CN106563695A - 一种低屈强比高强度管线钢的生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明一种低屈强比高强度管线钢的生产方法，包括炼钢‑连铸、铸坯加热、铸坯控制轧制，钢板控制冷却和矫直机轿直工序，轧制工序中奥氏体再结晶区伸长轧制时单道次压下率不低于16%，累积有效压下率不低于70%，奥氏体未再结晶区单道次压下率不高于18%；控制冷却工序中奥氏体未再结晶区开轧温度低于Ar3温度20~30℃，使轧制温度范围位于“奥氏体+铁素体”双相区，开始冷却温度低于Ar1温度，避免冷却过程中产生较大的相变应力。本发明工艺生产的管线钢产品，不仅具有较高的强度，同时具有良好的韧性以及优良的屈强比范围，解决了钢铁行业管线钢系列产品“高强度”与“低屈强比”性能之间的矛盾，达到国内同类企业最好水平。

Description

一种低屈强比高强度管线钢的生产方法
技术领域
本发明涉及一种低屈强比高强度管线钢的生产方法，属金属轧制技术领域。
背景技术
管线钢作为输送石油和天然气管道的原料，安全至关重要，而屈强比是表征材料从起始塑性变形到最后断裂的形变能力，所以屈强比是管线钢中重要的力学性能指标。屈强比越小，材料的变形能力越大，强度裕度越大；屈强比越大，材料屈服后的塑性范围越小，越容易产生断裂破坏。在钢管承受内压变形至破裂前，环向变形存在一个极限值，该值随钢管的屈强比增大而减小。所以出于对管道的安全考虑，管线钢的屈强比一般要求不能大于某一特定值。目前，国内外各管道规范对这一指标的要求不尽相同，一般X65级别以下要求不能大于0.85，X70或者更高级别的管线对屈强比的要求可以放宽到0.90甚至0.93。
对于管线钢产品，随着强度级别的增加，屈服强度Rt0.5的增加远大于抗拉强度Rm的增加，直接导致高强度级别管线钢产品屈强比超上限。对于管线钢生产领域，长期困扰广大钢铁企业的问题为“高强度”与“低屈强比”性能之间的矛盾；管线钢出现屈强比超标则严禁使用，给制管厂家和广大钢铁企业造成极大的困扰。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种低屈强比高强度管线钢的生产方法，通过控制轧制和冷却工艺，改变管线钢中细小针状铁素体+贝氏体双相的百分含量，使钢板具有高强度的同时兼具良好的韧性，达到最终控制管线钢屈强比的目的。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为：
一种低屈强比高强度管线钢的生产方法，包括炼钢-连铸、铸坯加热、铸坯控制轧制，钢板控制冷却和矫直机轿直工序，其改进之处为：
所述控制轧制工序中，第一轧程奥氏体再结晶区采用大压下制度，伸长轧制时单道次压下率不低于16%，累积有效压下率不低于70%，第二轧程奥氏体未再结晶区单道次压下率不高于18%；
所述控制冷却工序中，第二轧程奥氏体未再结晶区开轧温度低于Ar3温度20~30℃，使轧制温度范围位于“奥氏体+铁素体”双相区，轧制过程钢板不再发生再结晶；开始冷却温度低于Ar1温度，避免冷却过程中产生较大的相变应力。
上述的一种低屈强比高强度管线钢的生产方法，所述控制轧制工序中第一轧程奥氏体再结晶区采用的大压下制度为：铸坯展宽轧制结束后，伸长轧制时第一道次压下率不低于16%，之后各道次压下率逐步增加到20~25%，累积有效压下率不低于70%；所述第二轧程奥氏体未再结晶区的最后一道次压下率不高于12%；
所述控制冷却工序中，第二轧程奥氏体未再结晶区的开轧温度为780~810℃，开始冷却温度为670~690℃；控冷模式采用DQ+ACC两段式冷却，DQ控冷段以20~30℃/s的冷速快速通过贝氏体转变温度区，得到相应比例的贝氏体；ACC控冷段以10~20℃/s的冷速冷却到终冷温度150~220℃，在避免生成马氏体组织的同时，降低ACC控冷段钢板热应力，得到良好的板形质量。
上述的一种低屈强比高强度管线钢的生产方法，所述控制轧制工序的制定依据为：首先采用Gleeble 3500热模拟试验机研究得出该级别管线钢高温应力应变曲线，确定变形温度在950~1050℃，变形速率在5~10s-1，发生动态再结晶的临界压下率为16~20%，由此制定奥氏体再结晶区和未再结晶区的压下工艺；
所述控制冷却工序中，首先采用Gleeble 3500热模拟试验得出该级别管线钢奥氏体连续冷却转变曲线，据此得出Ar3温度和Ar1温度并设定开轧温度和开始冷却温度。
上述的一种低屈强比高强度管线钢的生产方法，所述第一轧程奥氏体再结晶区的有效压下率是指道次压下率≥16%的压下率，保证奥氏体能够发生再结晶。
上述的一种低屈强比高强度管线钢的生产方法，所述炼钢-连铸工序中铸坯成分重量百分比范围为：C：0.03~0.07%，Si：≤0.10%，Mn：1.50~1.70%，P：≤0.025%，S：≤0.015%，Als：0.015~0.045%，Nb：0.055~0.070%，Ti：0.010~0.030%，Cr：0.20~0.30%；Pcm：0.12 ~0.18%；所述轧制工序采用双轧程轧制，首先，将铸坯加热到1100~1150℃，保温320~360min；除鳞高压水全部打开，除鳞水压力为20~30Mpa，彻底清除表面炉生氧化皮；然后进行第一轧程奥氏体再结晶区轧制，开轧温度为1020～1080℃，第一道次压下率≥16%，之后各道次压下率逐步增加到20~25%，累积有效压下率≥70%，第二轧程奥氏体未再结晶区开轧温度温度范围为780~810℃，单道次压下率≤18%，最后一道次压下率≤12%。开冷温度范围是670~690℃，DQ控冷段以20~30℃/s的冷速快速冷却至400~430℃，ACC控冷段以10~20℃/s的冷速冷却到终冷温度150~220℃；然后进入矫直机矫直1~4道次，矫直温度为100~200℃。
本发明采用Gleeble 3500热模拟试验机研究得出该级别管线钢高温应力应变曲线，确定第一轧程奥氏体再结晶区变形温度在950~1050℃，变形速率在5~10s-1，发生奥氏体动态再结晶的临界压下率为16~20%，为了使管线钢发生动态再结晶，道次有效压下率设定为≥16%，得到原始的细小奥氏体晶粒；第二轧程奥氏体未再结晶区为了使管线钢不发生动态再结晶，道次压下率设定为≤18%，使钢板变形不能发生动态再结晶，而在金属内部保留畸变能量，提供更多的铁素体形核点。
本发明第二轧程奥氏体未再结晶区开轧温度为780~810℃，轧制温度范围位于“奥氏体+铁素体”双相区，轧制过程钢板不在发生再结晶，钢板内部保留畸变能，主要目的是增加铁素体形核点，在轧制过程中形成一定比例的压扁后细小针状铁素体，为最终得到细小针状铁素体和贝氏体双相组织做准备。
采用本发明工艺生产的高强管线钢中厚板产品，微观组织结构为：30~45%针状铁素体+40~65%贝氏体+0~5% MA岛；屈服强度485~635MPa，抗拉强度560~760MPa，延伸率（A50）≥24%，屈强比范围是0.78~0.83，-20℃落锤剪切面积100%，-30℃冲击剪切面积100%，钢板横向截面上维氏硬度范围（200~240）HV10。
本发明的积极效果：
本发明工艺生产的管线钢产品，不仅具有较高的强度，同时具有良好的韧性以及优良的屈强比范围，解决了钢铁行业管线钢系列产品“高强度”与“低屈强比”性能之间的矛盾，达到国内同类企业最好水平。在高强管线钢生产技术领域，为我国钢铁行业起到了良好的带头和示范作用，为全国同类型生产线提供了值得借鉴的成功经验，社会效益巨大。
附图说明
图1是本发明实施例目标钢种应变速率为5s-1时，不同轧制温度下应力-应变曲线；
图2是本发明实施例目标钢种奥氏体连续冷却转变曲线；
图3是本发明实施例1管线钢1/4处的微观组织；
图4是本发明实施例1管线钢1/2处的微观组织；
图5是本发明实施例2管线钢1/4处的微观组织；
图6是本发明实施例2管线钢1/2处的微观组织；
图7是本发明实施例3管线钢1/4处的微观组织；
图8是本发明实施例3管线钢1/2处的微观组织。
具体实施方式
本发明提供一种低屈强比高强度管线钢的生产方法，首先采用Gleeble 3500热模拟试验机研究目标管线钢高温应力应变曲线，得出变形速率在5~10s-1，变形温度在950~1050℃，发生奥氏体动态再结晶的临界压下率为16~20%，为了使管线钢发生奥氏体动态再结晶，第一轧程奥氏体再结晶区道次有效压下率应大于等于16%，设定为≥16%，得到原始的细小奥氏体晶粒，第二轧程奥氏体未再结晶区，为了使管线钢不发生动态再结晶，道次压下率应≤18%；其次采用Gleeble 3500热模拟试验得出目标管线钢奥氏体连续冷却转变曲线，得出Ar3和Ar1温度，设定第二轧程奥氏体未再结晶区开轧温度比Ar3温度低20~30℃，即780~810℃，轧制温度范围位于“奥氏体+铁素体”双相区，为最终得到细小针状铁素体和贝氏体双相组织做准备；开冷温度低于Ar1温度，设为670~690℃，避免冷却过程中产生较大的相变应力，提高冷却过程中板形质量；控冷模式采用两段式冷却，第一段DQ控冷段以20~30℃/s的冷速快速通过贝氏体转变温度区，冷却至400~430℃，得到相应比例的贝氏体，第二段ACC控冷段以10~20℃/s的冷速冷却到终冷温度150~220℃，第二冷却段缓冷能够避免生成马氏体组织的同时，降低第二冷却段钢板热应力，得到良好的板形质量。
本发明具体的生产工艺包括：炼钢-连铸工序生产铸坯、铸坯加热工序消除铸坯温度梯度、铸坯控制轧制工序、钢板控制冷却工序和矫直机轿直工序；连铸工序中铸坯成分重量百分比范围为：C：0.03~0.07%，Si：≤0.10%，Mn：1.50~1.70%，P：≤0.025%，S：≤0.015%，Als：0.015~0.045%，Nb：0.055~0.070%，Ti：0.010~0.030%，Cr：0.20~0.30%；Pcm：0.12~0.18%；双轧程轧制工序中，首先，将铸坯加热到1100~1150℃，保温320-360min；除鳞高压水全部打开，除鳞水压力为20~30Mpa，彻底清除表面炉生氧化皮；然后进行第一轧程奥氏体再结晶区轧制，开轧温度为1020～1080℃，第一道次压下率≥16%，且以后各道次逐步增加到20~25%，累积有效压下率≥70%，第二轧程奥氏体未再结晶区开轧温度温度范围780~810℃，单道次压下率≤18%，最后一道次压下率≤12%；开冷温度范围是670~690℃，DQ控冷段以20~30℃/s的冷速快速冷却至400~430℃，ACC控冷段以10~20℃/s的冷速冷却到终冷温度150~220℃；然后进入矫直机矫直1~4道次，矫直温度为100~200℃。
以下通过实施例，对本发明作进一步说明，以下实施例实验钢种为485MPa级别高强管线钢中厚板产品；该级别管线钢国家标准要求屈服强度485-635MPa，抗拉强度570-760MPa，屈强比不大于0.93，由于高级别管线钢产品使用环境的特殊性（要求抗低温、抗地震等性能），用户一般要求屈强比0.83-0.88，提高管线钢的使用的安全性。
首先采用Gleeble 3500热模拟试验机研究目标管线钢高温应力应变曲线，得出变形速率在5~10s-1，变形温度在950~1050℃，发生奥氏体动态再结晶的临界压下率为15~20%；其次采用Gleeble 3500热模拟试验得出目标管线钢奥氏体连续冷却转变曲线，根据上述结果进行奥氏体再结晶区和奥氏体未再结晶区压下制度的制定；进行奥氏体未再结晶区温度控制制度的制定；进行DQ+ACC开冷温度和终冷温度制度，及冷却速率的制定；以下通过三个实施例进行具体阐述：
实施例1：通过冶炼得到较纯净的钢水，后经过连铸机连铸成铸坯，其成分重量百分比为：C：0.03%，Si：0.025%，Mn：1.50%，P：0.0018%，S：0.006%，Als：0.015%，Nb：0.055%，Ti：0.030%，Cr：0.20%；Pcm：0.13%；将铸坯加热到1100℃，保温320min；除鳞高压水全部打开，除鳞水压力为22Mpa，彻底清除表面炉生氧化皮；然后进行第一轧程奥氏体再结晶区轧制，开轧温度为1020℃，铸坯展宽轧制结束后，伸长轧制时采用四道次轧制，道次压下率分别为16%、18%、18%、25%，累积有效压下率77%，第二轧程开轧温度温度范围780℃，采用四道次轧制，道次压下率分别为13%、15%、17%、10%；开冷温度670℃，DQ控冷段以20℃/s的冷速快速冷却至400℃，ACC控冷段以10℃/s的冷速冷却到终冷温度150℃；然后进入矫直机矫直3道次，矫直温度为140℃。
生产的管线钢微观组织结构为：34%针状铁素体+64%板条和粒状贝氏体+2%MA岛；屈服强度565MPa，抗拉强度681MPa，延伸率（A50）30%，屈强比范围是0.83，-20℃落锤剪切面积100%，-30℃冲击剪切面积100%，钢板横向截面上维氏硬度208HV10；完全满足485MPa级别管线钢“低屈强比特殊使用条件”要求。
实施例2：通过冶炼得到较纯净的钢水，后经过连铸机连铸成铸坯，其成分重量百分比为：C：0.05%，Si：0.06%，Mn：1.61%，P：0.013%，S：0.005%，Als：0.025%，Nb：0.059，Ti：0.020%，Cr：0.26%；Pcm：0.15%；将铸坯加热到1130℃，保温340min；除鳞高压水全部打开，除鳞水压力为26Mpa，彻底清除表面炉生氧化皮；然后进行第一轧程奥氏体再结晶区轧制，开轧温度为1050℃，铸坯展宽轧制结束后，伸长轧制时采用四道次轧制，道次压下率分别为16%、17%、19%、20%，累积有效压下率72%，第二轧程奥氏体未再结晶区开轧温度795℃，采用四道次轧制，道次压下率分别为12%、14%、16%、10%。开冷温度685℃，DQ控冷段以27.3℃/s的冷速快速冷却至415℃，ACC控冷段以15.5℃/s的冷速冷却到终冷温度200℃；然后进入矫直机矫直1道次，矫直温度为160℃；
生产的管线钢微观组织结构为：40%针状铁素体+57%贝氏体+3%MA岛；屈服强度540MPa，抗拉强度683MPa，延伸率（A50）34%，屈强比范围是0.79，-20℃落锤剪切面积100%，-30℃冲击剪切面积100%，钢板横向截面上维氏硬度范围213HV10；完全满足485MPa级别管线钢“低屈强比特殊使用条件”要求。
实施例3：通过冶炼得到较纯净的钢水，后经过连铸机连铸成铸坯，其成分重量百分比为：C：0.07%，Si：0.08%，Mn：1.70%，P：0.025%，S：≤0.007%，Als：0.045%，Nb：0.070%，Ti：0.010%，Cr：0.30%；Pcm：0.18%；将铸坯加热到1150℃，保温360min；除鳞高压水全部打开，除鳞水压力为30Mpa，彻底清除表面炉生氧化皮；然后进行第一轧程奥氏体再结晶区轧制，开轧温度为1080℃，铸坯展宽轧制结束后，伸长轧制时采用四道次轧制，道次压下率分别为17%、18%、19%、22%，累积有效压下率76%，第二轧程奥氏体未再结晶区开轧温度温度范围810℃，采用四道次轧制，道次压下率分别为12%、15%、15%、10%，开冷温度690℃，DQ控冷段以30℃/s的冷速快速冷却至430℃，ACC控冷段以20℃/s的冷速冷却到终冷温度220℃；然后进入矫直机矫直4道次，矫直温度为200℃。
生产的管线钢微观组织结构为：45%针状铁素体+55%贝氏体+0%MA岛；屈服强度515MPa，抗拉强度636MPa，延伸率（A50）33%，屈强比范围是0.81，-20℃落锤剪切面积100%，-30℃冲击剪切面积100%，钢板横向截面上维氏硬度220HV10，完全满足485MPa级别管线钢“低屈强比特殊使用条件”要求。

Claims (5)

1.一种低屈强比高强度管线钢的生产方法，包括炼钢-连铸、铸坯加热、铸坯控制轧制，钢板控制冷却和矫直机轿直工序，其特征在于：
所述控制轧制工序中，第一轧程奥氏体再结晶区采用大压下制度，伸长轧制时单道次压下率不低于16%，累积有效压下率不低于70%，第二轧程奥氏体未再结晶区单道次压下率不高于18%；
所述控制冷却工序中，第二轧程奥氏体未再结晶区开轧温度低于Ar3温度20~30℃，使轧制温度范围位于“奥氏体+铁素体”双相区，轧制过程钢板不再发生再结晶；开始冷却温度低于Ar1温度，避免冷却过程中产生较大的相变应力。
2.如权利要求1所述的一种低屈强比高强度管线钢的生产方法，其特征在于：所述控制轧制工序中第一轧程奥氏体再结晶区采用的大压下制度为：铸坯展宽轧制结束后，伸长轧制时第一道次压下率不低于16%，之后各道次压下率逐步增加到20~25%，累积有效压下率不低于70%；所述第二轧程奥氏体未再结晶区的最后一道次压下率不高于12%；
所述控制冷却工序中，第二轧程奥氏体未再结晶区的开轧温度为780~810℃，开始冷却温度为670~690℃；控冷模式采用DQ+ACC两段式冷却，DQ控冷段以20~30℃/s的冷速快速通过贝氏体转变温度区，得到相应比例的贝氏体；ACC控冷段以10~20℃/s的冷速冷却到终冷温度150~220℃，在避免生成马氏体组织的同时，降低ACC控冷段钢板热应力，得到良好的板形质量。
3.如权利要求1或2所述的一种低屈强比高强度管线钢的生产方法，其特征在于：所述控制轧制工序的制定依据为：首先采用Gleeble 3500热模拟试验机研究得出该级别管线钢高温应力应变曲线，确定变形温度在950~1050℃，变形速率在5~10s-1，发生动态再结晶的临界压下率为16~20%，由此制定奥氏体再结晶区和未再结晶区的压下工艺；
所述控制冷却工序中，首先采用Gleeble 3500热模拟试验得出该级别管线钢奥氏体连续冷却转变曲线，据此得出Ar3温度和Ar1温度并设定开轧温度和开始冷却温度。
4.如权利要求1或2所述的一种低屈强比高强度管线钢的生产方法，其特征在于：所述第一轧程奥氏体再结晶区的有效压下率是指道次压下率≥16%的压下率，保证奥氏体能够发生再结晶。
5.如权利要求1所述的一种低屈强比高强度管线钢的生产方法，其特征在于：所述炼钢-连铸工序中铸坯成分重量百分比范围为：C：0.03~0.07%，Si：≤0.10%，Mn：1.50~1.70%，P：≤0.025%，S：≤0.015%，Als：0.015%~0.045%，Nb：0.055~0.070%，Ti：0.010~0.030%，Cr：0.20~0.30%；Pcm：0.12 ~0.18%；所述轧制工序采用双轧程轧制，首先，将铸坯加热到1100~1150℃，保温320~360min；除鳞高压水全部打开，除鳞水压力为20~30Mpa，彻底清除表面炉生氧化皮；然后进行第一轧程奥氏体再结晶区轧制，开轧温度为1020～1080℃，第一道次压下率≥16%，之后各道次压下率逐步增加到20~25%，累积有效压下率≥70%，第二轧程奥氏体未再结晶区开轧温度温度范围为780~810℃，单道次压下率≤18%，最后一道次压下率≤12%，开冷温度范围是670~690℃，DQ控冷段以20~30℃/s的冷速快速冷却至400~430℃，ACC控冷段以10~20℃/s的冷速冷却到终冷温度150~220℃；然后进入矫直机矫直1~4道次，矫直温度为100~200℃。
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