CN105734236B - 提高厚规格管线钢落锤性能的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及提高厚规格管线钢落锤性能的方法，属于热连轧钢板技术领域。本发明解决的技术问题是提供提高厚规格管线钢落锤性能的方法，通过采用低温大压下工艺，降低轧制温度，提高轧制压下率，增加层流冷却速率，从而获得超细铁素体晶粒，提高厚规格管线钢的落锤性能。通过本发明方法，可将厚规格管线钢的DWTT落锤剪切面积比提高到97％。

Description

提高厚规格管线钢落锤性能的方法

技术领域

本发明涉及提高厚规格管线钢落锤性能的方法，属于热连轧钢板技术领域。

背景技术

落锤撕裂性能是油气管线用钢系列产品韧性评判的重要指标，主要用于防止油气管道在使用过程中由于脆性破坏而突然发生事故造成严重后果。管线钢落锤撕裂性能的影响因素众多，主要包括铸坯偏析度、夹杂物、碳化物析出、组织类型、组织均匀性、铁素体晶粒度等因素。落锤撕裂性能表征的是材料的抑制裂纹扩展的能力，钢中形成的带状组织、夹杂物的存在会加速裂纹扩展，降低落锤性能。材料组织不均匀，或晶粒度粗大时也难以抑制裂纹扩展，会导致落锤性能不合格。

14mm以上厚规格热连轧管线用钢的落锤性能控制是一大技术难点。管线钢厚度越厚，为了保证其强度要求，需要更快的冷却速度和更低的卷取温度，但冷却速度越快，卷取温度越低，钢卷断面的温度均匀性越差，组织均匀性越差，导致低温断裂韧性特别是落锤性能越差。

因此，为提高厚规格管线钢的落锤性能，应制定合理的冶炼工艺和轧制工艺。

CN103388110A公开了一种提高较厚规格X60管线钢落锤性能的方法，严格控制钢的化学成分，采用250mm坯料生产22～26mm较厚规格的X60管线钢。控制粗轧速度1.5～2.5m/s，温度1000～1100℃，后3道次的压下率均大于15％，粗轧总变形率≥60％，中间坯厚度为70～90mm；控制精轧压缩比为3～3.5，连续3个道次压下率大于15％，精轧总变形率为60～75％，开轧温度880～920℃，终轧温度760～800℃，终冷温度控制在500～560℃，冷却速度为11～20℃/s。采用所述的工艺条件提高了管线钢的低温落锤性能，产品的综合合格率提高到了90％以上。但是，该管线钢需严格控制钢的成分，工艺复杂，无疑提高了钢的生产成本。

CN103937950A公开了一种低压缩比厚规格管线钢的生产工艺。主要成分为：C：0.03～0.08％，Si：0.15～0.35％，Mn：1.50～2.00％，Ni≤0.30％，Cr≤0.030％，Nb：0.05～0.09％，Mo≤0.25％，采用的热轧工艺为：板坯加热温度1100～1220℃，粗轧道次压下率≥15％，中间坯厚度80～120mm，精轧开始温度780～850℃，精轧结束温度740～800℃，冷却速度15～25℃/s，终冷温度100～400℃。所述的管线钢钢级为X80，金相组织为针状铁素体。该管线钢为高级别管线钢，采用针状铁素体路线，与低级别管线钢不同，高级别管线钢由于针状铁素体相变温度较低，采用较低的终冷温度时也不会出现异常组织，影响低温落锤性能。因此，高级别管线钢的生产方法并不适用于低级别的管线钢。

CN104109744A公开了一种提高管线钢落锤性能的方法。该方法包括钢坯加热、轧制和卷取步骤，其中：a、钢坯加热：将钢坯加热至1160～1220℃；b、轧制：将加热后的钢坯进行粗轧得中间坯，再将中间坯进行精轧；其中，粗轧步骤的每道次变形量≥20％；精轧步骤中入口温度为960～1000℃，终轧温度为Ar3+(0～50)℃；c、卷取：于580～630℃下进行卷取。该方法在不改变原有管线钢成分的前提下，通过优化工艺，提高整个断面的组织均匀性，从而提高落锤性能，适用于低级别管线钢，能够改善其铁素体+珠光体型组织均匀性差等问题。但是，该方法适用于厚度为8mm以上，14mm以下的管线钢，对于14mm以上的管线钢，采用该方法，管线钢的落锤性能有待进一步的提高。该方法卷取温度不能降得过低，否则易产生贝氏体、马氏体等异常组织，影响钢板的低温落锤性能。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供提高厚规格管线钢落锤性能的方法，用于提高14mm以上厚度的管线钢落锤性能。

本发明提高厚规格管线钢落锤性能的方法，将钢坯依次进行加热、粗轧、精轧、层流冷却和卷取，得到厚规格管线钢成品，其中，所述加热温度为1150～1179℃；粗轧采用至少5道次轧制，各道次变形量≥20％，其中后2道次变形量≥30％，粗轧末道次速度2.0～2.5mm/s；精轧的开轧温度≤949℃，终轧温度为730～780℃；精轧结束后，先以41～80℃/s的冷却速度冷却到520～590℃，空冷2～8s，然后以15～25℃/s的冷却速度冷却到500～579℃进行卷取。

进一步的，所述厚规格管线钢成品的厚度为14mm以上，优选为厚规格管线钢成品的厚度为14～18mm。

进一步的，钢坯厚度200～250mm，粗轧后的中间坯厚度为56～58mm。

进一步的，粗轧采用5～7道次轧制，且至少开4道次除磷水。

其中，所述厚规格管线钢优选由以下重量百分比的组分组成：C：0.03～0.07％，Si：0.10～0.35％，Mn：0.80～1.60％，Nb≤0.05％，0＜Cr≤0.30％，V≤0.05％，其余为Fe和不可避免的杂质。

进一步的，所述厚规格管线钢的显微组织优选为超细铁素体和珠光体组织，其晶粒度为12级以上。

本发明中，所述管线钢钢级优选为X60及以下级别，更优选管线钢钢级为X42，X52或X60。

本发明厚规格管线钢，采用低成本铁素体+珠光体组织路线，为保证低温落锤性能，需要降低终冷温度，增加钢板心部冷却强度，但是终冷温度过低时容易出现贝氏体、马氏体等异常组织，或者导致表面和心部组织不均匀等。因此，本发明通过采用低温大压下工艺，降低轧制温度，提高轧制压下率，增加层流冷却速率，从而获得超细铁素体晶粒，提高厚规格管线钢的落锤性能。通过本发明方法，可将厚规格管线钢的DWTT落锤剪切面积比提高到97％。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、所述的厚规格管线钢采用较低成本的合金体系，甚至可以不添加Nb、V、Mo等微合金元素，通过优化控轧控冷工艺，使所述的管线钢具有细晶粒铁素体组织，从而保证其落锤撕裂性能。

2、所述的厚规格管线钢采用低温大压下工艺，通过降低轧制温度、提高轧制变形量、增加层流冷却速度，获得超细晶铁素体，使所述的管线钢同时具有良好的强度性能和优异的落锤撕裂性能。

具体实施方式

本发明提高厚规格管线钢落锤性能的方法，将钢坯依次进行加热、粗轧、精轧、层流冷却和卷取，得到厚规格管线钢成品，其中，所述加热温度为1150～1179℃；粗轧采用至少5道次轧制，各道次变形量≥20％，其中后2道次变形量≥30％，粗轧末道次速度2.0～2.5mm/s；精轧的开轧温度≤949℃，终轧温度为730～780℃；精轧结束后，先以41～80℃/s的冷却速度冷却到520～590℃，空冷2～8s，然后以15～25℃/s的冷却速度冷却到500～579℃进行卷取。

本发明提高厚规格管线钢落锤性能的方法，钢坯加热温度控制在1150～1179℃，这样既可以避免奥氏体在加热过程中异常长大，又保证了微合金元素的固溶。

优选的，粗轧采用5～7道次轧制，每道次变形量≥20％，其中后2道次变形量≥30％，粗轧至少开启4道次除磷水，粗轧末道次速度2.0～2.5mm/s；这样保证粗轧过程在较低温度条件下进行，降低粗轧速度，增加粗轧道次变形量，保证奥氏体再结晶和奥氏体晶粒的细化。

进一步，所述厚规格管线钢成品的厚度为14mm以上，优选为厚规格管线钢成品的厚度为14～18mm。

钢坯厚度200～250mm，粗轧后的中间坯厚度为56～58mm。成品厚度不同，粗轧后中间坯的厚度也不同。成品厚度增加时，增大中间坯厚度，可增加精轧过程非再结晶区变形量，细化铁素体晶粒。

进一步，作为优选方案，精轧开轧温度≤949℃，增加精轧道次变形量。这样保证了精轧开轧温度接近于临界再结晶温度，增加精轧的道次变形量，从而增加了非再结晶区累积变形量，增加铁素体形核核心，细化铁素体晶粒。

精轧过程结束后开始层流冷却，先以41～80℃/s的冷却速度冷却到520～590℃，空冷2～8s，然后以15～25℃/s的冷却速度冷却到500～580℃进行卷取。采用分段层流冷却方式，先采用快速的层流冷却，保持变形后的奥氏体不变直到动态相变点，这样提高了过冷度，使相变时形核的驱动力增加，从而提高形核率，细化铁素体晶粒。并通过与控制轧制相结合，降低轧制温度和提高后几架精轧机(如F5-F7)的压下量，利用形变诱导相变和铁素体的动态再结晶原理，增加铁素体的形核点，对细化晶粒的作用将更加明显。研究表明，冷却速度在30～40℃/s以上时，形成非等轴铁素体+珠光体组织，铁素体针状化趋势明显，并且晶粒细小，通过组织强化和位错强化，从而保证材料具有优良的力学性能。

进一步的，本发明所述厚规格管线钢由以下重量百分比的组分组成：C：0.03～0.07％，Si：0.10～0.35％，Mn：0.80～1.60％，Nb≤0.05％，0＜Cr≤0.30％，V≤0.05％，其余为Fe和不可避免的杂质。

本发明中，C含量较低，是由于管线钢对夹杂物级别、带状组织、低温韧性和焊接性能要求严格，因此将C含量控制在0.03～0.07％，且C含量低对厚规格管线钢的组织均匀性有利，这是由于C含量低时，降低终冷温度、增大层流冷却强度时心部不容易出现马氏体、贝氏体等异常组织；Cr的主要作用是提高抗冷淬能力，增加钢板心部和表面的冷却均匀性，改善心部的组织均匀性，成品厚度为14～18mm，通过控制C含量，并添加含量≤0.30％的Cr，确保所述的管线钢具有优异的抗冷淬能力；Nb的主要作用是强化细晶、降低再结晶温度，使得管线钢可以在较低的精轧温度下轧制，增加未在结晶区的累积变形量，细化最终的铁素体晶粒，改善落锤性能；V主要起固溶强化的作用。

所述厚规格管线钢的显微组织优选为超细铁素体和珠光体组织，其晶粒度为12级以上。

所述管线钢的钢级优选为X60及以下级别，包括X42，X52，X60等，成品厚度为14～18mm。

本发明厚规格管线钢，采用低成本铁素体+珠光体组织路线，为保证低温落锤性能，需要降低终冷温度，增加钢板心部冷却强度，但是终冷温度过低时容易出现贝氏体、马氏体等异常组织，或者导致表面和心部组织不均匀等。因此，本发明通过采用低温大压下工艺，降低轧制温度，提高轧制压下率，增加层流冷却速率，从而获得超细铁素体晶粒，提高厚规格管线钢的落锤性能。通过本发明方法，可将厚规格管线钢的DWTT落锤剪切面积比提高到97％。

下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例中的管线钢生产工艺流程为：铁水脱硫→转炉冶炼复合吹炼→脱氧、合金化→炉后小平台补喂Al线→LF精炼加热→连铸→板坯加热→高压水除鳞→粗轧→精轧→层流冷却→卷取→包装入库。

实施例1

14mm厚的X60管线钢，采用Nb-V微合金化路线，经过铁水预处理、转炉冶炼、LF加热炉精炼、连铸得到钢坯，具体化学成分重量百分比为：0.06C-0.21Si-1.49Mn-0.035Nb-0.04V-0.23Cr；钢坯再加热温度为1172℃，粗轧采用5道次轧制，各道次压下率为20％，20％，22％，30％。30％，粗轧开4道次除磷水，粗轧末道次轧制速度为2.5m/s，中间坯厚度为56mm；精轧为7机架热连轧，各道次压下率分别为38％，36％，0，26％，0，12％，10％，精轧开始温度为946℃，终轧温度为776℃；精轧结束后，以45℃/s的冷却速度冷却到535℃，空冷5s，然后以16℃/s的冷却速度冷却到500℃卷取。

经检测，本实施例所生产的X60管线钢力学性能为：Rt0.5：465MPa，Rm：572MPa，A：40.5％，Rt0.5/Rm：0.81，-20℃夏比冲击功：329.9J，-20℃DWTT落锤剪切面积比：单值为98％，98％，均值为98％。金相组织为铁素体+珠光体，晶粒度为13.5级。

实施例2

16mm厚的X42管线钢，采用C-Mn钢的成分路线，添加Cr增加抗冷淬能力，经过铁水预处理、转炉冶炼、LF加热炉精炼、连铸得到钢坯，具体化学成分的重量百分比为：0.06C-0.14Si-0.98Mn-0.18Cr；钢坯再加热温度为1176℃，粗轧采用5道次轧制，各道次压下率为20％，20％，22％，30％。30％，粗轧开4道次除磷水，粗轧末道次轧制速度为2.5m/s，中间坯厚度为57mm；精轧为7机架热连轧，各道次压下率分别为34％，32％，0，22％，0，11％，11％，精轧开始温度为945℃，终轧温度为778℃；精轧结束后，以50℃/s的冷却速度冷却到530℃，空冷5s，然后以16℃/s的冷却速度冷却到500℃卷取。

经检测，本实施例所生产的X42管线钢力学性能为：Rt0.5：355MPa，Rm：445MPa，A：49％，Rt0.5/Rm：0.79，-10℃夏比冲击功：264.1J，-10℃DWTT落锤剪切面积比：单值为97％，97％，均值为97％。金相组织为铁素体+珠光体，晶粒度为13.5级。

实施例3

16mm厚的X52管线钢，采用Nb微合金化路线，经过铁水预处理、转炉冶炼、LF加热炉精炼、连铸得到钢坯，具体化学成分重量百分比为：0.05C-0.16Si-1.18Mn-0.030Nb；钢坯再加热温度为1169℃，粗轧采用5道次轧制，各道次压下率为20％，20％，22％，31％，31％，粗轧开4道次除磷水，粗轧末道次轧制速度为2.0m/s，中间坯厚度为56mm；精轧为7机架热连轧，各道次压下率分别为35％，31％，0，21％，0，12％，10％，精轧开始温度为949℃，终轧温度为775℃；精轧结束后，以50℃/s的冷却速度冷却到540℃，空冷5，然后以15℃/s的冷却速度冷却到510℃卷取。

经检测，本实施例所生产的X52管线钢力学性能为：Rt0.5：405MPa，Rm：488MPa，A：44.5％，Rt0.5/Rm：0.83，-20℃夏比冲击功：251.3J，-20℃DWTT落锤剪切面积比：单值为98％，97％，均值为98％。金相组织为铁素体+珠光体，晶粒度为13级。

对比例1

14mm厚的X60管线钢，与实施例1采用相同要求的化学成分。钢坯再加热温度为1207℃，粗轧采用5道次轧制，各道次压下率为20％，20％，20％，26％，29％，粗轧开4道次除磷水，粗轧末道次轧制速度为2.5m/s，中间坯厚度为55mm；精轧为7机架热连轧，各道次压下率分别为40％，38％，0，26％，0，10％，9％，精轧开始温度为970℃，终轧温度为820℃；精轧结束后，以20℃/s的冷却速度冷却到650℃，保温5s，然后以10℃/s的冷却速度冷却到600℃卷取。

经检测，本对比例所生产的X60管线钢力学性能为：Rt0.5：469MPa，Rm：565MPa，A：43.5％，Rt0.5/Rm：0.83，-20℃夏比冲击功：190.1J，-20℃DWTT落锤剪切面积比：单值为72％，65％，均值为69％。

对比例2

16mm厚的X42管线钢，采用与实施例2相同要求的化学成分。钢坯再加热温度为1191℃，粗轧采用5道次轧制，各道次压下率为21％，20％，24％，26％。26％，粗轧开4道次除磷水，粗轧末道次轧制速度为3.0m/s，中间坯厚度为55mm；精轧为7机架热连轧，各道次压下率分别为34％，32％，0，20％，0，11％，9％，精轧开始温度为970℃，终轧温度为830℃；精轧结束后，以15℃/s的冷却速度冷却到700℃，空冷5s，然后以12℃/s的冷却速度冷却到580℃卷取。

经检测，本对比例所生产的X42管线钢力学性能为：Rt0.5：315MPa，Rm：405MPa，A：46％，Rt0.5/Rm：0.77，-10℃夏比冲击功：157J，-10℃DWTT落锤剪切面积比：单值为70％，56％，均值为63％。

对比例3

16mm厚的X52管线钢，采用与实施例3相同的化学成分。钢坯再加热温度为1169℃，粗轧采用5道次轧制，各道次压下率为24％，21％，20％，26％，27％，粗轧开4道次除磷水，粗轧末道次轧制速度为2.0m/s，中间坯厚度为56mm；精轧为7机架热连轧，各道次压下率分别为34％，33％，0，20％，0，10％，9％，精轧开始温度为990℃，终轧温度为840℃；精轧结束后，以20℃/s的冷却速度冷却到690℃，空冷5，然后以10℃/s的冷却速度冷却到640℃卷取。

经检测，本对比例所生产的X52管线钢力学性能为：Rt0.5：385MPa，Rm：480MPa，A：38.5％，Rt0.5/Rm：0.80，-20℃夏比冲击功：161.5J，-20℃DWTT落锤剪切面积比：单值为60％，74％，均值为67％。

Claims (6)

1.提高厚规格管线钢落锤性能的方法，将钢坯依次进行加热、粗轧、精轧、层流冷却和卷取，得到厚规格管线钢成品，其特征在于：

所述加热温度为1150～1179℃；

粗轧采用至少5道次轧制，各道次变形量≥20％，其中后2道次变形量≥30％，粗轧末道次速度2.0～2.5mm/s；

精轧的开轧温度≤949℃，终轧温度为730～780℃；

精轧结束后，先以41～80℃/s的冷却速度冷却到520～590℃，空冷2～8s，然后以15～25℃/s的冷却速度冷却到500～579℃进行卷取；

所述厚规格管线钢的显微组织为超细铁素体和珠光体组织，其晶粒度为12级以上；管线钢钢级为X60及以下级别；

所述厚规格管线钢由以下重量百分比的组分组成：C：0.03～0.07％，Si：0.10～0.35％，Mn：0.80～1.60％，Nb≤0.05％，0＜Cr≤0.30％，V≤0.05％，其余为Fe和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的提高厚规格管线钢落锤性能的方法，其特征在于：所述厚规格管线钢成品的厚度为14mm以上。

3.根据权利要求1所述的提高厚规格管线钢落锤性能的方法，其特征在于：厚规格管线钢成品的厚度为14～18mm。

4.根据权利要求2所述的提高厚规格管线钢落锤性能的方法，其特征在于：钢坯厚度200～250mm，粗轧后的中间坯厚度为56～58mm。

5.根据权利要求1所述的提高厚规格管线钢落锤性能的方法，其特征在于：粗轧采用5～7道次轧制，且至少开4道次除磷水。

6.根据权利要求1所述的提高厚规格管线钢落锤性能的方法，其特征在于：所述管线钢钢级为X42，X52或X60。