[发明专利]低裂纹敏感性高韧性X120管线钢及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及石油天然气管道用钢及生产方法，具体属于低裂纹敏感性高韧性的X120级管线钢及其生产方法。

背景技术

为节省管线工程的建设投资、降低运输费用，采用高强度等级的管线钢更加经济合理。随着管道输送压力的提高，对管道用钢可靠性的要求也越来越高，即要求具有高强度、高的低温止裂韧性以及良好的焊接性能。目前X70、X80管线钢已开始大规模应用于各石油天然气输送管道工程中，但其管线建设和运行成本较高。人们为了进一步降低管线建设和运行成本，研发X100和X120级管线钢，则成为目前国内外管线钢领域的开发热点。

随着X80级管线钢被逐渐应用在石油天然气输送管道工程中，X100、X120级管线的前期开发工作在日本、德国、韩国、加拿大、中国等国陆续展开。1993年美国埃克森美孚石油公司与日本新日铁和住友金属合作首先开始X120管线钢的开发工作，并于2004年采用新日铁生产的外径914mm、壁厚16mm的X120钢管建设了世界上首条1.6km长的X120管线示范段。目前国外埃克森美孚石油公司、日本住友金属、新日铁和韩国浦项分别申请了X120级管线钢的专利，国内仅有宝山钢铁公司于2006年底宣布X120管线钢试制成功，于2007年与华北石油钢管厂合作，完成了制管评价，并分别申请了X120管线钢和X120管线钢所制直缝埋弧焊管的专利。

国内外目前仅有的几家具备X120级管线钢试生产能力的厂家在X120钢的化学成分设计上多采用低碳/超低C-高Mn-Nb(V)-Ti系，同时添加高Mo(0.2～0.8％)、Cr(0.3～1.0％)、Ni(0.5～2.5％)和Cu、B等合金元素，成本很高，对碳当量Ceq和Pcm值没有明确要求(新日铁、NKK、POSCO、IPSCO、宝钢)或要求较高(埃克森美孚石油公司：Ceq≤0.7，Pcm≤0.35；JFE：Ceq≥0.32；住友金属：0.27≤Pcm≤0.30)，裂纹敏感性较高，且生产工艺上多采用低温开轧、低温终轧或两相区终轧、轧后加速冷却(冷却速度22～32℃/s)，高温回火或热轧态交货，生产工艺对设备能力和控制精度非常严格，不利于大规模生产控制。

现有X120级管线钢的试制生产工艺采用高Mo、Cr、Ni合金设计，不仅成本高，且由于合金含量加入高，裂纹敏感性较高，冲击韧性难以达到很高水平，且采用低温开轧、低温终轧或两相区轧制，对设备能力要求非常苛刻、轧后冷却速度控制精度要求高，不利于大规模生产。

发明内容

本发明的目的在于为了解决X120级管线钢合金成分设计高、生产工艺控制要求严格不利于大规模生产的问题，提供一种加入合金含量少、成本低、生产工艺简单、钢板的裂纹敏感性低、具有超高强度和高韧性、并宜于大规模生产的低裂纹敏感性高韧性X120级管线钢及其生产方法。

实现上述目的的技术方案：

低裂纹敏感性高韧性X120级管线钢及其制造方法，其特征在于：该钢采用的成分设计(wt％)为：C：0.07～0.08，Mn：1.5～1.7，Si≤0.5，P：≤0.018，S：≤0.0020，Ti：Ti：0.01～0.02，Nb：0.04～0.11，V≤0.08，B≤0.0030，Als：0.01～0.04，Mo：0.1～0.40，Ni：0.3～0.5，Cu≤0.40，Cr≤0.30，其余为Fe及不可避免的夹杂；并要满足以下公式：

(1)Mo+Ni+Cu+Cr≤1.4

(2)Pcm＝C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B≤0.23

生产权低裂纹敏感性高韧性X120级管线钢的方法，其步骤：

1)进行冶炼：铁水脱硫-转炉顶底复合吹炼-钢包炉处理-真空(Si-Ca)处理-浇注成

板坯；

2)将连铸坯加热至1100～1250℃；

3)进行粗轧：控制粗轧结束温度在1000～1100℃；

4)进行精轧：控制精轧结束温度在800～900℃；

5)钢板停留10～60秒；

6)进行冷却：冷却速度控制在10～30℃/秒，终冷温度控制在≤450℃。

本发明的低裂纹敏感性高韧性X120管线钢各合金成分的作用机理如下：

本发明的碳(C)含量(wt％)为：0.02～0.08。低的碳含量可以保证钢具有高的韧性、塑性、优良的焊接性能和抗HIC及抗SSC能力。低碳还可以减少偏析。但要保证良好的耐高温热加工性能和较高的淬透性，碳含量不能太低。