CN113549824A

CN113549824A - 一种热连轧极限厚度规格高强管线钢板卷及其制造方法

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Publication number: CN113549824A
Application number: CN202110729862.8A
Authority: CN
Inventors: 岳江波; 邹航; 李利巍; 俆进桥; 梅荣利; 黄群新; 袁金; 崔雷; 聂顺
Original assignee: Wuhan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Wuhan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2021-06-29
Filing date: 2021-06-29
Publication date: 2021-10-26
Also published as: WO2023274218A1

Abstract

本发明涉及热轧管线钢领域，公开了一种热连轧极限厚度规格高强管线钢板卷，其化学成分的质量百分比为：C:0.030～0.055％，Si：0.10～0.30％，Mn：1.30～1.65％，P：≤0.015％；S：≤0.0015％，Cr：≤0.20％，Ni≤0.10％，Mo：0.08～0.20％，Nb：0.04～0.07％，Ti：0.01～0.025％，Al：0.01～0.045％，余量为Fe。本发明还公开了一种热连轧极限厚度规格高强管线钢板卷的制造方法。本发明热连轧极限厚度规格高强管线钢板卷及其制造方法，可以显著提高厚规格管线钢的强韧性和可生产性，具有较好的强韧性匹配和低屈强比。

Description

一种热连轧极限厚度规格高强管线钢板卷及其制造方法

技术领域

本发明涉及热轧管线钢领域，具体涉及一种热连轧极限厚度规格高强管线钢板卷及其制造方法。

背景技术

随着输送量、输送压力的增大，天然气等能源管网的用钢需求朝着大壁厚、高钢级及优异低温韧性方向发展。厚度23mm以上的管线钢以往主要是由宽厚板轧制生产，近年来随着管厂螺旋管线成型能力逐渐提升和钢铁厂热轧产线的升级也改造完成，热连轧产线开发螺旋管用厚规格的高强管线钢板卷已成为可能。

厚度≥23mm以上热连轧板卷，目前主流生产的钢级普遍在Q420级以下低强度级别板卷，对于高强度厚规格板卷，主要存在四方面的问题，轧制能力、卷取能力、板卷外形尺寸和力学性能精确控制。

中国专利(公开日：2017年12月22日、公开号：CN107502821A)公开了一种特厚规格超低温环境下使用的经济型X70管线钢板，该钢板的化学成分按质量百分比计为C 0.02～0.08％，Si 0.2～0.4％，Mn 0.9～1.7％，Al 0.02～0.04％，Nb 0.02～0.08％，V≤0.05％，Cr≤0.2％，Ni≤0.2％，Mo≤0.1％，Cu≤0.2％，Ti0.01～0.02％，B≤0.0005％，P≤0.006，S≤0.001％，N≤0.002％，O≤0.0012％，H≤0.0001％，P+S+[N]+[O]+[H]≤100ppm，Pcm≤0.19余量为Fe及不可避免的杂质。本申请利用大压缩比轧制技术，强化细化晶粒效果，弥补合金元素降低带来的强度和韧性损失，具有更强的经济性。特厚规格超低温环境下使用的经济型X70管线钢板，其特征在于：钢板的厚度为33～40.5mm，屈服强度490～560MPa，抗拉强度580～630MPa，延伸率≥40％，～60℃冲击功≥300J，～30℃落锤剪切面积≥75％。

中国专利(公开日：2011年09月14日、公开号：CN102181796A)公开了一种海底管线用X70热轧中厚板的生产方法，其化学成分按重量百分数为：C：0.035～0.07％，Si：0.10～0.35％，Mn：1.40～1.85％，P：≤0.010％，S：≤0.0035％，Alt：0.01～0.06％，Nb：0.035～0.07％，Ti：0.008～0.020％，Mo：0.10～0.30％，Ni：0.10～0.25％，Cr：0.10～0.25％，Cu：0.10～0.25％，余量为Fe和不可避免杂质元素。在钢板制造过程中，采用适量的Ni、Cr、Cu合金元素匹配，通过优化的坯型设计、严格的加热制度和强化的控轧控冷工艺，充分发挥合金元素作用和挖掘控轧控冷工艺的潜力，使钢板全壁厚上获得均匀细小的针状铁素体为主的组织形态，具有较高的横纵向拉伸强度和优良的低温韧性，完全满足深水海底管线用钢的高性能要求。专利要求生产钢板压缩比≥10，选用400mm厚钢坯。

中国专利(公开日：2017年04月09日、公开号：CN106566991A)公开了一种抗酸性海底管线钢及其制备方法，其化学成份重量百分比为：C：0.03～0.045％，Si：0.15～0.23％，Mn：1.2～1.35％，Ni：0.2～0.4％，Cr：0.2～0.3％等；制备时，首先选择钢板压缩比≥11；然后钢坯热温，在炉时间380～460min；之后经粗轧、粗轧后水冷、堆冷，制备钢板的厚度34～48mm。优点在于，强度高、低温韧性和止裂能力好。

以上三个专利皆是采用压缩比≥11大压缩比技术生产厚规格管线钢。

中国专利(公开日：2014年07月23日、公开号：CN103937950 A)公开了一种低压缩比厚规格高级别管线钢的生产工艺。生产工艺包括下述的步骤：冶炼、精炼、板坯连铸、板坯加热，粗除鳞、粗轧、中间坯冷却、精轧、冷却、热矫直；本发明通过控制各个步骤中的具体的参数及调整工艺步骤，采用250mm连铸坯生产出25mm～33mm的厚规格高等级管线钢，使得没有特厚连铸坯生产能力的生产线也可以生产厚规格高等级的管线钢，提高了管线钢的生产保证能力。在板坯连铸过程中，生产的板坯厚度245～255mm，采用该工艺所生产的钢板成分按质量百分比为：C：0.03～0.08％，Si：0.15～0.35％，Mn：1.50～2.00％，P≤0.012％，S≤0.003％，Nb：0.05～0.09％，Ti：0.015～0.025％，Mo≤0.25％，Cu≤0.35％，Ni≤0.30％，Cr≤0.030％，其余为Fe和不可避免的杂质。

中国专利(公开日：2016年08月24日、公开号：CN105886912 A)公开了一种低压缩比厚规格X70级输气管线钢，其组分及wt％为：C：0.03～0.075％、Si:0.15～0.35％、Mn:1.30～1.90％、P：≤0.015％、S：≤0.002％、N：≤0.006％、Nb：0.035～0.065％、V：0.025～0.05％、Ti:0.015～0.025％、Cr：0.1～0.40％、Ni：0.1～0.2％、Mo：0.10～0.25％。生产步骤：对厚度为225～235mm的铸坯加热；粗轧；高压水除鳞；精轧；冷却；矫直，待用。本发明用连铸坯厚度为230mm的连铸坯能生产厚度为30mm及以上的X70级管线钢，且产品的Rt0.5在500～580MPa，Rm在600～650MPa，Rt0.5/Rm≤0.90，延伸率A50≥24％，；～20℃冲击功KV2≥250J，～15℃DWTT断面剪切率SA≥95％；HV10≤235。

中国专利(公开日：2014年03月19日、公开号：CN103639198 A)公开了一种小压缩比条件下使用连铸坯生产管线钢板的方法，该方法包括：将厚度300mm×宽度1800～2000mm的连铸坯加热到1150～1250℃并保持400分钟以上；对加热后的连铸坯进行奥氏体再结晶区轧制和奥氏体未再结晶区轧制，在奥氏体再结晶区轧制中，开轧温度为1150～1200℃，展宽比至少为1.6，待温厚度为成品厚度的2～4倍，在奥氏体未再结晶区轧制中，开轧温度为830～900℃；对轧制后的钢板进行冷却，开冷温度为700～800℃，终冷温度为550～600℃，冷却速度为5～20℃/s，得到厚度40～50mm×宽度3200～4000mm的管线钢板。本发明C0.05～0.1％。将厚度300mm×宽度1800～2000mm的连铸坯加热到1150～1250℃并保持400分钟以上。

以上专利都是采用宽厚板产线生产的厚规格钢板，与本专利申请的热连轧产线生产的钢卷生产工艺有本质差别。在热连轧产线生产的特厚23mm以上高强管线钢钢卷专利较少。

发明内容

本发明的目的就是针对上述技术的不足，提供一种热连轧极限厚度规格高强管线钢板卷及其制造方法，可以显著提高厚规格管线钢的强韧性和可生产性，具有较好的强韧性匹配和低屈强比。

为实现上述目的，本发明所设计的一种热连轧极限厚度规格高强管线钢板卷，其化学成分的质量百分比为：C:0.030～0.055％，Si：0.10～0.30％，Mn：1.30～1.65％，P：≤0.015％；S：≤0.0015％，Cr：≤0.20％，Ni≤0.10％，Mo：0.08～0.20％，Nb：0.04～0.07％，Ti：0.01～0.025％，Al：0.01～0.045％，余量为Fe。

优选的，金相组织为粒状贝氏体/针状铁素体和少量小尺寸准多边形铁素体的组织结构。

一种所述热连轧极限厚度规格高强管线钢板卷的制造方法，包括如下步骤：

A)钢水成分合格后，对钢液进行Ca和Mg处理，浇铸时过热度控制在1530～1550℃；

B)浇铸成坯后，热装或缓冷后装加热炉加热保温，加热温度为1160～1200℃，在炉时间130min～260min，高温1160～1200℃，保温时间60～100min；

C)热轧三阶段轧制：第一阶段，在1050℃以上高温奥氏体区进行1～3道次大变形轧制，单道次压下率≥10％，第一阶段压下率≥30％，使奥氏体晶粒充分破碎；第二阶段，在接近再结晶停止温度的1000～1050℃温度区间内，采用2～7道次大变形轧制，单道次压下率≥15％，第二阶段压下率≥30％，使原奥氏体晶粒在较低温度下发生动/静态再结晶，同时抑制再结晶后待温过程中的晶粒长大；第三阶段为精轧阶段，精轧开轧温度≤950℃，进行奥氏体未再结晶区轧制，精轧累计四道次压下率不小于58％，终轧温度810～830℃，使奥氏体晶粒充分压扁，在晶粒内部形成大量变形带、孪晶等晶格缺陷，增加其有效晶粒面积，以在轧后的连续冷却相变过程中提高新相的相变质点，细化成品组织；

D)精轧结束后，通过超快冷+层流冷却，超快冷对钢板快速水冷，确保终冷温度达到终冷设计温度350～470℃，并控制全板宽方向温度波动≤30℃，防止纵横向力学性能各向异性。

优选的，所述步骤A)中，采用电磁搅拌和动态轻压下改善连铸坯偏析，控制铸坯低倍评级在C1.0级以内。

优选的，所述步骤A)中，Mg处理工艺中，钢水中Mg按0.0004～0.0020％控制，Ca处理工艺中，钢水中Ca按0.0018～0.005％控制。

优选的，所述步骤B)中，装炉温度控制在450℃以下。

优选的，粗轧前对铸坯采用定宽机定宽确保铸坯尺寸精度和边部温度均匀性，高压水除鳞确保带钢表面质量，短行程立辊轧机提高带钢宽度精度，液压微调R2轧机，提高带坯厚度精度，确保了操作稳定性，避免产生镰刀弯；

优选的，精轧机采用液压长行程辊缝设定***及AGC***控制，通过窜辊、弯辊***、厚度、凸度及板型测量闭环控制***实现板型高精度控制，其中，通过辊缝设定***、窜弯***和AGC***获得极小厚度误差和最好精度值，通过神经元网络控制技术提高终轧温度、宽度精度和厚度精度，轧制线表面质量检测***确保液压活套装置有效控制机架间张力，确保钢表面质量。

本发明的化学成分设计中：以低碳中锰成分体系为基础，微合金Nb、Ti析出强化，添加0.08～0.20％Mo元素，扩大γ相区，推迟γ→α相变时先析出铁素体形成，促进针状铁素体形成，且能够提高厚钢板的淬透性，有助于轧制时奥氏体晶粒细化和和微细贝氏体的生成。工艺上冶炼环节对易偏析元素Mn、S、C严格控制外，还采用Ca或Mg处理夹杂物改性技术，细化钢中夹杂，促使钢中形成的Al₂O₃变性成粒径更小、分布更均匀的Al₂O₃～CaO或Al₂O₃～MgO，夹杂物改性处理同时可以促使传统凝固过程中析出的塑性MnS变性为CaO或MgS在Al₂O₃～CaO或Al₂O₃～MgO表面析出，这种夹杂物较热轧态带状MnS具有尺寸小、分散分布特点，可以显著改善凝固过程中存在的中心偏析问题。

具体在炼钢过程工艺质量控制上，采用LF+RH(VD)真空处理，真空后夹杂物变性处理，连铸过程全保护浇铸，实现钢中危害元素N、H、O、S和夹杂物含量控制到较低水平，同时在连铸浇铸环节通过控制低过热度浇注和连铸凝固过程电磁搅拌和轻压下减少铸坯的成分和组织宏观偏析。

在炼钢铸坯选择上，区别于以往采用厚规格连铸坯大压下生产厚规格管线，本发明采用低压缩比工艺，在炼钢连铸生产中采用200～250mm常规连铸坯厚度，生产厚度23mm～26mm屈服强度485MPa级以上厚壁X65和X70级管线钢板卷，采用低压缩比生产特厚规格管线钢内部晶粒在常规热轧后细化程度较小，这也给对后续工艺提出了更高的技术要求。

首先对连铸坯装炉温度进行控制，降低装炉温度促进铸坯内组织经历奥氏体到铁素体晶粒转变促进原始组织细化，减少混晶组织和大尺寸心部组织。在轧制工艺上采用控制加热保温、完全再结晶区加未再结晶区控制轧制、轧后超快冷快速均匀冷却工艺。在粗轧阶段通过大压下细化原始奥氏体晶粒尺寸，精轧阶段压下率大于55％，通过未再结晶区大压下获得足够数量的位错、变形带和晶粒扁平化，促进后续快速冷却时，获得一种以粒状贝氏体或针状铁素体的组织结构。钢板综合理化性能的Rt_0.5(480～600MPa)，抗拉R_m(545～760MPa)，冲击～30℃KV2≥200J，～20℃DWTT SA≥85％，硬度HV10≤250，具有较好的强韧性匹配和低屈强比，尺寸偏差厚度偏差～0.2mm～+0.2mm，塔形≤50mm，能够满足厚度规格X65和X70级管线钢板卷和钢管服役技术要求。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：由于采用合理的成分设计和优化的轧制TMCP生产工艺，可以显著提高厚规格管线钢的强韧性和可生产性，解决现有热连轧极限厚壁管线钢板卷生产技术问题，板卷综合理化性能的Rt_0.5(480～600MPa)，抗拉R_m(545～760MPa)，冲击～30℃KV2≥200J，～20℃DWTT SA≥85％，硬度HV10≤250，具有较好的强韧性匹配和低屈强比，尺寸偏差厚度偏差～0.2mm～+0.2mm，塔形≤50mm，能够满足厚度规格X65和X70级管线钢板卷和钢管服役技术要求。

附图说明

图1为本发明实施例一25.4mm X70级管线钢的轧向心部1/2处金相组织图；

图2为本发明实施例二25.4mm X65级管线钢的轧向心部1/2处金相组织图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

一种热连轧极限厚度规格高强管线钢板卷，其化学成分的质量百分比为：C:0.030～0.055％，Si：0.10～0.30％，Mn：1.30～1.65％，P：≤0.015％；S：≤0.0015％，Cr：≤0.20％，Ni≤0.10％，Mo：0.08～0.20％，Nb：0.04～0.07％，Ti：0.01～0.025％，Al：0.01～0.045％，余量为Fe。金相组织为：粒状贝氏体/针状铁素体和少量小尺寸准多边形铁素体的组织结构。

上述热连轧极限厚度规格高强管线钢板卷的制造方法，包括如下步骤：

C)热轧三阶段轧制：第一阶段，在1050℃以上高温奥氏体区进行1～3道次大变形轧制，单道次压下率≥10％，第一阶段压下率≥30％，使奥氏体晶粒充分破碎；第二阶段，在接近再结晶停止温度的1000～1050℃温度区间内，采用2～7道次大变形轧制，单道次压下率≥15％，第二阶段压下率≥30％，使原奥氏体晶粒在较低温度下发生动/静态再结晶，同时抑制再结晶后待温过程中的晶粒长大；第三阶段为精轧阶段，精轧开轧温度≤950℃，进行奥氏体未再结晶区轧制，精轧累计四道次压下率不小于58％，终轧温度810～830℃；

其中，步骤A)中，采用电磁搅拌和动态轻压下改善连铸坯偏析，控制铸坯低倍评级在C1.0级以内，Mg处理工艺中，钢水中Mg按0.0004～0.0020％控制，Ca处理工艺中，钢水中Ca按0.0018～0.005％控制；步骤B)中，装炉温度控制在450℃以下。

另外，粗轧前对铸坯采用定宽机定宽确保铸坯尺寸精度和边部温度均匀性，高压水除鳞确保带钢表面质量，短行程立辊轧机提高带钢宽度精度，液压微调R2轧机，提高带坯厚度精度，确保了操作稳定性，避免产生镰刀弯；精轧机采用液压长行程辊缝设定***及AGC***控制，通过窜辊、弯辊***、厚度、凸度及板型测量闭环控制***实现板型高精度控制，其中，通过辊缝设定***、窜弯***和AGC***获得极小厚度误差和最好精度值，通过神经元网络控制技术提高终轧温度、宽度精度和厚度精度，轧制线表面质量检测***确保液压活套装置有效控制机架间张力，确保钢表面质量。

实施例一

以采用炼钢230mm铸坯轧制25.4mm X70级管线为例，具体实施步骤为：

A)钢水成分合格后，对钢液进行Ca和Mg处理，Mg处理工艺中，钢水中Mg按0.0004～0.0020％控制，Ca处理工艺中，钢水中Ca按0.0018～0.005％控制，浇铸时过热度控制在1530～1550℃；

B)浇铸成230mm铸坯后，热装或缓冷后装加热炉，加热温度为1160～1200℃，在炉时间130min～260min，高温1160～1200℃保温时间60～100min；

C)热轧三阶段轧制：第一阶段，在1050℃以上高温奥氏体区进行2道次大变形轧制，第一道次压下率13％，第二道次压下率23％，第一阶段压下率33％使奥氏体晶粒充分破碎；第二阶段，在接近再结晶停止温度的1000～1050℃温度区间内，采用2道次大变形轧制，第三道次压下20％，第四道次压下25％，粗轧累计压下率60％；第三阶段为精轧阶段，控扎控冷设定精轧开轧温度≤950℃，进行奥氏体未再结晶区轧制，精轧累计四道次压下率58％，终轧温度810-830℃；

D)精轧结束后，通过超快冷+层流冷却，超快冷对钢板快速水冷，水比选择需要兼顾钢板表面硬度不超标，厚板在经过超快冷后因心部温度较高，超快冷后会有所返红，经过后续层流冷却补充，确保终冷温度达到终冷设计温度350～470℃，并控制全板宽方向温度波动≤30℃，防止纵横向力学性能各向异性。

按照化学成分的质量百分比设置实施例1～实施例8，具体成分取值如下表：

表1实施例1～实施例8的成分取值列表(重量百分比)

将上述实施例1～实施例8按照下表的工艺参数进行制造：

表2实施例1～实施例8的主要工艺参数列表

制得的实施例1～实施例8主要性能如下：

表3实施例1～实施例8主要性能

通过对8个实施例理化综合性能数据可知，8组实施例综合性能完全能满足X70级管线钢的技术指标要求，具有较好的强韧性，通过H₂S腐蚀检验表明具有良好的抗H₂S腐蚀性能。具有代表性的微观金相组织见附图1。

实施例二

以采用炼钢230mm铸坯轧制25.4mmX65级管线为例，具体实施步骤为：

D)精轧结束后，通过超快冷+层流冷却，超快冷对钢板快速水冷，水比选择需要兼顾钢板表面硬度不超标，厚板在经过超快冷后因心部温度较高，超快冷后会有所返红，经过后续层流冷却补充，确保终冷温度达到终冷设计温度400～500℃，并控制全板宽方向温度波动≤30℃，防止纵横向力学性能各向异性。

按照化学成分的质量百分比设置实施例9～实施例14，具体成分取值如下表4：

表4实施例9～实施例4的成分取值列表(重量百分比)

元素组分	C	Si	Mn	P	S	Mo	Nb	Ti	Al	Mg	Ca
												实施例9	0.055	0.25	1.35	0.012	0.0008	0.08	0.055	0.017	0.035	0.0020	0.0036
实施例10	0.050	0.10	1.30	0.013	0.0010	0.20	0.050	0.025	0.045	0.0004	0.0024
												实施例11	0.045	0.30	1.40	0.012	0.0009	0.15	0.070	0.018	0.029	-	0.0050
实施例12	0.030	0.15	1.65	0.015	0.0015	0.20	0.047	0.015	0.034	-	0.0018
												实施例13	0.047	0.20	1.50	0.012	0.0009	0.15	0.040	0.010	0.010	-	0.0022
实施例14	0.053	0.25	1.42	0.012	0.0009	0.15	0.050	0.017	0.031	-	0.0020

将上述实施例9～实施例14按照下表的工艺参数进行制造：

表5实施例9～实施例14的主要工艺参数列表

制得的实施例9～实施例14主要性能如下：

表6实施例9～实施例14主要性能

通过对实施例(9-14)6个实施例理化综合性能数据可知，6组实施例综合性能完全能满足X65级管线钢指标要求，具有较好的强韧性，且抗H₂S腐蚀性能良好。具有代表性的微观金相组织见附图2，组织类型为粒状贝氏体体+针状铁素体。

本发明热连轧极限厚度规格高强管线钢板卷，由于采用合理的成分设计和优化的轧制TMCP生产工艺，可以显著提高厚规格管线钢的强韧性和可生产性，解决现有热连轧极限厚壁管线钢板卷生产技术问题，板卷综合理化性能的Rt_0.5(480～600MPa)，抗拉R_m(545～760MPa)，冲击～30℃KV2≥200J，～20℃DWTT SA≥85％，硬度HV10≤250，具有较好的强韧性匹配和低屈强比，尺寸偏差厚度偏差～0.2mm～+0.2mm，塔形≤50mm，能够满足厚度规格X65和X70级管线钢板卷和钢管服役技术要求。

Claims

1.一种热连轧极限厚度规格高强管线钢板卷，其特征在于：其化学成分的质量百分比为：C:0.030～0.055％，Si：0.10～0.30％，Mn：1.30～1.65％，P：≤0.015％；S：≤0.0015％，Cr：≤0.20％，Ni≤0.10％，Mo：0.08～0.20％，Nb：0.04～0.07％，Ti：0.01～0.025％，Al：0.01～0.045％，余量为Fe。

2.如权利要求1所述热连轧极限厚度规格高强管线钢板卷，其特征在于：金相组织为粒状贝氏体/针状铁素体和少量小尺寸准多边形铁素体的组织结构。

3.一种如权利要求1或2所述热连轧极限厚度规格高强管线钢板卷的制造方法，其特征在于：包括如下步骤：

4.如权利要求3所述热连轧极限厚度规格高强管线钢板卷的制造方法，其特征在于：所述步骤A)中，采用电磁搅拌和动态轻压下改善连铸坯偏析，控制铸坯低倍评级在C1.0级以内。

5.如权利要求3所述热连轧极限厚度规格高强管线钢板卷的制造方法，其特征在于：所述步骤A)中，Mg处理工艺中，钢水中Mg按0.0004～0.0020％控制，Ca处理工艺中，钢水中Ca按0.0018～0.005％控制。

6.如权利要求3所述热连轧极限厚度规格高强管线钢板卷的制造方法，其特征在于：所述步骤B)中，装炉温度控制在450℃以下。

7.如权利要求3所述热连轧极限厚度规格高强管线钢板卷的制造方法，其特征在于：粗轧前对铸坯采用定宽机定宽确保铸坯尺寸精度和边部温度均匀性，高压水除鳞确保带钢表面质量，短行程立辊轧机提高带钢宽度精度，液压微调R2轧机，提高带坯厚度精度，确保了操作稳定性，避免产生镰刀弯。

8.如权利要求3所述热连轧极限厚度规格高强管线钢板卷的制造方法，其特征在于：精轧机采用液压长行程辊缝设定***及AGC***控制，通过窜辊、弯辊***、厚度、凸度及板型测量闭环控制***实现板型高精度控制，其中，通过辊缝设定***、窜弯***和AGC***获得极小厚度误差和最好精度值，通过神经元网络控制技术提高终轧温度、宽度精度和厚度精度，轧制线表面质量检测***确保液压活套装置有效控制机架间张力，确保钢表面质量。