CN111575582A - 一种厚规格宽幅x65m管线钢热轧卷板及其制造方法 - Google Patents

一种厚规格宽幅x65m管线钢热轧卷板及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种厚规格宽幅X65M管线钢热轧卷板及其制造方法，热轧卷板的化学成分按质量百分比计为C：0.06～0.08％、Si≤0.25％、Mn：1.45％～1.60％、Nb：0.045％～0.055％、Ti：0.020％～0.030％、Cr：0.25％～0.35％、Mo：0.09％～0.12％、Alt：0.020％～0.050％、P≤0.015％、S≤0.008％，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明采用C‑Mn‑Nb‑Ti‑Cr‑Mo合金成分设计，并结合纯净钢冶炼和TMCP控轧控冷工艺获得一种兼具低成本和优异综合性能的热轧卷板。

Description

一种厚规格宽幅X65M管线钢热轧卷板及其制造方法
技术领域
本发明属于出口高纯净低合金高强度钢铁产品技术领域，具体涉及一种厚规格宽幅X65M管线钢热轧卷板及其制造方法，尤其涉及一种厚规格(≥19mm)宽幅(≥1850mm)的海水淡化输送焊管(例如高频电阻焊或者埋弧螺旋焊)用L450M/X65M管线钢热轧卷板及其制造方法。
背景技术
X65M极限规格管线钢热轧卷板用于沙特***海水淡化项目工程建设。该项目主要采用大管径大壁厚螺旋焊管，由于受地理环境的影响，卷板要求强度高，性能稳定性好。
文献CN 106282798 A公开了厚规格X65管线钢及其生产方法，该管线钢的化学成分为C：0.03-0.06％，Si：0.10-0.30％，Mn：1.40-1.60％，P：≤0.020％，S：≤0.010％，Nb：0.030-0.039％，V：0.06-0.08％，Ti：0.008-0.019％，Cr：0.15-0.30％。该文献中C含量低虽然有利于产品的低温韧性，但V贵重元素添加多成本高，并且加热温度高，能耗大，造成生产成本过高。
文献CN 102851599 B公开了一种螺旋焊管用厚壁低成本X65热轧卷板及其制造方法，其公开的化学成分为C：0.05％～0.10％，Si：0.10％～0.30％，Mn：1.50％～1.65％，P≤0.020％，S≤0.008％，Ti：0.008％～0.020％，Als：0.02％～0.06％，Nb：0.04％～0.07％，Cr：0.10％～0.20％，V：0.03％～0.06％。该文献中C含量范围广，上限接近包晶区，不利于铸坯质量控制；V贵重元素添加多，成本高且环保性差；生产方法中加热温度范围大，不利于轧制过程温度的稳定控制，温度上限高能耗大。并且其采用的170mm中间坯导致压缩比不高，不利于产品的韧性保证。
文献CN 106811699 A公开一种ERW用X65热轧卷板及其制造方法，其公开的成分为：C：0.07％～0.10％，Si：0.10％～0.30％，Mn：1.10％～1.25％，P≤0.018％，S≤0.005％，Ti：0.008％～0.020％，Als：0.02％～0.06％，Nb：0.010％～0.019％，Cr：0.30％～0.50％。该文献C含量范围广且上限接近包晶区，不利于铸坯质量控制，且Mn、Nb含量不高难以保证厚规格产品强度。并且炼钢工序没有RH真空处理工序，不利于有害气体的去除，对于要求真空处理的产品技术条件无法适用。另外加热温度范围大，不利于轧制过程温度的稳定控制，温度上限高能耗大。
发明内容
针对现有技术中存在的问题的一个或多个，本发明一个方面提供一种厚规格宽幅X65M管线钢热轧卷板，其化学成分按质量百分比计为C：0.06～0.08％、Si≤0.25％、Mn：1.45％～1.60％、Nb：0.045％～0.055％、Ti：0.020％～0.030％、Cr：0.25％～0.35％、Mo：0.09％～0.12％、Alt：0.020％～0.050％、P≤0.015％、S≤0.008％，余量为Fe和不可避免的杂质。
上述热轧卷板的力学性能满足：屈服强度Rt0.5≥480MPa，抗拉强度Rm≥600MPa，延伸率A50≥40％，0℃夏比冲击功Akv≥200J，维氏硬度HV10≤235。
上述热轧卷板的厚度≥19mm，宽幅≥1850mm。
本发明另一方面提供了上述的厚规格宽幅X65M管线钢热轧卷板的制造方法，其包括以下工艺：KR铁水脱硫预处理—转炉顶底吹炼—LF炉精炼—RH真空处理—板坯连铸—再加热炉—粗轧高压水除鳞—定宽压力机—E1R1粗轧机—E2R2粗轧机—飞剪—精轧高压水除鳞—F1～F7精轧机—加密型层流冷却—卷取—托盘运输***—取样、检验；其中：
冶炼原料依次经KR铁水脱硫预处理、转炉顶底吹炼、LF炉精炼、RH真空处理和板坯连铸工艺后，形成的连铸坯中满足P≤0.015％，S≤0.008％；其中RH真空处理的真空度要求≤2.6mbar，保持真空时间≥10min；RH真空处理期间保证循环纯脱气时间≥7min；且RH真空处理结束后，喂入钙线进行钙处理，喂丝后保证软吹时间大于8min；
轧制阶段采用2250mm热连轧机组轧制，连铸坯厚度230mm，连铸坯经步进式加热炉加热至1150～1175℃出炉，随后经粗轧及精轧机组进行两阶段控制轧制，轧制道次3+5共8道次模式，中间坯厚度≥55mm，精轧开轧温度≤990℃，精轧终轧温度为815～855℃，随后采用前集中层流冷却方式即20～30℃/s的速度均匀冷却，在500～540℃进行卷取。
基于以上技术方案提供的厚规格宽幅X65M管线钢热轧卷板的制造方法采用以C-Mn-Nb-Ti-Cr-Mo钢为主，取消V、Ni、Cu等贵金属的合金成分设计，并结合纯净钢冶炼和TMCP控轧控冷工艺，最终生产出低成本且适用于海水输送使用且具有优异综合性能的厚规格宽幅X65M管线钢热轧卷板。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)鉴于近两年V铁合金价格猛涨，多家钢铁企业原料成本增加，在此形式下，本发明合理利用适量的Si、Mn、Mo合金来取代之。通过添加微量的Nb、Ti、Mo、Cr合金元素，去掉昂贵及重污染金属V、Ni、Cu，来实现企业降本增效和环保的目的，本发明适用于厚规格宽幅管线钢热轧卷板的生产。
(2)由于厚规格宽幅高强度卷板对轧制负荷是种考验，很多现有技术在轧制宽幅X65M管线钢时，短道次轧制是很难同时兼顾粗轧轧制负荷和道次压下率≥20％。因此，为了保证较低的精轧入口温度来避免再结晶对韧性的损害，同时，不影响轧制节奏，较低的出炉温度显得尤为重要，这样不仅能够在一定程度上保证产品的韧性，而且避免轧机超负荷，生产效率高，可操作性强，性能稳定。
综上所述，本发明获得一种兼具有优异力学性能和低成本的L450M/X65M热轧卷板，可用于油气输送管道建设工程，产品各项指标不仅满足用户技术要求，而且具备突出的经济效益和良好的社会效益，并且制造方法工艺控制简单，生产效率高。
附图说明
图1为本发明实施例1获得的热轧卷板的金相组织照片。
具体实施方式
本发明旨在提供一种兼具产品性能稳定和低成本的厚规格宽幅X65M管线钢热轧卷板，并提供一种低成本、生产效率高、工艺控制简单、操作性强的厚规格宽幅X65M管线钢热轧卷板的制造方法，主要出发点在于采用以C-Mn-Nb-Ti-Cr-Mo钢为主，取消V、Ni、Cu贵金属的合金设计，并结合纯净钢冶炼和TMCP控轧控冷工艺，最终生产出低成本且适用于海水输送使用且具有优异综合性能的产品。
其中该厚规格宽幅X65M管线钢热轧卷板的化学成分按照质量百分比计为C：0.06～0.08％、Si≤0.25％、Mn：1.45％～1.60％、Nb：0.045％～0.055％、Ti：0.020％～0.030％、Cr：0.25％～0.35％、Mo：0.09％～0.12％、Alt：0.020％～0.050％、P≤0.015％、S≤0.008％，余量为Fe和不可避免的杂质。
基于以下原理选择化学成分中的主要元素：
C：钢中C含量增加，屈服强度和抗拉强度升高，但塑韧性下降。对于管线钢来说，如果碳含量过高，钢的韧性会急剧下降，焊接性恶化，因此采用低碳成分设计思路是高韧性管线产品设计的前提。因此，本发明将碳含量控制为≤0.08％。
Si：脱氧元素，固溶于铁素体以提高钢的强度，但同时要损失塑性和韧性，本发明中Si含量不易过高，一般控制范围为0.15％～0.25％。
Mn：锰可以与铁无限置换固溶，是很好的固熔强化元素，主要用以管线钢中补偿因C含量降低而引起强度损失，是最主要且最经济的强化元素。Mn还是扩大γ相区的元素，可降低钢的γ－α相变温度，有助于获得细小的相变产物，可提高钢的韧性、降低韧脆转变温度。因此，本发明的锰含量为1.45％～1.60％。
Nb：铌具有提高钢的强度和韧性的作用，成为最典型的、应用最广的微合金元素。铌的碳氮化物可在加热和轧制过程中从奥氏体中析出，或在相变过程中在相界析出，或在最终冷却过程中从过饱和铁素体中析出来细化晶粒。铌提高奥氏体再结晶温度和降低脆性转变温度最明显，但Nb为贵重元素，故本发明将铌含量控制为0.045％～0.055％。
Ti：钛在加热和凝固过程中与碳和氮有极强的亲和力，形成非常稳定的TiC、TiN质点富集于晶界处，形成难溶的第二相粒子阻碍晶界迁移和位错运动，有强烈阻止晶粒长大的作用，对改善钢焊接时热影响区的断裂韧性有明显作用。因此，本发明将Ti含量控制在0.020％～0.030％。
Mo：可有效提高钢的淬透性、扩大γ相区，具有降低γ－α相变温度，抑制多边形铁素体(PF)的形成，促进针状铁素体(AF)的转变，并提高Nb(C、N)的沉淀强化效果，提高钢材的强度和断裂韧性。由于近两年V铁价格猛增，使得越来越多的钢厂开始寻找其它元素取代之。本发明添加少量Mo含量控制在0.09％～0.12％。
Cr：Cr可以提高淬透性，使钢淬火后具有较好的综合力学性能。但是Cr合金成本也较高，因此一般Cr含量控制在0.25％～0.40％。
Alt：脱氧元素，添加适量的铝可形成细小弥散的AlN粒子，有利于细化晶粒，提高钢的强韧性能，本发明的Alt含量控制在0.020％～0.050％。
P、S：是钢中不可避免的杂质元素，希望越低越好，但要求过低会增加生产成本，本发明的P≤0.015％、S≤0.008％。
综上所述，本发明采用的合金成分设计中各元素之间协调发挥作用，任何元素或其含量的变化都会导致其与其他元素之间的协调作用关系发生变化，进而影响产品的综合力学性能，因此合金成分的整体设计与最终的产品的综合力学性能息息相关。
本发明提供的制造方法包括以下工艺：KR脱硫—转炉—LF炉—RH—板坯连铸—再加热炉—粗轧高压水除鳞—定宽压力机—E1R1粗轧机—E2R2粗轧机—(保温罩)—飞剪—精轧高压水除鳞—F1～F7精轧机—加密型层流冷却—卷取—托盘运输***—取样、检验，其中：
冶炼原料依次经KR铁水脱硫预处理、转炉顶底吹炼、LF精炼、RH精炼和连铸工艺处理，形成的高纯净连铸坯，P≤0.015％；S≤0.008％；RH工序真空度要求≤2.6mbar，保持真空时间≥10min。RH真空处理期间保证循环纯脱气时间≥7min。RH真空处理结束后，喂入钙线进行钙处理，喂丝后保证软吹时间大于8min。采用连铸坯轻压下技术控制中心偏析。
采用2250mm热连轧机组轧制，连铸坯厚度230mm，连铸坯经步进式加热炉加热至1150～1175℃出炉，随后经粗轧及精轧机组进行两阶段控制轧制，轧制道次3+5共8道次模式，中间坯厚度≥55mm，精轧开轧温度≤990℃，精轧终轧温度为815～855℃，随后采用前集中层流冷却方式即20～30℃/s的速度均匀冷却，在500～540℃进行卷取。
以下通过具体实施例详细说明本发明的内容。
实施例
实施例1～4的化学成分如下表1所示，各实施例采用的具体工艺制度如下表2所示，各实施例获得的热轧卷板的力学性能如下表3所示。
表1：实施例钢化学成分(wt，％)
Figure BDA0002493402560000041
Figure BDA0002493402560000051
表2：实施例工艺制度
Figure BDA0002493402560000052
表3：实施例钢力学性能
Figure BDA0002493402560000053
注:拉伸试验、冲击试验
从实施例可以看出，本发明实施例钢化学成分、力学性能均满足API5L标准要求且富余量适中，屈服强度Rt0.5≥480MPa(甚至达到≥500MPa)，抗拉强度Rm≥600MPa MPa(甚至达到≥635MPa)，延伸率A50≥40％，0℃夏比冲击功Akv≥200J，维氏硬度HV10≤235。其它技术指标均完全符合海水淡化项目用X65M热轧卷板技术要求。图1示出了实施例1获得的热轧卷板的金相组织照片，可见金相组织为针状铁素体+贝氏体，晶粒细小均匀，无带状组织，晶粒大小11.5级以上。因此本发明提供的厚规格宽幅X65M管线钢热轧卷板具有优异的力学性能，且产品性能稳定，制造方法成本低、生产效率高、工艺控制简单、操作性强，适合大范围推广使用。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种厚规格宽幅X65M管线钢热轧卷板，其特征在于，所述热轧卷板的化学成分按质量百分比计为C：0.06～0.08％、Si≤0.25％、Mn：1.45％～1.60％、Nb：0.045％～0.055％、Ti：0.020％～0.030％、Cr：0.25％～0.35％、Mo：0.09％～0.12％、Alt：0.020％～0.050％、P≤0.015％、S≤0.008％，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的热轧卷板，其特征在于，所述热轧卷板的力学性能满足：屈服强度Rt0.5≥480MPa，抗拉强度Rm≥600MPa，延伸率A50≥40％，0℃夏比冲击功Akv≥200J，维氏硬度HV10≤235。
3.根据权利要求1或2所述的热轧卷板，其特征在于，所述热轧卷板的厚度≥19mm，宽幅≥1850mm。
4.权利要求1-3中任一项所述的厚规格宽幅X65M管线钢热轧卷板的制造方法，其包括以下工艺：KR铁水脱硫预处理—转炉顶底吹炼—LF炉精炼—RH真空处理—板坯连铸—再加热炉—粗轧高压水除鳞—定宽压力机—E1R1粗轧机—E2R2粗轧机—飞剪—精轧高压水除鳞—F1～F7精轧机—加密型层流冷却—卷取—托盘运输***—取样、检验；其中：
冶炼原料依次经KR铁水脱硫预处理、转炉顶底吹炼、LF炉精炼、RH真空处理和板坯连铸工艺后，形成的连铸坯中满足P≤0.015％，S≤0.008％；其中RH真空处理的真空度要求≤2.6mbar，保持真空时间≥10min；RH真空处理期间保证循环纯脱气时间≥7min；且RH真空处理结束后，喂入钙线进行钙处理，喂丝后保证软吹时间大于8min；
轧制阶段采用2250mm热连轧机组轧制，连铸坯厚度230mm，连铸坯经步进式加热炉加热至1150～1175℃出炉，随后经粗轧及精轧机组进行两阶段控制轧制，轧制道次3+5共8道次模式，中间坯厚度≥55mm，精轧开轧温度≤990℃，精轧终轧温度为815～855℃，随后采用前集中层流冷却方式即20～30℃/s的速度均匀冷却，在500～540℃进行卷取。
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