CN113862446A - 一种高加热温度的x70管线钢的生产方法 - Google Patents

Abstract

一种高加热温度的X70管线钢及其生产方法，钢的重量百分组成为C=0.03~0.08，Si=0.20~0.50，Mn=1.00~1.80，P≤0.015，S≤0.003，Al=0.02~0.05，Ti=0.008~0.020，Nb=0.090~0.100，Ni=0.10~0.50，Cr=0.10~0.50，余量为Fe和不可避免的杂质元素；本发明可缩短X70管线钢加热在炉时间20~50min，可提高20%的X70管线钢小时产量，钢板可获得50~55%的针状铁素体、45~55%的粒状贝氏体的基体组织，晶粒度达11‑12级，屈服强度在500~600Mpa之间，抗拉强度在600~680Mpa之间，屈强比≤0.88、‑40℃冲击功≥250J、‑30℃落锤DWTT≥90%，X70管线钢板冷矫率在5%以内。

Description

一种高加热温度的X70管线钢的生产方法

技术领域

本发明属于冶金技术领域，涉及一种高加热温度的X70管线钢的生产方法。

背景技术

钢的微合金化是提高钢综合性能的重要方法，板坯的轧前再加热可以促进微合金的固溶强化及沉淀强化，使材料的力学性能显著提高，因此得到极大关注并进行了大量研究。加热制度不仅影响微合金的充分固溶，也会影响原奥氏体组织及晶粒大小。随着加热温度的升高，其原始奥氏体晶粒也会长大，从而影响最终钢板的综合性能。

管线钢主要为输送石油、天然气管道工程用钢，属于低碳微合金钢，具有较高的生产技术难度。高强度、高韧性是其主要技术指标，尤其是低温落锤DWTT性能是管线钢特有要求。目前，管道工程的发展趋势是大管径、大壁厚、高输压等，其中X70管线钢是普遍使用的钢级。在中厚板厂生产X70管线钢时，为避免原始奥氏体晶粒的异常长大，往往加热温度控制在1150~1250℃，为保证能得到更好的微合金固溶效果，对管线钢坯的加热时间和出炉温度也会有所要求，当加热时间或出炉温度不满足工艺要求时，往往会采取轧线停轧待温。因此，X70管线钢的加热制度是影响中厚板厂生产效率和吨钢成本的主要因素之一。

发明内容

本发明的目的是提供一种高加热温度的X70管线钢的生产方法，该方法采用高Nb微合金设计，运用“高加热温度+TMCP技术”，生产8~25mm厚度X70管线钢，可缩短加热在炉时间20~50min，管线钢的生产效率可提高20%以上，屈服强度在500~600Mpa之间，抗拉强度在600~680Mpa之间，屈强比≤0.88、-40℃冲击功≥250J、-30℃落锤DWTT≥90%，钢板冷矫率在5%以内。

本发明的技术方案：

一种高加热温度的X70管线钢的生产方法，钢板厚度8~25mm，钢的化学组成重量百分比为C=0.03~0.08，Si=0.20~0.50，Mn=1.00~1.80，P≤0.015，S≤0.003，Al=0.02~0.05，Ti=0.008~0.020，Nb=0.090~0.100，Ni=0.10~0.50，Cr=0.10~0.50，余量为Fe和不可避免的杂质元素；关键工艺步骤包括：

（1）板坯下线；按照上述组分经转炉冶炼并浇注成钢坯，钢坯下线温度750~900℃；

（2）板坯高温加热：钢坯下线后采用热送热装方式，铸坯表面打水强冷至550℃以下入炉，加热炉混合煤气热值11000~12000 kJ/Nm³，空燃比3.0~3.5，分预热段、I加段、II加段、均热段进行控制加热，预热段温度800~1200℃，I加段温度1200~1300℃，II加段1300~1350℃，均热段1300~1350℃，总在炉时间150~190min，加热速率3~8min/cm，出炉温度1220~1260℃；

（3）粗轧：板坯出炉后经高压水初除磷至粗轧机前，开轧温度≤1250℃，展宽后末三道次平均压下率≥15%，粗轧终轧温度≤1050℃，中间坯厚度设定依据：粗轧累计压下率≥50%，精轧累计压下率≥60%；

（4）精轧：中间坯经中间辊道水冷至精轧机前，精轧开轧温度≤980℃，轧制7~9道次，平均压下率≥10%，终轧温度820~860℃；

（5）快冷控制：钢板轧后直接入水冷却，采用分段模式冷却，第一阶段采用DQ模式，冷却速率25~30℃/S，结束温度600~650℃，第二阶段采用ACC模式，冷却速率5~10℃/S，结束温度510~580℃。

本发明所述的钢种组分的设计原理：

碳：碳是增加钢强度的有效元素，但随碳含量增加管线钢韧性、塑性和焊接性均会下降，一般碳含量超过0.08%其低温DWTT落锤性能将会明显恶化，但如果碳含量过低，将影响管线钢的强度，而且对工业化生产来说，冶炼比较困难。因此，本发明采用低碳设计，确定碳含量范围为0.03%~0.08%。

硅：硅在管线钢中溶于铁素体内，可使钢的强度、硬度增加，但塑性、韧性降低。硅也是炼钢时作为脱氧剂而加入钢中的元素，硅与钢水中的FeO能结成密度较小的硅酸盐炉渣而被除去，因此硅是提高钢水纯净度有益的元素。但是过高的硅含量对钢的表面质量和夹杂物的控制不利，也对钢的塑韧性和焊接性不利。本发明确定硅含量的范围为0.20%~0.50%。

锰：锰是重要的强韧性元素，能降低钢中γ→α的相变Ar₃温度，从而促进贝氏体转变。Mn通过溶入铁素体而引起固溶强化，提高钢的强度。在管线钢控轧控冷过程中对晶粒细化有促进作用，因此在提高强度的同时还能改善钢的韧性。但锰也容易发生偏析，与S结合生成MnS等带状组织影响低温DWTT性能。本发明确定锰含量的范围为1.00%~1.80%。

磷：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性。因此，本发明采用低磷设计，限制磷含量不大于0.015%。

硫：硫是钢中的有害杂质，降低钢的延展性、韧性及焊接性，高硫钢在高温进行压力加工时，容易脆裂。另外，S还可以与Mn形成MnS偏析，严重影响钢的综合性能。因此，本发明采用低硫设计，限制硫含量不大于0.003%。

铝：铝是钢中的脱氧剂，适量Al、Ca的复合，有利于减少夹杂物的数量，改变夹杂物的形态，对管线钢的内部质量及塑、韧性都有利。Al有一定的细化晶粒的作用，提高冲击韧性及降低钢的韧脆转变温度。本发明确定铝含量的范围为0.02%~0.05%。

钛：钛能细化钢的晶粒组织，从而提高钢的强度和韧性，降低时效敏感性和冷脆性，改善焊接性能。微钛处理形成的TiN，能有效钉扎奥氏体晶界，有利于控制奥氏体晶粒的长大，但钛含量较高时，易生成大尺寸的液析TiN，影响钢的机械性能。本发明确定钛含量的范围为0.008%~0.020%。

铌：铌是微合金化元素，具有固溶强化和细晶强化两种作用。固溶强化是指其溶于奥氏体后，可明显提高钢的淬透性，提高钢的强度、冲击韧性。Nb和C、N结合能生成高熔点、高度分散的Nb（C、N），这种碳化物具有强烈抑制奥氏体再结晶的作用，具有γ中析出钉扎奥氏体晶界、细化原始奥氏体晶粒的特点，使材料在相变后得到组织明显细化，晶粒尺寸较小。含有较高的Nb，奥氏体稳定性更强，管线钢可以在更高的轧制温度进行加工，通过延迟奥氏体向铁素体转变，提高贝氏体的体积分数。另外高Nb还可以提供更多的铁素体相变形核质点，在控冷过程中可进一步细化铁素体晶粒大小。本发明采用高Nb设计，确定Nb含量0.090~0.100%。

镍：镍可以和铁形成无限固溶体，是奥氏体稳定化元素，能显著改善钢的强度和低温韧性，特别是对低温DWTT性能具有较强的促进作用。但镍是贵重金属，且含量过高易造成氧化铁皮压入，从而影响成品钢板的表面质量。管线钢为低碳设计，Ni含量可适当降低。本发明确定镍含量的范围为0.10%~0.50%。

铬：铬在管线钢中的作用多元且重要，能形成较稳定、细小的铬碳化物，均匀度分布在钢体积中，起到组织细化，提高强度、耐磨性的作用。铬和镍形成稳定的化合物，能起到抗氧化和腐蚀的作用，对保护管线钢的表面质量有较好的作用。本发明确定铬含量的范围为0.10%~0.50%。

本发明所述的生产方法的设定依据在于：

本发明中管线钢铸坯表面经强冷远低于A_c1温度线以下入炉，抑制先共析铁素体膜在奥氏体晶界呈网状分布，从而达到解决热装热送模式下钢板表面星裂的问题；采用高Nb成分设计，较高加热温度下，利用大量弥散固溶Nb（C、N）的钉扎晶界作用，抑制原始奥氏体晶粒的异常长大，利用高温加热的热辐射方式，在较短的时间内就可达到铸坯加热均匀化的效果；粗轧阶段展宽后末三道次平均压下率≥15%，累计压下率≥50%，保证在临界变形率以上，整个粗轧过程在再结晶终止温度Tnr以上完成，使得钢坯奥氏体组织充分再结晶，厚度方向晶粒得到充分细化；中间坯经水冷在较短时间内达到第二阶段轧制温度，充分减少中间坯待温时间，提高生产效率。精轧在（A_r3+50℃）~Tnr温度区域内轧制，累计压下率≥60%的未再结晶区轧制及大量Nb（C、N）的弥散析出，可产生更多的亚晶界、形变带，为后续中温转变提供更多的形核质点，充分达到细化铁素体+贝氏体组织。“高入水温度”为后续中温转变提供更大的过冷度及相变驱动力，以增加硬相组织贝氏体含量；控冷过程采用“DQ+ACC”方式，利用Mulpic前区对钢板以25~30℃/s进行DQ超快冷，使基体组织避开CCT曲线中γ→QF（多边形铁素体）区，在600-650℃区域尽快进入γ→AF（针状铁素体）+GB（粒状贝氏体），在Mulpic后区对钢板以5~10℃/S进行中温转变，结束温度510~580℃，这一阶段慢速ACC冷却可降低钢板贝氏体相变应力，起到明显改善冷后板形的效果。

本发明的有益效果：（1）本发明可缩短X70管线钢加热在炉时间20~50min，可提高20%的X70管线钢小时产量；（2）本发明钢板可获得50~55%的针状铁素体、45~55%的粒状贝氏体的基体组织，晶粒度达11-12级，屈服强度在500~600Mpa之间，抗拉强度在600~680Mpa之间，屈强比≤0.88、-40℃冲击功≥250J、-30℃落锤DWTT≥90%；（3）本发明X70管线钢板冷矫率在5%以内。

附图说明

图1为本发明实施例2的铸坯加热过程的温度变化曲线图。

图2为本发明实施例2的X70管线钢1/4厚度处的光学显微镜照片。

具体实施方式

以下以一组实施例进一步说明本发明的内容。

实施例钢种的化学成分如表1。

表1 实施例钢种的化学成分（%）

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实施例1：8mm厚度X70钢的生产

钢的化学成分如表1，铸坯的厚度为220mm，钢板的厚度为8mm。其生产关键工艺参数为：

（1）板坯下线：按表1实施例1组分经转炉冶炼并浇注成钢坯，钢坯下线温度800℃；

（2）板坯高温加热：钢坯下线后采用热送热装方式，铸坯表面强冷至480℃入炉，加热炉混合煤气热值11500~12000 kJ/Nm³，空燃比3.1，分预热段、I加段、II加段、均热段进行控制加热，预热段温度800~1200℃，I加段温度1200~1300℃，II加段1300~1350℃，均热段1300~1350℃，总在炉时间151min，加热速率4~6min/cm，出炉温度1230~1260℃；

（3）粗轧：粗轧开轧温度1230℃，展宽后道次末三道次平均压下率24%，粗轧终轧温度1020~1040℃，中间坯65mm，粗轧累计压下率71%，精轧累计压下率88%；

（4）精轧：中间坯经中间水冷至精轧机前，精轧开轧温度980℃，轧制7道次，平均压下率13%，终轧温度840~860℃；

（5）快冷控制：钢板轧后直接入水冷却，采用分段模式冷却，第一阶段采用DQ模式，冷却速率30℃/S，结束温度620~650℃，第二阶段采用ACC模式，冷却速率8℃/S，结束温度530~560℃。

实施例2：17.5mm厚度X70钢的生产

钢的化学成分如表1，铸坯的厚度为260mm，钢板的厚度为17.5mm。其生产关键工艺参数为：

（1）板坯下线：按表1实施例2组分经转炉冶炼并浇注成钢坯，钢坯下线温度850℃；

（2）板坯高温加热：钢坯下线后采用热送热装方式，铸坯表面强冷至500℃入炉，加热炉混合煤气热值11500~12000 kJ/Nm³，空燃比3.2，分预热段、I加段、II加段、均热段进行控制加热，预热段温度800~1200℃，I加段温度1200~1300℃，II加段1300~1350℃，均热段1300~1350℃，总在炉时间163min，加热速率4~6min/cm，出炉温度1220~1250℃；

（3）粗轧：粗轧开轧温度1225℃，展宽后末三道次平均压下率23%，粗轧终轧温度1020~1040℃，中间坯75mm，粗轧累计压下率69%，精轧累计压下率77%；

（4）精轧：中间坯经中间水冷至精轧机前，精轧开轧温度890℃，轧制7道次，平均压下率11%，终轧温度830~850℃；

（5）快冷控制：钢板轧后直接入水冷却，采用分段模式冷却，第一阶段采用DQ模式，冷却速率28℃/S，结束温度620~650℃，第二阶段采用ACC模式，冷却速率6℃/S，结束温度520~550℃。

对实施例2钢板进行微观组织观察，1/4厚度处的光学显微镜照片如图2，其微观组织为50%左右的针状铁素体+50%左右的粒状贝氏体。

实施例3：25mm厚度X70钢的生产

钢的化学成分如表1。连铸坯的厚度为300mm，钢板的厚度为25mm。其生产关键工艺参数为：

（1）板坯下线：按表1实施例3组分经转炉冶炼并浇注成钢坯，钢坯下线温度890℃；

（2）板坯高温加热：钢坯下线后采用热送热装方式，铸坯表面强冷至530℃入炉，加热炉混合煤气热值11500~12000 kJ/Nm³，空燃比3.2，分预热段、I加段、II加段、均热段进行控制加热，预热段温度800~1200℃，I加段温度1200~1300℃，II加段1300~1350℃，均热段1300~1350℃，总在炉时间172min，加热速率4~6min/cm，出炉温度1220~1240℃；

（3）粗轧：粗轧开轧温度1220℃，展宽后末三道次平均压下率18%，粗轧终轧温度1020~1040℃，中间坯85mm，粗轧累计压下率64%，精轧累计压下率71%；

（4）精轧：中间坯经中间水冷至精轧机前，精轧开轧温度850℃，轧制7道次，平均压下率10%，终轧温度820~840℃；

（5）快冷控制：钢板轧后直接入水冷却，采用分段模式冷却，第一阶段采用DQ模式，冷却速率26℃/S，结束温度620~650℃，第二阶段采用ACC模式，冷却速率5℃/S，结束温度510~540℃。

对以上三个实施例的钢板进行拉伸、冲击、落锤试验，其性能如表2。

表2 实施例钢板的拉伸性能

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Claims (1)

1.一种高加热温度的X70管线钢的生产方法，钢板厚度8~25mm，其特征在于：钢的化学组成重量百分比为C=0.03~0.08，Si=0.20~0.50，Mn=1.00~1.80，P≤0.015，S≤0.003，Al=0.02~0.05，Ti=0.008~0.020，Nb=0.090~0.100，Ni=0.10~0.50，Cr=0.10~0.50，余量为Fe和不可避免的杂质元素；关键工艺步骤包括：

（1）板坯下线；按照上述组分经转炉冶炼并浇注成钢坯，钢坯下线温度750~900℃；

（2）板坯高温加热：钢坯下线后采用热送热装方式，铸坯表面打水强冷至550℃以下入炉，加热炉混合煤气热值11000~12000 kJ/Nm³，空燃比3.0~3.5，分预热段、I加段、II加段、均热段进行控制加热，预热段温度800~1200℃，I加段温度1200~1300℃，II加段1300~1350℃，均热段1300~1350℃，总在炉时间150~190min，加热速率3~8min/cm，出炉温度1220~1260℃；

（3）粗轧：板坯出炉后经高压水初除磷至粗轧机前，开轧温度≤1250℃，展宽后末三道次平均压下率≥15%，粗轧终轧温度≤1050℃，中间坯厚度设定依据：粗轧累计压下率≥50%，精轧累计压下率≥60%；

（4）精轧：中间坯经中间辊道水冷至精轧机前，精轧开轧温度≤980℃，轧制7~9道次，平均压下率≥10%，终轧温度820~860℃；

（5）快冷控制：钢板轧后直接入水冷却，采用分段模式冷却，第一阶段采用DQ模式，冷却速率25~30℃/S，结束温度600~650℃，第二阶段采用ACC模式，冷却速率5~10℃/S，结束温度510~580℃。

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