技术领域
[0001] 本
发明涉及低
合金高强度管线钢制造技术领域，特别是涉及一种厚规格高韧性X80管件钢钢板及制造方法。
背景技术
[0002] 随着国内外油气输送管道的飞速发展，在管道铺设过程中也需要建设大量的压气站、输配站站场、
阀室、管帽和等径异径三通管件。输送管道中的管线管件，一来可以根据需要改变管道的方向；二来可以缓冲管道所在地域的
地层迁移、
地震以及外界环境变化等附加在直管上的拉、压应
力和
扭矩作用，是管线中承载较为苛刻的重要构件。由于管件钢在使用中受力状态复杂，且在弯制
热处理过程中工艺难度大，再者随着管道不断向永久冻土或地震区域延伸，也对管件钢板、钢管的制造及其
质量(包括力学性能和尺寸极限偏差等方面)提出了更高的要求，直接影响到油气输送管道的安全、可靠性和投资经济效益。很多工程所需管件需要裸露在的气温低于-46℃下，甚至达到-50℃以下，管件厚度达到50mm以上，这对管线钢材料的强脆性和超低温韧性是一个及其严峻的挑战。目前，由于管件钢特别是高级别管线钢强度在热处理后强度衰减效应强，需要较高的
碳当量，合金高，厚规格管线钢在
冶炼和
轧制冷却过程中很难渗透到钢板心部，因此，很难保证高钢级管件钢低温韧性性能，特别是管件钢
焊缝韧性性能。因此迫切需要对在极寒环境下强度和韧性兼备的管件钢进行研究和生产。
[0003] 与本发明较为相近的发明
专利有：1）中国专利，
申请( 专利 )号: CN201310736900.8，一种新型低成本耐磨管件钢X65钢板；2）中国专利，申请(专利)号:
201110042499.9，一种X70钢级弯管和管件的制备方法；3）中国专利，申请(专利)号: CN201010199050.9，一种X80弯管和管件用钢的制备方法；4）中国专利，申请(专利)号:
CN201110043719.X，一种X90钢级弯管和管件的制备方法； 5）中国专利，申请(专利)号: CN201110043324.X，一种X100钢级弯管和管件的制备方法。
[0004] 以上专利文献均涉及各级别管件用钢板。对于1）公布的产品成分设计中，没有添加Cu元素，没有
对焊接敏感指数Pcm和Ceq关键指标作出要求，只是涉及生产16-25mm的管件用钢X65钢，很难保证钢板的
焊接性能和低温韧性性能；2）3）4）5）主要涉及X70、X80、X90、X100管件钢的成分设计中C（≥0.1%）采用中碳成分设计，很难保证管件钢板的低温韧性和强度，且主要涉及管件钢板的成分设计、轧制工艺、卷管工艺和后期热处理工艺，而没有具体涉及高韧性管件钢的冶炼工艺和系统的释放钢板内
应力改善管件钢板低温韧性的工艺。
发明内容
[0005] 本发明的目的就是针对上述存在的
缺陷而提供一种厚规格高韧性X80管件钢钢板及制造方法，为满足X80管件钢强度、低温韧性、焊接性、延伸率和屈强比等性能指标的要求，以其高性能为目标，从生产工艺和成分设计之初就详细周密制定，采用这些技术能够提供安全可靠的系统，同时稳定生产及安全的工程应用，基于此设计解决了高强度管件钢在工程输送中应用的实际问题。采用本发明生产出的X80管件钢钢板性能稳定，特别是具有优异的低温韧性。
[0006] 本发明的一种厚规格高韧性X80管件钢钢板及制造方法技术方案为，一种厚规格高韧性X80管件钢钢板，化学成分按重量百分比为：C：0.05~0.08%，Si：0.20~0.30%，Mn：1.65~1.85%，P≤0.01%，S≤0.005%，Nb：0.025~0.070%，Mo:0.18~0.25%，Nb+V+Ti≤0.15%，Cu:0.10~0.20%：Cr:0.15~0.25%，Ni:0.15~0.30%，V:0.02~0.05%,Pcm=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B=0.16-0.23%,Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15=0.41-0.53%，其余成分为Fe和不可避免的杂质。
[0007] 所述的一种厚规格高韧性X80管件钢钢板的制备方法，工艺步骤依次包括：按成分配比备料-
铁水KR
脱硫处理-BOF-CAS吹氩-LF+RH-CCM-
连铸坯下线缓冷48小时以上-表面检查、清理-辊期匹配准备-
板坯再加热-粗轧-高压水冷却-精轧-预矫直-ACC模式
层流冷却-矫直-堆垛缓冷-
超声波探伤。
[0008] BOF具体为：按照相应化学成分配比的厚规格高韧性X80管件钢在BOF时，采用优质板边、废坯等废钢冶炼，TSC（即炼钢吹炼过程中测温、定碳）测量结束后，迅速将枪拉降至拉碳枪位，保证低枪位时间1-2min，减少渣中FeO含量；出钢时间在6min，出钢口不得散流，减少吸氮，转炉终点
温度控制在≥1660℃，合金加入顺序严格按照
铝块-铝锰铁-金属锰-
硅铁-铬铁-铌铁-
钒铁进行，钼铁、镍板、
铜板和废钢一起加入。
[0009] CAS吹氩过程中铝线喂入速度在0.5-0.8m/t，CAS站吹氩时间15min，CAS终点成分P≤0.01%，S≤0.005%，0.020%≤Alt≤0.060%。
[0010] LF区中包第一炉温度
温度控制在1625-1660℃，第二炉以后
钢水出站温度控制在1620-1650℃，RH区
真空槽
热电偶测温点温度≥1000℃，真空度＜1000Pa，真空度下处理时间20min，纯脱气时间10min；
钙铁线喂入量1.8m/t，喂线速度240m/min，钙处理后保证[Ca]=
10-25ppm，喂线后小氩气流量吹入并保证弱吹氩时间16min。
[0011] 在所述的CCM过程中，采用连
铸坯动态渐进式柔性轻压下技术，压下速率为0.80mm/min，压下量为渐进式增加，最低压下量2mm，最高压下量6mm，压下率1.6mm/m，压下区间0.5＜FSC＜0.9，铸坯恒定拉速0.85m/min，在二冷区进行弱水冷，
喷嘴总水量为2.5L/min。
[0012] 在所述的辊期匹配准备工序中，精
轧机换辊，换辊后轧制相似宽度规格其它钢板35-40支，并提前待热，确保过渡坯料与X80连续轧制。
[0013] 板坯再加热工序中，在连铸坯经加热炉均热出炉后，进行1道高压水除磷，除去铸坯表面
氧化铁皮，除磷后铸坯表面温度控制在1080℃~1110℃。
[0014] 在所述的粗轧、精轧和ACC模式层流冷却和矫直工序中，连铸坯轧制选择横-纵轧
制模式，粗轧阶段钢板咬入速度1.5m/s，轧制速度3.0m/s，轧制8道次；精轧机轧制13道次，机前开轧，终轧表面温度控制在800℃，层流冷却开冷温度780±10℃，钢板表面目标终冷温度350℃，冷却后采用三道次矫直方式，逐道次加大压下量。
[0015] 原始连铸坯厚度为250mm。
[0016] 本发明的有益效果为：本发明成分设计中各个元素的作用如下：C：碳是提高强度最主要也是最廉价的元素，随着碳含量的增加，钢的强度增加，但同时钢板的焊接性能及塑韧性变差，因此本发明选用低碳成分设计，使得钢板具有良好的塑韧性和优良的焊接性能。
[0017] Mn：锰是提高强度和韧性的有效元素，它是弱碳化物形成元素，它在冶炼中的作用是脱氧和消除硫的影响，还可以降低奥氏体转变温度，细化铁素体晶粒，对提高钢板强度和韧性有益。同时还能固溶强化铁素体和增加钢的淬透性。在低碳条件下它对
贝氏体转变有显著的促进作用。但Mn含量过高时，则钢硬化而延展性变坏。Mn因其效果明显，成本低廉在高性能钢板生产中成为主要的添加元素之一。
[0018] Si：硅起到
脱氧剂的作用，同时有固溶强化作用，还可以极大的延缓碳化物的形成，滞后
渗碳体的长大，增加了奥氏体
稳定性。但是Si含量高，钢种易出现夹杂物，钢材易生锈，
热轧生产中铁锈容易被轧入钢板表层，热
镀锌性能差，同时Si都显示出对多线程焊接时局部脆性区域有危害性。
[0019] Cu：铜元素的析出强化是提高钢的强度的重要手段，此外，Cu对钢的耐蚀性、改善焊接性、低温韧性、成型性与机加工性能等都非常有益。但是另一方面，Cu含量高时连铸钢坯加热或热轧时易产生裂纹，恶化钢板表面性能，必须根据强度级别和钢板厚度的不同添加适量的Ni以阻止这种裂纹的产生。
[0020] Ni：镍对焊接热影响区硬化性及韧性没有不良影响，又可使
母材的强度提高，并使低温韧性大大提高。但它是较贵重元素，导致钢的成本大幅度上升，经济性差。在钢中添加Ni元素的目的主要是阻止含Cu量高的钢坯在加热或热轧时产生裂纹的倾向。
[0021] Ti：加入微量的
钛，是为了固定钢中的氮元素。另外Ti有强烈的析出强化作用，可以提高钢的强度，对焊接热影响区处的硬度也有好的影响作用在最佳状态下，Ti的氮化物颗粒的存在可抑制焊接热影响区的晶粒粗化阻止钢坯在加热、轧制、焊接过程中晶粒的长大，改善母材和焊接热影响区的韧性。Ti低于0.005%时，固N效果差，超过0.03%时，固N效果达到饱和，过剩的Ti可以单独或与Nb一起形成碳氮化物，强化钢材，但有时会形成大块的析出相，将会使钢的韧性恶化。当钢中的Ti、N
原子之比为1：1时，TiN粒子最为细小且分布弥散，对高温奥氏体晶粒的细化作用最强，不仅可获得优良的韧性，而且能够实现30KJ/cm以上的大线
能量焊接。但是，过多的Ti含量会引起钛的氮化物的粗化，对低温韧性不利。
[0022] Cr：铬的添加可以降低钢种的
相变点，细化组织，有效的提高强度，还可以提高钢种抗氧化性及高温耐
腐蚀性能等，但是Cr过多则析出粗大，导致钢的脆化，对焊接性能不好，因此Cr含量设计为≤0.30％。
[0023] 本发明针对生产高级别X80低温高韧性管件钢的诸多难题，结合现场的生产实践和工艺装备，采用低碳“Nb+Mo+V+Ni+Ti”多元微合金独特成分设计，发挥各元素特性和相互之间的协同作用，保证厚规格X80管件钢在热处理后具有优异的强度富裕量和高韧性性能，利用高洁净钢和无缺陷连铸坯渐进式柔性轻压下技术，改善钢中夹杂物，使钢中各类夹杂物级别≤1.5级，消除钢坯乃至钢板裂纹缺陷，借助TMCP轧制和全程系统消应力工艺提高厚规格X80管件钢板的韧性性能，改善钢板板形，借助高温回火热处理工艺，实现热扩散处理，释放内应力以及改善钢板中心线区域的组织结构和韧性；解决了X80级别管件钢板热处理后强度富裕量偏低、韧塑性差、焊接性能不良、整板性能均匀性差、板形不良等问题。实现了厚规格高韧性X80管件钢的稳定、批量化生产。为推进抗厚规格高韧性X80管件钢的大规模工业化生产起到了积极重要的作用。
[0024] 本发明工艺数据均现场实践获得，经过用户的使用考验，技术实施后管件钢的钢质更纯净、性能特别是低温韧性性能更优异，
屈服强度Rt0.5为580MPa～620MPa，
抗拉强度Rm为740MPa～780MPa，屈强比Rt0.5/Rm≤0.82，,-20℃夏比冲击功≥310J，剪切断面率均为100%，延伸率A≥48%，晶粒度≥11级，带状组织≤2.0，非金属夹杂均≤1.5。
[0025]
附图说明：图1所示为本发明
实施例1所得钢板厚度表面处结构照片；
图2所示为本发明实施例1所得钢板厚度四分之一处结构照片；
图3所示为本发明实施例1所得钢板厚度中心处结构照片。
[0026] 具体实施方式：为了更好地理解本发明，下面用具体实例来详细说明本发明的技术方案，但是本发明并不局限于此。
[0027] 实施例１本实施例的厚规格高韧性X80管件钢钢板是由以下质量百分比的组分制备而成：C：
0.08%，Si：0.30%，Mn：1.85%，P:0.0064%，S:0.0016%，Cr：0.25%，Ni：0.30%,Nb：0.070%，Mo：
0.25%，Ti: 0.013%,V：0.05%，Cu：0.20%，Pcm=0.23%，Ceq=0.53%余量为Fe和不可避免的杂质。
[0028] 本实施例的厚规格高韧性X80管件钢钢板的生产制备方法如下：1）BOF工序：采用优质板边、废坯等废钢冶炼，TSC测量结束后，迅速将枪拉降至拉碳枪位，保证低枪位时间1min；出钢时间在6min，出钢口无散流，转炉终点温度控制在=1660℃，合金加入顺序：铝块-铝锰铁-金属锰-硅铁-铬铁-铌铁-钒铁进行，钼铁、镍板、铜板和废钢一起加入。
[0029] 2﹚CAS工序：CAS吹氩过程中铝线喂入速度在0.5m/t，CAS站吹氩时间15min，CAS终点成分P=0.005%，S≤0.001%，Alt=0.020%。
[0030] 3）精炼区：LF区中包第一炉温度温度控制在1625℃，RH区真空槽热电偶测温点温度=1000℃，真空度999Pa，真空度下处理时间20min，纯脱气时间10min；钙铁线喂入量1.8m/t，喂线速度240m/min，钙处理后 [Ca]=10ppm，喂线后小氩气流量吹氩时间16min，4﹚CCM工序中：采用连铸坯动态渐进式柔性轻压下技术，压下速率为0.80mm/min，压下量为渐进式增加，最低压下量2mm，最高压下量6mm，压下率1.6mm/m，压下区间FSC=0.51，铸坯恒定拉速0.85m/min，在二冷区进行弱水冷，喷嘴总水量为2.5L/min。
[0031] 5）辊期匹配准备工序中：精轧机轧前提前换辊，换辊后轧制相似宽度规格其它钢板35支，提前待热，过渡坯料与X80连续轧制。
[0032] 6﹚板坯再加热工序中：进行1道高压水除磷，除去铸坯表面氧化铁皮，除磷后铸坯表面温度控制在1080℃。
[0033] 7﹚粗轧、精轧和ACC模式层流冷却和矫直工序中：连铸坯轧制选择横-纵轧制模式，粗轧阶段钢板咬入速度1.5m/s，轧制速度3.0m/s，轧制8道次；精轧机轧制13道次，机前开轧，终轧表面温度控制在800℃，层流冷却开冷温度770℃，钢板表面目标终冷温度350℃，冷却后采用三道次矫直方式，逐道次加大压下量，8）对本实施例的钢板边部、四分之一部、心部分别检测，内部结构如
说明书附图图1-3所示，检测结果如下：
经检测，本实例的主要性能如下： Rt0.5为620MPa，抗拉强度Rm为780MPa，屈强比Rt0.5/Rm=0.79，,-20℃冲击=330J,332J和328J，剪切面积为100%,100%,100%,延伸率A50.8=
50%，晶粒度=12级，带状组织=1.0， A、B、C、D类粗细非金属夹杂均为=0.5。
[0034] 实施例2本实施例的厚规格高韧性X80管件钢钢板是由以下质量百分比的组分制备而成：C：
0.05%，Si：0.2%，Mn：1.65%，P:0.0084%，S:0.003%，Cr：0.15%，Ni：0.15%,Nb：0.025%，Mo：
0.18%，Ti: 0.013%,V：0.02%，Cu：0.10%，Pcm=0.17%，Ceq=0.41%余量为Fe和不可避免的杂质。
[0035] 本实施例的厚规格高韧性X80管件钢钢板的生产制备方法如下：1）BOF工序：采用优质板边、废坯等废钢冶炼，TSC测量结束后，迅速将枪拉降至拉碳枪位，保证低枪位时间2min；出钢时间在6min，出钢口无散流，转炉终点温度控制在=1700℃，合金加入顺序：铝块-铝锰铁-金属锰-硅铁-铬铁-铌铁-钒铁进行，钼铁、镍板、铜板和废钢一起加入。
[0036] 2﹚CAS工序：CAS吹氩过程中铝线喂入速度在0.8m/t，CAS站吹氩时间15min，CAS终点成分P=0.008%，S≤0.003%，Alt=0.060%。
[0037] 3）精炼区：LF区中包第一炉温度温度控制在1660℃，RH区真空槽热电偶测温点温度=1100℃，真空度950Pa，真空度下处理时间20min，纯脱气时间10min；钙铁线喂入量1.8m/t，喂线速度240m/min，钙处理后 [Ca]=25ppm，喂线后小氩气流量吹氩时间16min，4﹚CCM工序中：采用连铸坯动态渐进式柔性轻压下技术，压下速率为0.80mm/min，压下量为渐进式增加，最低压下量2mm，最高压下量6mm，压下率1.6mm/m，压下区间FSC=0.89，铸坯恒定拉速0.85m/min，在二冷区进行弱水冷，喷嘴总水量为2.5L/min。
[0038] 5）辊期匹配准备工序中：精轧机轧前提前换辊，换辊后轧制相似宽度规格其它钢板40支，提前待热，过渡坯料与X80连续轧制。
[0039] 6﹚板坯再加热工序中：进行1道高压水除磷，除去铸坯表面氧化铁皮，除磷后铸坯表面温度控制在1110℃。
[0040] 7﹚粗轧、精轧和ACC模式层流冷却和矫直工序中：连铸坯轧制选择横-纵轧制模式，粗轧阶段钢板咬入速度1.5m/s，轧制速度3.0m/s，轧制8道次；精轧机轧制13道次，机前开轧，终轧表面温度控制在800℃，层流冷却开冷温度790℃，钢板表面目标终冷温度350℃，冷却后采用三道次矫直方式，逐道次加大压下量，8）经检测，本实例的主要性能如下：Rt0.5为580MPa，抗拉强度Rm为740MPa，屈强比Rt0.5/Rm=0.78，,-20℃冲击=320J,325J和328J，剪切面积为100%,100%,100%,延伸率A=
48%，晶粒度=11级，带状组织=2.0， A、B、C、D类粗细非金属夹杂均为=1.5。
[0041] 实施例3本实施例的厚规格高韧性X80管件钢钢板是由以下质量百分比的组分制备而成：C：
0.065%，Si：0.25%，Mn：1.75%，P:0.0054%，S:0.002%，Cr：0.15%，Ni：0.26%,Nb：0.060%，Mo：
0.20%，Ti: 0.013%,V：0.04%，Cu：0.15%，Pcm=0.20%，Ceq=0.46%余量为Fe和不可避免的杂质。
[0042] 本实施例的厚规格高韧性X80管件钢钢板的生产制备方法如下：1）BOF工序：采用优质板边、废坯等废钢冶炼，TSC测量结束后，迅速将枪拉降至拉碳枪位，保证低枪位时间1.5min；出钢时间在6min，出钢口无散流，转炉终点温度控制在=1675℃，合金加入顺序：铝块-铝锰铁-金属锰-硅铁-铬铁-铌铁-钒铁进行，钼铁、镍板、铜板和废钢一起加入。
[0043] 2﹚CAS工序：CAS吹氩过程中铝线喂入速度在0.6m/t，CAS站吹氩时间15min，CAS终点成分P=0.006%，S≤0.004%，Alt=0.030%。
[0044] 3）精炼区：LF区中包第一炉温度温度控制在1650℃，RH区真空槽热电偶测温点温度=1050℃，真空度970Pa，真空度下处理时间20min，纯脱气时间10min；钙铁线喂入量1.8m/t，喂线速度240m/min，钙处理后 [Ca]=25ppm，喂线后小氩气流量吹氩时间16min，4﹚CCM工序中：采用连铸坯动态渐进式柔性轻压下技术，压下速率为0.80mm/min，压下量为渐进式增加，最低压下量2mm，最高压下量6mm，压下率1.6mm/m，压下区间FSC=0.75，铸坯恒定拉速0.85m/min，在二冷区进行弱水冷，喷嘴总水量为2.5L/min。
[0045] 5）辊期匹配准备工序中：精轧机轧前提前换辊，换辊后轧制相似宽度规格其它钢板40支，提前待热，过渡坯料与X80连续轧制。
[0046] 6﹚板坯再加热工序中：进行1道高压水除磷，除去铸坯表面氧化铁皮，除磷后铸坯表面温度控制在1100℃。
[0047] 7﹚粗轧、精轧和ACC模式层流冷却和矫直工序中：连铸坯轧制选择横-纵轧制模式，粗轧阶段钢板咬入速度1.5m/s，轧制速度3.0m/s，轧制8道次；精轧机轧制13道次，机前开轧，终轧表面温度控制在800℃，层流冷却开冷温度780℃，钢板表面目标终冷温度350℃，冷却后采用三道次矫直方式，逐道次加大压下量，8）经检测，本实例的主要性能如下： Rt0.5为600MPa，抗拉强度Rm为760MPa，屈强比Rt0.5/Rm=0.79，,-20℃冲击=333J,326J和325J，剪切面积为100%,100%,100%,延伸率A50.8=
49%，晶粒度=12级，带状组织=1.5，A、B、C、D类粗细非金属夹杂均为=0.5。
