒状珠光体均匀分布于铁素体内部和晶界上，所述片层状珠光体分布在铁素体晶界上。6.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：张清清，郑磊，章传国，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31