大厚壁耐低温管线钢及其制造方法技术

本发明专利技术公开了大厚壁耐低温管线钢及其制造方法，其成分质量百分比包括:C0.03~0.05%、Si0.2~0.5%、Mn1.3~1.5%、Nb0.03~0.045%、V0.015~0.025%、Ti0.01~0.02%、Cr0.2~0.3%、Ni0.35~0.5%、Mo0.04~0.08%、Cu0.15~0.25%、Al0.03~0.06%、P≤0.008%、S≤0.002%、Ca0.0005~0.003％、[N]≤0.004%、[O]≤0.002%、[H]≤0.0015%、B≤0.0008，其余为Fe；制造包括冶炼、装炉加热、轧制、水冷步骤；本发明专利技术管线钢低温韧性优异。性优异。性优异。

【技术实现步骤摘要】
大厚壁耐低温管线钢及其制造方法


[0001]本专利技术涉及一种大厚壁（厚壁42~52mm）耐低温管线钢及其制造方法，属于管线钢制造


技术介绍

[0002]油气集输管道的低应力断裂扩展将造成灾难性的事故，为避免事故的发生，必须使管道裂纹在初期就能够止裂。因此管线材料的韧性是油气管道安全运行的重要技术指标之一。落锤撕裂试验 （DWTT）是表征管线钢材料韧性的一种重要试验方法，因其试验结果与实物气体爆破试验结果具有良好的一致性，被广泛应用于控制和预测管线钢管的断裂性能，其试验结果被作为衡量管线钢管抵抗脆性开裂能力的韧性指标之一。
[0003]寒冷的环境(如环境温度达到
‑
45℃)对钢板的低温DWTT性能提出了更高的要求，并且为了提高输送压力或者深海管线需要，需用壁厚也越来越大。因此，提高大厚壁管线钢的低温DWTT性能是开发高钢级管线钢的一个关键问题。
[0004]目前国内外管道针对高强度、高韧性的研究主要集中在成分设计、轧制工艺、冷却工艺控制及显微组织控制等方面进行优化设计，成分一般都是采用低碳成分、微合金化和固溶强化，但是因为较低的碳含量，在大壁厚管线钢的生产时往往需要添加Mo元素和大量的Nb元素来增加奥氏体的稳定性，以期通过低温轧制获得细小等效晶粒尺寸，但这一方面增加了合金成本，另一方面也由于Mo、高的Nb元素促进马奥岛的形成，导致大厚度钢止裂性能下降。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种大厚壁（大厚壁是指厚壁42~52mm）耐低温管线钢及其制造方法，通过低碳微合金化成分设计，利用轧制冷却工艺优化，控制组织、晶粒尺寸及残余奥氏体的形态，获得了大厚壁耐低温管线钢，适合工业化生产。
[0006]为达到上述目的，本专利技术的技术方案是:42~52mm大厚壁耐低温管线钢，其成分质量百分比包括:C:0.03~0.05%、Si:0.20~0.50%、Mn:1.30~1.50%、Nb:0.03~0.045%、V:0.015~0.025%、Ti:0.01~0.02%、Cr:0.20~0.30%、Ni:0.35~0.50%、Mo:0.04~0.08%、Cu:0.15~0.25%、Al:0.03~0.06%、P:≤0.008%、S:≤0.002%、Ca:0.0005~0.0030％、[N]:≤0.004%、[O]:≤0.002%、[H]:≤0.0015%、B:≤0.0008，其余为Fe和不可避免的杂质；且同时满足，中心偏析不高于C0.5，中心疏松不高于0.5级。
[0007]C是管线钢中的重要元素，主要起固溶强化作用，同时一部分C原子与Nb、V、Ti等微合金元素作用可析出微合金的碳化物，在高温变形阶段可抑制再结晶，在低温区起析出强化作用，但由于C是间隙固溶原子，会引起基体点阵强烈的晶格畸变，降低管线钢的低温落锤性能，为兼顾强度与低温落锤性能，C选择0.03~0.05%。
[0008]Mn通过固溶强化提高钢的强度，合理的Mn含量可以在低成本的情况下保证管线钢强度，且不会对韧性造成损害。Mn可以扩大奥氏体区元素，降低奥氏体相变温度，有利于获
得细小的相变产物，提高韧性，Mn选择1.30~1.50%。
[0009]V在钢中的质量分数低于0.03%时，固溶态的钒可以占绝大多数，有效地提高淬透性，且具有较高的析出强化作用。因此，V选择0.015~0.025%。
[0010]Nb强烈抑制奥氏体再结晶及其在γ中析出钉扎奥氏体晶界细化原奥氏体晶粒的特点，使材料在相变后得到的组织明显细化,晶粒尺寸变小，但是过高的Nb不利于焊接线能量的提高，所以Nb选择0.03~0.045%。
[0011]Mo可以提高材料的淬透性，为了提高大厚度管线钢的淬透性, 管线钢中需添加一定的Mo合金, 添加一定含量的Mo可以显著推迟铁素体转变, 获得针状铁素体组织，对提高管线钢强度和韧性有利, 但Mo导致MA组元形成数量增加, 对提高韧性不利。因此, 厚规格管线钢应适当控制Mo合金的添加量，Mo选择0.04~0.08%。
[0012]Cr部分替代Mo合金, 可以保证淬透性的同时有利于减少MA组元形成，有利于韧性提高；但过高的Cr含量会提高管线钢的显微硬度，降低焊接性能，所以Cr选择0.20~0.30%。
[0013]Al属于强脱氧元素，高的Al含量会导致夹杂物增加，在保证脱氧效果的基础上，应尽量降低Al含量，Al选择0.03
‑
0.06%。
[0014]Ca主要作用是夹杂物的变性处理，为保证夹杂物的改性，添加了Ca:0.0005~0.0030%。
[0015]Cu奥氏体相中的溶解度较大，而在铁素体相中的溶解度较小，并随着温度的下降，溶解度急剧降低，因而轧制后缓慢冷却或经时效处理后，Cu会以第二相的形式析出，从而对钢起到强化作用，通过适当降低Mn含量，增加Cu含量，可以抵消Mn含量降低导致的强度损失，但当Cu含量相对过高时，会对冲击韧性及热加工性能产生不利影响。因此，Cu选择0.15~0.25%。
[0016]Ni可以通过固溶强化提高钢的强度，降低层错能提高韧性，在厚规格管线钢中可以弥补厚度增加导致的韧性下降。
[0017]具体地，成分质量百分比优选:C:0.035%、Si:0.22%、Mn:1.35 %、Nb:0.035%、V:0.025%、Ti:0.015%、Cr:0.25%、Ni:0.38%、Mo:0.05%、Cu:0.18~0.25%、Al:0.035%、P:0.008%、S:0.0015%、Ca:0.0005％、[N]:0.0035%、[O]:0.002%、[H]:0.0015%；或成分质量百分比优选:C:0.045%、Si:0.35%、Mn:1.48%、Nb:0.045%、V:0.023%、Ti:0.02%、Cr:0.28%、Ni:0.45%、Mo:0.066%、Cu:0.25%、Al:0.046%、P:0.008%、S:0.002%、Ca:0.0030%、[N]:0.0038%、[O]:0.00158%、[H]:0.0014%、B:0.0006。
[0018]为实现上述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案:S1:按照如上的化学成分设计方案进行冶炼，通过电磁搅拌和连铸末端轻压下获得不低于320mm（如320~400mm）厚度连铸坯，中心偏析不高于C0.5，A、B、C、D类夹杂均不高于1级。将所述铸坯堆垛缓冷72小时后拆垛。
[0019]S2:装炉加热，板坯加热至NbC固溶温度（T
NbC
）以上50~80℃且低于NbN的固溶温度（T
NbN
），加热系数1.0~1.1min/mm，通过加热温度和加热时间的合理搭配保证NbC完全固溶，且奥氏体晶粒不过分长大。其中NbC的固溶温度采用经验公式:T
NbC
=7510/(2.96
‑
lg([C]*[Nb]))
‑
273；NbN的固溶温度采用经验公式:T
NbN
=1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.大厚壁耐低温管线钢，其特征在于其成分质量百分比包括:C:0.03~0.05%、Si:0.20~0.50%、Mn:1.30~1.50%、Nb:0.03~0.045%、V:0.015~0.025%、Ti:0.01~0.02%、Cr:0.20~0.30%、Ni:0.35~0.50%、Mo:0.04~0.08%、Cu:0.15~0.25%、Al:0.03~0.06%、P:≤0.008%、S:≤0.002%、Ca:0.0005~0.0030％、[N]:≤ 0.004%、[O]:≤0.002%、[H]:≤0.0015%、B:≤0.0008，其余为Fe和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的大厚壁耐低温管线钢，其特征在于其成分质量百分比包括:C:0.035%、Si:0.22%、Mn:1.35 %、Nb:0.035%、V:0.025%、Ti:0.015%、Cr:0.25%、Ni:0.38%、Mo:0.05%、Cu:0.18~0.25%、Al:0.035%、P:0.008%、S:0.0015%、Ca:0.0005％、[N]:0.0035%、[O]:0.002%、[H]:0.0015%，其余为Fe和不可避免的杂质。3.根据权利要求1所述的大厚壁耐低温管线钢，其特征在于其成分质量百分比包括:C:0.045%、Si:0.35%、Mn:1.48%、Nb:0.045%、V:0.023%、Ti:0.02%、Cr:0.28%、Ni:0.45%、Mo:0.066%、Cu:0.25%、Al:0.046%、P:0.008%、S:0.002%、Ca:0.0030%、[N]:0.0038%、[O]:0.00158%、[H]:0.0014%、B:0.0006，其余为Fe和不可避免的杂质。4.根据权利要求1所述的大厚壁耐低温管线钢的制造方法，其特征在于包括以下步骤:S1:按照所述的成分进行冶炼，通过搅拌和连铸末端轻压下获得不低于320mm厚度连铸坯；S2:装炉加热，板坯加热至NbC固溶温度以上50~80℃且低于NbN的固溶温度，加热系数1.0~1.1min/mm；S3:采用再结...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱延山，曲锦波，胡显军，
申请(专利权)人：张家港宏昌钢板有限公司江苏沙钢集团有限公司，
类型：发明
国别省市：