低屈强比X100高钢级管线钢热轧钢板及其制造方法

摘要

本发明公开了一种低屈强比X100高钢级管线钢热轧钢板，属于微合金钢生产技术领域。其钢板按重量百分比由如下化学成分组成：C：0.03～0.08，Si：0.10～0.50，Mn：1.50～2.00，P≤0.010，S≤0.005，Nb：0.040～0.060，Ti：0.015～0.040，Ni：0.15～0.40，Mo：0.15～0.40，Alt：0.01～0.05，其余为Fe及不可避免的杂质。本发明还公开了该钢板的制备方法。该方法获得的产品屈服强度达到700MPa以上，抗拉强度达到900MPa以上，屈强比不大于0.85，焊接裂纹敏感系数不大于0.19，产品具有高强韧性和低焊接裂纹敏感系数。

说明书

技术领域

本发明属于微合金钢领域，具体涉及一种低屈强比X100高钢级管线钢 热轧钢板及其制造方法。

背景技术

X100管线钢是宽厚板产品中开发难度较大的产品，主要用于制作直缝 埋弧焊管，应用于各类油气输送管道。目前管线工程的发展趋势是大管径、 高压富气输送、高寒和腐蚀的服役环境，因此，现代管线钢应具有高强度、 低包辛格效应、高韧性、抗脆性断裂、低焊接碳当量、良好焊接性以及抗腐 蚀性能。

目前，优化的生产策略是最大限度的提高钢的洁净度和组织均匀性，使 钢中C≤0.09%、S≤0.005%、P≤0.01%、O≤0.002%，并采取复合微合金化、LF 精炼、RH真空脱气、连铸轻压下、热机械轧制及加速冷却等工艺来得到具 有高强度同时保持高韧性的管线钢产品。

申请号为96190145.4、发明名称为“具有低屈服比和优良低温韧性的高 强度干线用管钢”的中国发明专利申请中热轧终止温度为650～800℃，较低的 轧制温度对高强度管线钢板型控制非常不利，并增加了热矫直的道次数，降 低生产效率，而且从实例中所列举性能来看，强度性能不能满足X100管线 钢标准要求。目前国内没有同时保证X100高钢级管线钢强度性能和低屈强 比的相关专利和文献报道。

为了提高输送效益，降低能耗，管线钢向高强度高韧性和优良焊接性能 的高钢级管线钢发展已成为必然趋势。随着钢级提高管线钢材料的屈服强度 和抗拉强度均有不同程度提高，而屈服强度提高更快，当屈服强度达到X100 级别时，屈强比一般达到0.95左右。屈强比升高意味着材料的形变强化幅度 相对减小，形变强化指数也相应减小，这对管线安全性是不利的。屈服强度 是管线钢的重要性能之一，也是管道设计所必须考虑的最重要的因素。但是 屈强比偏高不利于管线安全，而屈强比偏高的问题在高级别管线钢中普遍存 在。

发明内容

针对现在技术的不足，本发明的目的在于提供一种低强屈比X100高钢 级管线钢热轧钢板及其制造方法，该管线钢产品屈强比低，同时具有高强韧 性和良好的可焊性。另外，本发明采用TMCP（Thermo Mechanical Control  Process，热机械控制工艺）+回火工艺，其设计合理，在不影响X100可焊性 的情况下，降低X100的屈强比，使屈强比≤0.85，远低于标准屈强比≤0.97 的要求。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种低屈强比X100高钢级管线钢热轧钢板，按重量百分比由如下化学 成分组成：

C：0.03～0.08%，Si：0.10～0.50%，Mn：1.50～2.00%，P≤0.010%，S≤0.005%， Nb：0.040～0.060%，Ti：0.015～0.040%，Ni：0.15～0.40%，Mo：0.15～0.40%， Alt：0.01～0.05%，其余为Fe及不可避免的杂质。

优选地，上述低屈强比X100高钢级管线钢热轧钢板按重量百分比由如 下化学成分组成：

C：0.04%、Si：0.20%、Mn：1.90%、P：0.008%、S：0.001%、Nb：0.056%、 Ti：0.025%、Ni：0.22%、Mo：0.23%、Alt：0.029%，其余为Fe及不可避 免的杂质。

上述低屈强比X100高钢级管线钢热轧钢板的制造方法，依次包括铁水 预处理、转炉冶炼、炉外精炼、连铸、板坯加热、除鳞、轧制、冷却以及回 火步骤；其中：

在所述板坯加热步骤中，板坯加热温度为1150℃～1250℃；

在所述轧制步骤中，采用双机架可逆式宽厚板轧机进行轧制，在奥氏体 再结晶区完成粗轧，所述粗轧的纵轧末道次压下率不低于25%，示例性地可 以为26%、30%、35%，粗轧终轧温度控制在1000～1120℃；在奥氏体未再 结晶区完成精轧，精轧时累积压下率不低于60%，示例性地可以为70%、75%、 80%，精轧开轧温度为900～980℃，示例性地可以为900～910℃、920～930℃、 950～980℃、970℃、950℃，精轧终轧温度为800℃～900℃，示例性地可以为 810～830℃、850～860℃、870～880℃、890℃、825℃；

在所述冷却步骤中，冷却速度为15℃/s～25℃/s，示例性地可以为 15℃/s～18℃/s、18℃/s～20℃/s、22℃/s～25℃/s、16℃/s、18℃/s、24℃/s， 冷却终止温度在250～500℃范围，示例性地可以为250～260℃、 300～350℃、355～380℃、400～450℃、470～500℃、255℃、310℃、360℃、 380℃、430℃、460℃、490℃；

在所述回火步骤中，回火温度为200～500℃，示例性地可以为220～260℃、 320～350℃、355～380℃、400～450℃、480～500℃、210℃、260℃、320℃、 370℃、430℃、460℃、490℃，回火保温时间为20～30min，示例性地可以为 22min、25min、27min、28min、29min。

在所述板坯加热步骤中，所述板坯加热的时间优选不低于8min/cm，更 优选为8-10min/cm，加热时间只要保证将板坯烧匀烧透，各点温度差≤20℃ 即可。所述板坯加热具体可以为：

采用冷装，加热时间为8min/cm，要求将钢坯烧匀烧透，各点温度差 ≤20℃。入炉板坯加热制度具体要求见表1。

表1加热参数

所述除磷可以为高压水除磷。

在所述轧制步骤中，所述轧制时的粗轧采用单道次大压下制度，至少保 证末道次压下率不低于25%，优选地，中间坯厚为成品的3.5倍以上，比如 3.5-5倍、6倍、4倍。更优选地，所述末道次压下率为25-60%，所述中间坯 厚为成品的3.5-5倍。精轧时累积压下率不低于60%，优选为60%-80%，精 轧开轧温度优选为920～980℃，精轧终轧温度优选为850～880℃。

所述冷却为加速冷却，可以详细的描述为：控制“水凸度”，保证钢板在 宽度方向上的冷却均匀性；控制冷却速率、头尾部遮挡、冷却结束温度和钢 板的摆动，保证钢板在长度方向上冷却的均匀性。冷却参数控制可以如下： 冷却开始温度760～800℃，冷却结束温度250～500℃，冷却速率15～25℃/s。 也可以说，所述加速冷却时的开始温度优选为760～800℃。更优选地，所述 冷却结束温度为300～400℃，冷却速率为20-25℃/s。

所述回火的温度优选为300～400℃，回火保温时间为20～25min。

在所述冷却步骤和所述回火步骤之间还包括矫直步骤，其中钢板终矫温 度不高于450℃。注意保持矫直机、辊道等设备的良好状态，避免钢板划伤、 压痕等缺陷。根据实际板形情况，确定矫直道次。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：本发明制备的管线钢热轧 钢板屈强比低，同时具有高强韧性和良好的可焊性。另外，本发明采用铸坯 加热、高压水除鳞、双机架可逆式宽厚板轧机奥氏体再结晶区、未再结晶区 轧制、加速冷却，并侧重采用回火热处理工艺生产低屈强比X100高钢级管 线钢，能够获得屈服强度达到700MPa以上，抗拉强度达到900MPa以上， 屈强比不大于0.85的X100高钢级管线钢热轧钢板。其钢板性能满足API5L 标准要求。该钢板焊接裂纹敏感系数Pcm不大于0.19，产品具有高强韧性和 焊接裂纹敏感系数比较低。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明，但本发明并不限于此。 以下百分比均为重量百分比。

实施例1：制备厚度20mm的低屈强比X100高钢级管线钢热轧钢板

该钢板的化学成分wt%如下：

C：0.04、Si：0.20、Mn：1.90、P：0.008、S：0.002、Nb：0.056、Ti： 0.025、Ni：0.22、Mo：0.23、Alt：0.029，其余为Fe及不可避免的杂质。

上述化学成分的钢板的制备方法如下：依次包括铁水预处理、120吨转 炉冶炼、炉外精炼、连铸成250mm×1800mm×2850mm的连铸坯，铸坯加热、 高压水除鳞、双机架可逆式4300mm宽厚板轧机轧制、加速冷却、热矫直、 回火热处理。其中，铁水预处理、120吨转炉冶炼、炉外精炼、连铸、高压 水除鳞为本领域常规技术，在此处不再重复阐述，下面对不同于现有技术的 工艺步骤进行详细说明，具体如下：

1）板坯加热

装炉方式：采用冷装，加热参考时间按8min/cm。要求将钢坯烧匀烧透， 各点温度差≤20℃。入炉板坯加热制度具体要求见表1。

2）轧制

在奥氏体再结晶区完成粗轧，所述粗轧为纵轧，采用单道次大压下制度， 至少保证末道次压下率不低于25%，中间坯厚为成品厚度的4倍，粗轧终轧 温度为1100℃。精轧时累积压下率不低于60%，但不高于80%，精轧开轧 温度为940℃,精轧终轧温度为830℃。

3）控冷制度

控制“水凸度”，保证钢板在宽度方向上的冷却均匀性；控制冷却速率、 头尾部遮挡、冷却结束温度和钢板的摆动，保证钢板在长度方向上冷却的均 匀性。冷却参数控制如下：冷却开始温度760～800℃，冷却结束温度380℃， 冷却速率25℃/s。

4）矫直制度

终矫温度不高于450℃。注意保持矫直机、辊道等设备的良好状态，避 免钢板划伤、压痕等缺陷。根据板形情况，确定矫直道次，采用本发明方法 矫直道次为1～3次即可。

5）回火工艺

回火温度450℃，回火保温时间24min。

本实施例1制得的钢板的有关性能参数列于表2中。

实施例2：制备厚度18mm的低屈强比X100高钢级管线钢热轧钢板

该钢板的化学成分如下：

C：0.05、Si：0.23、Mn：1.80、P：0.009、S：0.001、Nb：0.056、Ti： 0.024、Ni：0.22、Mo：0.23、Alt：0.029，其余为Fe及不可避免的杂质。

上述化学成分的钢板的制备方法如下：包括铁水预处理、120吨转炉冶 炼、炉外精炼、连铸成250mm×1800mm×2850mm的连铸坯，铸坯加热、高 压水除鳞、双机架可逆式4300mm宽厚板轧机轧制、加速冷却、热矫直、回 火热处理，具体如下：

1）板坯加热

装炉方式：采用冷装，加热参考时间按8min/cm。要求将钢坯烧匀烧透， 各点温度差≤20℃。入炉板坯加热制度具体要求见表1。

2）轧制

在奥氏体再结晶区完成粗轧，所述粗轧为纵轧，采用单道次大压下制度， 至少保证末道次压下率不低于25%，中间坯厚为成品厚度的4倍，粗轧终轧 温度为1100℃。精轧时累积压下率不低于60%，但不高于80%，精轧开轧 温度为950℃,精轧终轧温度为840℃。

3）控冷制度

控制“水凸度”，保证钢板在宽度方向上的冷却均匀性；控制冷却速率、 头尾部遮挡、冷却结束温度和钢板的摆动，保证钢板在长度方向上冷却的均 匀性。冷却参数控制如下：冷却开始温度760～800℃，冷却结束温度480℃， 冷却速率25℃/s。

4）矫直制度

终矫温度不高于450℃。注意保持矫直机、辊道等设备的良好状态，避 免钢板划伤、压痕等缺陷。根据板形情况，确定矫直道次。

5）回火工艺

回火温度400℃，回火保温时间22min。

本实施例2制得的钢板的有关性能参数列于表2中。

表2X100高钢级管线钢热轧钢板的性能检验结果

从表2中可以看出，采用本发明方法得到的钢板性能满足API5L-2009 标准要求。同时保证X100高钢级管线钢强度性能和低屈强比。

表2中相应性能参数的测定方法参见ASTM A370。

应当理解，这些实施例的用途仅用于说明本发明而非意欲限制本发明的 保护范围。此外，也应理解，在阅读了本发明的技术内容之后，本领域技术 人员可以对本发明作各种改动、修改和/或变型，所有的这些等价形式同样落 于本申请所附权利要求书所限定的保护范围之内。