宽厚板轧钢新技术及先进高强钢品种开发技术
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2021年2月10日 ·12·
针状铁素体管线钢的成分、工艺设计要求
1)采用低的碳含量（≤0.06%)设计，提高钢的韧性、 延性，并具有良好的焊接性和抗蚀性；
2)采用Nb、V、Ti的微合金化设计，并添加Cu、Ni、 Mo 、Cr等;
3)在炼钢上采用低碳、超低硫和夹杂物形态控制的纯 净钢冶炼技术；
4)热轧采用控制轧制和控制冷却的热机械处理技术； 5)通过成分和工艺进行最终产品的组织控制，获得具
Charpy vE at -10deg.C(J)
300
300
200
200
X65-X70
100
Improvement in
100
toughness of HSS
0.0000
0.0010
0.0020
Sulfur Contents(wt.%)
0.0030
Correlation between Sulfur content and absorbed energy
➢ 钛Ti：是强的固N元素，高温稳定的细小 TiN粒子可有效 地阻碍奥氏体晶粒长大；有助于提高Nb在奥氏体中的固 溶度；对改善焊接热影响区的冲击韧性有明显作用。
2021年2月10日 ·7·
2021年2月10日 ·8·
终轧温度下固溶奥氏体中的铌
2021年2月10日 ·9·
Nb,V,Ti-析出和晶粒细化对HSLA钢机械性能作用对比
2021年2月10日 ·14·
管线钢的DWTT及其影响因素
• 铸坯偏析度的影响 碳元素的偏析同时伴随着Mn的偏 析, 偏析度越大轧制时越容易形成带状组织, 这对落锤 性能是不利的。
• 夹杂物的影响 夹杂物对钢的性能影响很大, 特别是韧 性。夹杂物的存在大大影响了钢的止裂韧性, 加速裂纹 的扩展, 降低管线钢的落锤性能。
控轧控冷及微合金化技术
2021年2百度文库10日 ·1·
TMCP工艺生产过程
2021年2月10日 ·2·
控轧工艺参数作用示意图
2021年2月10日 ·3·
2021年2月10日 ·4·
晶粒细化是有效地强韧化机制
2021年2月10日 ·5·
Properties influenced by microstructure and strengthening mechanisms
• 组织类型的影响 针状铁素体是抗裂纹扩展最有效的组 织, 主要因为此组织内部存在大量的位错, 在受到冲击 时位错相互缠绕, 与碳化物相互钉扎, 使裂纹扩展到此 处后很难通过, 因为裂纹的扩展是靠位错的运动实现的, 位错受到钉扎不易运动, 裂纹就不容易扩展。针状铁素 体的形态也很重要, 它无方向性, 晶界不是平直的, 裂纹 要沿晶界扩展就有难度。这就使裂纹沿晶界、晶内都 不易扩展, 最终表现为好的落锤性能。
≤ 0.97 (6) ≤ 0.90 (2)
>915
≤ 0.99 (6) ≤ 0.93 (2)
85%@-20°C (2) 75%@-20°C (2)
>6%
250 (5) *
Pcm≤0.20(2) Pcm≤0.25(6)
>3%
Not applicable. Crack arrestor
required
Pcm≤0.21 (2) Pcm≤0.25 (6)
Ductility
Parameter YS
(MPa) TS
(MPa) Y/T ratio
SATT DWTT
Uniform el.
X70 >485 >570 ≤0.90 (1) 85%@-20°C >8%
X80 >555 >625 ≤0.90 (1) 85%@-20°C >6%
Self-arrest of CVN toughness,
2021年2月10日 ·10·
管线钢的生产技术
2021年2月10日 ·11·
Pipe requirements
Item Yield Strength (6)
Tensile Strength (6) Work hardening capability Low-temperature toughness
* project specific; crack arrestors could be however necessary. (1) By ISO 3183-2:1996 (2) see references (Demopipe; Hillenbrand et al., (2004) and Asahi et al., 2004) (3) Calculated for X70, 56”x15.3mm, 75bar (0.72 SMYS) (4) Calculated for X80, 56”x26mm, 145bar (0.72 SMYS) (5) Calculated for X100, 36”x18.4mm, 200bar (0.72 SMYS) (6) By ISO/CD 3183 (2004-08-15) (7) Recommended values, to be agreed.
有高强度高韧性的针状铁素体组织。
2021年2月10日 ·13·
降低硫含量可以显著地提高管线钢的低温韧性
500 400
WT : 12.7 - 38.1mm Plate Making : ACC
X65-X70 : Cu-Ni-Nb-V Steel X100 : Cu-Ni-Mo-Nb-V steel
500 400
++
--
--
--
+
- (+)
-
- (+)
+
-
-
-
+
-
--
0
++
++
0
+
0
-
--
-
2021年2月10日 ·6·
微合金元素和其作用
➢ 铌Nb ：高温NbC应变诱导析出阻碍形变奥氏体的回复、 再结晶，使形变奥氏体在相变时转变为细小的相变产物， 对晶粒细化的作用十分明显。提高钢的强度和韧性。
➢ 钒V：具有较高的析出强化作用和较弱的晶粒细化作用， 主要是通过在铁素体中以VC析出强化来提高钢的强度。
propagating DF
min. (J)
125 (3)
177 (4)
Cold cracking resistance in welds
CEIIW or Pcm CE ≤ 0.43(1)(5)
(%)
Pcm≤0.25(6)
CE ≤ (1)(5) Pcm≤ (6)
X100 >690
X120 >830
>760
Carbon content Solid solution hardening Precipitation hardening Dislocation hardening Grain refinement Inclusions (Sulphur)
Strength Toughness Formability Weldability
针状铁素体管线钢的成分、工艺设计要求
1)采用低的碳含量（≤0.06%)设计，提高钢的韧性、 延性，并具有良好的焊接性和抗蚀性；
2)采用Nb、V、Ti的微合金化设计，并添加Cu、Ni、 Mo 、Cr等;
3)在炼钢上采用低碳、超低硫和夹杂物形态控制的纯 净钢冶炼技术；
4)热轧采用控制轧制和控制冷却的热机械处理技术； 5)通过成分和工艺进行最终产品的组织控制，获得具
Charpy vE at -10deg.C(J)
300
300
200
200
X65-X70
100
Improvement in
100
toughness of HSS
0.0000
0.0010
0.0020
Sulfur Contents(wt.%)
0.0030
Correlation between Sulfur content and absorbed energy
➢ 钛Ti：是强的固N元素，高温稳定的细小 TiN粒子可有效 地阻碍奥氏体晶粒长大；有助于提高Nb在奥氏体中的固 溶度；对改善焊接热影响区的冲击韧性有明显作用。
2021年2月10日 ·7·
2021年2月10日 ·8·
终轧温度下固溶奥氏体中的铌
2021年2月10日 ·9·
Nb,V,Ti-析出和晶粒细化对HSLA钢机械性能作用对比
2021年2月10日 ·14·
管线钢的DWTT及其影响因素
• 铸坯偏析度的影响 碳元素的偏析同时伴随着Mn的偏 析, 偏析度越大轧制时越容易形成带状组织, 这对落锤 性能是不利的。
• 夹杂物的影响 夹杂物对钢的性能影响很大, 特别是韧 性。夹杂物的存在大大影响了钢的止裂韧性, 加速裂纹 的扩展, 降低管线钢的落锤性能。
控轧控冷及微合金化技术
2021年2百度文库10日 ·1·
TMCP工艺生产过程
2021年2月10日 ·2·
控轧工艺参数作用示意图
2021年2月10日 ·3·
2021年2月10日 ·4·
晶粒细化是有效地强韧化机制
2021年2月10日 ·5·
Properties influenced by microstructure and strengthening mechanisms
• 组织类型的影响 针状铁素体是抗裂纹扩展最有效的组 织, 主要因为此组织内部存在大量的位错, 在受到冲击 时位错相互缠绕, 与碳化物相互钉扎, 使裂纹扩展到此 处后很难通过, 因为裂纹的扩展是靠位错的运动实现的, 位错受到钉扎不易运动, 裂纹就不容易扩展。针状铁素 体的形态也很重要, 它无方向性, 晶界不是平直的, 裂纹 要沿晶界扩展就有难度。这就使裂纹沿晶界、晶内都 不易扩展, 最终表现为好的落锤性能。
≤ 0.97 (6) ≤ 0.90 (2)
>915
≤ 0.99 (6) ≤ 0.93 (2)
85%@-20°C (2) 75%@-20°C (2)
>6%
250 (5) *
Pcm≤0.20(2) Pcm≤0.25(6)
>3%
Not applicable. Crack arrestor
required
Pcm≤0.21 (2) Pcm≤0.25 (6)
Ductility
Parameter YS
(MPa) TS
(MPa) Y/T ratio
SATT DWTT
Uniform el.
X70 >485 >570 ≤0.90 (1) 85%@-20°C >8%
X80 >555 >625 ≤0.90 (1) 85%@-20°C >6%
Self-arrest of CVN toughness,
2021年2月10日 ·10·
管线钢的生产技术
2021年2月10日 ·11·
Pipe requirements
Item Yield Strength (6)
Tensile Strength (6) Work hardening capability Low-temperature toughness
* project specific; crack arrestors could be however necessary. (1) By ISO 3183-2:1996 (2) see references (Demopipe; Hillenbrand et al., (2004) and Asahi et al., 2004) (3) Calculated for X70, 56”x15.3mm, 75bar (0.72 SMYS) (4) Calculated for X80, 56”x26mm, 145bar (0.72 SMYS) (5) Calculated for X100, 36”x18.4mm, 200bar (0.72 SMYS) (6) By ISO/CD 3183 (2004-08-15) (7) Recommended values, to be agreed.
有高强度高韧性的针状铁素体组织。
2021年2月10日 ·13·
降低硫含量可以显著地提高管线钢的低温韧性
500 400
WT : 12.7 - 38.1mm Plate Making : ACC
X65-X70 : Cu-Ni-Nb-V Steel X100 : Cu-Ni-Mo-Nb-V steel
500 400
++
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2021年2月10日 ·6·
微合金元素和其作用
➢ 铌Nb ：高温NbC应变诱导析出阻碍形变奥氏体的回复、 再结晶，使形变奥氏体在相变时转变为细小的相变产物， 对晶粒细化的作用十分明显。提高钢的强度和韧性。
➢ 钒V：具有较高的析出强化作用和较弱的晶粒细化作用， 主要是通过在铁素体中以VC析出强化来提高钢的强度。
propagating DF
min. (J)
125 (3)
177 (4)
Cold cracking resistance in welds
CEIIW or Pcm CE ≤ 0.43(1)(5)
(%)
Pcm≤0.25(6)
CE ≤ (1)(5) Pcm≤ (6)
X100 >690
X120 >830
>760
Carbon content Solid solution hardening Precipitation hardening Dislocation hardening Grain refinement Inclusions (Sulphur)
Strength Toughness Formability Weldability