本發(fā)明涉及一種鋼鐵冶金技術(shù)，具體說，涉及一種X120高鋼級管線鋼及其制備方法。

背景技術(shù)：

石油天然氣是國民經(jīng)濟(jì)的重要戰(zhàn)略和儲備物資，隨著國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，對于石油及天然氣等能源的需求量越來越大，能源需求的不斷增長、結(jié)構(gòu)調(diào)整和優(yōu)化，帶動了石油天然氣工業(yè)的全面發(fā)展，到2030年世界的天然氣需求將翻一番。管道輸送具有輸送量大、成本低、安全性高、便捷、高效等優(yōu)點(diǎn)。

隨著石油天然氣需求量的不斷增加，管道的輸送壓力和管徑也不斷地增大，油氣輸送鋼管也相應(yīng)迅速向高鋼級方向發(fā)展。隨著X120級管線的研發(fā)，其經(jīng)濟(jì)效益逐漸明顯，使長距離天然氣資源商業(yè)化成為可能。當(dāng)輸送量恒定時，采用X120高強(qiáng)鋼鋼管輸送，可提高輸送壓力，從而使管徑減小、管壁減薄，這使得焊材的使用費(fèi)、焊縫的施工費(fèi)、鋼管的運(yùn)輸費(fèi)等也相應(yīng)的減少。X120管線鋼相比較于X70、X80管線鋼，其強(qiáng)度上升幅度大，有助于天然氣長距離高壓輸送。使用X120級鋼管可節(jié)省工程總成本5％～15％。鑒于以上所述經(jīng)濟(jì)效益和性能優(yōu)勢的驅(qū)動，X120高強(qiáng)度管線鋼將會有廣泛的應(yīng)用前景。

專利申請?zhí)?00610117239.2的文獻(xiàn)公布了超高強(qiáng)度高韌性X120管線鋼及其制造方法，成分設(shè)計(jì)以低C、高M(jìn)n，通過加入Nb、V、Ti等微合金元素，少量Mo、Cr、B及Cu、Ni合金元素，結(jié)合控軋控冷工藝，獲得貝氏體和馬氏體組織，以保證管線鋼具有高強(qiáng)度高韌性的性能。不足之處為控制軋制溫度較低，容易產(chǎn)生混晶。

專利申請?zhí)?01310687007.0的文獻(xiàn)公布了X120高鋼級管線鋼熱軋鋼板及其制備方法，采用雙機(jī)架可逆式寬厚板軋機(jī)軋制和在線DQ處理工藝，該管線鋼熱軋鋼板具有高強(qiáng)韌性、低屈強(qiáng)比，合金用量少、成本低，由于減少了合金元素含量而降低了碳當(dāng)量，改善了焊接性能。

專利申請?zhí)?00910063905.2的文獻(xiàn)公布了低裂紋敏感性高韌性X120管線鋼及其制造方法，化學(xué)成分以C、Mn、Nb、Ti、Mo、Cr，并加入Cu、Ni、B合金元素，結(jié)合控軋控冷兩階段軋制工藝，得到具有高強(qiáng)度和高韌性，宜于大規(guī)模生產(chǎn)的低裂紋敏感性高韌性X120級管線鋼。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所解決的技術(shù)問題是提供一種X120高鋼級管線鋼，具有高強(qiáng)度、高韌性、低屈強(qiáng)比的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)方案如下：

一種X120高鋼級管線鋼，按重量百分比包括：C 0.04～0.06％、Si 0.20～0.30％、Mn 1.80～2.00％、P≤0.015％、S≤0.005％、Nb 0.075～0.090％、V≤0.030％、Ti 0.010～0.020％、Al≤0.050％、Cr 0.25～0.35％、Mo 0.25～0.35％、Ni 0.30～0.40％、Cu 0.25～0.35％、B 0.0008～0.0015、N≤80ppm、Pcm 0.15～0.25％，余量為Fe和雜質(zhì)。

進(jìn)一步：C 0.055％，Si 0.25％，Mn 2.00％，P 0.010％，S 0.002％，Nb 0.085％，Ti 0.020％，Cr 0.34％，Mo 0.32％，Ni 0.38％，Cu 0.28％，B 0.0015％，N 0.0045％。

進(jìn)一步：C 0.048％，Si 0.22％，Mn 1.90％，P 0.008％，S 0.002％，Nb 0.082％，Ti 0.018％，Cr 0.28％，Mo 0.27％，Ni 0.36％，Cu 0.32％，B 0.0012％，N 0.0048％。

進(jìn)一步：C 0.050％，Si 0.27％，Mn 1.85％，P 0.008％，S 0.002％，Nb 0.078％，Ti 0.013％，Cr 0.30％，Mo 0.25％，Ni 0.33％，Cu 0.28％，B 0.0009％，N 0.0036％。

本發(fā)明所解決的另一個技術(shù)問題是提供一種X120高鋼級管線鋼制備方法，生產(chǎn)的鋼板具有高強(qiáng)度、高韌性、低屈強(qiáng)比的優(yōu)點(diǎn)。

一種X120高鋼級管線鋼制備方法，包括：

冶煉和澆鑄；

加熱和軋制；鋼坯裝入高溫電阻爐中，加熱溫度1180～1220℃，總在爐時間≥240min，軋制為熱軋兩階段控制進(jìn)行，全部為縱軋，第一階段為奧氏體再結(jié)晶區(qū)軋制，第二階段為奧氏體未再結(jié)晶區(qū)軋制；

冷卻和卷取；鋼板進(jìn)入層流冷卻區(qū)域，以20～50℃/s的冷卻速度冷卻至250～400℃，之后卷??；獲取的板材化學(xué)成分按重量百分比包括：按重量百分比包括：C 0.04～0.06％、Si 0.20～0.30％、Mn 1.80～2.00％、P≤0.015％、S≤0.005％、Nb 0.075～0.090％、V≤0.030％、Ti 0.010～0.020％、Al≤0.050％、Cr 0.25～0.35％、Mo 0.25～0.35％、Ni 0.30～0.40％、Cu 0.25～0.35％、B 0.0008～0.0015、N≤80ppm、Pcm 0.15～0.25％，余量為Fe和雜質(zhì)。

進(jìn)一步：在奧氏體再結(jié)晶區(qū)軋制時，開軋溫度為1160～1200℃，單道次壓下率＞10％，末道次壓下率≥25％，用以充分細(xì)化原始奧氏體晶粒；在奧氏體未再結(jié)晶區(qū)軋制時，采用7道次軋制，精軋開軋溫度≤950℃，終軋溫度為790～830℃，精軋壓縮比≥3，累計(jì)壓下率≥70％。

進(jìn)一步：冶煉時，將廢鋼與合金真空冶煉爐，抽真空后啟動進(jìn)行熔化冶煉，待熔化后澆鑄到矩形鋼模中，澆鑄成矩形鋼坯；廢鋼中，磷≤0.015％，硫≤0.005％，氧≤0.0030％，氮≤0.0050％。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)效果包括：

1、本發(fā)明通過精確控制精軋開軋溫度，保證組織均勻性，且列出了軋制道次壓下制度。

2、本發(fā)明中，管線鋼在熱連軋生產(chǎn)線生產(chǎn)，省去熱處理工藝，既節(jié)約了工藝成本，又提高了生產(chǎn)效率。

3、本發(fā)明通過合理的化學(xué)成分設(shè)計(jì)，并采取控軋控冷工藝，得到一種顯微組織為貝氏體和板條馬氏體，高強(qiáng)度、高韌性、低屈強(qiáng)比X120高鋼級管線鋼。

4、隨著石油天然氣需求量的不斷增加，管道的輸送壓力和管徑也不斷地增大，油氣輸送鋼管也相應(yīng)迅速向高鋼級方向發(fā)展。X120管線鋼相比較于X70、X80管線鋼，其強(qiáng)度上升幅度大，有助于天然氣長距離高壓輸送。當(dāng)輸送量恒定時，采用X120高強(qiáng)鋼鋼管輸送，可提高輸送壓力，從而使管徑減小、管壁減薄，這使得焊材的使用費(fèi)、焊縫的施工費(fèi)、鋼管的運(yùn)輸費(fèi)等也相應(yīng)的減少。使用X120級鋼管可節(jié)省工程總成本5％～15％。鑒于以上所述經(jīng)濟(jì)效益和性能優(yōu)勢的驅(qū)動，X120高強(qiáng)度管線鋼將會有廣泛的應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中實(shí)施例1鋼板的金相組織圖。

具體實(shí)施方式

下面參考示例實(shí)施方式對本發(fā)明技術(shù)方案作詳細(xì)說明。然而，示例實(shí)施方式能夠以多種形式實(shí)施，且不應(yīng)被理解為限于在此闡述的實(shí)施方式；相反，提供這些實(shí)施方式使得本發(fā)明更全面和完整，并將示例實(shí)施方式的構(gòu)思全面地傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。

X120高鋼級管線鋼制備方法，具體包括以下步驟：

步驟1：冶煉和澆鑄；

將準(zhǔn)備好的低磷(≤0.015％)、低硫(≤0.005％)、低氧(≤0.0030％)、低氮(≤0.0050％)優(yōu)質(zhì)廢鋼和計(jì)算配好的其他合金加入實(shí)驗(yàn)室100kg真空冶煉爐，抽真空后啟動進(jìn)行熔化冶煉，待熔化后澆鑄到矩形鋼模中，澆鑄成尺寸為150×200×250mm的矩形鋼坯。

步驟2：加熱和軋制；

用機(jī)械手將鋼坯裝入高溫電阻爐中。加熱溫度1180～1220℃，總在爐時間≥240min，確保鋼坯溫度均勻，待鋼坯達(dá)到加熱要求時，用機(jī)械手將鋼坯送往φ750×550mm實(shí)驗(yàn)軋機(jī)。制造工藝為熱軋兩階段控制進(jìn)行，全部為縱軋，第一階段為奧氏體再結(jié)晶區(qū)軋制，即粗軋階段；第二階段為奧氏體未再結(jié)晶區(qū)軋制，即精軋階段。

在奧氏體再結(jié)晶區(qū)軋制時，開軋溫度為1160～1200℃，單道次壓下率＞10％，末道次壓下率≥25％，用以充分細(xì)化原始奧氏體晶粒。

在奧氏體未再結(jié)晶區(qū)軋制時，此階段的軋制使奧氏體伸長。采用7道次軋制，精軋開軋溫度≤950℃，終軋溫度為790～830℃，精軋壓縮比≥3，累計(jì)壓下率≥70％。

步驟3：冷卻和卷取。

控制軋制結(jié)束后，鋼板進(jìn)入層流冷卻區(qū)域，以20～50℃/s的冷卻速度冷卻至250～400℃，之后裝入模擬卷取爐。最終得到貝氏體和板條馬氏體組織。

X120高鋼級管線鋼的化學(xué)成分按重量百分比包括：C：0.04～0.06％、Si：0.20～0.30％、Mn：1.80～2.00％、P：≤0.015％、S：≤0.005％、Nb：0.075～0.090％、V：≤0.030％、Ti：0.010～0.020％、Al：≤0.050％、Cr：0.25～0.35％、Mo：0.25～0.35％、Ni：0.30～0.40％、Cu：0.25～0.35％、B：0.0008～0.0015、N：≤80ppm、Pcm(冷裂敏感指數(shù))：0.15～0.25％，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。

實(shí)施例1

按表1所示的化學(xué)成分冶煉，并澆鑄成鋼錠，將鋼錠加熱至1202℃，總在爐時間245min。在實(shí)驗(yàn)軋機(jī)上進(jìn)行第一階段軋制，即奧氏體再結(jié)晶區(qū)軋制，開軋溫度為1180℃，單道次壓下率＞10％，末道次壓下率≥25％，當(dāng)軋件厚度為45mm時，在輥道上待溫至945℃，隨后進(jìn)行第二階段軋制，即奧氏體未再結(jié)晶區(qū)軋制。終軋溫度為800℃，軋制結(jié)束后，鋼板進(jìn)入層流冷卻裝置，以40℃/s的速度冷卻至285℃，之后裝入模擬卷取爐。最后即可得到鋼板。

如圖1所示，為本發(fā)明中實(shí)施例1鋼板的金相組織圖。鋼板為貝氏體和板條馬氏體組織。

實(shí)施例2

實(shí)施方式同實(shí)施例1，其中加熱溫度為1205℃，總在爐時間246min。第一階段軋制的開軋溫度為1182℃，中間坯厚度為45mm，第二階段軋制的開軋溫度為948℃，終軋溫度為805℃，軋制結(jié)束后，鋼板進(jìn)入層流冷卻裝置，以35℃/s的速度冷卻至330℃，之后裝入模擬卷取爐。最后即可得到所述鋼板。

實(shí)施例3

實(shí)施方式同實(shí)施例1，其中加熱溫度為1200℃，總在爐時間248min。第一階段軋制的開軋溫度為1185℃，中間坯厚度為45mm；第二階段軋制的開軋溫度為942℃，終軋溫度為806℃，軋制結(jié)束后，鋼板進(jìn)入層流冷卻裝置，以30℃/s的速度冷卻至380℃，之后裝入模擬卷取爐。最后即可得到所述鋼板。

表1本發(fā)明實(shí)施例1～3的化學(xué)成分(wt％)

對本發(fā)明實(shí)施例1～3的鋼板進(jìn)行力學(xué)性能檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2本發(fā)明實(shí)施例1～3的鋼板的力學(xué)性能

本發(fā)明所用的術(shù)語是說明和示例性、而非限制性的術(shù)語。由于本發(fā)明能夠以多種形式具體實(shí)施而不脫離發(fā)明的精神或?qū)嵸|(zhì)，所以應(yīng)當(dāng)理解，上述實(shí)施例不限于任何前述的細(xì)節(jié)，而應(yīng)在隨附權(quán)利要求所限定的精神和范圍內(nèi)廣泛地解釋，因此落入權(quán)利要求或其等效范圍內(nèi)的全部變化和改型都應(yīng)為隨附權(quán)利要求所涵蓋。