CN102978307A - 一种减量化生产管线钢的工艺 - Google Patents

Abstract

一种减量化生产管线钢的工艺，属于冶金技术领域。通过高炉炼铁过程中对铁水进行脱硫处理，在炼钢过程中减少合金元素的用量提高合金收得率等手段简化成分设计，并通过钙化处理、氩气包底软吹处理等工艺控制夹杂物形态和数量，在轧钢阶段通过两阶段控制轧制和层流冷却技术，来获得多边形铁素体、粒状贝氏体和少量珠光体组成的组织。适用于S485、S450、S415、S390、S360以及API相关标准中的X70、X65、X60、X56、X52等相对应的管线钢。优点在于，相对于传统工艺，减少了铁水预处理和RH精炼的工艺过程，给中、小钢铁企业生产窄断面、薄规格的高级别管线钢一种良好的手段。

Description

一种减量化生产管线钢的工艺

技术领域

本发明属于管线钢技术领域，特别涉及一种减量化生产管线钢的工艺。适用于S485、S450、S415、S390、S360以及API相关标准中的X70、X65、X60、X56、X52等相对应的管线钢。

背景技术

我国管线钢的理论研究伴随着管道工程建设的进步而发展。随着2003年“高强度管线钢的重大工艺基础研究”等国家基础攻关、应用基础研究及技术开发项目的开展，我国管线钢的研究及生产迅速发展。伴随着西气东输一期、二期工程的竣工，我国实现了工业级的S485级管线钢生产，打破了国外对高级别管线钢的长期垄断，并实现出口。但对S485级管线钢针状铁素体组织结构的认识仍存在较多的分歧。另外，随科技的进步和对资源、环境的重视，如何利用简单化学成分的钢铁材料，简化生产工艺环节，通过加工过程的控制来有效地提高材料的综合性能，从而减少材料的使用量、提高使用寿命，即实现管线钢的减量化生产，成为当前钢铁材料研究的主要方向。

目前虽然S485级管线钢已经能实现工业化生产，但大多数生产企业都采用铁水预处理+转炉+LF精炼+RH精炼+连铸+控轧控冷的工艺过程，该工艺过程复杂，控制参数较多，设备投资过大，不利于中、小钢铁企业规模化生产。尤其像RH精炼炉设备投资费用高，利用系数低。而西气东输三期工程即将开工，各支线以及城市管网仍需要大量的S485级以及低级别的窄断面（685mm~1250mm）、薄规格（6~12mm）管线钢，这些规格范围采用大机组生产成本过高，需要一种新的工艺来降低S485及以下级别的小规格管线钢，来不断的适应市场的需求。

国内关于管线钢的专利虽然很多，如转炉-RH-LF-连铸生产管线钢的工艺，申请号：200810020314.2，包括转炉过程和终点控制、留氧出钢工艺、RH脱碳脱气工艺、RH脱氧合金化工艺和LF脱硫工艺。再如高强度高韧性输送管线钢及其制备方法，申请号：200410013265.1，对管线钢的成分及轧钢温度控制工艺进行了阐述。但是这些专利只是从局部工艺或过程来阐述管线钢的生产工艺或化学成分，还没有一个专利对钢铁冶金从炼铁、炼钢、轧钢以及成分设计和组织状态的全流程上进行详细的描述。

发明内容

本发明的目的在于提供一种减量化生产管线钢的工艺，相对于传统工艺，减少了铁水预处理和RH精炼的工艺过程，是中、小钢铁企业生产窄断面（685～1250mm）、薄规格（6～12mm）高级别管线钢的良好手段。

本发明主要通过高炉炼铁过程中对铁水进行脱硫处理，在炼钢过程中减少合金元素的用量提高合金收得率等手段简化成分设计，并通过钙化处理、氩气包底软吹处理等工艺控制夹杂物形态和数量，在轧钢阶段通过两阶段控制轧制和层流冷却技术，来获得多边形铁素体、粒状贝氏体和少量珠光体组成的组织。适用于S485、S450、S415、S390、S360以及API相关标准中的X70、X65、X60、X56、X52等相对应的管线钢。艺步骤及控制的技术参数如下：

1、高炉冶炼：保证合理炉料结构的同时，需要控制高炉的铁水温度1440~1480℃，还要保证高炉的物理热能即铁水中的硅含量在0.40%～0.70%之间波动，同时保证高炉上料的碱度1.2～2，最终可以保证出炉铁水中的硫含量0~0.025%。

2、转炉炼钢：保证出钢时钢渣碱度在3.5～4之间波动，磷含量0～0.020%，硫含量控制在0～0.020%。出钢时大气量(1.0~1.5MPa)搅拌，保证顶渣充分熔融及夹杂物上浮效果。

3、LF精炼：出精炼炉前喂入纯钙线，保证Ca/Al：0.09～0.13；之后喂入钛线100～200米，保证成品Ti含量在0.015%～0.025%间；喂线期间，钢包采用吹氩气进行弱搅拌，以钢液面涌动，钢水不裸露为宜，喂线后保证有效净软吹时间10～15分钟；

4、连铸：保证中包过热度5～25℃，同时必须保证电磁搅拌的开启，防止铸坯偏析的发生。

5、加热炉：连铸后的钢坯，需在车间堆放，缓慢冷却至常温～200℃方可送入加热炉进行加热。

6、轧钢：保证精轧机入口温度控制在970～1035℃，精轧机出口的温度控制在810～840℃，卷曲温度控制在600±15℃，同时保证冷却速度在15～17℃/s。最终将得到多边形铁素体、粒状贝氏体和少量珠光体组成的组织。

本发明的主要原理还是钢铁的纯净化的原理，通过简化整个管线钢冶炼工艺过程，降低合金料特别是高价格合金料消耗的过程来达到减量化生产S485等高级别管线钢的目的。

在高炉炼铁阶段进行合理的配料，控制高炉炉温将铁水脱硫的过程提前到高炉出铁的过程以前，从而省略了铁水预处理的工艺环节，从而降低转炉脱硫的负担。保证管线钢中硫含量低于合理的水平。

在转炉炼钢过程中，通过控制转炉的钢水温度及碱度等措施进行脱磷处理，同时在合金化的过程中不再添加钼合金和钒合金，减少管线钢中的合金用量，钛合金在精炼结束后加入提高钛合金收得率，采用低碳高锰的工艺路线，合理的调配各种元素的比例，从而达到降低合金成本的目的。

通LF精炼炉的冶炼进行二次脱硫处理，同时完成去除夹杂物的过程。因为管线钢力学性能不合，大多数与夹杂物的级别太高有关，通过在精炼工序结束前先喂入钙线，对夹杂物进行钙化处理，使之易于上浮。之后在钢包中喂入一定量的钛线从而保证钛合金的收得率。在连铸阶段采用电磁搅拌技术，保证铸坯的偏析控制在合理的范围。

全部管线钢连铸坯均采用冷装炉工艺，保证连铸坯经过奥氏体到铁素体再到奥氏体的两次完整相变过程，完成组织转变的同时，保证Nb(C,N)、Ti(C,N)的充分析出从而达到析出强化的目的。

在轧制阶段保证精轧机的入口温度、出口温度以及卷取温度，以保证两阶段控制轧制的目的，同时采用合理的冷却方式，得到理想的组织，使管线钢的组织充分细化。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、对于中小型带钢生产企业，轧钢机组的断面通常在650至1500mm直接，没有铁水预处理或者RH精炼炉等大型设备，本专利简化了管线钢的生产工艺过程，降低了高级别管线钢的生产成本，解决了中小型带钢生产企业装备不足，难于生产高级别管线钢的问题。

2、本发明减少了采用精炼后加钛合金的方法，保证了钛合金收得率，同时不再添加钼合金和钒合金，降低了合金的成本。

3、通过控轧控冷工艺，得到了铁素体+珠光体+少量贝氏体的组织，相对于传统针状铁素体的金相组织，展现了更加优异的韧性，该方法工业化生产的S485管线钢的低温韧脆转变温度为FATT₅₀到达了-70℃以下，比常规工艺生产的产品低了将近30℃。

附图说明

图1 为本发明的工艺流程图。

具体实施方式

实施例1

某企业按如下工艺生产的S485管线钢，断面尺寸为12.0*1020mm。

1、高炉冶炼：高炉的铁水温度1461℃，硅含量在0.48%，高炉上料的碱度在1.8，硫含量在0.017%。

2、转炉炼钢：钢渣碱度在3.75，磷含量0.018%，硫含量控制在0.015%。

3、LF精炼：喂入纯钙线185米，喂入钛线123米，有效净软吹时间12.5分钟；

4、连铸：浇注温度1552℃，同时必须保证电磁搅拌的开启，防止铸坯偏析的发生。

5、加热炉：钢坯全部冷却到室温送入加热炉。

6、轧钢：保证精轧机入口温度控制在1015℃，精轧机出口的温度控制在823℃，卷曲温度控制在605℃，同时保证冷却速度在16℃/s。最终将得到多边形铁素体、粒状贝氏体和少量珠光体组成的组织。。

在国家钢铁产品质量监督检验中心测试结果如下，具体化学成分如表1所示。

表1  S485，δ12mm化学成分分析结果及标准规定对照（wt./%），余量为：Fe

注：碳当量计算公式：

(1)当碳含量（Wt.%）大于0.12时，碳当量计算式为：

$\mathrm{CE}\left(\mathrm{IIW}\right)=C+\frac{\mathrm{Mn}}{6}+\frac{(\mathrm{Cr}+\mathrm{Mo}+V)}{5}+\frac{(\mathrm{Ni}+\mathrm{Cu})}{15}$

(2)当碳含量（Wt.%）小于或等于0.12时，碳当量计算式为：

$\mathrm{CE}\left(\mathrm{Pcm}\right)=C+\frac{\mathrm{Si}}{30}+\frac{\mathrm{Mn}}{20}+\frac{\mathrm{Cu}}{20}+\frac{\mathrm{Ni}}{60}+\frac{\mathrm{Cr}}{20}+\frac{\mathrm{Mo}}{15}+\frac{V}{10}+5B$

钢板横向夏比冲击功为188.8J，钢板的韧脆转变温度为-72.2℃，钢板的拉伸试验结果如表2所示。

表2  S485，δ12mm拉伸力学性能试验结果

S485,δ12mm钢板	Rm(MPa)	Rt0.5(MPa)	Rt0.5/Rm	A(%)
					(GB/T 14164-2005)	570~755	485~620	/	≥16
横向试样	615	544	0.88	33.5
					(50×38mm)	616	545	0.88	33

参照标准GB/T 14164-2005《石油天然气输送管用热轧宽钢带》对试验结果进行分析判定，结论如下：

1）韧脆性转变温度FATT₅₀为-72.2 ℃。

2）钢板S485，δ12mm钢板的母材最大硬度为201HV₁₀，不同区域的硬度相差较小、分布较为均匀。

3）钢板显微组织由多边形铁素体、粒状贝氏体和少量珠光体组成，晶粒度级别为12.5级。

4）钢板的化学成分、拉伸力学性能、冲击力学性能、非金属夹杂物级别以及导向弯曲试验结果均符合相关标准的技术规范要求。

最后说明的是，以上实施例仅以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行参数范围内的修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种减量化生产管线钢的工艺，其特征在于，工艺步骤及控制的技术参数如下：

（1）高炉冶炼：控制高炉的铁水温度1440~1480℃，铁水中的硅含量在0.40%～0.70%之间，同时高炉上料的碱度1.2～2，最终出炉铁水中的硫含量0~0.025%；

（2）转炉炼钢：出钢时钢渣碱度在3.5～4之间，磷含量0～0.020%，硫含量控制在0～0.020%；出钢时1.0~1.5MPa搅拌，使顶渣充分熔融及夹杂物上浮；

（3）LF精炼：出精炼炉前喂入纯钙线，Ca/Al：0.09～0.13；之后喂入钛线100～200米，成品Ti含量在0.015%～0.025%间；喂线期间，钢包采用吹氩气进行弱搅拌，使钢液面涌动，钢水不裸露，喂线后净软吹时间10～15分钟；

（4）连铸：中包过热度5～25℃，同时电磁搅拌开启，防止铸坯偏析；

（5）加热炉：连铸后的钢坯在车间堆放，缓慢冷却至常温～200℃，送入加热炉进行加热；

（6）轧钢：精轧机入口温度控制在970～1035℃，精轧机出口的温度控制在810～840℃，卷曲温度控制在585～615℃，同时冷却速度在15～17℃/s；最终将得到多边形铁素体、粒状贝氏体和少量珠光体组成的组织。

2.根据权利要求1所述的减量化生产管线钢的工艺，其特征在于，该工艺适用于S485、S450、S415、S390、S360以及API相关标准中的X70、X65、X60、X56、X52相对应的管线钢。

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