一种基于应变设计的经济型管线用钢及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种基于应变设计的经济型管线用钢及其制造方法，其成分：C：0.06％-0.10％、Si：0.1％-0.6％、Mn：1.0％-2.0％、P≤0.015％、S≤0.003％、Cr：0.1％-0.3％、Nb：0.01％-0.10％、Ti：0.005％-0.03％、Al：0.01％-0.06％、N≤0.012％、Cu：0-0.5％、Ni：0-0.5％，余为Fe。其方法包括冶炼、炉外精炼、铸造和热轧，板坯加热温度1050-1280℃，再结晶区控轧温度900-1250℃，非再结晶区控轧温度750-950℃，开冷温度680-800℃，终冷温度100-500℃，冷速5-35℃/s。本发明专利技术不添加Mo、V、B等元素，Cu、Cr、Ni总量较低，且无需后续热处理，工艺简单、成本低，生产效率高。钢板不仅强度高，还具有低屈强比和高均匀延伸特征，采用本发明专利技术可大幅度提高管道运营的安全性和管道建设的经济性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于管线用钢
，特别涉及。应用本专利技术制备的管线钢可以应用于极地、冻土带、地震带以及海底等采用X80及其以上钢级的管线管用钢材。
技术介绍
近年来，能源结构的变化以及对能源需求的增长，极大地促进了新油气资源的勘探与开采。目前发现的大储量油田和天然气田多分布在极地、冻土带、地震带以及深海等特殊地质条件区域。在这些区域地层或海底洋流的大規模运动，管线钢不但要承受较高的内 压，同时还必须具有相当高的变形能力和应变强化能力，以承受由于地质断层相对运动、地震波传播、土层液化、海底暗流引起的轴向压缩变形及弯曲变形。显然，经由该类地区的管道失效不再由应カ控制，而由应变控制，单纯的高強度高韧性并不能确保管线的安全，管线钢还应具有很好的抗大应变能力。基于此，管道用钢选材设计上应该用基于应变的设计方法代替基于应カ的设计方法。基于应变设计的管线用钢，除了横向性能(如強度、屈強比、延伸率、冲击功、落锤剪切面积等)满足基于应カ设计要求的标准外，还对其纵向性能的抗大应变能力做出了严格規定。表征抗大应变能力的典型參数有高均匀延伸率(UEL > 10% )，低屈強比(Y/T ^ O. 85)以及无屈服平台(圆屋顶型)的应カ应变曲线。基于应变设计的管线用钢是管线钢发展最具挑战性的领域之一。目前，国内采用TMCPエ艺生产高强度高韧性的管线钢已经基本成熟，特别是“西气东输”等一系列国家重点工程的实施，X80管线钢得到大規模的应用。但是，目前的X80级别管线钢都为典型的少珠光体或针状铁素体组织，这样的组织类型对应的钢板性能具有很好的強度和韧性匹配，但是其塑性不足，均匀变形延伸率UEL不大于10%，屈强比大都在O. 85以上，有的甚至达到O. 92。采用传统TMCPエ艺生产的管线钢，不能满足基于应变设计方法的选材标准。当前，基于应变设计的管线钢的研究国内外均有报道，但是存在如下问题如专利US5545270A和US5531842提供了 X80及其以上级别双相管线钢的成分与制造方法，两个专利都添加了 Mo、V元素，且需要对钢坯进行三阶段轧制，两次中间坯轧制待温，延长了轧制时间降低了生产效率，另外，需要在两相区轧制，轧制温度低轧制抗カ大，对轧机能力要求高。专利W02009119570和W02009119579提供了 X70及其以上级别基于应变设计的UOE钢管及其制备方法，钢中添加了 V，且其均匀延伸率UEL不大于10%。专利W02009125863提供了ー种X80及其以上级别双相管线用钢制备方法，其钢中添加了 B、W、Zr、Ta、Mg等兀素。专利 JP2009161824、JP2009174020、论文 Development of a high-deformabiIitylinepipe with resistance to strain-aged hardening by HOP(heat-treatment on-lineprocess), JFE Technical Report No. 12 (Oct. 2008),都涉及到 X80 大应变管线钢的成分、エ艺与性能，但其抗大应变特征的获得，均得益于后续的HOPエ艺。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术所存在的不足，提供一种能满足地质条件恶劣地帯油气资源开发的需要、保证长输管道安全运营、不添加贵金属Mo、不使用HOP等热处理工艺的基于应变设计的经济型管线用钢及其制备方法。本专利技术是这样实现的该基于应变设计的经济型管线用钢的成分重量百分比为C O. 06% -O. 10%, Si O. I % -O. 6 %, Mn I. O % -2. O %, P ^ O. 015 %, S ^ O. 003 %, CrO. 1% -O. 3%,Nb O. 01% -O. 10%,Ti O. 005% -O. 03%,A10. 01% -O. 06%,N く O. 012%,Cu和Ni中的ー种或两种，其中Cu 0-0. 5%, Ni 0-0. 5%，余量为Fe和不可避免的杂质。本专利技术基于应变设计的经济型管线用钢的制造方法包括冶炼、炉外精炼、铸造和热轧，所述的热轧エ艺板坯加热温度为1050-1280°C，再结晶区控制轧制温度为900-1250°C，非再结晶区控制轧制温度为750-950°C，开始冷却温度为680-800°C，终止冷却温度为100-500°C，冷却速度为5-35°C /s。·本专利技术为了获得满足基于应变设计要求的管线用钢，进行了全新的成分与エ艺设计。与传统X80相比，本专利技术采用较高的碳含量、少量的有选择性添加Cu、Ni、Cr等合金元素，并添加少量的Nb、Ti微合金元素，不添加Mo、V等合金元素的经济型成分设计方案。设计的目标组织为多边形铁素体与贝氏体的复相组织。多边形铁素体均匀延伸率高、贝氏体強度好，双相组织可以同时获得高均匀延伸、合适的强度、良好的韧性、高的应变硬化指数与低的屈強比。本专利技术为了充分发挥不同合金组元的作用，进ー步优选了 Mn、Cr、Cu、Ni四类合金元素的添加方式Cu、Ni元素共同添加时，优选等比例添加且添加总量不超过O. 5% ;限制Mn的含量可以提高铁素体的析出温度，提高轧制效率，为了保证必要的性能需求，优选Cr的添加需要满足关系式O. 25彡(/10)+ <0.45。优选后的合金元素添加方式，在保证性能的前提下，使合金料成本得到有效控制。本专利技术中基于应变设计用管线用钢的主要组成成分的作用如下C :钢中最经济、最基本的強化元素，通过固溶強化和析出強化对提高钢的强度有明显作用，但是提高C含量对钢的延性、韧性和焊接性有负面影响，为此，本专利技术将C含量上限设定为O. 10wt%。近代管线钢的发展过程是不断降低C含量的过程。降低C含量一方面有助于提高钢的韧性，另ー方面可改善钢的焊接性能。当C含量过低时，不能充分发挥Nb等元素的沉淀强化作用，本专利技术将C含量下限设定为O. 06wt%。Si :加入Si是为了炼钢过程中脱氧与提高基体的強度。如果添加过量的Si，母材的焊接热影响区的韧性就会显著降低，野外焊接施工性能也会变差。因此，Si含量在本专利技术中含量设定为O. 1-0. 6wt%。Mn :通过固溶强化提高钢的强度，是管线钢中补偿因C含量降低而引起强度损失的最主要且最经济的强化元素。Mn还是扩大Y相区的元素，可降低钢的Y — α相变温度，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。为了保证强度与低温韧性之间的平衡，Mn的最低含量设定为I. 0wt%。提高Mn的含量，钢的可淬透性増加，含量増加到一定程度后，会导致焊接性能下降尤其是严重恶化焊接热影响区的韧性。另外，过高的Mn含量还会增加连铸坯中心偏析，使钢板性能的各向异性增加，降低铁素体析出温度从而增加了轧制时间。因此，本专利技术的Mn含量上限设计为2. 0wt%。Nb:是现代微合金化管线钢中最主要的元素之一，对晶粒细化的作用十分明显。通过热轧过程中NbC应变诱导析出阻碍形变奥氏体的回复、再結晶，经过控制轧制和控制冷却使非再结晶区轧制的形变奥氏体组织在相变时转变为细小的相变产物，以使钢具有高强度和高韧性。本专利技术就是配合C含量添加适量Nb发挥NbC的作用，本专利技术选取Nb含量范围 O. 01-本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于应变设计的经济型管线用钢，其特征在于钢的成分重量百分比为：C？0.06％？0.10％、Si？0.1％？0.6％、Mn？1.0％？2.0％、P≤0.015％、S≤0.003％、Cr？0.1％？0.3％、Nb？0.01％？0.10％、Ti？0.005％？0.03％、Al0.01％？0.06％、N≤0.012％，Cu和Ni中的一种或两种，其中Cu？0？0.5％、Ni？0？0.5％，余量为Fe和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘文月，任毅，张帅，张禄林，王爽，王晓强，宁东，隋轶，
申请(专利权)人：鞍钢股份有限公司，
类型：发明
国别省市：