專利名稱：：一種含Cr厚壁管線鋼及其板卷控軋控冷方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬管線鋼領(lǐng)域，尤其涉及一種厚壁管線鋼及其板巻控軋控冷方法。
背景技術(shù)：
：石油天然氣工業(yè)是工業(yè)發(fā)展的主要能源，.石油天然氣管道輸送具有高效、安全、經(jīng)濟等特點，是長距離輸送油氣的主要形式。隨著國際能源結(jié)構(gòu)的逐漸變化，在未來幾十年內(nèi)，天然氣在能源中所占的比例將急劇增加。天然氣輸送管道趨向于大口徑、高壓和厚壁化方向發(fā)展。管線的服;f殳條件越來越苛刻，如輸送壓力增大，輸送介質(zhì)復(fù)雜，許多管線需經(jīng)過嚴寒地帶、沼澤地、沙漠或人口稠密地區(qū)等，這就需要管線鋼要有足夠的強度和壁厚來保障安全，而在強度一定的情況下，增加壁厚是提高抗撕裂能力和耐沖刷能力最有效直接的方式。但現(xiàn)有技術(shù)中，如申請?zhí)枮镚0123185.5，名稱為《一種超低碳高韌性抗硫化氫用輸氣管線鋼》的中國專利公開了一種X65級輸氣管線鋼，其化學(xué)成分為C0.02~0.04%，Si0.15~0.35%，Mn1.4~1.6%，Nb0.03~0.05%,V0.02~0.04%,Mo0.2~0.4%，S<0.0007%,P<0.0030%，其余為纟失Fe。相應(yīng)的熱機械控軋工藝制度(TMCP)為1200°C(加熱)-1150°C(開軋)-(IOO(TC-950°C)(軋制)-(90(TC-830°C)(終軋)-(500°C-400°C)(終冷)，水冷(15-30°C/s)。顯微組織為針狀鐵素體AF+少量的準多邊形鐵素體+M/A組元。由該發(fā)明得到的管線鋼不但具有更高的強度和極高的低溫沖擊韌性，而且具有很好的抗硫化氮應(yīng)力腐蝕能力。所不足之一就是由于生產(chǎn)材質(zhì)厚度較薄，根據(jù)說明書只有8毫米，如輸送高壓、高密度介質(zhì)，其管道極易造成斷裂破壞，其壁厚明顯不足，耐沖刷能力弱，安全性差。再如申請?zhí)枮?00410013265.1,名稱為《高強度高韌性輸送管線鋼及其板巻控軋控冷方法》的中國專利公開了一種X80管線鋼，其化學(xué)成分重量百分比(％)為C0.01~0.06,Si0.15~0.40，Mnl.61~2.0，P0.0031~0.0018，S《0.003,Nb0.051~0.09,Ti《0.025,Mo0.1~0.40，Cu0.10~0.40，Ni0.10-0.40,其余為鐵。其板巻控軋控冷方法加熱溫度1150~1199°C，終軋溫度75083(TC，巻取溫度450629。C，控制冷卻速度15~30°C/S。雖然增加了厚度和強度，但其厚度范圍規(guī)定在10~20mm,用在惡劣環(huán)境下其厚度仍然偏小，而其強度的增加是通過高Mn(1.61%~2.00%)和加入較多貴重合金Mo(0,10%~0.40°/。)的方法獲得，成本較高。據(jù)文獻"低鉻X65管線鋼C02腐蝕產(chǎn)物膜的特征及形成機制(金屬學(xué)報2009年第45巻第1期第84-90頁)，，報道，其化學(xué)成分為CO.07%，SiO.20%,MnO.55%，Nb0.03%,Mo0.15%,V0.03%,CrO.95%。該論文要揭示的是Cr含量對管線鋼抗C02腐蝕的影響。當(dāng)Cr含量增加至1.00%甚至3.00°/。以上時，耐C02腐蝕性才會得到有效提高，但高Cr含量將大大降低管線鋼的焊接熱影響區(qū)韌性和可焊性。由于輸送高壓、高密度特別是帶有腐蝕性油氣介質(zhì)時，其作用于鋼板上的壓力和對鋼板的腐蝕、沖刷較強，因此要求這種管線鋼的抗撕裂、耐沖刷能力和鋼的純凈度很高。如果通過添加大量合金元素來增加強度和相應(yīng)的抗腐能力，一是大量增加成本，二是勢必造成純凈度受影響，因此研究一種在一定強韌性條件下由合適成分及工藝生產(chǎn)的厚壁厚管線鋼成為必要。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種抗撕裂能力強的厚壁在20~25.4mm管線鋼及其板巻控軋控冷方法，通過添加Cr來保證強韌性和細晶粒要求的同時適當(dāng)增加壁厚，來解決因強韌性一定而壁厚不足導(dǎo)致輸油氣管線安全性不足的問題，既降低了生產(chǎn)成本，又保證了抗撕裂能力，滿足了輸送高壓、高密度油氣介質(zhì)管線鋼的使用需要。本發(fā)明提供的一種含Cr厚壁管線鋼，其化學(xué)成分重量百分比(％)為Cr0.20-0.90;C0.03-0.09;Si0.20-0.35;Mn1.00-1.30;P《0.015;S《0.006;N《0.0050;Ti0.010-0.030;Nb0.03-0.08;Cu0.15-0.30;Ni0.10-0.40;Als0.015-0.060;其余為《失和殘余元素。本發(fā)明的含Cr厚壁管線鋼的板巻控軋控冷方法是鋼坯的加熱溫度1150-1200°C，粗軋開始溫度1130-1180°C,精軋開軋溫1020-1050°C，終軋溫度800-900°C，巻取溫度450-600°C，總壓下率不小于85%，控制冷卻速度15-30。c/s。本發(fā)明添加主要合金元素的作用是鉻(Cr):在提高強度和細化晶粒方面，Cr與Mo—樣，可抑制塊狀鐵素體的形成、細化晶粒并促進貝氏體和針狀鐵素體轉(zhuǎn)變，獲得多而細的針狀鐵素體組織，從而大大提高強度，因而可以替代MO的作用。同時，本發(fā)明鋼中，Cr與Nb配合使用，可以促進Nb的析出，提高Nb的析出強化作用。隨著Cr含量的增加，強度上升較大，但如果加入量太大，會顯著降低焊接熱影響區(qū)韌性和可焊性，所以上限宜為0.90%,而下限小于0.20%時，Cr的作用將不明顯。因此，本發(fā)明鋼所定Cr含量為0.200.90%。本發(fā)明鋼所加Cr的作用是在不降低管線鋼焊接熱影響區(qū)韌性和可坪性前提下，部分提高耐蝕性，取代Mo細化晶粒和提高強度，同時大幅度降低成本。含55。/。Mo的FeMo目前市場價為14.2萬/噸，而含55%Cr的FeCr市場價同期為1.2萬/噸。因此，用Cr代Mo具有較大的經(jīng)濟性。碳(C):碳元素是影響管線鋼強韌性、焊接性的主要元素。C含量增加，焊接性惡化，韌性變差，偏析加劇，但碳能顯著提高強度，因此，本發(fā)明管線鋼碳含量控制在0.030.09%范圍內(nèi)。錳(Mn)'.錳有固溶強化作用，可細化鐵素體晶粒、提高強度和韌性，所以早期的管線鋼以C-Mn為主，但Mn過大會加速控軋鋼的中心偏析，從而引起產(chǎn)品力學(xué)性能各向異性，且導(dǎo)致抗HIC性能降低。因此，耐腐蝕管線鋼中，Mn含量不易過高，本發(fā)明控制在1.001.30%較為合適。鈮(Nb):鈮能顯著提高鋼的再結(jié)晶溫度TRx，比釩的作用顯著，而釩對鋼的韌性有不利影響，因此本發(fā)明管線鋼不添加釩。高的TRx使得熱軋過程中大量的應(yīng)變得以在低于它的再結(jié)晶溫度以下進行，從而獲得細小、含大量形變帶的組織。同時Nb控制在0.03-0.08%,軋制過程中可析出細小的Nb(C、N)質(zhì)點沉淀強化，從而提高鋼的強度。鈦(Ti):添加0.01~0.03%的鈦能提高鋼的再結(jié)晶溫度和奧氏體晶粒粗化溫度，從而控制連鑄和加熱過程中的晶粒尺寸，起到細化晶粒，提高鋼的屈服強度和韌性作用。同時，Ti加入含Nb鋼中可延長NbC的析出孕育期，使Nb-Ti復(fù)合鋼的碳化物析出開始時間較Nb鋼晚，從而析出物更加細小、彌散。另夕卜，由于Ti在高溫下能與N結(jié)合形成TiN質(zhì)點，有利于焊接時熱影響區(qū)的晶?？刂?，對改善焊接熱影響區(qū)的韌性非常有利。銅(Cu):銅能提高鋼的抗腐蝕能力和抗HIC能力。銅含量低，不起作用，太高時，又會引起HAZ韌性下降，并在熱加工時產(chǎn)生銅裂。因此，本發(fā)明銅含量控制在0.15~0.30%為宜。鎳(Ni):加入量在0.10~0.40%時，可提高強度而不至于會降低低溫韌性和現(xiàn)場可焊性，并可避免連鑄和熱軋過程中的銅裂。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的效果及優(yōu)點1、屈服強度(Rt。.5)=530-555MPa,抗拉強度(Rm)600-635MPa,屈強比0.85-0.89,延伸率A5。38%-41%，延伸率高、加工成型性好。2、-20°CV型缺口夏比沖擊功單個試樣》325J,比標(biāo)準要求高125J,平均>355.8J，比標(biāo)準要求高155.8J;夏比沖擊剪切面積(SA/%):單個試樣100°/。，比標(biāo)準高出30°/。，三個試樣平均100°/。，比標(biāo)準高15%;3、"LrC落錘撕裂試驗(DWTT)斷口纖維率(SA/%)100%,比標(biāo)準要求高15%。4、管壁厚度較厚20-25.4國，耐腐蝕和沖刷能力較強，不易撕裂及破壞，安全可靠。5、由于含55%Mo的FeMo目前市場價為14.2萬/噸，而含55%Cr的FeCr市場價同期為1.2萬/噸，因此，生產(chǎn)成本大大減低。具體實施例方式根據(jù)本發(fā)明管線鋼的化學(xué)成分范圍，由300噸轉(zhuǎn)爐冶煉，經(jīng)過鋼包吹氬、LF爐精煉、RH真空處理和連鑄，連鑄板坯再加熱后，進入兩機架R1和R2粗軋，再經(jīng)7機架2250連軋機組生產(chǎn)線進行熱機械控軋控冷，熱軋厚度規(guī)格2025.4mmmm。本發(fā)明實施例管線鋼1-5的化學(xué)成分見表1，實施例l-5管線鋼控軋控冷工藝制度見表2，實施例1-5管線鋼機械性能見表3。<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>表3實施例1-5管線鋼機械性能<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>權(quán)利要求1、一種含Cr厚壁管線鋼，其特征在于，其化學(xué)成分重量百分比(％)為Cr0.20～0.90；C0.03～0.09；Si0.20～0.35；Mn1.00～1.30；P≤0.015；S≤0.006；N≤0.0050；Ti0.010～0.030；Nb0.03～0.08；Cu0.15～0.30；Ni0.10～0.40；Als0.015～0.060；其余為鐵和殘余元素。2、如權(quán)利要求1所述的含Cr厚壁管線鋼，其特征在于，其化學(xué)成分重量百分比(％)為Cr0.350.76;C0.043~0.075;Si(X240.25;Mn1.10~1.25;P^0.015;S^0.006;鄉(xiāng).0050;Ti0.0140.018;Nb0.0380.066;Cu0.22~0.25;Ni0.150.20;Als0,0220.025。3、如權(quán)利要求1或2所述的含Cr厚壁管線鋼，其特征在于，其化學(xué)成分重量百分比(%)為Cr0.54;C0.58;Si0.24;Mn1.23;P^).015;S^0.006;N^).0050;Ti0.018;Nb0.046;Cu0.23;Ni0.20;Als0.025。4、一種如權(quán)利要求1所述的含Cr厚壁管線鋼板巻的控軋控冷方法，其特征在于，鋼坯的加熱溫度U501200。C,粗禮開始溫度1130-1180°C,精軋開軋溫1020~1050°C,終軋溫度800~900°C,巻取溫度450~600°C,總壓下率不小于85%,控制冷卻速度1530°C/S。5、如權(quán)利要求4所述的含Cr厚壁管線鋼板巻的控軋控冷方法，其特征在于，鋼坯的加熱溫度1165~1185°C,粗軋開始溫度1145-1165°C，精軋開軋溫1025~1040°C,終軋溫度825875°C,巻取溫度490~570°C,總壓下率不小于85%,控制冷卻速度1625°C/S。6、如權(quán)利要求4所述的含Cr厚壁管線鋼板巻的控軋控冷方法，其特征在于，鋼坯的加熱溫度1175°C,粗軋開始溫度1155°C,精軋開軋溫1030。C,終軋溫度850。C，巻取溫度540。C，總壓下率不小于85%,控制冷卻速度20°C/S。全文摘要本發(fā)明提供了一種含Cr厚壁管線鋼，其化學(xué)成分重量百分比(％)為Cr0.20-0.90；C0.03-0.09；Si0.20-0.35；Mn1.00-1.30；P≤0.015；S≤0.006；N≤0.0050；Ti0.010-0.030；Nb0.03-0.08；Cu0.15-0.30；Ni0.10-0.40；Als0.015-0.060；其余為鐵和殘余元素。其板卷控軋控冷方法是鋼坯的加熱溫度1150-1200℃，粗軋開始溫度1130-1180℃，精軋開軋溫1020-1050℃，終軋溫度800-900℃，卷取溫度450-600℃，總壓下率不小于85％，控制冷卻速度15-30℃/S。文檔編號C21D8/02GK101580918SQ200910117129公開日2009年11月18日申請日期2009年6月23日優(yōu)先權(quán)日2009年6月23日發(fā)明者劉學(xué)華,濤朱,崢楊,煒王,瑩王,海章,謝應(yīng)登,勇趙,饒?zhí)順s申請人:馬鞍山鋼鐵股份有限公司