[发明专利]一种适用于高寒地区的高韧X80管线钢板及生产方法

说明书

技术领域

本发明属于高强度低合金钢技术领域，具体涉及一种适用于高寒地区的高韧X80管线钢板及生产方法。

背景技术

随着油气资源勘探开发向边远地区发展，高寒地区输送管线的建设成为热点。埋地油气输送管道的最低运行温度一般为0℃，但对于高寒地区的裸露管线(战场及悬跨管段)，钢管的服役温度一方面受当地环境温度的影响，另一方面又受输送介质的影响，服役环境复杂。如巴甫年科沃-乌恰天然气管道，其CVN试验温度为-40℃，母材的吸收能量最低要求为150J，落锤试验温度是-20℃，要求的剪切面积单值和平均值分别为75％和85％。由于这些管道均为大输量长输管道，同时具有钢管强度高、壁厚大、低温韧性要求高的特点，对板材的成分设计和生产制造工艺均提出了很高的要求。这对于采用传统成分、工艺和组织体系的钢管来说无疑是巨大的挑战。

为了确保较高的低温韧性和良好的焊接性能，本发明的钢板碳含量一般都控制在0.05％以下。与此同时，成分中添加了较高含量的铜，可以通过时效过程中大量的ε-Cu析出强化效应来弥补因降碳所带来的强度损失。所以，该类型的钢板在具有高屈服强度同时，还具有优异的低温韧性和良好的焊接性能。因此，可以用于高寒地区的场站和悬跨管段，以满足其严格的低温韧性要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于高寒地区的高韧X80管线钢板及生产方法，本发明的钢板在满足高强度的同时，大幅提高其低温韧性。钢板的抗拉强度：625～825MPa，屈服强度：555～705MPa；-80℃的低温冲击韧性大于180J。可用于制造对低温韧性有极高要求的高寒地区管线钢生产领域。

本发明适用于高寒地区的高韧X80钢板在具有较高强度水平的同时，兼具优异的低温韧性(CVN_(-80℃)≥180J)，可适用于高寒地区对低温韧性要求极其严格的站场和悬跨管段。

本发明的钢板的化学成分质量百分比为：C:0.02～0.05wt％、Si:0.10～0.50wt％、Mn：0.4～1.0wt％、Nb：0.02～0.05wt％、Mo:0.10～0.50wt％,Ni:0.5～1.5wt％,Cr:0.5～1.5wt％,Cu:1.0～1.5wt％、P：≤0.015wt％、S：≤0.005wt％，其余为Fe及不可避免杂质。

本发明的一种适用于高寒地区高韧X80管线钢板的制备方法包括：冶炼、连铸、加热、控制轧制、控制冷却、热处理。工艺中控制的技术参数为：

热轧过程主要特征包括：铸坯加热温度为1160～1220℃，根据坯料厚度，其加热时间为2～6小时；

控制轧制工艺采用两阶段轧制，包括再结晶区轧制和未再结晶区轧制，粗轧末机架入口温度970℃～1020℃，粗轧末机架变形量≥25％，终轧温度控制在800～860℃，所述轧后控制冷却采用加速冷却，冷却速度≥5℃/s，终冷温度：450～550℃，最后空冷至室温。

热处理过程：首先淬火，将钢板加热到为850～950℃，完全奥氏体化，保温时间0.5～2小时，淬火到室温；然后回火，加热温度为600～660℃，保温1～2小时，钢板出炉后空冷。

本发明的适用于高寒地区高韧X80管线钢板的显微组织特征为回火索氏体基体上弥散分布着细小的ε-Cu析出物。

本发明公开的一种适用于高寒地区高韧X80管线钢板的成分构成中，各主要化学成分的作用，具体为：

C：C在钢中主要以固溶的方式存在，以提高奥氏体的淬透性，得到贝氏体铁素体组织，但C含量不宜过多，易在钢中形成富C的MA组元，恶化材料韧性。同时，高的C含量还会影响其焊接性能。因此，本发明钢板的C含量控制在0.05％以下。

Mn：Mn既能以固溶状态存在，也可以进入渗碳体中取代一部分Fe原子，起到固溶强化作用，还能形成硫化物。Mn元素在奥氏体中聚集，可提高奥氏体稳定性。本发明中Mn含量范围：0.4～1.0wt％。

Nb：在轧制过程中，固溶的Nb能显著提高奥氏体再结晶温度，增加未再结晶区变形量，析出的碳氮化铌颗粒能增加再结晶奥氏体晶粒形核点，并阻止再结晶奥氏体晶粒长大，得到细化的再结晶奥氏体晶粒，从而细化室温组织。在回火时效过程中，析出的碳氮化铌第二相能起到析出强化作用，提高材料强度。本发明的适用于高寒地区的高韧X80管线钢板中Nb的加入量在0.02～0.05wt％0范围。

Cu：在本发明中Cu是最主要的合金元素。Cu的作用主要是在热处理时效过程中析出弥散细小的ε-Cu第二相，来弥补成分中因降C所导致的强度损失。