[发明专利]低温大壁厚X80HD大变形管线钢及其生产方法

说明书

技术领域

本发明属于中厚板生产和直缝埋弧焊管生产技术领域，特别是涉及一种低温大壁厚X80HD大变形管线钢及其生产方法，适用于基于应变设计的高强韧性、低屈强比、良好抗变形能力和良好焊接性能的管线钢钢板和直缝焊管的生产。 

背景技术

随着石油天然气资源的需求不断增长，世界上油气田的开采向着边远的荒漠、地震带、极地冻土带和海洋等环境苛刻区域发展，输送管道也不可避免的经受着复杂多变的地质灾害环境，严重影响了管道的安全运行。为保证管道建设和运行的经济性及安全性，管线钢的发展趋势必将是高强度、高韧性、耐低温、抗大变形和良好的焊接性。高强等级经济型大变形管线钢因具有良好的综合性能，尤其是优良的抗变形能力，必将是未来管线钢产品发展的一个重要方向。 

基于应变设计的大变形管线钢，主要是应用于管道通过冻土区引起地面液化沉降，地震区地面滑坡变形和深海铺设管线工程等场合而发生大塑性变形条件下，属于前沿研发产品，目前没有专门、完整的设计规范，不同管道工程对钢管性能的要求均不相同。本发明涉及的低温大壁厚X80大变形管线钢，是针对阿拉斯加极地管道工程用X80大变形管线钢项目。该项目要求的大变形管线钢壁厚大（20-30mm）、管径大（Φ1219mm）、且低温落锤性能要求非常严格，强度级别高（X80），屈强比低、并且低温韧性和抗变形能力要求非常高，是目前管线钢领域内技术难度最大的产品。 

本发明涉及的低温大壁厚X80大变形管线钢，是在中厚板生产线上，采用TMCP+弛豫相变控制工艺生产，通过合理的成分设计和坯形设计，优质洁净钢的冶炼，轧制规程的优化，精准的相变控制，得到合适比例的铁素体和贝氏体双相组织，使其强度、韧性和塑性得到合理匹配，钢板的强度性能控制合理，韧性、塑性和焊接性能优良，且生产过程稳定，质量可控；同时考虑制管因素对性能的影响，严格控制钢管的扩径率，得到综合性能优良的X80HD大变形管线钢管，完全满足工程应用要求。 

采用该专利技术生产的X80HD大变形管线钢，无论从厚度、强度等级、技术指标，还是生产工艺，均具有非常高的难度，与目前已申请的管线钢领域的专利技术和发表文献有本质的差异。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种低温大壁厚X80HD大变形管线钢及其生产方法，其钢板生产工艺为TMCP+弛豫相变控制工艺，钢管采用直缝埋弧焊生产工艺。 

本发明所述X80HD大变形管线钢化学成分为（质量百分数）：C：0.04～0.09％，Si：≤0.35％，Mn：1.5～1.85％，P：≤0.012％，S：≤0.004％，Nb：0.02～0.05％，Ti：0.008～0.025％，Ni：0.10%～0.50%，Cr：0.10～0.45%，Cu：0.10～0.30%，Mo：0.10～ 0.35%，Alt：0.020～0.070%，B：≤0.0005%，Ca≤0.0050%,N：≤0.008％，H：≤0.0002％，余量为Fe和不可避免的杂质元素。 

本发明的生产方法是采用上述化学成分钢坯，通过合理的坯形设计、优质洁净钢的冶炼、精准的轧制工艺和相变控制技术，得到合适比例的铁素体和贝氏体双相组织；并充分考虑制管工艺对性能的影响因素，控制钢板的强度在合适范围内，使其强度、韧性和塑性得到合理匹配，以保证X80HD大变形管线钢管的各项性能满足工程应用要求。具体生产工艺包括转炉冶炼、炉外精炼、板坯连铸、板坯再加热、控制轧制、弛豫相变控制、快速冷却；在工艺中控制的技术参数如下： 

（1）坯形设计：生产钢板的总压缩比≥10，并保证奥氏体再结晶区总压下率≥70%，奥氏体未再结晶区总压下率≥65%，连铸坯拉速为0.80～0.90m/min，连铸坯厚度为300～400mm。 

（2）铸坯质量控制：连铸坯中心偏析≤C类1.5，A、B、C、D类非金属夹杂物均≤2.0级。 

（3）铸坯加热制度：铸坯加热温度为1150-1190℃，加热时间为380min-450min。 

（4）轧制生产工艺：轧制过程分粗轧和精轧两阶段。粗轧阶段，即在奥氏体再结晶区轧制，轧制过程温度区间为980～1080℃，钢坯展宽后纵轧阶段总压下率≥60%，单道次压下率≥15%，且粗轧末三道次的单道次压下率≥18%，以保证钢坯厚度方向变形均匀，表面和心部奥氏体能充分细化；粗轧结束后，钢坯进行空冷待温，中间坯待温厚为成品钢板厚度的3～4倍；精轧阶段，即在奥氏体未再结晶区轧制，开轧温度为850～920℃，终止轧制温度为780～830℃，此阶段钢坯总压≥65%；制成厚度为20～30mm钢板。