[发明专利]抗变形X80-X100管线钢板及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种管线钢材及其制备工艺，特别是一种可在石油天然气管道等工程项目上使用的抗变形X80-X100管线钢板及其制造方法，属于高强度低碳微合金钢制造技术领域。 

背景技术

随着能源需求的不断增长，远距离的油气开采及输送已成为必然，输送管道将经过大量的地址条件不稳定区域，如地震带、泥石流、冻土带等，严重影响管道的安全。如我国格尔木-拉萨输油管道建于1973年输油管道建于1973年，是我国修建的第一条冻土区输油管道，全长1076km，运行30多年来由于融沉破坏等原因，该管道曾发生30次泄漏，造成了很大的经济损失。为此，在地址条件不稳定区域，管道工程采用了“基于应变设计”理念，要求管线钢不仅具备良好低温韧性，还具有抗变形能力(低屈强比、高应力比及高均匀伸长率)，达到抵御抗外来冲击的能力。然而，传统的针状铁素体管线钢因其较高的屈强比和低的均匀伸长率等因素，使其不能应用于应变设计的管道工程项目上。 

采用低碳微合金化及传统的TMCP工艺只能生产出针状铁素体管线钢，而如何生产出韧性优良的高强度抗变形管线铜一直是本领域技术人员渴望解决的技术难题。 

发明内容

本发明的目的之一在于针对现有技术的不足，提供一种抗变形X80-X100管线钢板，其具备优良的低温韧性及抗变形性能(低屈强比、高应力比及高均匀 伸长率)以及非常平整的热轧板形，尤其适用于“基于抗应变设计”的石油天然气管道工程项目。 

为达成此发明目的，本发明的X80-X100管线钢板采用了如下组分设计，其包含按重量百分比计算的如下组分：C＝0.04～0.09％，Si＝0.10～0.50％，Mn＝1.0～2.0％，P≤0.015％，S≤0.005％，Nb＝0.05～0.11％，Ti＝0.010～0.025％，Mo≤0.30％，Cu≤0.40％，Ni≤0.50％，Cr≤0.40％，其余部分包含Fe。 

前述各化学成分的主要作用如下： 

碳(C)：碳是影响管线钢强度、韧性、硬度及焊接性能的主要元素，碳含量的增加，对提高钢的强度有明显作用。但碳含量的增加会对钢的延性、韧性及焊接性能有负面影响。所以，本发明选择的碳含量为0.04-0.09％，一方面主要是考虑过低的碳会使得钢板的屈强比增高，另一方面主要是考虑钢板的韧性及优良的焊接性能。 

锰(Mn)：固溶强化元素，既可以提高钢的强度也能够改善钢的韧性。适度提高钢的淬透性，扩大γ相区，降低钢的γ→α相变温度，有助于获得细小的相变产物。此外，锰还能提高微合金元素铌(Nb)在钢中的溶解度，抑制碳氮化铌的析出。因此，本发明钢采用的锰含量为1.0～2.0％。 

铌(Nb)：铌是有效的晶粒细化元素，能够明显的抑制奥氏体晶粒长大，延迟γ→α转变，从而获得更加细小的组织。在热轧过程中，析出的碳氮化铌可以延迟再结晶及晶粒的长大过程，碳氮化铌通过钉扎位错，使得基体中可以保留更多的位错密度，提高钢的强度和韧性。固溶状态的铌可以延迟γ→α转变，细化铁素体晶粒，提高钢的韧性，在冷却过程中固溶的铌可以继续以Nb(CN)析出，进一步提高钢的强度。本发明中，采用0.05-0.11％的高铌设计，体现了以上的分析精神，达到替代Mo的细化组织、沉淀强化的作用，降低钢的成本。 

钛(Ti)：钛是强的固氮元素，可以与氮形成TiN颗粒，从而可以在坯料加热过程中抑制奥氏体晶粒的粗化，起到细化晶粒的作用，提高钢的低温韧性；同样，TiN颗粒对焊接热影响区晶粒的长大能够起到很好的抑制作用，改善焊接性能。此外，钛可以与铌复合析出，提高(TiNb)(CN)的热稳定性，对加热过程中坯料奥氏体晶粒的长大及焊接热影响区晶粒的粗化起到很好的抑制作用，改 善钢板的韧性，提高钢板的焊接性能。钛的加入量一般不低于氮的3.4倍，求发明中钛的加入量为0.01-0.025％。 

铜(Cu)：铜能够提高钢板及焊接热影响区的强度，铜的沉淀作用还可以提高钢的抗疲劳性能；此外，铜的另一个作用是提高钢板的耐腐蚀性能，近加入0.1％的铜就可以显著提高钢的耐大气腐蚀性。但过量的铜对焊接热影响区及焊接区的韧性是不利的，本发明钢采用了不大于0.4％的加入量。