[发明专利]一种低屈强比X80级管线钢及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于冶金技术领域，特别涉及一种低屈强比X80级管线钢及其制造方法。

背景技术

管道运输是长距离输送石油、天然气的重要方式。为提高管道输送的运营效率，降低成本，管道运输正向大口径、高压输送方向发展。在高压、大口径输送条件下，对材料强度、韧性和焊接性提出了更加严格的要求。

21世纪石油、天然气管道的发展趋势主要体现在：炼钢的高纯净化，高的强度和韧性，良好的焊接性能和优良的的抗腐蚀性能；然而，随着能源的不断耗尽，管线发展最具挑战性的领域之一是地震区和永冻带，这些地区的埋地管线管可能发生大的塑性变形。因此管道的失效不再由应力控制，而是由应变控制。近年来国外提出了“基于应变设计法”的新概念，这样，管线管需要更高的抗压缩和拉伸应变的性能。

目前，X80级管线钢(屈服强度≥555MPa的管线钢)都为典型的针状铁素体或者是贝氏体，这样的组织大都具有较高的强度，但屈强比一般也均较高(高于0.9)，所以在特殊的地质条件下，这种高钢级管线钢的抗变形能力相对较弱。

钢管的可变形性可通过提高应变硬化性能(降低屈强比)得到提高，而钢材的应变硬化性能受到显微组织的强烈影响，由硬相和相对软的相组成的多相显微组织可获得较大的应变强化性能。

唐荻等提出了“一种生产X80级抗大变形管线钢中厚板的生产方法”，其基本思想是两阶段轧制后，钢板经空冷驰豫到铁素体相变温度以下30～50℃，最终生成铁素体+贝氏体双相组织。因此，这种方法得到的铁素体是在奥氏体向铁素体相变的高温区生成的。如何通过调整管线钢的组织比例，获得更低屈强比并具有良好综合性能的适用于地震区和永冻带的管线钢是目前急需解决的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种低屈强比X80级管线钢及其制造方法。

本发明的低屈强比X80级管线钢的成分按重量百分比为C 0.02～0.06％，Si 0.22～0.29％，Mn 1.6～1.9％，S≤0.002％，P≤0.012％，Al≤0.045％，Cu 0.15～0.25％，Cr 0.08～0.26％，Ni0.2～0.3％，Nb 0.07～0.11％，V 0.03～0.057％，Ti 0.012～0.022％，Mo 0.22～0.32％，N≤0.0043％，Ca≤0.0018％，余量为Fe，屈服强度565～685MPa，抗拉强度745～860MPa，屈强比0.748～0.845。

本发明的低屈强比X80级管线钢的组织为针状铁素体+贝氏体+MA岛。

本发明的低屈强比X80级管线钢组织中针状铁素体占体积百分比为68～81％，贝氏体占体积百分比2～30％，MA岛占体积百分比为2～20％。

本发明的低屈强比X80级管线钢的断后伸长率为18～24％，-20℃冲击功225～356.5J。

本发明的方法按以下步骤进行：

1、按上述成分冶炼、浇注成铸坯，将铸坯加热至1180～1220℃，保温1～2h，使其充分奥氏体化，且保证微合金元素完全固溶。

2、将铸坯进行两段轧制，第一段轧制开轧温度为1100～1150℃，使原始粗大的奥氏体发生充分的再结晶，细化奥氏体晶粒；第二段轧制开轧温度为920～940℃，终轧温度为800～856℃，第二阶段的总压下量控制在68.4～72％，奥氏体的未再结晶区轧制得到了硬化的奥氏体，组织中保存了大量的晶界、孪晶界、位错和变形带。

3、轧制完成后以80～150℃/s的冷却速度冷却到600～710℃，再空冷4～85秒，然后以5～30℃/s的冷却速度冷却至340～490℃，获得低屈强比X80级管线钢。

上述方法中，以80～150℃/s的冷却速度冷却时采用的冷却设备为超快速冷却装置。

本发明的方法通过两段轧制使细化晶粒提高强度的同时，大大提高了产品的低温韧性；第一段冷却通过超快冷固定了硬化的奥氏体组织，使得Nb、Ti的析出物粒子细小弥散地在针状铁素体相变中析出，提高了管线钢的强度。短时间的空冷使得针状铁素体相变得以发生，产生了一定量的软相，Nb、Ti的析出粒子也在此阶段大量地析出，第二阶段的冷却生成了硬相贝氏体组织和弥散分布的MA岛，提高了管线钢的抗拉强度。