超宽特厚高韧性X80直缝焊管用钢及其生产方法技术

本发明专利技术公开超宽特厚高韧性X80直缝焊管用钢及其生产方法。钢中含有，C：0.035％～0.055％、Si：0.12％～0.22％、Mn：1.60％～1.75％、P≤0.010％、S≤0.0015％、Nb：0.06％～0.10％、Ti：0.008％～0.020％、Ni：0.10％～0.24％、Mo：0.15％～0.24％、Cr≤0.25％、(Ni+Mo+Cr)：0.40％～0.65％、Al：0.010％～0.030％、N：0.0010％～0.0040％、Ca：0.0015％～0.0045％、Ca/S≥1.8，余量为铁和不可避免的杂质。铸坯加热温度1200～1230℃，均热温度1180～1210℃；粗轧开轧温度1100～1140℃，精轧开轧温度810～840℃，开冷温度730～760℃。成品钢板厚度≥31mm、宽度≥4330mm，低温韧性良好。

Steel for ultra wide, ultra thick and high toughness X80 straight seam welded pipe and its production method

【技术实现步骤摘要】
超宽特厚高韧性X80直缝焊管用钢及其生产方法
本专利技术属于低碳低合金钢
，尤其涉及一种低温环境大输量油气输送直缝焊管用厚度≥31mm、宽度≥4330mm的X80级超宽、特厚、低温韧性高的热轧钢板及其生产方法。
技术介绍
长期以来，增大油气管道输送效率一直是管道输送领域追求的目标。随着石油和天然气消耗量的日益增加，提高管道输送效率的需求变得更为迫切。增大管道口径和输送压力是提高油气输送效率的重要措施；但必须以保证管道安全性为前提。为增大管道口径必须增加直缝焊管用钢的宽度；为保证安全性和提升输送压力要求钢板必须具有更高的强度、韧性和更大的厚度；而且，低温环境服役管道还要求必须具有良好的低温韧性；因此，研制兼具超宽、特厚、高强度和良好低温韧性等综合技术特征的油气输送直缝焊管用钢成为油气管道建设的亟需。技术特征和指标的复杂性、多样性显著增加了超宽特厚高韧性X80直缝焊管用钢的研发难度。首先，钢板宽度的增加，使轧制变形抗力增大，道次变形率受到限制，使晶粒细化和控制难度倍增，同时，钢板宽度增加，使钢板板形控制难度激增，对轧制变形和快速冷却的均匀性提出了更高要求；而钢板厚度增加将导致厚度截面温度梯度增加、恶化厚度方向的冷却和组织均匀性；其次，钢板的宽厚规格特征也会激化强度-韧性矛盾，进一步增加性能控制难度。目前，国内外对油气输送用宽厚管线钢板有一些研究，经检索发现了部分专利和文献，但其所记载的内容与本专利技术的技术方案所述成分、生产方法、性能、产品类别和尺寸规格等方面存在明显差异。CN107502836A公开了一种提高低温韧性的厚壁大口径高钢级管线钢及其制造方法，提供了一种X80级别大口径直缝焊管用宽厚板及其制造方法，所述钢板成分上采用较多的Ni(0.25％～0.30％)设计，成本高；制造工艺上要求粗轧末道次压下率大于25％，对设备能力要求过高，不适于高强度宽规格管线钢的生产。CN108396299A公开了一种X80管线钢宽厚板的生产方法，提供了一种X80管线钢宽厚板及其生产方法，采用高温粗轧，不利于钢板的强化和晶粒细化。CN107385326A公开了一种超细晶粒宽厚管线钢板的生产工艺。提供了一种宽厚管线钢的生产工艺，其铸坯加热温度低(1120～1140℃)，不利于元素特别是Nb的固溶；粗轧末道次压下率过大(≥26％)，对设备能力要求过高。RU2270873(C1)公开了一种高性能海底输气焊接管道用钢板的生产方法，提供了一种海底管线钢板及生产方法，成分中加入较多Ni、Cu等元素，成本高；生产方法上要求轧后冷却速度35～55℃/s，工艺实现难度大。洪良，左秀荣，姬颍伦等人在《材料研究学报》2018年第32卷1期发表的《厚规格X80管线钢低温断裂行为研究》中主要介绍了厚度27.2mmX80低温断裂韧性与微观组织结构的关系，强调针状铁素体对改善低温韧性的作用，产品厚度小，文中未涉及具体的生产工艺。综上所述，现有技术对超宽特厚高韧性X80直缝焊管用钢的研究尚有不足。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，解决超宽特厚管线钢的尺寸规格、强度、低温韧性等技术指标匹配难题，提供一种低温环境油气输送直缝焊管用厚度≥31mm、宽度≥4330mm的X80级超宽、特厚、高强度、低温韧性良好的热轧钢板及其生产方法。本专利技术所述超宽特厚高韧性X80直缝焊管用钢的厚度≥31mm、宽度≥4330mm；成分设计通过低C和低Mn改善材料韧性，利用Nb、Ti元素抑制奥氏体晶粒长大并在奥氏体转变过程中的促进形核作用来细化晶粒，控制钢板厚度心部组织，提高组织均匀性；同时，针对超宽高强度特点利用Nb抑制奥氏体再结晶的作用，提高轧制温度，有效降低轧制抗力，也有利于增大轧制道次变形率；通过Ni元素增加固溶强化效果并利用Ni元素提高低温韧性；配以相应的冶炼、加热、轧制、冷却、矫直等生产工艺获得超宽、特厚、高强度、良好的低温韧性等综合性能及理想的微观组织。具体的技术方案是：本专利技术所述超宽特厚高韧性X80直缝焊管用钢的化学成分重量百分比为C：0.035％～0.055％、Si：0.12％～0.22％、Mn：1.60％～1.75％、P≤0.010％、S≤0.0015％、Nb：0.06％～0.10％、Ti：0.008％～0.020％、Ni：0.10％～0.24％、Mo：0.15％～0.24％、Cr≤0.25％、(Ni+Mo+Cr)：0.40％～0.65％、Al：0.010％～0.030％、N：0.0010％～0.0040％、Ca：0.0015％～0.0045％、Ca/S≥1.8，余量为铁和不可避免的杂质。本专利技术所述超宽特厚高韧性X80直缝焊管用钢CEIIW控制在0.39％～0.43％，CEIIW＝C+Mn/6+(Cr+Mo)/5+(Ni+Cu)/15；CEPcm控制在0.15％～0.18％，CEPcm＝C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B。本专利技术成分设计理由如下：C：C可以通过间隙固溶发挥强化作用，还可以与铌等合金元素作用形成细小的碳化物析出，在轧制变形或奥氏体相变之前析出，阻碍晶粒长大，提高形核率，细化组织；同时，还可以阻碍位错移动，有效提高强度，因此，碳含量不宜过低；但是，碳的增加对韧性不利，特别是对低温韧性有影响较大；而且，碳的增加使铸坯再加热时碳化物的固溶温度提高，促使晶粒长大，所以，碳含量也不能过高，本专利技术认为碳控制在0.035％～0.055％较为适宜。Si：Si发挥强化作用，对提高淬透性也有益；但其含量过高会使组织中M/A增加，贝氏体晶粒尺寸增大，造成韧性降低，易引起冷脆，其适宜范围是0.12％～0.22％。Mn：Mn可有效提高强度和淬透性；降低奥氏体相变温度，抑制钢板加速冷却前的相变晶粒长大，发挥细化晶粒作用；但是，锰含量过高易诱发偏析，恶化厚壁钢板组织均匀性和厚度中心韧性且不利于焊接，本专利技术认为将锰含量控制在1.60％～1.75％较为适宜。P、S：P、S在本专利技术中为有害杂质元素，含量越低越好；其中，P对低温韧性有明显的不利影响，本专利技术将P控制在≤0.010％，S含量增加会促进夹杂物的生成和长大，恶化性能，因此，S≤0.0015％。Nb：本专利技术中铌的作用包括(1)固溶强化；(2)在轧制过程中和加速冷却前的析出，钉扎晶界，促进形核，有效细化晶粒，从而提高强度和改善韧性；(3)降低奥氏体相变温度，能够细化晶粒；(4)提高再结晶轧制温度，降低轧制力，对提高本专利技术所述超宽特厚管线钢板的轧制道次变形率和细晶效果作用明显；但是，铌含量过高会恶化焊缝和热影响区韧性，还会增加成本，本专利技术认为将铌含量控制在0.06％～0.10％较为适宜。Ti：Ti可以发挥固氮效果，形成以TiN为主的析出相，能抑制高温条件下奥氏体的晶粒长大，也可以改善焊后热影响区韧性，本专利技术认为将钛含量控制0.008％～0.020％较为适宜。Ni：Ni可以提高强度，改善低温韧性，有利于强韧性的良好匹配；镍能够降低临界冷却速度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超宽特厚高韧性X80直缝焊管用钢，其特征在于，钢中化学成分按质量百分比为：C：0.035％～0.055％、Si：0.12％～0.22％、Mn：1.60％～1.75％、P≤0.010％、S≤0.0015％、Nb：0.06％～0.10％、Ti：0.008％～0.020％、Ni：0.10％～0.24％、Mo：0.15％～0.24％、Cr≤0.25％、(Ni+Mo+Cr)：0.40％～0.65％、Al：0.010％～0.030％、N：0.0010％～0.0040％、Ca：0.0015％～0.0045％、Ca/S≥1.8，其余为Fe和不可避免的杂质；钢的CE

【技术特征摘要】
1.一种超宽特厚高韧性X80直缝焊管用钢，其特征在于，钢中化学成分按质量百分比为：C：0.035％～0.055％、Si：0.12％～0.22％、Mn：1.60％～1.75％、P≤0.010％、S≤0.0015％、Nb：0.06％～0.10％、Ti：0.008％～0.020％、Ni：0.10％～0.24％、Mo：0.15％～0.24％、Cr≤0.25％、(Ni+Mo+Cr)：0.40％～0.65％、Al：0.010％～0.030％、N：0.0010％～0.0040％、Ca：0.0015％～0.0045％、Ca/S≥1.8，其余为Fe和不可避免的杂质；钢的CEIIW控制在0.39％～0.43％，CEPcm控制在0.15％～0.18％，其中，CEIIW＝C+Mn/6+(Cr+Mo)/5+(Ni+Cu)/15；CEPcm＝C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B。


2.如权利要求1所述的一种超宽特厚高韧性X80直缝焊管用钢，其特征在于，钢板厚度≥31mm、宽度≥4330mm。


3.一种如权利要求1或2所述的超宽特厚高韧性X80直缝焊管...

【专利技术属性】
技术研发人员：张帅，任毅，王爽，刘文月，高红，
申请(专利权)人：鞍钢股份有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21