一种抗焊缝热影响区软化的X80钢直缝焊管的制造方法与流程

一种抗焊缝热影响区软化的x80钢直缝焊管的制造方法
技术领域
1.本发明属于直缝焊管制造技术领域，具体涉及一种抗焊缝热影响区软化的x80钢直缝焊管的制造方法。


背景技术：

2.焊接是x80管线钢应用必须经历的一个重要的工艺过程，无论是热轧板卷管线钢，还是宽厚板管线钢都要经过焊接制成钢管。焊接的过程中，管材在熔合线附近的区域受到热循环的影响，其组织性能发生改变，因此焊接热影响区是管线钢最薄弱的区域。焊缝两侧的热影响区的强度低于母材原始的强度，这种现象称之为焊接热影响区的软化，即材料变软。软化即强度的降低，对管道的焊接结构件的安全性造成影响。
3.在焊接热循环过程中，当该区域的晶粒发生粗化、发生奥氏体相变后，相变温度高于一定冷速后，热影响区的局部区域会发生软化现象。通过向钢中加入合理的mn、mo、cr、nb、v等淬透性元素，能有效提高管材的强韧性。但过量的淬透性元素的添加，也会导致焊接热影响区的组织结构中出现马氏体等硬质相，增加焊缝区域的冷裂纹敏感指数，影响管材的焊接性。
4.目前，由于焊接热影响区出现的软化问题导致输油管道出现质量问题屡见不鲜，焊接热影响区的软化问题备受关注。因此，提供一种抗焊缝热影响区软化的x80直缝焊管用钢，对于我国长输管道建设及能源战略安全具有非常重要的意义。
5.目前，国内外对x80管线钢焊接热影响区有一些研究，经检索发现了部分专利和文献，但相关内容均重点关注于焊接热影响区的脆化问题或其他高强度钢板的焊接软化问题，对于管线钢热影响区的软化问题研究不多，同时本发明所述产品冶金成分、制造方法、焊接热影响区力学性能与其他专利或文献存在明显差异。
6.例如，cn 100591789 c提供了一种焊接热影响区的耐软化优良且扩孔弯边性好的高强度钢板及其制造方法。高强度钢板主要应用于汽车零部件，推进al合金等轻金属和高强钢板在汽车行业的应用。主要通过ti、mo、cr、nb等碳氮化析出物产生的析出强化作用，达到抑制热影响区软化的作用。但未提及v元素，且主要研究汽车钢板领域。
7.cn 102658416 a公开保障析出强化高强钢接头强度的混合气体保护焊焊接工艺。采用混合气体保护焊和单双焊双面成形等技术对抗拉强度600mpa析出强化高强钢进行焊接，有效降低焊接热影响区软化宽度。对焊接工艺参数进行优化，采用80％ar+20％co2混合气体，焊接电流为90-140a，线能量为7-12kj/cm，通过ti(c，n)产生析出强化和细晶强化，经测试焊接接头抗拉强度达到710mpa。但该专利主要研究焊接技术，并未对母材钢板的成分进行详细描述。
8.cn 112458243 a公开改善超高强度qp钢弧焊热影响区软化区软化的方法。该专利主要采用激光淬硬技术，有效提高超高强度qp钢薄板弧焊焊接过程中出现热影响区软化问题，提高焊接热影响区硬度。该专利主要描述激光淬硬技术，确定焊接热影响区软化宽度，设置激光光斑的功率和扫描速度。但该技术对设备的要求，且成本过高，会诱发管线钢焊接
热影响区的冷裂纹萌生，不适用于x80管线钢焊接领域。


技术实现要素：

9.本发明为了解决上述技术问题提供一种抗焊缝热影响区软化的x80钢直缝焊管的制造方法，通过nb-v等微合金元素的协同作用，达到细晶强化的作用，合理的元素设计，得到多边形铁素体和针状铁素体的x80管线钢强韧性匹配组织。
10.本发明解决上述技术问题的技术方案如下：抗焊缝热影响区软化的x80钢直缝焊管的制造方法，其焊管的原料采用纯净钢水，其化学成分为，c 0.060～0.070％，si 0.25～0.30％，mn 1.50～1.60％，p≤0.005％，s≤0.005％，ni 0.15～0.25％，cr 0.20～0.30％，mo 0.10～0.20％，nb 0.030～0.075％，v 0.030～0.065％，ti 0.020～0.030％，pcm≤0.20％，iiw 0.39～0.44％，其余为fe元素，其加工工序包括：转炉冶炼、连铸、板坯加热、控轧控冷、高温回火和中温回火。
11.本发明各元素的作用如下：
12.碳：c元素可与nb、ti、v等元素结合形成微合金碳化物析出，能抑制奥氏体再结晶，也能起到析出强化的作用。碳含量过低会导致热影响区显微组织的晶界发生脆化，碳含量过高会增加管线钢的淬透性，影响管材的焊接性。合理的碳含量能有效提高焊接热影响区的强韧性，解决焊接热影响区的软化问题。
13.硅：si元素是固溶性元素，硅含量的增加会导致强度和硬度的增加，但过量的硅元素会导致晶粒的粗化，对强韧性不利。
14.锰：mn元素是重要的固溶元素，能有效减少晶界上碳化物的聚集，能细化铁素体晶粒，能提高钢的强韧性。锰元素可提高固溶强化的作用，但过量的mn元素会影响钢的焊接性。
15.磷、硫：p、s元素会对钢造成污染，是钢中的杂质性元素。钢的纯净度对管线钢及其焊接热影响区的韧性。
16.镍、铬：ni、cr的加入可以提高钢的强度和硬度，但对低温冲击韧性影响不显著。
17.钼：mo是淬透性元素，促进针状铁素体形成，但是会抑制多边形铁素体转变，因此加入量不易过多；是碳化物形成元素，在焊接热循环过程中可以融入微合金碳氮化物的晶格中降低错配能，从而促进微合金碳氮化物的析出。
18.铌：nb元素是固溶元素，促进钢的奥氏体化，与位错相互作用，阻碍位错和晶界滑移，延缓再结晶过程，扩大再结晶的温度区间，有利于细化铁素体晶粒。在控轧控冷的过程中，能促进nb(c，n)的弥散析出，起到析出强化的作用，从而提高钢的强度。
19.钒：v元素有利于析出纳米级第二相粒子，提供析出强化作用。能有效细化晶粒，提高钢的强韧性。v是淬透性元素，能提高钢组织中的位错密度，提高钢的显微硬度。
20.钛：ti元素在控轧控冷的过程中能在晶界处诱导析出，阻止再结晶晶粒的继续生长，有效细化晶粒。但钢中的ti含量过高，其碳氮化析出物会作为微裂纹的形核位点，对钢的低温韧性不利。
21.有益效果：
22.(1)通过nb-v等微合金元素的协同作用，达到细晶强化的作用。合理的元素设计，得到多边形铁素体和针状铁素体的x80管线钢强韧性匹配组织。
23.(2)合理控制纳米级第二相粒子的析出，通过析出强化作用，提高板坯的强度，进而改善焊接热影响区的软化问题。
24.(3)控轧控冷后通过增加高温-中温回火的热处理工艺，控制nb-v的析出强化作用，提高板坯的强韧性。
25.优选地，所述转炉冶炼工序工艺为：lf和/或rh精炼，获取目标冶金成分及低p、低s的杂质元素的纯净钢水。
26.优选地，所述连铸工序的工艺为：将纯净钢水采用保护浇铸，连铸过程中采取高于液相线15℃的低过热度、1.5～2m/min的低拉速及总压下量为5mm的动态轻压下工艺，最终获得厚度180mm的板坯。
27.优选地，所述板坯加热工序的工艺为：对板坯进行加热，加热温度1150～1200℃，保温2～3h后，再以20～25℃/s的冷速进行冷却。
28.优选地，所述控轧控冷工序的工艺为：对加热后的板坯进行7道粗轧，获得厚度之70mm的中间坯，粗轧温度为940-950℃；然后精轧5道次，精轧入口温度≤950℃，精轧累计压下量之60％，获得目标厚度的热轧钢带。
29.优选地，所述高温回火工序的工艺为：对热轧钢带进行高温回火，回火温度为550-600℃，保温时间为5min，后以20-30℃/s的冷速进行冷却。
30.优选地，所述中温回火工序的工艺为：对高温回火后的热轧钢带进行中温回火，回火温度为400-450℃，保温时间10min，后以20-30℃/s的冷速进行冷却。
附图说明
31.图1抗焊接热影响区软化的x80管线钢金相组织照片；
32.图2为本发明在焊接热影响区(nb，v，ti)(c，n)弥散析出的tem图及对应的析出粒子能谱；
33.图3为本发明的焊接热影响区位置显微组织金相照片；
34.图4为本发明的焊接热影响区位置显微组织的sem图。
具体实施方式
35.以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
36.本发明实施例根据技术方案的冶金成分和加工工序进行转炉冶炼-连铸-板坯加热-控轧控冷-高温回火-中温回火，具体成分和参数如下所示。
37.表1本发明实施例的冶金成分(wt.％)
38.[0039][0040]
表1，ceq＝c+mn/6+(cr+mo)/5+(ni+cu)/15，pcm＝c+si/30+(mn+cu+cr)/20+ni/60+mo/15+v/10+5b。
[0041]
表2对比例的冶金成分(wt.％)
[0042][0043]
本发明实施例与对比例的主要制造工艺参数见表3。
[0044]
表3实施例与对比例的制造工艺参数
[0045][0046]
本发明实施例与对比例板坯的主要力学性能见表4。
[0047]
表4实施例与对比例板坯力学性能本发明实施例与对比例钢板的环焊缝力学性能见表5。
[0048]
序号rt0.5/mparm/mpart0.5/rma/％1#5957080.8427.52#6107260.8426.73#6017240.8327.04#6347370.8628.35#6217050.8824.6
[0049]
表5实施例与对比例钢板的环焊缝力学性能
[0050][0051]
对比表1和表2实施例和对比例的冶金成分可知，主要看碳含量和n b-v等微合金元素的合理设计对焊接热影响抗软化能力的影响。表3为设定的不同的抗焊接热影响区软化的x80直缝焊管用钢的轧钢工艺参数，通过设定不同的板坯加热温度和轧制参数，研究其对x80直缝焊管用钢的强度的影响。从表4的x80板坯力学性能可以看出，实施例板坯的力学性能明显优于对比例，整体实施例板坯符合x80管线钢的力学性能标准。通过表5可以看出实施例的下屈服强度rel和抗拉强度rm高于对比例，热影响区强度的提高说明经过合理的微合金元素设计和热处理工艺有效地研发出抗焊缝热影响区软化的x80直缝焊管用钢。
[0052]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0053]
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种抗焊缝热影响区软化的x80钢直缝焊管的制造方法，其特征在于，其焊管的原料采用纯净钢水，其化学成分为，c 0.060～0.070％，si 0.25～0.30％，mn 1.50～1.60％，p≤0.005％，s≤0.005％，ni 0.15～0.25％，cr 0.20～0.30％，mo 0.10～0.20％，nb 0.030～0.075％，v 0.030～0.065％，ti 0.020～0.030％，pcm≤0.20％，iiw 0.39～0.44％，其余为fe元素，其加工工序包括：转炉冶炼、连铸、板坯加热、控轧控冷、高温回火和中温回火。2.根据权利要求1所述的抗焊缝热影响区软化的x80钢直缝焊管的制造方法，其特征在于，所述转炉冶炼工序工艺为：lf和/或rh精炼，获取目标冶金成分及低p、低s的杂质元素的纯净钢水。3.根据权利要求2所述的抗焊缝热影响区软化的x80钢直缝焊管的制造方法，其特征在于，所述连铸工序的工艺为：将纯净钢水采用保护浇铸，连铸过程中采取高于液相线15℃的低过热度、1.5～2m/min的低拉速及总压下量为5mm的动态轻压下工艺，最终获得厚度180mm的板坯。4.根据权利要求3所述的抗焊缝热影响区软化的x80钢直缝焊管的制造方法，其特征在于，所述板坯加热工序的工艺为：对板坯进行加热，加热温度1150～1200℃，保温2～3h后，再以20～25℃/s的冷速进行冷却。5.根据权利要求4所述的抗焊缝热影响区软化的x80钢直缝焊管的制造方法，其特征在于，所述控轧控冷工序的工艺为：对加热后的板坯进行7道粗轧，获得厚度之70mm的中间坯，粗轧温度为940-950℃；然后精轧5道次，精轧入口温度≤950℃，精轧累计压下量之60％，获得目标厚度的热轧钢带。6.根据权利要求5所述的抗焊缝热影响区软化的x80钢直缝焊管的制造方法，其特征在于，所述高温回火工序的工艺为：对热轧钢带进行高温回火，回火温度为550-600℃，保温时间为5min，后以20-30℃/s的冷速进行冷却。7.根据权利要求6所述的抗焊缝热影响区软化的x80钢直缝焊管的制造方法，其特征在于，所述中温回火工序的工艺为：对高温回火后的热轧钢带进行中温回火，回火温度为400-450℃，保温时间10min，后以20-30℃/s的冷速进行冷却。

技术总结
本发明涉及一种抗焊缝热影响区软化的X80钢直缝焊管的制造方法，属于直缝焊管制造技术领域。抗焊缝热影响区软化的X80钢直缝焊管的制造方法，其焊管的原料采用纯净钢水，其化学成分为，C 0.060～0.070％，Si 0.25～0.30％，Mn 1.50～1.60％，P≤0.005％，S≤0.005％，Ni 0.15～0.25％，Cr 0.20～0.30％，Mo 0.10～0.20％，Nb 0.030～0.075％，V 0.030～0.065％，Ti 0.020～0.030％，Pcm≤0.20％，IIW 0.39～0.44％，其余为Fe元素，其加工工序包括：转炉冶炼、连铸、板坯加热、控轧控冷、高温回火和中温回火。有益效果：通过Nb-V等微合金元素的协同作用，达到细晶强化的作用，合理的元素设计，得到多边形铁素体和针状铁素体的X80管线钢强韧性匹配组织。线钢强韧性匹配组织。线钢强韧性匹配组织。


技术研发人员：冯庆善 戴联双 王婷 崔绍华 王晔 李增材 沙胜义 于瑶 查济东
受保护的技术使用者：国家石油天然气管网集团有限公司
技术研发日：2023.04.19
技术公布日：2023/8/9