CN104513928A - 含钒中级别石油天然气输送管用热轧宽带钢生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含钒中级别石油天然气输送管用热轧宽带钢生产方法,包括下述步骤:150吨转炉提钒→150吨转炉冶炼→LF精炼→板坯连铸→加热→高压水除鳞→控制轧制→控轧冷却→卷取;热轧宽带钢的化学成分增加微合金元素钒。本发明添加微合金元素钒代替进口铌元素,并配合控轧控冷工艺和低温大压下技术来控制各相的比例,不仅使得在原料使用及价格方面拥有充分自主权,提高了板坯质量,降低了生产难度及生产成本,并且实现中级别管线钢所要求的力学性能、微观组织及其它综合性能。
Description
技术领域
本发明涉及冶金技术领域,尤其是一种含钒中级别石油天然气输送管用热轧宽带钢生产方法。
背景技术
管线钢指用于制造石油、天然气输送管道及容器的热轧板、带钢,2013年,我国生产热轧卷板产品18270.7万吨,其中管线钢产量超1000万吨,在国民经济发展中占据重大作用。并且随着国家西气东输工程的不断进行,作为直线管道配套使用的中低级别管线钢的需求将逐步扩大。
目前国内钢铁企业生产X42M、X46M、X52M、X56M级别管线钢(以下简称中级别管线钢),为保证所达到力学、晶粒度、带状组织、冲击、落锤等检验要求强度,普遍采用添加铌、或铌加钛微合金复合强化体系,但中国是铌资源贫乏国家,其主要产地为巴西、澳大利亚、加拿大等国家,尤其是巴西冶金及矿业有限公司控制了世界85%的铌生产,势必导致铌的价格垄断,进而造成丧失以铌为原料产品价格的话语权,在一定程度上受制于人,同时根据当前许多专家、学者的大量研究,发现铌对钢的高温延展性的影响最大,认为铌加深了低塑性温度曲线,使低塑性温度区更大、温度更低,从而造成含铌板坯最易产生质量缺陷,横裂纹的存在,不但增加板坯降级和报废量,更严重的是会导致钢板边部组织异常,致密性差,冲击韧性和强度降低,因此为防止含铌钢表面横裂纹需制定非常严苛的生产措施,势必加大板坯的生产难度及成本的上升。甚至有些钢铁企业采用切除角部的办法来解决含铌板坯角部裂纹问题,造成大量经济损失的同时,极大的延误了生产时间,同时所带来的交货期延长、占用库存、人力资源等间接损失更是难以估量。
我国钒资源非常丰富,无论是资源储备,还是钒产量均位于世界第一位,原料资源的保证,这就在一定程度上保证了含钒产品的价格拥有充分的自主权,尤其是随着对钒研究的不断深入,以及钒微合金化、晶粒细化、控轧控冷、低温大压下、形变诱导相变等技术的发明应用,为可能生产含钒中级别石油天然气输送管用热轧宽带钢提供了技术支撑。
发明内容
本发明提供一种含钒中级别石油天然气输送管用热轧宽带钢生产方法,添加微合金元素钒代替进口铌元素,并配合控轧控冷工艺和低温大压下技术来控制各相的比例,不仅使得在原料使用及价格方面拥有充分自主权,提高了板坯质量,降低了生产难度及生产成本,并且实现中级别管线钢所要求的力学性能、微观组织及其它综合性能。
本发明所采取的技术方案是:
一种含钒中级别石油天然气输送管用热轧宽带钢生产方法,包括下述步骤:150吨转炉提钒→150吨转炉冶炼→LF精炼→板坯连铸→加热→高压水除鳞→控制轧制→控轧冷却→卷取;
所述控制轧制包括粗轧轧制→热卷箱→精轧轧制。
热轧宽带钢的化学成分增加微合金元素钒,不同强度级别热轧宽带钢的成分的质量百分比为:
X42M成分的质量百分比为:C 0.08~0.10%、Si≤0.25%、Mn 0.65~0.75%、P≤0.018%、S≤0.008%、V 0.020~0.030%、ALs 0.015~0.035%;
X46M成分的质量百分比为:C 0.08~0.10%、Si≤0.25%、Mn 0.85~0.95%、P≤0.018%、S≤0.008%、V 0.040~0.050%、ALs 0.015~0.035%;
X52M成分的质量百分比为:C 0.08~0.10%、Si≤0.25%、Mn 1.05~1.15%、P≤0.015%、S≤0.005%、V 0.060~0.070%、ALs 0.015~0.035%;
X56M成分的质量百分比为:C 0.08~0.10%、Si≤0.25%、Mn 1.25~1.35%、P≤0.015%、S≤0.005%、V 0.080~0.090%、ALs 0.015~0.035%。
所述卷取温度为540~580℃。
所述钢坯开轧温度为1180~1220℃。
所述精轧出口温度为820~850℃。
所述后三道次总压下量≥30%。
本发明的成分设计:中级别管线钢的化学成分就是在常规强化元素C、Mn的基础上,根据不同强度级别,增加不同的微合元素钒,添加钒的作用是通过形成V(C,N)影响钢的组织和性能,主要在奥氏体晶界的铁素体中沉淀析出,在轧制过程中能抑制奥氏体的再结晶并阻止晶粒长大,从而起到细化铁素体晶粒、提高钢的强度和韧性,同时满足管线钢所要求的抗夏比冲击、落锤撕裂性能、以及所要求达到的晶粒度级别。
轧制工艺:采用控轧控冷和低温大压下技术,控制加热时间保证铸坯加热时钒均匀分布,轧制时钢坯开轧温度按1180~1220℃范围控制,精轧出口温度按820~850℃范围控制、且后三道次总压下量≥30%,卷取温度按540~580℃范围控制,保证晶界析出细小可控的碳化物、氮化物和碳氮化物,起到钉扎作用阻止晶粒长大,最终实现细晶强化、固溶强化和沉淀析出强化作用从而得到理想的微观组织和优异的力学性能。
本发明根据钒强化机理和轧制强化机理:
1)钒强化机理:
钒是位于元素周期表第四周期第VB族的过度族金属元素,是强的碳化物和氮化物形成元素,具有低等的细晶强化和高等的沉淀析出强化作用,钒在钢中主要以氮化钒、碳化钒和碳氮化钒和固溶钒形式存在。钒微合金化钢的强韧化机理主要是靠晶粒细化、沉淀析出强化和固溶强化实现的。
2)轧制强化机理:
轧制工艺引起强度的变化主要体现在晶粒度的变化和相体积百分比的变化。晶粒细化既可提高强度也可提高韧性,可获得强韧性优异的性能,一般每提高晶粒度1级可提高强度15~35MPa。珠光体是强度较高的组织,铁素体是塑韧性较好的组织,在铁素体和珠光体的复相组织中,每提高1%的珠光体体积百分含量可提高强度5MPa。采用控制轧制和控制冷却技术来限定开轧温度和精轧温度是为了获得所需要的复相组织,采用低温大压下技术保证精轧后三道次压下量≥30%可促使铁素体形变诱导相变,增加位错密度和细化晶粒来提高强度。故通过控轧控冷和低温大压下技术可有效实现对晶粒度和相比例的控制,从而实现对强度的控制。
本发明的特点是在常规强化元素碳、锰的基础上仅添加微合金钒元素,并配合控轧控冷工艺和低温大压下技术改变碳化物、氮化物或碳氮化物析出量、尺寸等来控制各相的比例、形态、大小及分布,增加固溶和沉淀析出强化以及细晶强化作用,从而实现中级别管线钢各牌号所要求的力学性能、微观组织、及其它各项综合性能。
采用本发明所生产的含钒中级别各牌号管线钢,由于仅添加我国产量丰富的微合金元素钒,代替当前各厂家普遍使用进口铌元素,使得在原料使用及价格方面拥有充分自主权,同时由于钒元素在钢中特性极大降低板坯的裂纹敏感性,提高了板坯质量,降低了生产难度,及生产成本。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于:
本发明添加微合金元素钒代替进口铌元素,并配合控轧控冷工艺和低温大压下技术来控制各相的比例,不仅使得在原料使用及价格方面拥有充分自主权,提高了板坯质量,降低了生产难度及生产成本,并且实现中级别管线钢所要求的力学性能、微观组织及其它综合性能。
具体实施方式
采用本发明生产的厚度3.75至17.5mm、宽度1000至1620mm中级别各牌号管线钢累计约10万吨,且均已交付下游用户加工制管后使用,其力学性能、显微组织、抗冲击、抗落锤撕裂性能等其它各项性能均满足相关标准及用户使用要求。
实施例1
X42M管线钢:
各成分的质量百分比为:0.09%C,0.20%Si,0.70%Mn,0.025%V,0.005%S,0.016%P,0.022%ALs,经150吨转炉提钒、150吨转炉冶炼、LF精炼、板坯连铸、加热、高压水除鳞、控制轧制(粗轧轧制→热卷箱→精轧轧制)、控轧冷却、卷取过程生产。轧制时钢坯开轧温度为1180℃,精轧出口温度为840℃,且精轧后三道次总压下量为32%[雨林木风1] ,卷取温度为540℃,得X42M管线钢。
实施例2
X46M管线钢:
各成分的质量百分比为:0.09%C,0.18%Si,0.89%Mn,0.045%V,0.005%S,0.013%P,0.020%ALs,经150吨转炉提钒、150吨转炉冶炼、LF精炼、板坯连铸、加热、高压水除鳞、控制轧制(粗轧轧制→热卷箱→精轧轧制)、控轧冷却、卷取过程生产。轧制时钢坯开轧温度为1200℃,精轧出口温度为830℃,且精轧后三道次总压下量为35%,卷取温度为580℃,得X46M管线钢。
实施例3
X52M管线钢:
各成分的质量百分比为:0.09%C,0.17%Si,1.09%Mn,0.065%V,0.004%S,0.014%P,0.024%ALs,经150吨转炉提钒、150吨转炉冶炼、LF精炼、板坯连铸、加热、高压水除鳞、控制轧制(粗轧轧制→热卷箱→精轧轧制)、控轧冷却、卷取过程生产。轧制时钢坯开轧温度为1190℃,精轧出口温度为820℃,且精轧后三道次总压下量为36%,卷取温度为560℃,得X52M管线钢。
实施例4
X56M管线钢:
各成分的质量百分比为:0.09%C,0.15%Si,1.30%Mn,0.085%V,0.005%S,0.012%P,0.021%ALs,经150吨转炉提钒、150吨转炉冶炼、LF精炼、板坯连铸、加热、高压水除鳞、控制轧制(粗轧轧制→热卷箱→精轧轧制)、控轧冷却、卷取过程生产。轧制时钢坯开轧温度为1220℃,精轧出口温度为850℃,且精轧后三道次总压下量为39%,卷取温度为550℃,得X56M管线钢。
[雨林木风2]
X42M管线钢:各成分的质量百分比为:0.08%C,0.15%Si,0.65%Mn,0.020%V,0.004%S,0.016%P,0.015%ALs,生产方法同实施例1。
实施例6
X42M管线钢:各成分的质量百分比为:0.10%C,0.25%Si,0.75%Mn,0.030%V,0.008%S,0.012%P,0.035%ALs,生产方法同实施例1。
实施例7
X46M管线钢:各成分的质量百分比为:0.08%C,0.05%Si,0.85%Mn,0.040%V,0.006%S,0.018%P,0.015%ALs,生产方法同实施例2。
实施例8
X46M管线钢:各成分的质量百分比为:0.10%C,0.25%Si,0.95%Mn,0.050%V,0.008%S,0.012%P,0.035%ALs,生产方法同实施例2。
实施例9
X52M管线钢:各成分的质量百分比为:0.08%C,0.10%Si,1.05%Mn,0.060%V,0.003%S,0.015%P,0.015%ALs,生产方法同实施例3。
实施例10
X52M管线钢:各成分的质量百分比为:0.10%C,0.25%Si,1.15%Mn,0.070%V,0.005%S,0.011%P,0.035%ALs,生产方法同实施例3。
实施例11
X56M管线钢:各成分的质量百分比为:0.08%C,0.10%Si,1.25%Mn,0.080%V,0.003%S,0.015%P,0.015%ALs,生产方法同实施例4。
实施例12
X56M管线钢:各成分的质量百分比为:0.10%C,0.20%Si,1.35%Mn,0.090%V,0.004%S,0.013%P,0.035%ALs,生产方法同实施例4。
分别对实施例1-4的管线钢进行性能检测,检测结果如下:
实施例1的性能检测数据如表1-1、1-2、1-3:
表1-1实施例1 X42M级别管线钢力学性能
表1-2实施例1 X42M级别管线钢显微组织
表1-3实施例1 X42M级别管线钢夏比冲击及落锤撕裂试验
实施例2的性能检测数据如表2-1、2-2、2-3:
表2-1实施例1 X46M级别管线钢力学性能
表2-2实施例1 X46M级别管线钢显微组织
表2-3实施例1 X46M级别管线钢夏比冲击及落锤撕裂试验
实施例3的性能检测数据如表3-1、3-2、3-3:
表3-1实施例1 X52M级别管线钢力学性能
表3-2实施例1 X52M级别管线钢显微组织
表3-3实施例1 X52M级别管线钢夏比冲击及落锤撕裂试验
实施例4的性能检测数据如表4-1、4-2、4-3:
表4-1实施例1 X56M级别管线钢力学性能
表4-2实施例1 X56M级别管线钢显微组织
表4-3实施例1 X56M级别管线钢夏比冲击及落锤撕裂试验
。
Claims (5)
1.一种含钒中级别石油天然气输送管用热轧宽带钢生产方法,其特征在于包括下述步骤:150吨转炉提钒→150吨转炉冶炼→LF精炼→板坯连铸→加热→高压水除鳞→控制轧制→控轧冷却→卷取;
所述控制轧制包括粗轧轧制→热卷箱→精轧轧制;
所述热轧宽带钢的化学成分增加微合金元素钒,不同强度级别热轧宽带钢的成分的质量百分比为:
X42M成分的质量百分比为:C 0.08~0.10%、Si≤0.25%、Mn 0.65~0.75%、P≤0.018%、S≤0.008%、V 0.020~0.030%、ALs 0.015~0.035%;
X46M成分的质量百分比为:C 0.08~0.10%、Si≤0.25%、Mn 0.85~0.95%、P≤0.018%、S≤0.008%、V 0.040~0.050%、ALs 0.015~0.035%;
X52M成分的质量百分比为:C 0.08~0.10%、Si≤0.25%、Mn 1.05~1.15%、P≤0.015%、S≤0.005%、V 0.060~0.070%、ALs 0.015~0.035%;
X56M成分的质量百分比为:C 0.08~0.10%、Si≤0.25%、Mn 1.25~1.35%、P≤0.015%、S≤0.005%、V 0.080~0.090%、ALs 0.015~0.035%。
2.根据权利要求1所述的含钒中级别石油天然气输送管用热轧宽带钢生产方法,其特征在于所述卷取温度为540~580℃。
3.根据权利要求1所述的含钒中级别石油天然气输送管用热轧宽带钢生产方法,其特征在于所述钢坯开轧温度为1180~1220℃。
4.根据权利要求1所述的含钒中级别石油天然气输送管用热轧宽带钢生产方法,其特征在于所述精轧出口温度为820~850℃。
5.根据权利要求1所述的含钒中级别石油天然气输送管用热轧宽带钢生产方法,其特征在于所述后三道次总压下量≥30%。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20150415 |