一种大口径X80直缝埋弧焊管的制备方法

摘要

一种大口径X80直缝埋弧焊管的制备方法，钢的化学组成质量百分比为C≤0.05，Si≤0.30，Mn≤1.80，P≤0.015，S≤0.005，Als=0.015~0.050，Nb=0.040~0.080，Ti=0.008~0.025，V≤0.030，Cr≤0.30，Mo≤0.30，Ni=0.20~0.40，Cu≤0.30，B≤0.0005，N≤0.0040，且Ti/N≥3.42，余量为Fe和不可避免的杂质。关键工艺步骤包括钢板轧制；钢板回火；钢管成型、扩径、静水压；钢管回火。本发明X80管线钢的板‑管性能差异小，钢板和钢管的屈服强度均≥555MPa，且二者屈服强度差≤20MPa；DWTT落锤断口FATT85温度相近，从而钢管的DWTT落锤止裂性能得以大幅提高。

权利要求

1.一种大口径X80直缝埋弧焊管的制备方法，其特征在于：钢的化学组成质量百分比为C≤0.05，Si≤0.30，Mn≤1.80，P≤0.015，S≤0.005，Als=0.015 0.050，Nb=0.040 0.080，Ti~ ~=0.008 0.025，V≤0.030，Cr≤0.30，Mo≤0.30，Ni=0.20 0.40，Cu≤0.30，B≤0.0005，N≤~ ~

0.0040，且Ti/N≥3.42，余量为Fe和不可避免的杂质；关键工艺步骤包括：（1）钢板轧制：采用两阶段控制轧制，粗轧结束温度≥1020℃，精轧开轧温度≤920℃，终轧温度为780 820℃；轧制后弛豫30 150s，控制冷却速度为10 16℃/s，返红温度为400~ ~ ~ ~

500℃；

（2）钢板回火：回火温度为400 500℃；

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（3）钢管成型、扩径、静水压：成型工艺采用JCOE成型，其成型步数为24 30步；扩径率采~用0.4% 1.5%；静水压试验压力为528 555MPa；

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（4）钢管回火：与钢板回火温度相差10℃以内。

说明书

一种大口径X80直缝埋弧焊管的制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于管线钢生产技术领域，特别是涉及一种大口径X80直缝埋弧焊管的制备方法。

背景技术

[0002] 管道输送具有高效、安全、可靠、经济、单向、连续、环保等诸多优点，是长距离输送石油、天然气最经济、合理的运输方式。目前大口径、高压力已成为管道工程建设的基本方向。高压力意味着对管线钢的强度要提出更高的要求，近年来，X80已开始批量投入使用，如美国的夏延输气管道、俄罗斯的巴法联科-乌恰天然气管道、中国的西气东输干线等。大口径X80管线钢能够显著提高输送效率，进而提高管道运营的经济效益。

[0003] 直缝埋弧焊钢管具有生产效率高、椭圆度小、壁厚偏差小、外观尺寸精整度高等特点。对大口径管线，或断裂带、河流、隧道、公路、铁路等穿越管道，宜采用直缝埋弧焊钢管。但是大口径X80管线钢采用直缝埋弧焊制管时，成型、扩径以及静水压过程将产生变形和应变，制管后又要在200 250℃温度下进行防腐涂层处理，因此将不可避免地产生应变时效。
~
有关文献表明，对管径为φ1422mm的X80管线钢，采用0.5% 0.6%的制管扩径率，平均屈服强~
度增量为58MPa，平均抗拉强度增量为13MPa，平均屈强比上升量为0.07；当制管扩径率增加至0.7% 0.8%时，平均屈服强度增量为94MPa，平均抗拉强度增量为16MPa，平均屈强比上升~
量为0.13。为此，目前有一种常用的大口径X80管线钢的设计思路：将钢板屈服强度降低至
500MPa左右，然后通过应变时效，使钢管的屈服强度达到X80级别，从而实现强度和屈强比的匹配。然而，进行环焊时，容易引起焊接接头的软化。而且，大口径X80直缝埋弧焊制管后，除导致屈服强度和屈强比显著上升之外，还会使DWTT落锤止裂性能将明显下降。根据行业内经验，通常钢板比钢管的DWTT试验温度要降低-15℃。由此可见，现有的大口径X80直缝埋弧焊管的制造工艺使得板-管性能差异非常明显。

发明内容

[0004] 本发明旨在提供一种减小板-管性能差异的大口径X80直缝埋弧焊管的制备方法，钢板和钢管的屈服强度均≥555MPa，且二者屈服强度差≤20MPa，DWTT落锤断口FATT85温度相近。

[0005] 本发明的技术方案：

[0006] 一种大口径X80直缝埋弧焊管的制备方法，钢的化学组成质量百分比为C≤0.05，Si≤0.30，Mn≤1.80，P≤0.015，S≤0.005，Als=0.015 0.050，Nb=0.040 0.080，Ti=0.008~ ~ ~0.025，V≤0.030，Cr≤0.30，Mo≤0.30，Ni=0.20 0.40，Cu≤0.30，B≤0.0005，N≤0.0040，且~
Ti/N≥3.42，余量为Fe和不可避免的杂质；关键工艺步骤包括：

[0007] （1）钢板轧制：采用两阶段控制轧制，粗轧结束温度≥1020℃，精轧开轧温度≤920℃，终轧温度为780 820℃；轧制后弛豫30 150s，控制冷却速度为10 16℃/s，返红温度为~ ~ ~400 500℃；
~

[0008] （2）钢板回火：回火温度为400 500℃；~

[0009] （3）钢管成型、扩径、静水压：成型工艺采用JCOE成型，其成型步数为24 30步；扩径~率采用0.4% 1.5%；静水压试验压力为528 555MPa；
~ ~

[0010] （4）钢管回火：与钢板回火温度相差10℃以内。

[0011] 经检验，钢的微观组织有95%以上为贝氏体组织。

[0012] 本发明采用低C、低N、低B的成分设计，减少α-Fe中间隙固溶原子和易偏聚原子数量，从而减小其钉扎位错的作用，并添加Ti、Nb、V等强碳化物、氮化物形成元素，使固溶的C、N沉淀析出，降低其在α-Fe中的过饱和度；然后适当提高终轧温度，使C、N原子在弛豫缓冷过程中充分扩散，并控制随后的加速冷却，减少多边形铁素体数量，有利于减小制管时的加工硬化。特别地，对控轧控冷后的钢板和制管后的钢管增加回火工序，一方面通过回复和再结晶，大幅度降低位错密度；另一方面，使过饱和α固溶体中能够弥散析出更多碳化物，降低间隙固溶原子浓度。从而有效降低X80直缝埋弧焊管的应变时效的影响。因此，本发明的有益效果非常明显：1）板-管性能差异小，特别是X80直缝埋弧焊管的DWTT落锤止裂性能大幅提高；2）钢管扩径率范围大，有利于钢管的圆度、直度等尺寸精度的控制；3）钢管的内应力小，尤其减小焊缝的内应力，能够防止焊缝的变形和开裂；4）微观基体组织单一稳定，性能稳定，易于控制。

附图说明

[0013] 图1为实施例1钢板-20℃DWTT落锤断口照片。

[0014] 图2为实施例1钢管-20℃DWTT落锤断口照片。

具体实施方式

[0015] 下面结合实施例和对比例进一步说明本发明的内容。

[0016] 实施例1：钢板厚度为25.7mm，钢管管径为φ1422mm。

[0017] 钢的化学组成质量百分比为：C=0.04，Si=0.19，Mn=1.69，P=0.011，S=0.0014，Als=0.027，Nb=0.056，Ti=0.018，V=0.003，Cr=0.17，Mo=0.20，Ni=0.19，Cu=0.13，B=0.0003，N=
0.0036，余量为Fe和不可避免的杂质，其中Ti/N=5.86。

[0018] 制备方法的关键工艺步骤包括：

[0019] （1）钢板轧制：采用两阶段控制轧制，粗轧结束温度为1092℃，精轧开轧温度为910℃，终轧温度为800℃；轧制后弛豫60s；冷却速度为14 16℃/s，返红温度430 480℃；~ ~

[0020] （2）钢板回火：回火温度为450℃；

[0021] （3）钢管成型、扩径、静水压：JCOE成型步数为25步；扩径率为0.7 0.8%；静水压试~验压力为540MPa；

[0022] （4）钢管回火：回火温度为450℃。

[0023] 本实施例钢板屈服强度为578MPa，钢管屈服强度为586MPa；钢板的-20℃DWTT落锤止裂性能为87%，钢管的-20℃DWTT落锤止裂性能为86%，其落锤断口照片分别如图1和图2所示。

[0024] 本实施例制备的X80管线钢的微观组织由贝氏体基体、以及极少量铁素体和渗碳体组成。

[0025] 对比例1：钢板厚度为25.7mm，钢管管径为φ1422mm。

[0026] 钢的化学组成与实施例1相同。但是制备步骤中钢板和钢管均不回火。其它工艺参数也有区别：

[0027] （1）钢板轧制：采用两阶段控制轧制，粗轧结束温度为1098℃，精轧开轧温度为870℃，终轧温度为740℃；不弛豫，冷却速度为13 15℃/s，返红温度340 380℃；~ ~

[0028] （2）钢管成型、扩径、静水压：JCOE成型步数为25步；扩径率为0.5 0.6%；静水压试~验压力为540MPa。

[0029] 本对比例钢板屈服强度为532MPa，钢管屈服强度为585MPa，屈服强度上升53MPa；钢板的-20℃DWTT落锤止裂性能为88%，钢管的-5℃DWTT落锤止裂性能为89%，-20℃DWTT落锤止裂性能为75%。

[0030] 本对比例制备的X80管线钢的微观组织由10 20%的多边形铁素体、80%左右的贝氏~体、以及少量M/A岛组成。

[0031] 实施例2：钢板厚度为30.8mm，钢管管径为φ1422mm钢的化学组成质量百分比为：C=0.03，Si=0.22，Mn=1.70，P=0.009，S=0.0015，Als=0.031，Nb=0.062，Ti=0.017，V=0.020，Cr=0.18，Mo=0.20，Ni=0.28，Cu=0.15，B=0.0003，N=0.0029，余量为Fe和不可避免的杂质，其中Ti/N=5.0。

[0032] 制备方法的关键工艺步骤包括：

[0033] （1）钢板轧制：采用两阶段控制轧制，粗轧结束温度为1080℃，精轧开轧温度为890℃，终轧温度为808℃；轧制后弛豫50s；冷却速度为12 14℃/s，返红温度420 460℃；~ ~

[0034] （2）钢板回火：回火温度为425℃；

[0035] （3）钢管成型、扩径、静水压：JCOE成型步数为28步；扩径率为0.9 1.0%；静水压试~验压力为545MPa；

[0036] （4）钢管回火：回火温度为425℃。

[0037] 本实施例钢板屈服强度为593MPa，钢管屈服强度为585MPa；钢板的-15℃DWTT落锤止裂性能为85%，钢管的-15℃DWTT落锤止裂性能为87%。

[0038] 本实施例制备的X80管线钢的微观组织由贝氏体基体、以及极少量铁素体和渗碳体组成。

[0039] 对比例2：钢板厚度为30.8mm，钢管管径为φ1422mm。

[0040] 钢的化学组成与实施例2相同。但是制备步骤中钢板和钢管均不回火。其它工艺参数相近：

[0041] （1）钢板轧制：采用两阶段控制轧制，粗轧结束温度为1085℃，精轧开轧温度为890℃，终轧温度为811℃；轧制后弛豫50s；冷却速度为12 14℃/s，返红温度420 460℃；~ ~

[0042] （2）钢管成型、扩径、静水压：JCOE成型步数为28步；扩径率为0.9 1.0%；静水压试~验压力为545MPa。

[0043] 本对比例钢板屈服强度为584MPa，钢管屈服强度为661MPa，屈服强度上升77MPa；钢板的-15℃DWTT落锤止裂性能为84%，钢管的-0℃DWTT落锤止裂性能为86%，-15℃DWTT落锤止裂性能为65%。

[0044] 本对比例制备的X80管线钢的微观组织由贝氏体和少量M/A岛组成。