一种低屈强比X90级管线钢热轧卷板及其制造方法与流程

一种低屈强比x90级管线钢热轧卷板及其制造方法
技术领域
1.本发明涉及微合金钢板带材压力加工领域，并且更具体地，涉及一种低屈强比x90级管线钢热轧卷板及其制造方法。


背景技术：

2.作为石油、天然气最为经济、高效的运输方式，管道运输具有受气候、地质等外部环境影响小，建设与运营成本较低等优势。随着石油、天然气的开采逐步向极地、荒漠等偏远的地域延伸，石油、天然气的运输距离不断延长。为了提高运输效率，输送管道也朝着高强度、大口径、高输送压力方向发展。随着管线钢钢级的提高，屈强比也随之提高，会引起形变强化指数减小、失效安全裕度降低的问题，成为了制约高钢级管线钢应用的一个技术难题。针对该技术难题，行业中已开展了技术攻关，并取得了一定成果。
3.中国专利公开号为cn103276314a的专利文献“一种低屈强比高韧性x80管线钢板及其制造方法”提出了一种成分为c：0.036-0.060％、si：0.15-0.40％、mn：1.65-1.90％、p≤0.012％、s≤0.0015％、ni：0.15-0.40％、mo：0.10-0.30％、cr：0.30-0.50％、cu：≤0.30％、nb：0.035-0.055％、ti：0.005-0.030、al：0.020-0.050％、n≤0.008％，其余为fe及不可避免的杂质；工艺流程为冶炼-连铸-板坯加热-tmcp轧制-控制冷却-矫直-调质处理，得到r
t0.5
≥555mpa、rm≥625mpa、屈强比≤0.82、a
50
≥30％、-40℃环境下kv2≥240j、-30℃环境下dwtt sa≥85％，同钢板强度差≤30mpa的x80管线钢板。
4.中国专利公开号为公开号为cn103667911a的专利文献“低屈强比x100高钢级管线钢热轧钢板及其制造方法”提出了一种成分为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；采用铁水预处理-转炉冶炼-炉外精炼-连铸-板坯加热-除鳞-轧制-冷却-回火工艺制备的rt
0.5
≥710mpa，rm≥850mpa，屈强比≤0.85，断后伸长率a
50
≥30％，0℃环境下a
kv
≥220j，0℃环境下dwtt sa≥85％的x100管线钢板。
5.上述两项发明均适用于中板轧制，均采用了tmcp轧制-控冷-矫直-回火工艺流程，获得钢板性能符合相关强度管线钢性能要求，并实现了低屈强比。但是以上发明所涉及工艺路径为控轧控冷+超快冷+离线调质处理，在卷板生产上无法实现离线热处理，且上述发明范围也未覆盖x90钢级，成分也有所差异。
6.因此，现有技术有待改进。


技术实现要素：

7.为解决目前高级别x90级管线钢热轧卷板生产应用中出现的屈强比过高问题，本发明提供了一种低屈强比x90级管线钢热轧卷板制备工艺，实现x90钢级强度下屈强比不高于0.90，同时保持较好的低温韧性。本发明提供了一种低屈强比的x90级管线钢热轧卷板及其制造方法，通过冶炼-连铸-控轧控冷-卷取后缓冷流程获得抗拉强度695mpa以上、屈服强
度625-775mpa，屈强比不高于0.85，延伸率20％以上，-20℃冲击功单值190j以上、冲击均值250j以上，-15℃落锤试验剪切面积单值不低于70％、均值不低于85％的管线钢热轧卷板。
8.为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
9.根据本发明的一方面，提供一种低屈强比x90级管线钢热轧卷板，化学成分按重量百分比计包括：c 0.05-0.07％、si 0.20-0.40％、mn 1.50-1.90％、nb 0.05-0.09％、ti 0.01-0.02％、cr 0.10-0.30％、mo 0.10-0.20％、ni0.10-0.20％、0＜p≤0.012％、0＜s≤0.005％、als 0.015-0.035％，其余为fe和不可避免的杂质。
10.在本发明的一个实施例中，冷裂纹敏感指数pcm≤0.194％。
11.在本发明的一个实施例中，管线钢热轧卷板的组织为板条贝氏体、粒状贝氏体、准多边形铁素体和m/a岛构成的复相组织。
12.在本发明的一个实施例中，管线钢热轧卷板的抗拉强度≥695mpa、屈服强度为625-775mpa；屈强比≤0.85；延伸率≥20％；-20℃冲击功单值≥190j、冲击功均值≥250j；-15℃落锤试验剪切面积单值≥70％、均值≥85％。
13.根据本发明的另一方面，提供一种如上所述的低屈强比x90级管线钢热轧卷板的制造方法，包括以下步骤：
14.1)采用铁水预处理-转炉冶炼-炉外精炼-真空冶炼-钙处理-连铸的工艺获得板坯；
15.2)将板坯送入加热炉进行加热，入炉温度＜400℃，出炉温度为1180-1220℃；
16.3)将加热后的板坯经过高压除鳞后送入粗轧机进行粗轧，粗轧的终轧温度≥980℃，获得中间坯；
17.4)将中间坯送入冷却系统中以将中间坯温度降低至960℃以下，冷却速率为10-15℃/s；
18.5)将冷却后的中间坯送入精轧机进行轧制，精轧的开轧温度≤950℃，终轧温度为830-870℃；
19.6)将精轧后的板坯送入层流冷却段进行加速冷却，冷却速率为20-30℃/s，终冷温度为350-400℃，并进行卷取；
20.7)将卷取后的卷板放入保温装置中保温一段时间，随后取出并空冷至室温，制备得到管线钢热轧卷板。
21.在本发明的一个实施例中，在步骤1)中，获得的板坯厚度为200-230mm。
22.在本发明的一个实施例中，在步骤2)中，在炉时间为180-250min。
23.在本发明的一个实施例中，在步骤3)中，粗轧采用5道次轧制，单道次相对变形量控制在20％-30％之间，粗轧后获得的中间坯厚度为52-60mm。
24.在本发明的一个实施例中，在步骤5)中，精轧采用5-7道次轧制，精轧累计变形量不低于80％。
25.在本发明的一个实施例中，在步骤7)中，保证卷板外圈表面温度为400
±
20℃，保温时间为30-50min。
26.通过采用上述技术方案，本发明相比于现有技术具有如下优点：
27.本发明可以有效降低x90级管线钢热轧卷板屈强比。
附图说明
28.图1示出了本发明提供的实施例1中低屈强比x90管线钢的显微组织的图，示出了微观组织为板条贝氏体、粒状贝氏体、准多边形铁素体和m/a岛构成的复相组织；
29.图2示出了本发明提供的实施例2中低屈强比x90管线钢的显微组织的图，示出了微观组织为板条贝氏体、粒状贝氏体、准多边形铁素体和m/a岛构成的复相组织。
具体实施方式
30.应当理解，在示例性实施例中所示的本发明的实施例仅是说明性的。虽然在本发明中仅对少数实施例进行了详细描述，但本领域技术人员很容易领会在未实质脱离本发明主题的教导情况下，多种修改是可行的。相应地，所有这样的修改都应当被包括在本发明的范围内。在不脱离本发明的主旨的情况下，可以对以下示例性实施例的设计、操作条件和参数等做出其他的替换、修改、变化和删减。
31.本发明提供一种低屈强比x90级管线钢热轧卷板，化学成分按重量百分比计包括：c 0.05-0.07％、si 0.20-0.40％、mn 1.50-1.90％、nb 0.05-0.09％、ti 0.01-0.02％、cr 0.10-0.30％、mo 0.10-0.20％、ni 0.10-0.20％、0＜p≤0.012％、0＜s≤0.005％、als 0.015-0.035％，其余为fe和不可避免的杂质。
32.在上述低屈强比x90级管线钢热轧卷板中，冷裂纹敏感指数pcm≤0.194％；管线钢热轧卷板的组织为板条贝氏体、粒状贝氏体、准多边形铁素体和m/a岛构成的复相组织；管线钢热轧卷板的抗拉强度≥695mpa、屈服强度为625-775mpa；屈强比≤0.85；延伸率≥20％；-20℃冲击功单值≥190j、冲击功均值≥250j；-15℃落锤试验剪切面积单值≥70％、均值≥85％。
33.此外，本发明进一步提供一种如上所述的低屈强比x90级管线钢热轧卷板的制造方法，包括以下步骤：
34.(1)采用铁水预处理-转炉冶炼-炉外精炼-真空冶炼-钙处理-连铸的工艺获得板坯；
35.(2)将板坯送入加热炉进行加热，入炉温度＜400℃，出炉温度为1180-1220℃；
36.(3)将加热后的板坯经过高压除鳞后送入粗轧机进行粗轧，粗轧的终轧温度≥980℃，获得中间坯；
37.(4)将中间坯送入冷却系统中以将中间坯温度降低至960℃以下，冷却速率为10-15℃/s；
38.(5)将冷却后的中间坯送入精轧机进行轧制，精轧的开轧温度≤950℃，终轧温度为830-870℃；
39.(6)将精轧后的板坯送入层流冷却段进行加速冷却，冷却速率为20-30℃/s，终冷温度为350-400℃，并进行卷取；
40.(7)将卷取后的卷板放入保温装置中保温一段时间，随后取出并空冷至室温，制备得到管线钢热轧卷板。
41.在上述制造方法中，在步骤(1)中，获得的板坯厚度为200-230mm；在步骤(2)中，在炉时间为180-250min；在步骤(3)中，粗轧采用5道次轧制，单道次相对变形量控制在20％-30％之间，粗轧后获得的中间坯厚度为52-60mm；在步骤(5)中，精轧采用5-7道次轧制，精轧
累计变形量不低于80％；在步骤(7)中，保证卷板外圈表面温度为400
±
20℃，保温时间为30-50min。
42.下面通过具体实施例来对本发明的上述技术方案进行详细地说明。
43.本发明的目的是提供一种低屈强比的x90级管线钢热轧卷板及其制造方法，通过冶炼-连铸-控轧控冷-卷取后缓冷流程获得抗拉强度695mpa以上、屈服强度625-775mpa，屈强比不高于0.85，延伸率20％以上，-20℃冲击功单值190j以上、冲击功均值250j以上，-15℃落锤试验剪切面积单值不低于70％、均值不低于85％的管线钢热轧卷板。
44.为实现上述目的，本发明提供了上述低屈强比x90管线钢的化学成分，按重量百分比计包括：c 0.05-0.07％、si 0.20-0.40％、mn 1.50-1.90％、nb 0.05-0.09％、ti 0.01-0.02％、cr 0.10-0.30％、mo 0.10-0.20％、ni0.10-0.20％、0＜p≤0.012％、0＜s≤0.005％、als 0.015-0.035％，其余为fe和不可避免的杂质。
45.按照该钢板合金成分上限，计算得冷裂纹敏感指数p
cm
＝0.194％，计算公式为：p
cm
＝c+si/30+(mn+cu+cr)/20+ni/60+mo/15+v/10+5b，其中：公式中个元素符号代表其在该钢板中的重量百分比。
46.对于本发明上述热轧卷板的各个化学成分：
47.碳(c)：碳的主要作用是与铌、钼、钛等微合金元素形成碳化物，在板坯加热及轧制各个阶段防止晶粒异常长大并具有一定沉淀强化作用；碳含量过高会降低钢的韧塑性并影响焊接区性能，高级别管线钢中碳含量通常在0.10％以下，本发明将c含量控制在0.05-0.07％。
48.硅(si)：硅在管线钢冶炼过程中作为还原剂与脱氧剂，同时提供固溶强化效果，通常含量为0.20-0.40％，过高的硅含量会降低钢的塑性、韧性与焊接性能，因此si含量一般不超过0.40％。
49.锰(mn)：锰的主要作用是置换固溶强化，用于弥补碳含量降低造成的强度下降。同时，锰可以降低奥氏体相变温度，稳定奥氏体相，促进贝氏体相变，细化相变组织，降低韧脆转变温度。锰含量偏高易造成中心偏析，降低钢的冲击韧性，并引起力学性能的各向异性。本发明将mn含量控制在1.50％-1.90％。
50.铌(nb)、钛(ti)：铌、钛是主要的微合金元素，在板坯加热和热轧不同阶段的碳氮化物析出，起到细化晶粒和沉淀强化作用。铌可以细化奥氏体晶粒并提高奥氏体再结晶温度，钛可以在较高温度时析出碳氮化物钉扎晶界、细化焊缝晶粒。本发明将nb含量控制在0.05-0.09％，ti含量控制在0.01-0.02％；为了提高有效钛含量，应将氮含量限制在0.005％以内。
51.铬(cr)：铬在控制冷却阶段可以促进针状铁素体或贝氏体生成，并一定程度提高管线钢耐蚀性能。
52.钼(mo)：钼的主要作用是提高钢的淬透性，提高厚规格钢表面与心部组织的均匀性；抑制先共析铁素体转变，促进针状铁素体或低碳贝氏体转变，提高微观组织中的位错密度，提高钢的冲击功，提高钢的抗开裂能力。同时，钼还会促进钛的第二相析出细小弥散化，从而提高钢的强韧性。
53.镍(ni)：镍的作用主要是提高钢的淬透性，使得厚规格钢板在不同厚度上得到均匀的贝氏体组织。同时，与铬复合加入可以促进m/a组元生成。
54.此外，本发明还提供了上述低屈强比x90管线钢热轧卷板的制造方法，包括冶炼工艺和轧制工艺。
55.冶炼工艺流程包括：铁水预处理
→
转炉冶炼
→
炉外精炼
→
真空冶炼
→
钙处理
→
连铸，通过连铸获得厚度为200-230mm的板坯。
56.轧制工艺流程包括：板坯再加热
→
除鳞
→
粗轧
→
精轧
→
加速冷却
→
卷取
→
保温并冷却，并且具体如下：
57.上述连铸板坯送入加热炉，入炉温度＜400℃，出炉温度1180-1220℃，在炉时间180-250min；
58.上述再加热后板坯经过高压除鳞后送进入粗轧机，采用5道次轧制，单道次相对变形量20％-30％。粗轧末道次入口温度≥980℃。粗轧后获得的中间坯厚度为52-60mm；
59.投用中间坯冷却系统，冷速10-15℃/s，将中间坯温度降低至960℃以下。
60.上述中间坯进入精轧机进行轧制，采用5-7道次轧制，精轧累计变形量不低于80％，精轧开轧温度≤950℃，终轧温度830-870℃；
61.精轧后的钢板进入层流冷却段，冷却速率为20-30℃/s，终冷温度350-400℃，随后进行卷取；
62.卷取后的钢卷放入保温装置中，保证钢卷外圈表面温度400
±
20℃，保温时间30-50min，随后取出空冷至室温。
63.对于本发明热轧卷板的制造工艺：
64.板坯再加热：主要作用是使合金元素固溶并使其均匀化。如果板坯加热温度偏低，会导致微合金元素铌、钛未能有效固溶，从而影响其后续析出，导致无法有效细化晶粒；如果板坯加热温度过高，可能导致成晶粒粗大，降低材料的强韧性。因此，本发明将加热温度设定在1180-1220℃。
65.粗轧：主要作用是通过控制奥氏体动态再结晶细化奥氏体晶粒，粗轧单道次变形量必须大于临界变形量，否则易导致厚度中心变形量不足，因此将粗轧单道次变形量控制在≥20％。本发明采用较大的奥氏体再结晶变形，目的是促进奥氏体再结晶晶粒细化。
66.精轧：主要作用是通过控制未再结晶奥氏体晶粒变形，为铁素体相变提供形核能和形核质点。铁素体形核率与精轧累计变形量有关，精轧累计变形量越大，奥氏体晶粒中能够形成更多的位错等亚结构，同时形变储能对于也能够为铁素体形核提供能量波动。本发明中精轧累计变形量设计在80％以上，以保证整个厚度方向上的变形均匀、充分。
67.精轧温度应低于奥氏体完全未再结晶区，以保证晶粒内部亚结构不发生明显回复；终轧温度应设定在完全奥氏体化温度以上，以保证铁素体不发生混晶。因此，精轧开轧温度要求不高于950℃，终轧温度在830-870℃区间。
68.为了保证带钢的强韧性，需要在厚度方向上形成细小的针状化组织，因此需要使带钢由较高的温度以20-30℃/s的冷却速率冷却，避免形成等轴铁素体与珠光体组织；卷取温度在350-400℃，细化相变后晶粒，提高板条贝氏体与细小弥散m/a岛比例，并避免形成大块状马氏体组织。
69.本发明还特别要求钢卷卷取后进行保温，目标温度400
±
20℃，保温时长在30min以上，以消除残余应力同时产生少量回复，减少微观尺度应力集中，降低屈强比、提高塑性。
70.本发明列举了实施例1-4的工艺中采取的一些关键参数，具体参数见下表1-2，表1
为本发明实施例1-4中采用的钢板的化学成分，表2为本发明实施例1-4中的热轧工艺的关键参数。
71.表1实施例1-4采用的钢板的化学成分(质量百分比，wt-％)
72.元素csimnpsnbticrmonials实施例10.0520.371.870.0100.0030.0640.0150.120.140.150.032实施例20.0670.241.610.0090.0020.0710.0130.250.130.120.021实施例30.0680.311.550.0090.0030.0560.0190.240.170.110.018实施例40.0610.251.720.0120.0040.0880.0180.220.120.170.025
73.表2实施例1-4的热轧工艺的关键参数
[0074][0075]
通过上述实施例1-4，本发明制备得到的低屈强比x90级管线钢热轧卷板的性能如下表3所示。
[0076]
表3实施例1-4制备的管线钢热轧卷板的性能
[0077][0078]
从表3可以看出，本发明获得的低屈强比的x90级管线钢热轧卷板的抗拉强度rm在695mpa以上、屈服强度r
t0.5
在625-775mpa，屈强比不高于0.85，延伸率20％以上，-20℃冲击功单值190j以上、冲击均值250j以上，-15℃落锤试验剪切面积单值不低于70％、均值不低于85％的管线钢热轧卷板。因此，本发明可以有效降低x90管线钢热轧卷板屈强比。
[0079]
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；如果不脱离本发明的精神和范围，对本发明进行修改或者等同替换，均应涵盖在本发明权利要求的保护范围当中。

技术特征：
1.一种低屈强比x90级管线钢热轧卷板，其特征在于，化学成分按重量百分比计包括：c 0.05-0.07％、si 0.20-0.40％、mn 1.50-1.90％、nb0.05-0.09％、ti 0.01-0.02％、cr 0.10-0.30％、mo 0.10-0.20％、ni 0.10-0.20％、0＜p≤0.012％、0＜s≤0.005％、als 0.015-0.035％，其余为fe和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的低屈强比x90级管线钢热轧卷板，其特征在于，冷裂纹敏感指数p
cm
≤0.194％。3.根据权利要求1所述的低屈强比x90级管线钢热轧卷板，其特征在于，所述管线钢热轧卷板的组织为板条贝氏体、粒状贝氏体、准多边形铁素体和m/a岛构成的复相组织。4.根据权利要求1所述的低屈强比x90级管线钢热轧卷板，其特征在于，所述管线钢热轧卷板的抗拉强度≥695mpa、屈服强度为625-775mpa；屈强比≤0.85；延伸率≥20％；-20℃冲击功单值≥190j、冲击均值≥250j；-15℃落锤试验剪切面积单值≥70％、均值≥85％。5.一种如权利要求1-4中任一项所述的低屈强比x90级管线钢热轧卷板的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：1)采用铁水预处理-转炉冶炼-炉外精炼-真空冶炼-钙处理-连铸的工艺获得板坯；2)将板坯送入加热炉进行加热，入炉温度＜400℃，出炉温度为1180-1220℃；3)将加热后的板坯经过高压除鳞后送入粗轧机进行粗轧，粗轧的终轧温度≥980℃，获得中间坯；4)将中间坯送入冷却系统中以将中间坯温度降低至960℃以下，冷却速率为10-15℃/s；5)将冷却后的中间坯送入精轧机进行轧制，精轧的开轧温度≤950℃，终轧温度为830-870℃；6)将精轧后的板坯送入层流冷却段进行加速冷却，冷却速率为20-30℃/s，终冷温度为350-400℃，并进行卷取；7)将卷取后的卷板放入保温装置中保温一段时间，随后取出并空冷至室温，制备得到管线钢热轧卷板。6.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于，在所述步骤1)中，获得的板坯厚度为200-230mm。7.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于，在所述步骤2)中，在炉时间为180-250min。8.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于，在所述步骤3)中，粗轧采用5道次轧制，单道次相对变形量控制在20％-30％之间，粗轧后获得的中间坯厚度为52-60mm。9.根据权利要求8所述的制造方法，其特征在于，在所述步骤5)中，精轧采用5-7道次轧制，精轧累计变形量不低于80％。10.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于，在所述步骤7)中，保证卷板外圈表面温度为400
±
20℃，保温时间为30-50min。

技术总结
本发明涉及一种低屈强比X90级管线钢热轧卷板，化学成分按重量百分比计包括：C 0.05-0.07％、Si 0.20-0.40％、Mn 1.50-1.90％、Nb0.05-0.09％、Ti 0.01-0.02％、Cr 0.10-0.30％、Mo 0.10-0.20％、Ni 0.10-0.20％、0＜P≤0.012％、0＜S≤0.005％、Als 0.015-0.035％，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明还涉及一种低屈强比X90级管线钢热轧卷板的制造方法。通过本发明的技术方案，本发明可以有效降低X90级管线钢热轧卷板生产应用中的屈强比。比。比。


技术研发人员：陈述 张开华 汪创伟 熊雪刚 崔凯禹 李海波
受保护的技术使用者：攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司
技术研发日：2023.08.16
技术公布日：2023/10/5