700MPa级高塑变析出强化管线钢板及其生产方法技术

本发明专利技术提供了一种700MPa级高塑变析出强化管线钢板及其生产方法，该钢板的成分按重量百分比计如下：C：0.030％～0.055％、Si：0.21％～0.40％、Mn：1.71％～1.85％、P≤0.012％、S≤0.002％、Nb：0.035％～0.065％、Ti：0.012％～0.025％、Mo：0.08％～0.19％、V：0.01％～0.04％、Ni：0.08％～0.18％、Cu：0.08％～0.19％、Ni/Cu≥0.7、Cr：＜0.20％、Al：0.010％～0.025％、N:0.0010％～0.0045％；应用本发明专利技术生产的钢板的厚度≥25.4mm，横向屈服强度可达到480～560MPa，横向抗拉强度达到710～770MPa，横向屈强比不超过0.73，

【技术实现步骤摘要】
700MPa级高塑变析出强化管线钢板及其生产方法


[0001]本专利技术属于金属材料领域，尤其涉及一种厚度≥25.4mm的厚壁、高均匀延伸率兼具高应力比和良好韧性的700MPa级管线钢板及其生产方法。

技术介绍

[0002]随着油气资源需求的不断增大和陆路油气资源的减少，石油天然开采不断向复杂恶劣的环境发展。例如，寒冷地区、地质复杂活跃地区及海洋等，其中，寒冷地区昼夜温差大、地质活跃地区地壳运动频率高、海洋环境海流频繁、水压高及海底凹凸不平等对在复杂恶劣环境服役的油气采输用钢管提出了更高的技术要求。
[0003]用于制作复杂环境服役钢管的管线钢板需要满足横纵向均具有高强度、高韧性且兼具高均匀延伸率、高应力比、低时效敏感性等高塑变性能；而且，为提升输量压力和安全性或满足深水服役需求，要求钢板具有更大的厚度；但是，厚度增加将导致钢板生产时厚度截面温度梯度增加、厚度方向微观组织和性能均匀性降低、强度
‑
韧性矛盾激化、止裂韧性控制难度显著增加等诸多难题。复杂多样的技术指标要求显著增大了高塑变管线钢板的设计和制造难度。
[0004]目前，国内外对高塑变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技术方案所述成分、生产方法、性能、产品类别等方面存在明显差异。
[0005]专利文献《NbC纳米颗粒强化X80塑性管用钢板及其制造方法》(公开号：CN109023069A)提供了一种X80级塑性管用钢板及其生产方法，成分中贵重合金Nb(0.07％～0.15％)含量高，经济性不足；生产方法方面在钢板完成控轧控冷之后需要采用高温固溶+中温等温工艺达到NbC强化效果，工序复杂，能耗和成本高，制造周期长。
[0006]专利文献《一种X80M深海抗应变管线钢板及轧制工艺》(公开号：CN109234623B)提供了一种X80级别深海管线钢板，成分中采用高Ni(0.65％～0.85％)、高Mo(0.31％～0.36％)的设计方案，合金含量和成本过高。
[0007]专利文献《一种低屈强比X80MO海底管线用钢板及其制造方法》(公开号：CN110331343A)，提供了一种X80级海底管线钢板及生产方法，成分中加入较多Ni、Nb等元素，成本高；采用高温轧制(≥910℃)微观组织控制困难；要求轧后冷却速度25
‑
35℃/s，对厚规格钢板而言，工艺实现难度大。
[0008]专利文献《具有优异低温韧性和低屈强比的管线用钢》(公开号：KR2119975B1)，提供了一种韧性良好的X80级管线钢板及生产方法，成分中加入较多Nb(0.08％～0.12％)、Ni(0.20％～0.35％)、Mo(0.20％～0.40％)等元素，成本偏高。
[0009]文献《X70级大壁厚海底管线钢板的研制开发》(《中厚板》第22卷2期，张志军，张海军)公开了厚度30.8mm的X70海底管线用钢板，成分中未公开Nb、Ti、Mo、Ni元素的含量；非再结晶区变形温度高(≥800℃)，终冷温度(≥540℃)，钢板屈强比较高，塑变性不足。
[0010]综上所述，现有技术对细小析出强化的高塑变管线钢板的研究尚有不足。

技术实现思路

[0011]本专利技术的目的在于克服上述问题和不足而提供一种适用于复杂服役环境用管线钢板厚壁、高强度、高韧性、高均匀变形率、低屈强比、高应力比、低时效敏感性，厚度≥25.4mm基于细小析出强化的700MPa级高塑变性管线钢板及其生产方法。
[0012]本专利技术目的是这样实现的：
[0013]本专利技术所述细小析出强化的700MPa级高塑变管线钢板的厚度≥25.4mm；成分设计中以C、Mn、Si、Mo、Ni、Cu为基础强化元素，利用Nb、Ti、V形成细小碳氮化物析出，发挥强化和细晶作用且降低时效敏感性；同时，减少对韧性的影响。
[0014]一种700MPa级高塑变析出强化管线钢板，该钢板的成分按重量百分比计如下：C：0.030％～0.055％、Si：0.21％～0.40％、Mn：1.71％～1.85％、P≤0.012％、S≤0.002％、Nb：0.035％～0.065％、Ti：0.012％～0.025％、Mo：0.08％～0.19％、V：0.01％～0.04％、Ni：0.08％～0.18％、Cu：0.08％～0.19％、Ni/Cu≥0.7、Cr：＜0.20％、Al：0.010％～0.025％、N:0.0010％～0.0045％，且CE
Pcm
控制在0.155％～0.180％，余量为铁和不可避免的杂质；其中，CE
Pcm
＝C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B。
[0015]所述管线钢钢板微观组织为贝氏体+多边形铁素体+少量M/A，多边形铁素体体积百分比为30％～70％，贝氏体包括粒状贝氏体和板条贝氏体；所述钢板的平均晶粒尺寸为直径10μm以下；所述钢板中含有质量分数为0.04％～0.09％的碳氮化物析出，其中，10nm以下的细小析出碳氮化物析出占全部碳氮化物析出的的数量百分比≥40％。
[0016]所述板条贝氏体体积百分比为51％～90％。
[0017]所述钢板横向屈服强度可达到480～560MPa，横向抗拉强度达到710～770MPa，横向屈强比不超过0.73，
‑
60℃横向冲击功均值≥300J，
‑
15℃横向DWTT剪切面积≥85％；纵向屈服强度可达到470～540MPa，纵向抗拉强度达到700～760MPa，纵向均匀延伸率U
EL
≥10％，纵向屈强比不超过0.72，纵向应力比Rt1.5/Rt0.5≥1.13，Rt2.0/Rt1.0≥1.06。
[0018]本专利技术成分设计理由如下：
[0019]C主要以合金碳化物析出和间隙固溶两种存在形式发挥作用；本专利技术重点利用了C在钢板中温形变及待温时与Nb形成10nm以下析出相的特性促进细小析出的形成，从而，增加形核位置，细化微观组织；同时，以固溶形式存在的C能够增加多相组织中硬相的强度和硬度，使软硬相力学性能差异增加，有利于屈强比的降低和应力比的提升；但是，碳的增加对塑性和韧性不利，对厚壁高强度管线钢板而言，强韧性矛盾更为突出，因此，需对C上限进行严格控制，本专利技术认为C控制在0.030％～0.055％较为适宜。
[0020]Si可以提高强度，但其含量过高会使微观组织中M/A增加，韧性和塑性降低，其适宜范围为0.21％～0.40％。
[0021]Mn能够有效提高强度，还可以提高奥氏体稳定性和淬透性，从而使微观组织更为细化和均匀化；但是，锰含量过高易诱发偏析，促进夹杂物形成，本专利技术将Mn含量控制在1.71％～1.85％较为适宜。
[0022]P、S在本专利技术中为有害杂质元素；P会导致韧性降低，本专利技术将P控制在≤0.012％；S含量增加会促进夹杂物的生成和长大，破坏基体连续性，导致性能下降，因此，S≤0.002％。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种700MPa级高塑变析出强化管线钢板，其特征在于，该钢板的成分按重量百分比计如下：C：0.030％～0.055％、Si：0.21％～0.40％、Mn：1.71％～1.85％、P≤0.012％、S≤0.002％、Nb：0.035％～0.065％、Ti：0.012％～0.025％、Mo：0.08％～0.19％、V：0.01％～0.04％、Ni：0.08％～0.18％、Cu：0.08％～0.19％、Ni/Cu≥0.7、Cr：＜0.20％、Al：0.010％～0.025％、N:0.0010％～0.0045％，且CE
Pcm
控制在0.155％～0.180％，余量为铁和不可避免的杂质；其中，CE
Pcm
＝C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B。2.根据权利要求1所述的一种700MPa级高塑变析出强化管线钢板，其特征在于，所述钢板微观组织为贝氏体+多边形铁素体+少量M/A，其中，贝氏体包括粒状贝氏体和板条贝氏体，多边形铁素体体积百分比在30％～70％；所述钢板的平均晶粒尺寸为直径10μm以下；钢板中含有质量分数为0.04％～0.09％的碳氮化物析出，其中，10nm以下的细小析出占全部碳氮化物析出的数量百分比≥40％。3.根据权利要求2所述的一种700MPa级高塑变析出强化管线钢板，其特征在于，所述板条贝氏体体积百分比为51％～90％。4.根据权利要求1所述的一种700MPa级高塑变析出强化管线钢板，其特征在于，所述钢板横向屈服强度480～560MPa，横向抗拉强度710～770MPa，横向屈强比不超过0.73；纵向屈服强度470～540MPa，纵向抗拉强度700～760MPa，纵向均匀延伸率U
EL
≥...

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