一种低成本高性能X80管线钢及其生产方法技术

本发明专利技术型涉及一种低成本高性能X80管线钢及其生产方法，属于冶金技术领域。化学成分配比如下：C：0.02～0.06％、Si：0.10～0.30％，Mn：1.40～1.9％、V：0.04～0.07%、Nb：0.040～0.070%、Als：0.020～0.040%、P：≤0.012％，S：≤0.006％，余量Fe；生产方法包含转炉冶炼、炉外精炼、连铸、轧制工序，所述连铸工序采用薄板坯连铸工序，本发明专利技术该成分中未添加钼、钛等合金元素，采用70～90mm厚连铸薄板坯，并结合精轧的形变诱导铁素体轧制和控制冷却技术，获得针状铁素体+贝氏体+M/A组织，从而达到提高管线钢强度、韧性，降低生产成本的目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种低成本高性能X80管线钢及其生产方法，属于冶金

技术介绍
X80是高强度管线钢的分类型号。管线运输是长距离输送石油、天然气最经济、 最方便、最主要的运输方式。为了降低长距离输送石油和天然气管线的建设投资和运营成本，提高输送效率，长距离油气输送管道向大管径、高压力方向发展；另外，石油、天然气输送管道通常位于环境比较恶劣的地区，介质复杂，这就要求管线钢具有高强度、高韧性、耐腐蚀等一系列优良的综合性能。管线钢这些性能的提高主要取决于钢中碳、磷、硫等杂质的含量、钢中合金元素的含量以及冶炼、轧制等生产过程工艺参数的控制。目前，国内外生产X80管线钢的成熟技术是采用厚板坯流程，主要应用200 300mm厚连铸坯；X80管线钢典型化学成分通常采用C一Mn — Mo — Nb系列；如中国专利号ZL201010101105. 8，公布的名称为“一种低屈强比X80级管线钢及其制造方法”技术中，给出了该管线钢的配方中添加 Nb 0. 07 0. 11%、Ti :0. 012 0. 022%、V :0. 03 0. 057%、Mo :0. 22 0. 32%、Cu :0. 15 0. 25%、Ni 0. 20 0. 30%、Cr :0. 08 0.洸％等合金元素，其中，含量达0. 22 0. 32%Mo的主要作用是扩大Y相区，推迟Y — α的转变温度，促进针状铁素体的形成。但钼属于贵重金属，其价格昂贵，所以采用该种合金化法生产的管线钢成本高，耗费大量的贵重金属资源。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种低成本高性能Χ80管线钢及其生产方法，在热轧板带的生产过程中，采用优化的化学成分以及连铸薄板坯，结合精轧的形变诱导铁素体轧制和控制冷却技术，获得针状铁素体+贝氏体+ Μ/Α组织，以保证管线钢具有高的强韧性和低的生产制造成本。本专利技术技术方案是一种低成本高性能Χ80管线钢，其化学成分按照重量百分比配比如下C :0. 02 0. 06%,Si 0. 15 0. 30%，Mn :1. 70 1. 90% ,P 012%, S 彡 0. 002%, Ni :0. 15 0. 30%, Nb 0. 070 0. 110%, V 0. 04 0. 07%, Als 0. 020 0. 040%, B 0. 0005 0. 0035%, Cr 0. 08 0. 25%,Cu 彡 0. 250%，Ca/Als 彡 0. 10,N ^ 0. 0050%,T. 0 彡 0. 0030%，余量为 Fe。一种低成本高性能Χ80管线钢的生产方法，包含转炉冶炼、炉外精炼、连铸、轧制工序，所述连铸工序采用薄板坯连铸工序；在轧钢工序中，粗轧阶段采用奥氏体再结晶轧制，精轧最后两道或三道采用形变诱导铁素体轧制(DIFT)；通过粗轧的奥氏体再结晶轧制， 细化铸态奥氏体晶粒，精轧的形变诱导铁素体轧制，获取细小的高位错密度的针状铁素体晶粒，并通过控制轧后冷却速度，使部分未转变奥氏体转变成贝氏体+Μ/Α组织，使最终热轧板的成品组织为针状铁素体+贝氏体+Μ/Α组织，其铁素体平均晶粒尺寸为3 μ m。所述轧制工序中铸坯加热温度为1170 1230°C，粗轧采用再结晶轧制，精轧采用非再结晶轧制和形变诱导铁素体相变轧制相结合的加工方法；粗轧终止温度控制在 1050 1100°C，累计压下率大于50%，粗轧出来的中间坯经水冷进入精轧机组，在精轧机组进行非再结晶轧制和形变诱导铁素体轧制，精轧入口温度控制在850 900°C，精轧终止温度控制在700 820°C，单道次压下量大于20%，轧后冷却速度控制在10 100°C /s，卷取温度控制在260 430°C。所述薄板坯连铸工序的中间包钢水温度为1540 1580°C，铸坯的拉速为3. 0 4. 5m/min,出结晶器铸坯厚度为70 90_。本专利技术的低成本高性能X80管线钢，根据薄板坯连铸连轧的物理冶金特点，提供了优化的X80管线钢的化学成分配方。该配方中未添加稀有元素Mo来降低钢的转变温度， 而是采用较高的Mn、Nb含量和较低的碳含量降低钢的γ — α相变温度并避免了钢中出现异常组织，细化最终产品的晶粒尺寸。钢中也未添加合金元素Ti，而是采用V的沉淀强化提高强度，利用Al固定N元素，在薄板坯连铸时，Al与N可形成弥散细小的AlN粒子，细小的AlN粒子可阻碍高温奥氏体晶粒的长大，并且薄板坯的铸态组织要比厚板坯细小、均勻得多，这都为最终铁素体晶粒的细化奠定了基础。除此之外，由于薄板坯的凝固速度和冷却速度要比厚板坯快很多，导致薄板坯中氧化物、硫化物等非金属夹杂物的尺寸达到纳米级， 这些纳米级析出物对奥氏体晶粒的长大有钉扎作用，导致晶粒细化，使钢材的强度和韧性提高。这也说明采用薄板坯连铸连轧新技术可以将通常认为是有害夹杂物的硫、氧化物纳米化，使其成为“有益”的析出相，这比单纯降低硫、氧等杂质元素总量来改善钢质量的方法在一定范围内更经济、更有效。配方中主要元素的作用分析如下碳碳是钢中最经济、最有效的强化元素，然而碳对钢的韧性、塑性、焊接性等有不利的影响，降低碳含量一方面有助于提高钢的韧性，另一方面可改善钢的焊接性能。按照API标准规定，管线钢中的碳含量通常为0. 025% 0. 12%，并趋向于向低碳方向或超低碳方向发展，尤其是高钢级管线钢。本专利技术选取0. 02 0. 06% C。锰主要起固溶强化的作用，通常采用降低C含量，增加Mn含量，以达到提高强度的目的。Mn还具有降低γ — α相变温度的作用，有助于获得细小的相变产物，可提高钢的韧性、降低韧脆转变温度，所以Mn是不可缺少的元素。但其含量过多时，会使相变温度下降过多，组织中将出现贝氏体，降低韧性。因此本专利技术选取1. 70 1. 90Μη%。硅在炼钢时一般作为脱氧剂，但也可作为合金元素。Si进入铁素体起固溶强化作用，可显著提高钢的抗拉强度和较小程度提高屈服强度，但同时在一定程度上降低钢的韧性、塑性，Si同时增加钢的实效敏感性，并能提高钢的抗腐蚀能力和抗高温氧化能力。本专利技术选取0. 15 0. 30% Si。铌是现代微合金化管线钢中最主要的元素之一，可以产生非常显著的晶粒细化及中等程度的沉淀强化作用。通过热轧过程中铌的碳、氮化物的应变诱导析出阻碍形变奥氏体的回复、再结晶，经控制轧制和控制冷却使精轧阶段非再结晶区轧制的变形奥氏体组织在相变时转变为细小的铁素体，以提高钢的强度和韧性，并可改善低温韧性。本专利技术选取 0.070 0. 110%Nb。钒具有较高的析出强化作用和较弱的晶粒细化作用，在Nb、V、Ti三种微合金元素复合使用时，V主要是通过铁素体中C、N化合物的析出起强化起作用。本专利技术选取0. 04 0.07%V。铝利用Al固定N元素，铝与氮在薄板坯连铸时可形成弥散、细小的AlN粒子，这些弥散细小的粒子可阻碍奥氏体在加热和轧制变形过程中晶粒的长大，从而细化奥氏体晶粒。奥氏体晶粒越细小，最终产品的铁素体晶粒越细小。此外，Als大于0.015%还可保证钢中溶解氧小于4ppm，从而减少钢中夹杂物的含量，提高钢的纯净度。本专利技术选取0. 020 0.040%A1。铬是扩大Y相区，推迟Y — α相变温度的主要元素，本专利技术选取0.08 本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：冯运莉，杨紹志，王庆双，李杰，田薇，尹金枝，
申请(专利权)人：河北联合大学，
类型：发明
国别省市：