550MPa级耐高温且有良好低温止裂韧性的管线钢及其制造方法技术

550MPa级耐高温且有良好低温止裂韧性的管线钢及其制造方法，其成分重量百分比为：C 0.061～0.120％，Mn 1.70～2.20％，Mo 0.15～0.39％，Cu 0.15～0.30％，Ni 0.15％～0.50，Nb 0.035～0.080％，V 0.005～0.054％，Ti 0.005～0.030％，Al 0.015～0.040％，Ca 0.005～0.035％，Ni/Cu≥0.5，Nb*C＝0.0035～0.007，CE＝C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+(Cr+Mo+V)/5，CE 0.39～0.48，余量为Fe和不可避免杂质；微观组织为均匀的针状铁素体组织+多边形铁素体组织+马氏体‑残余奥氏体组元。本发明专利技术管线钢在350℃下屈服强度、抗拉强度分别达到520MPa级和645MPa级以上；室温下屈服强度、抗拉强度强度达550MPa级和625MPa级以上；且还具有良好的‑30℃低温止裂韧性。

550MPa grade pipeline steel with high temperature resistance and good low temperature crack resistance and its manufacturing method

550MPa has good high temperature resistance and low temperature anti crack toughness of pipeline steel and its manufacturing method, the component weight percentage: C 0.061 ~ 0.120%, Mn 1.70 ~ 2.20%, 0.15 ~ 0.39% Mo, Cu 0.15 ~ 0.30%, 0.15% ~ 0.50 Ni, Nb 0.035 ~ 0.080%, 0.005 ~ V 0.054%, Ti 0.005 ~ 0.030%, 0.015 ~ 0.040% Al, Ca 0.005 ~ 0.035%, Ni/Cu = 0.5, Nb*C = 0.0035 ~ 0.007, CE = C+Mn/6+ (Cu+Ni) /15+ (Cr+Mo+V) /5, CE from 0.39 to 0.48, the rest is Fe and inevitable impurities; microstructure of acicular iron homogeneous ferrite organization + polygonal ferrite + martensite austenite component. The invention of pipeline steel yield strength, tensile strength at 350 DEG C above 520MPa and 645MPa respectively; the room temperature yield strength, tensile strength more than 550MPa and 625MPa; and also has good anti crack toughness at low temperature of 30 DEG C.

【技术实现步骤摘要】
550MPa级耐高温且有良好低温止裂韧性的管线钢及其制造方法
本专利技术涉及管线钢及其制造方法，尤其涉及一种550MPa级耐高温且有良好低温止裂韧性的管线钢及其制造方法。
技术介绍
油砂是非常规石油资源，主要分布于北美加拿大等地区，该地区的石油资源也主要以油砂为主。现有技术条件下，油砂主要通过管道向地下注入高温高压蒸汽，实现降低油砂粘稠度、提高油砂流动性的目的，最终实现开采。输送这些高温蒸汽的管线钢不仅不同于常规管线钢，增加了对正常服役温度下具备耐高温性能的要求，而且随着对安全性的不断提高和地面铺设方式下比埋地铺设方式的周围环境温度更低，将还需具有良好的低温止裂韧性能(即DWTTSA％)。这样可以保证材料即使在爆管发生后也能够避免发生长距离裂纹扩展，实现短距离止裂，避免危害扩大。短距离止裂将对于油砂开采场站蒸汽发生站和蒸汽注入井口之间的管道、设备和人员的安全性提高将有重要意义。传统输入天然气介质的管线钢对止裂韧性有要求，以避免高压输送管道爆管后发生长距离裂纹扩展，尤其对于在极地、寒冷地区服役的管线钢还要求低温止裂韧性。但是，传统管线钢主要是常温或低温环境下输送天然气介质，对高温性能没有技术要求，因而不是从满足高温服役性能要求的角度进行冶金成分和工艺设计的。传统550MPa级别管线钢的成分体系主要为C-Mn-Nb或C-Mn-Mo-Nb，成分特点是低C、低Mo和较高的Cr。如中国专利公开号CN101845596记载了一种X80管线钢用宽厚板及其制造方法，其C含量添加较少(0.03～0.08％)，主要是为了保证韧性；其添加少量的Mo或Nb来促进贝氏体组织转变获得良好的强韧性，并从经济性角度出发一般采用以Cr代Mo保证钢板全厚度淬透的设计(Mo：≤0.14；Cr：0.20～0.60)。但是C和Mo添加量少对于高温强度性能改善不利。传统550MPa级别管线钢由于是用于天然气输送，服役环境不涉及高温，因而不追求高温性能，在合金化设计时主要追求经济性，合金设计时仅保证室温屈服强度达到550MPa。如中国专利公开号CN101857945记载了一种无Mo低NbX80管线钢热轧钢板的制造方法，其不添加Mo，Nb含量为0.010～0.035％。其也采取了低C设计，C含量在0.04～0.07％。但无Mo、低Nb、低C对于高温强度性能不利。传统550MPa级别管线钢由于仅需保证室温强度性能和低温止裂韧性，因而多采用通过添加大量的Cr来保证淬透性提高室温强度，同时采用低C的合金化设计来保证低温止裂韧性，另外由于未从高温强度性能改善的角度出发进行合金化设计，未加入V。如中国专利公开号CN103225047记载了一种厚度≥26.5mm的X80管线用钢及其生产方法，其Cr含量为0.25～0.45％，C含量为0.020～0.034％，不添加V。低C、无V对于高温强度性能不利。随着对管道安全理解和技术要求的不断提高，油砂开采用蒸汽输送管道将需要同时具备良好的高温强度性能和良好的低温止裂韧性。良好高温强度性能的获得一般需要在常规强韧化机理的基础之上，进一步采取提高合金、提高固溶强化和析出强化效果、形成均匀单一组织、晶粒适当粗大的的冶金设计来保证；良好低温止裂韧性的获得则一般需要采取降低合金、降低强度和提高塑性、形成均匀单一组织、细化晶粒的冶金设计来保证。显然，要同时获得良好的高温强度性能和低温止裂韧性在组织设计方向上是较冲突的。因此，必须采用新的冶金设计思路来使一种材料同时获得两种性能。由于目前油砂开采所需的蒸汽输送温度在350℃，且北美加拿大部分油砂开采地区的管外环境温度可低至-30℃，因此对同时具备350℃耐高温强度性能和-30℃低温止裂韧性的管线钢材料提出了需求。已经公开的管线钢专利均未解决管线钢同时具备耐高温性能和低温止裂韧性的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种550MPa级耐高温且有良好低温止裂韧性的管线钢及其制造方法，该高温管线钢具有优异的高温力学性能，其在350℃下屈服强度和抗拉强度分别达到520MPa级和645MPa级以上；室温下屈服强度和抗拉强度分别达到550MPa级和625MPa级以上(相当于X80的强度级别要求)，而且，该管线钢还具有良好的-30℃低温止裂韧性，即其DWTT(落锤撕裂试验)的SA％(剪切面积比值单值)≥70％，均值≥85％。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：本专利技术通过提高C含量提高高温下的固溶强化和析出强化作用；通过增加Mo、Cu、Ni提高高温下的固溶强化作用；通过Mo、Cu降低高温下的体扩散系数延缓扩散改善组织高温稳定性来提高性能高温稳定性避免发生较大的强度退化；通过Nb-V-Ti形成微合金碳氮化物析出相提高高温下的析出强化作用；通过控制精轧压缩比来控制应变诱导析出获得细小纳米级的Nb-V-Ti碳氮化物，从而钉扎晶界和位错来提高高温强度。同时为在获得良好耐高温性能的同时还具备良好的低温止裂韧性，设计了针状铁素体+少量多边形铁素体(体积百分比为10～20％)+少量M-A(体积百分比为≤10％)的组织，通过组织中形成少量多边形铁素体改善塑性和裂纹扩展过程中的应力应变状态从而提高低温止裂韧性，并提出了相应的控轧控冷工艺设计。具体的，本专利技术的一种550MPa级耐高温且有良好低温止裂韧性的管线钢，其成分重量百分比为：C0.061％～0.120％，Mn1.70％～2.20％，Mo0.15％～0.39％，Cu0.15％～0.30％，Ni0.15％～0.50％，Nb0.035％～0.080％，V0.005％～0.054％，Ti0.005％～0.030％，Al0.015％～0.040％，Ca0.005％～0.035％，Ni/Cu≥0.5，Nb*C＝0.0035～0.007，CE＝C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+(Cr+Mo+V)/5，CE0.39～0.48，余量为Fe和不可避免杂质。在本专利技术所述管线钢的成分设计中：C：C是钢中最基本的强化元素。一方面，其可以起到间隙固溶强化的作用，另一方面，其可以与合金元素形成碳化物析出以起到析出强化的作用。C可与微合金元素Nb、V形成细小的纳米级的碳化物从而进一步地起到析出强化的作用。另外，C也是必要的奥氏体稳定化元素，其可以提高钢的淬透性，并提高钢的强度。但是，随着C含量的升高，钢的韧性(包括低温下的止裂韧性)、焊接性能都会逐步降低。此外，随着C含量的升高，NbC的完全固溶温度也会相应升高，这样，如果要完全固溶NbC，则轧制所需的加热温度也会随之升高，并且会促进高温下NbC过早析出而粗化。因此，本专利技术所述管线钢中C含量需要控制在0.061～0.12wt.％。Mn：Mn是低合金高强钢中最基本的合金元素，其可以起到固溶强化的作用。在一定程度范围内，增加Mn元素的含量可以在提高材料强度的同时保持材料的韧性(包括低温下的止裂韧性)。此外，Mn还是扩大奥氏体相区的元素，其可以降低钢的奥氏体→铁素体的相变温度，有助于获得细小的相变产物，并能够提高材料的强韧性。但是，材料中的Mn含量过多时，容易令连铸坯发生中心偏析，造成心部和其它厚度位置的成分和组织不均，尤其在高温下会加剧扩散，对高温性能产生不利，沿厚度方向不均的组织也对低温止裂韧性产生不利影响。由此，本专利技术所述管线本文档来自技高网...

【技术保护点】
550MPa级耐高温且有良好低温止裂韧性的管线钢，其成分重量百分比为：C 0.061％～0.120％，Mn 1.70％～2.20％，Mo 0.15％～0.39％，Cu 0.15％～0.30％，Ni 0.15％～0.50％，Nb 0.035％～0.080％，V 0.005％～0.054％，Ti 0.005％～0.030％，Al 0.015％～0.040％，Ca 0.005％～0.035％，Ni/Cu≥0.5，Nb*C＝0.0035～0.007，CE＝C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+(Cr+Mo+V)/5，CE 0.39～0.48，余量为Fe和不可避免杂质。

【技术特征摘要】
1.550MPa级耐高温且有良好低温止裂韧性的管线钢，其成分重量百分比为：C0.061％～0.120％，Mn1.70％～2.20％，Mo0.15％～0.39％，Cu0.15％～0.30％，Ni0.15％～0.50％，Nb0.035％～0.080％，V0.005％～0.054％，Ti0.005％～0.030％，Al0.015％～0.040％，Ca0.005％～0.035％，Ni/Cu≥0.5，Nb*C＝0.0035～0.007，CE＝C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+(Cr+Mo+V)/5，CE0.39～0.48，余量为Fe和不可避免杂质。2.如权利要求1所述的550MPa级耐高温且有良好低温止裂韧性的管线钢，其特征在于，还含有0<Si≤0.40％、0<Cr≤0.40％和0<N≤0.005％中至少一种。3.如权利要求1或2所述的550MPa级耐高温且有良好低温止裂韧性的管线钢，其特征在于，所述管线钢的微观组织为均匀的针状铁素体组织+少量多边形铁素体组织+少量马氏体-残余奥氏体组元；所述多边形铁素体组织的体积百分比为10～20％；所述马氏体-残余奥氏体组元的体积百分比≤10％。4.如权利要求1或2或3所述的550MPa级耐高温且有良好低温止裂韧性的管线钢，其特征在于，所述管线钢的平均有效晶粒尺寸≤8μm。5.如权利要求1或2或3或4所述的550MPa级耐高温且有良好低温止裂韧性的管线钢，其特征在于，所述管线钢中小角度晶界体积百分含量为20～50％。6.如权利要求1或2或3或4或5所述的550MPa级耐高温且有良好低温止裂韧性的管线钢，其特征在于，所述管线钢中还弥...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡平，郑磊，
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