CN103740925A - 采用喷射和层流冷却联动生产高强韧性管线钢的方法 - Google Patents

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Abstract

一种采用喷射和层流冷却联动生产高强韧性管线钢的方法，属于中厚板生产技术领域。根据钢板的化学成分测定钢板过冷奥氏体连续冷却转变曲线CCT曲线钢板化学成分为：C：0.045～0.075;Si:0.1～0.3;Mn：1.55～1.85;Nb:0.045～0.085；Mo:0.1～0.2；Ni:0.1～0.3；Ti:0.01～0.02，余量为Fe和不可避免的杂质。优点在于，解决了喷射式冷却生产X80级别以上管线钢钢板韧性偏低、层流冷却生产X80级别以上管线钢钢板强度偏低的问题，达到生产高强韧性管线钢。

Description

采用喷射和层流冷却联动生产高强韧性管线钢的方法
技术领域
本发明属于中厚板生产技术领域，特别是涉及一种采用喷射和层流冷却联动生产高强韧性管线钢的方法。
背景技术
目前高水平中厚板轧机后普遍配备了喷射冷却设备和层流冷却设备，喷射式冷却设备冷却冷能力较强，20mm的钢板冷却速度能够达到40℃/s，层流冷却设备针对20mm钢板冷速能够达到20℃/s。首秦超快冷冷却***(UFC)和层流冷却西马克设计ACC加速冷却***是目前喷射式冷却和层流冷却***的代表，UFC冷却设备具备冷却能力强、冷却均匀性好的特点，能够较好的保证钢板强度性能及钢板板型，ACC冷却设备冷却钢板冷却能力适中，具备钢板厚度方向组织均匀的特点，能够较好的保证钢板的韧性，这两种冷却设备均目前被国内中厚板企业普遍使用。高强度管线钢（X80级别以上）对强度和韧性要求均较高，以西三线X80为例，钢板屈服强度标准520MPa，抗拉强度标准625MPa，-20度冲击功标准220J，-15度落锤标准85，较高的性能要求对钢板的冷却工艺要求严格，如使用单独的喷射冷却模式虽然能够保证钢板强度，但冲击功及落锤性能损失较大，不能满足标准要求，单独的ACC层流冷却***虽然韧性较好，但冷却能力弱且冷却后表面温度不均匀，强度偏低且板型情况较差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种采用喷射和层流冷却联动生产高强韧性管线钢的方法，解决了喷射式冷却生产X80级别以上管线钢钢板韧性偏低、层流冷却生产X80级别以上管线钢钢板强度偏低的问题，达到生产高强韧性管线钢。
本发明通过优化整合UFC和ACC集管组数，设计了喷射式冷却和层流冷却的联动冷却方案，并应用于19～25mm高强度管线钢生产，达到了兼顾钢板的强度及韧性，同时改善钢板板型的目的。
本发明基于首秦超快速冷却***(Ultra fast cooling,UFC)和层流冷却***（Accelerated control cooling，ACC），UFC冷却***长度7m，共有9组集管，采用喷射式冷却，其供水压力达到0.5～0.8Mpa，ACC层流装置长24米，共计15组集管。钢板轧制完成后，以较高的温度进入UFC冷却，高温段采用超快冷可抑制相变过程铁素体的尺寸长大，细化先共析铁素体，在钢板发生部分铁素体转变时结束UFC冷却以一定的温度进入ACC***冷却，剩余奥氏体在ACC的作用下继续完成铁素体和贝氏体的转变，采用ACC冷却时冷速不大，可避免形成过冷的贝氏体组织。通过采用UFC和ACC联动方式的冷却，可匹配钢板组织形态，生产高强韧性钢板。
轧机、UFC、ACC设备布置如图1所示，钢板经轧机轧制完成后进入UFC***冷却，然后进入ACC***冷却，在UFC前、UFC与ACC之间、ACC之后均有高温计用于检测钢板冷却过程中主要温度参数，UFC及ACC冷却集管要连续布置。
工艺及控制的技术参数步骤如下：
根据钢板的化学成分测定钢板过冷奥氏体连续冷却转变曲线（CCT曲线），如图2为某规格X80管线钢CCT曲线，钢板化学成分如下：
C：0.045～0.075;Si:0.1～0.3;Mn：1.55～1.85;Nb:0.045～0.085；Mo:0.1～0.2；Ni:0.1～0.3；Ti:0.01～0.02，余量为Fe和不可避免的杂质。
1）通过CCT曲线得到钢板在不同冷速下铁素体的转变温度区间，钢板进入UFC的温度范围760～820℃，在联动冷却模式下通常要求19～25mm钢板在UFC冷却阶段冷却速度为20～40℃/s，由图可知当钢板的冷却速度20℃/s时，X80管线钢铁素体温度转变区间通常为550-700℃，可知钢板出UFC的温度范围为550-700℃。
2）通过CCT曲线可知钢板的贝氏体温度转变区间，在联动冷却模式下要求19～25mm钢板在ACC冷却阶段冷却速度10～20℃/s，由图可知X80管线钢贝氏体温度转变区间在550℃以下，实际控制要求终冷温度400-550℃。
3）根据钢板在UFC冷却阶段及ACC冷却阶段冷速及终冷温度的要求设计冷却规程：在UFC冷却阶段通过设计集管流量、辊道速度、集管组数控制钢板在UFC阶段的终冷温度及冷速，集管流量调节范围150～270m3/h，水比调节范围1.0～2.0辊道速度调节范围0.5～1.5m/s，集管组数调节范围5～9组；在ACC冷却阶段通过设计集管流量、辊道速度、集管组数控制钢板在ACC阶段的终冷温度及冷速，集管流量调节范围200-500L/m2*min，水比调节范围1.2～3.0，辊道速度调节范围0.5-1.5m/s，集管组数调节范围1-5组。
目前UFC+ACC联动冷却模式可覆盖厚度范围19～25mmX80级别以上高强度管线钢，钢板力学性能稳定，板型良好，大幅提高了钢板产品质量，提高了客户满意度与产品竞争力。
附图说明
图1为联动冷却模式示意图。其中，轧机1、超快冷冷却***（UFC）2、层流冷却***（ACC）3、超快冷入口测温计4、UFC出口测温计5、ACC出口测温计6、钢板7。
图2为X80CCT曲线（900℃奥氏体化，变形率30%）
图3为钢板CCT曲线（19.1mm X80管线钢）
图4为钢板CCT曲线（25mm X80管线钢），（900℃奥氏体化，变形率30%）。
具体实施方式
实例1：19.1mm X80管线钢
1）钢板CCT曲线（见图3）
图3中的冷速分别为0.05、0.1、0.2、0.5、1、2、5、10、20和30℃/s
2）根据CCT曲线，冷速在30℃/s时贝氏体相变开始温度为550℃，确定UFC冷却终冷温度目标600℃，冷速30℃/s，ACC阶段终冷温度450-500，冷速18℃/s。
具体工艺参数如下：
钢板规格 开冷温度 冷却方式 UFC冷速 UFC终冷 ACC冷速 ACC终冷
19.1mm 780 UFC-ACC联动冷却 30℃/s 600℃ 18℃/s 450-500
3）设计钢板冷却规程如下
钢板采用8组UFC集管+4组ACC集管冷却，联动冷却规程设定参数如下：
Figure BDA0000447470950000031
4）钢板力学性能
屈服强度要求：530～670MPa
抗拉强度要求：625～825MPa
-15℃落锤要求：均值＞85
-20℃冲击要求：均值＞230J
经力学性能检验，19.1mmX80采用UFC+ACC联动方式冷却，钢板屈服强度范围在550-600MPa，抗拉强度范围在670-720MPa，-20℃冲击功均值在350J以上，-15℃落锤均值达到93，钢板强度及韧性均良好，满足工业化生产要求。
实例2：25mm X80管线钢
1）钢板CCT曲线（见图4）
2）根据CCT曲线，确定UFC冷却终冷温度目标600℃，冷速25℃/s，ACC阶段终冷温度450-500，冷速15℃/s。
工艺参数如下：
钢板规格 开冷温度 冷却方式 UFC冷速 UFC终冷ACC冷速 ACC终冷
25mm 780 UFC+ACC联动冷却 25℃/s 600℃15℃/s 450-500
3）设计钢板冷却规程如下
钢板采用9组UFC集管+4组ACC集管冷却，联动冷却规程设定参数如下：
Figure BDA0000447470950000041
4）钢板力学性能
屈服强度要求：530～670MPa
抗拉强度要求：625～825MPa
-51℃落锤要求：均值＞40
-51℃冲击要求：均值＞120J
经力学性能检验，25mmX80采用UFC+ACC联动方式冷却，钢板屈服强度范围在530-590MPa，抗拉强度范围在650-700MPa，-51℃冲击功均值在280J以上，-15℃落锤均值达到50以上，钢板板型情况良好，满足工业化生产要求。
通过大量研究发现，针对19～25mm厚度规格钢板，采用联动方式冷却，钢板终冷温度命中率较高，命中率在±20℃以内，同时钢板强韧性能均优异，屈服强度富裕量在30MPa以上，抗拉强度富裕量在40Mpa以上，钢板冲击功富裕量较大，同时板型情况良好，可实现工业化大生产。

Claims (1)

1.一种采用喷射和层流冷却联动生产高强韧性管线钢的方法，所述的管线钢化学成分为：C：0.045～0.075;Si:0.1～0.3;Mn：1.55～1.85;Nb:0.045～0.085；Mo:0.1～0.2；Ni:0.1～0.3；Ti:0.01～0.02，余量为Fe和不可避免的杂质；其特征在于，工艺及控制的技术参数步骤如下：
1）通过CCT曲线得到钢板在不同冷速下铁素体的转变温度区间，钢板进入UFC的温度范围760～820℃，在联动冷却模式下通常要求19～25mm钢板在UFC冷却阶段冷却速度为20～40℃/s，X80管线钢铁素体温度转变区间为550-700℃，钢板出UFC的温度范围为550-700℃；
2）通过CCT曲线可知钢板的贝氏体温度转变区间，在联动冷却模式下要求19～25mm钢板在ACC冷却阶段冷却速度10～20℃/s，X80管线钢贝氏体温度转变区间在550℃以下，实际控制要求终冷温度400-550℃；
3）在UFC冷却阶段通过设计集管流量、辊道速度、集管组数控制钢板在UFC阶段的终冷温度及冷速，集管流量调节范围150～270m3/h，水比调节范围1.0～2.0辊道速度调节范围0.5～1.5m/s，集管组数调节范围5～9组；在ACC冷却阶段通过设计集管流量、辊道速度、集管组数控制钢板在ACC阶段的终冷温度及冷速，集管流量调节范围200-500L/m2*min，水比调节范围1.2～3.0，辊道速度调节范围0.5-1.5m/s，集管组数调节范围1-5组。
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