一種直縫焊管用x90級別多相組織管線鋼板及其制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于高強度管線鋼制造技術領域，涉及到一種石油天然氣輸送直縫焊管用 X90級別多相組織管線鋼板及其制造方法。
【背景技術】
[0002] 二十一世紀以來，隨著國內外經濟發展對石油天然氣等能源的不斷需求，需要建 設大量長距離輸送管線。繼建設西氣東輸一線、二線管道工程之后，我國西氣東輸三線已經 開工，四線、五線甚至七線、八線都在規劃研究之中。為降低建設成本，進一步提高國內天然 氣管道的輸送效率成為天然氣管道工業發展的方向。而進一步提高單管輸氣能力就能有效 地提高輸送效率。我國西氣東輸二線采用的X80鋼級、1219mm管徑、12MPa工作壓力的方案 只能達到300億m3/a的輸氣能力，未來國際上新一輪天然氣長輸管道項目單管輸氣量將達 到450~500億m3/a，需要進一步提高輸送壓力和管徑。壓力提高，意味著要提高管道用鋼的 鋼級或厚度。如果采用X80鋼級，三級地區的設計壁厚需達到37. 9mm，這對于提高鋼的止 裂韌性(落錘撕裂韌性）難度相當大；如果采用X90鋼級，不但壁厚減薄，用鋼量減小10%以 上，而且隨著強度的提高，安全性進一步提高。隨著對高強管線鋼的需求，X90、X100和X120 超高強度管線鋼已于2007年同時被列入了API5L和IS03183標準，但其研發情況卻不盡相 同。X100和X120的研究開發一度成為熱點，并相繼完成若干試驗段的建設。X90強度級別 介于X80和X100中間，但X90的開發和應用卻遠沒有X80與X100研究的多。在世界范圍 內始終看不到有關X90的論文和相關報道。
[0003] 因此開發大口徑X90級別寬厚鋼板及其工藝技術，意義重大。
[0004] 在其它因素不變的情況下，低合金高強鋼隨著強度的升高，材料的有效塑性和韌 性是逐漸下降的。而由于管線鋼的特殊應用環境，必須保證其應用的安全性。隨著科學的 不斷發展，有研究表明對于大于X80級別的管線鋼，原來的止裂韌性判定依據已經不適用 于更高強度級別的材料。塑性的降低對應用的安全性有較大的影響。因此，開發X90的 主要挑戰在于獲得較高強度的同時，要具有較高的韌性和塑性。2010年前，我國已進行了 X100直縫埋弧焊管的開發，迄今為止國內外開發的X100焊管還沒有得到真正的工程應用。 其強韌性配合與X100的實際應用還有很大距離。雖然基本力學性能能夠滿足API5L及 ISO3183的標準，但是其斷裂控制途徑根本不成熟，一方面，由于強度提高，均勻延伸過低 (〈3%)，屈強比過高（>0. 94);另一方面，Charpy能量很難達到300J以上。對于高強度鋼來 說，延性、低溫韌性，阻止延性斷裂能力是十分重要的。因此對于X90級別來說，也同樣面臨 這樣的問題。因此怎么樣在提高鋼的強度的同時，保證產品具有良好的低溫韌性和良好的 塑性，是X90開發面臨的大難題。
[0005] 中國專利申請號為201410266532X的文獻，其公開的"均勻變形伸長率UEL彡5%d 的X90管線鋼管及其制備方法"發明中提及了均勻變形伸長率為UEL> 5%的X90管線鋼 管，其均勻變形伸長率低于本發明UEL> 11%的性能指標，并且未能實現屈強比< 0. 75的 性能指標。并且其成分中含有較高的Cr，鋼板的硬度較高，影響焊接性能。
[0006] 中國專利申請號為20的文獻，其公開了"環焊縫性能優良的X90管線 鋼及其生產方法"，其內容是一種環焊縫較為優良的管線鋼，其Mn含量較高，在生產過程中 容易出現錳的中心偏析，可實現性差。并且硫磷含量較高，沒有詳細的制備方法，并且鈮的 含量較低。只強調了其環焊縫優良，并未涉及所發明X90管線鋼的性能指標。
[0007] 中國專利申請號為20的文獻，其公開的"一種X90管線鋼寬厚板及其 生產方法"
【發明內容】
化學成分與本發明不同，添加了釩，成本較高。并且其制造方法中涉及 的工藝與本發明不同。并且其組織為貝氏體+馬氏體+少量馬奧組織，這種組織強韌性好， 但塑性不良。與本發明是完全不同的兩種產品。
[0008] 中國專利申請號為20的文獻，其公開的"一種X90管線用鋼及其生產 方法"
【發明內容】
化學成分與本發明不同，低鈮高鉻，未添加Mo元素，但添加了B元素，雖然未 添加合金元素少，按照許多研究已表明：添加B能夠有效強化鋼板，但硼元素卻非常容易在 晶界析出，弱化其塑韌性，同時其生產工藝中軋后的冷卻速度達到42-70°C/s，目前寬厚板 生產企業的軋后冷卻設備能力不夠，尤其是厚度> 25mm的鋼板很難實現這么大的冷卻速 度，并且隨著冷卻速度的增加，寬度大于3000mm的寬厚鋼板板形難于保證。但其塑韌性不 好控制。
[0009] 中國專利申請號為200710045314. 3的文獻，其公開的"一種高強度X90管線用鋼 及其生產方法"
【發明內容】
化學成分與本發明不同，Mn(1. 55%-2. 50%)、Nb(0. 015%-0. 120%)、 Mo(<0.60%)、Cu(< 1.2%)、Cr(< 1.2%)、Ni(< 1.5%)、Cu(< 1.2%)含量范圍太寬，不 具備具體實施的條件，且S(< 0. 003%)、P(< 0. 015%)含量較高，沒有本發明的純凈度高， 影響產品的低溫沖擊韌性。并且其制造方法中涉及的工藝與本發明不同。并且其組織為單 一的貝氏體組織，難于達到較好的均勻伸長率，塑性不好。
[0010] 中國專利申請號為CN201310342839的文獻，其公開的"X90及以上牌號管線鋼精 煉時控制碳的方法"只涉及了超高強度管線鋼的冶煉方法，未涉及產品的成分設計、組織設 計以及所達到X90鋼板的性能指標。

【發明內容】

[0011] 本發明的目的就是針對上述存在的缺陷而提供一種直縫焊管用X90級別多相組 織管線鋼及其制造方法。本發明意在解決高強鋼強韌性與塑性不能兼得的矛盾，從對材 料的物理冶金原理、再結晶規律、相變規律等的研究實踐，發明一種創新性的X90級別高強 度管線鋼，這種管線鋼具有多相的微觀組織結構，并研究工藝的可實現性，從而實現了高 強高韌高塑性的完美結合。本發明的直縫埋弧焊管用X90級別的管線鋼板，其屈服強度 (RP0.2)彡555MPa，抗拉強度（Rm)彡695MPa，屈強比（RPQ2/Rm)彡0? 75,均勻伸長率（UEL) 彡11%，-20°CKV2> 300J，-15°CDWTT的SA彡85%的集高強高韌性和高塑性為一體的管 線鋼板。
[0012] 材料的性能由微觀組織結構決定，而組織結構