CN114411053A

CN114411053A - 一种高效低成本抗大变形x70m管线钢板及其制造方法

Info

Publication number: CN114411053A
Application number: CN202111625989.1A
Authority: CN
Inventors: 曲之国; 张友健; 刘振华; 范明达; ***; 杨海峰; 白学飞
Original assignee: Rizhao Steel Yingkou Medium Plate Co Ltd
Current assignee: Rizhao Steel Yingkou Medium Plate Co Ltd
Priority date: 2021-12-29
Filing date: 2021-12-29
Publication date: 2022-04-29
Anticipated expiration: 2041-12-29
Also published as: CN114411053B

Abstract

本发明公开了一种高效低成本方式生产的抗大变形X70M管线钢板及其制造方法，其化学成分按照质量分数，C：0.04‑0.06%；Si：0.15‑0.25%；Mn：1.30‑1.40%；P≤0.015%；S≤0.003%；Nb：0.028‑0.035%；Cr：0.12‑0.25%；Ti：0.008‑0.020%；Ni：0‑0.30%；Mo：≤0.06%；Ca≤0.005%；Als：0.015‑0.045%；B≤0.0005%；其余为Fe和不可避免的杂质。按本方法生产的钢板，生产工艺简洁高效、成本较低，在管线钢生产领域将具有良好的应用前景。

Description

一种高效低成本抗大变形X70M管线钢板及其制造方法

技术领域

本发明属于管线钢板生产技术领域,具体涉及一种高效低成本抗大变形X70M管线钢板及其制造方法。

背景技术

随着经济发展对于油气资源需求的日益增长，油气管道建设逐渐由经济发达地区向偏远地区发展，长距离、高强度、大口径、高压力成为管道建设的发展方向。与此同时，管道建设中的不可避免的地震带、滑坡灾害多发区、冻土融化区等均给管道建设、施工、运行提出新的挑战。为此，管道设计者提出了基于应变设计的理念。要求管线钢具备抗大变形性能，即在满足高强度、高韧性的前提下，同时具有较低的屈强比（≤0.85）和较高的均匀伸长率（≥10%）等性能。

根据目前的资料，抗大变形X70M、X80M已经实现了批量应用，但是普遍存在合金设计复杂、成本偏高、工艺繁琐等问题，导致实际生产成本偏高、效率降低，间接造成管道建设成本升高。例如，公开号CN103343300A 提出厚度＞26mm及纵向屈服强度≥500MPa的工程用钢及生产方法，所生产钢板添加Cr、Ni、Cu、Mo等元素，合金体系复杂且成本偏高；公开号CN102828125A,一种基于应变设计的管线用钢X70及其制造方法，所生产钢板C含量高且采用弛豫工艺，钢板综合性能及生产效率不高；公开号CN102534377A，韧性优良的X70级抗大变形管线钢及其制备方法，采用三阶段控轧加二阶段水冷，严重影响轧制效率提升；公开号CN101914723A，一种热轧抗大变形管线钢及其制备方法，虽然成本较低，但是其设计两种轧制思路，一种是较常见的空冷弛豫，另一种是两相区低温终轧，虽然均能获得较优异的抗大变形性能，但对轧制生产效率均有负面影响；公开号CN109957709A，一种含V大变形X70M管线钢板及其制造方法，采用V微合金化提升强度，同样采用了两相区终轧，轧后控制低温开冷的模式，对轧机负荷要求极高，而且720-754℃的低温终轧对钢板板形也会产生不利影响。针对以上问题，本发明的钢板采用的生产工艺简洁高效、成本较低，各项性能满足抗大变形X70M管线钢要求，具有较好的应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种高效低成本抗大变形X70M管线钢板及其制造方法，旨在通过简洁的成分设计，采用常规TMCP工艺生产，达到高效低成本生产的效果。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种高效低成本抗大变形X70M管线钢板,其特征在于：包括如下质量百分比的各组分：C：0.04-0.06%；Si：0.15-0.25%；Mn：1.30-1.45%；P≤0.016%；S≤0.003%；Nb：0.028-0.035%；Cr：0.12-0.25%；Ti：0.008-0.020%；Ni：0-0.30%；Mo：≤0.06%；Ca ≤0.005%；Als：0.015-0.045%；B≤0.0005%；其余为Fe和不可避免的杂质；其中0.27%≤C+Mn/6+Cr/5 ≤0.31%，C+（Mn+Mo）/3.87≤0.42%。

进一步的：包括如下质量百分比的各组分：C：0.042-0.055%；Si：0.16-0.20%；Mn：1.30-1.40%；P≤0.015%；S≤0.002%； Cr：0.12-0.18%； Mo：≤0.05%；其余为Fe和不可避免的杂质；其中0.27%≤C+Mn/6+Cr/5 ≤0.31%，C+（Mn+Mo）/3.87≤0.42%。

一种高效低成本抗大变形X70M管线钢板的制造方法，包括铁水预处理步骤、冶炼步骤、连铸步骤、轧制步骤、水冷步骤，其特征在于：

在轧制步骤中，采用二阶段控制轧制，其中钢坯加热温度1200℃~1220℃，中间坯厚度≥4.0t，粗轧最后两道次单道次压下率≥20%；第二阶段终轧温度控制在T'+30±10℃，采用偶道次轧制，各道次压下率≥15%，在末道次变形后直接水冷，冷速10-15℃/s，终冷温度300±20℃；其中t为成品厚度，T'= 925-288*(C+(Mn+Mo)/3.87+Cr/20+Ni/6)-0.45*t。

进一步的：在轧制步骤中，钢坯厚度≥11t，粗轧最后两道次单道次压下率≥20%；其中t为成品厚度。

进一步的：精轧第二阶段采用偶道次轧制，在末道次变形后直接水冷，入水温度≥T',控制冷速10-15℃/s，终冷温度300±20℃,钢板经过矫直后下线堆垛或直接切割。

进一步的：钢板厚度在25.4-28.6mm。

本发明的优点是：本发明钢相对于其他抗大变形管线钢来说，一方面具有成分体系简单，合金成本低的优点，本发明钢板不添加或少添加Mo、Cu、Nb、V等贵合金，使冶炼成分能够大幅降低；另一方面，通过成分设计与TMCP工艺配合，在不采用两相区轧制、轧后弛豫或热处理工艺的基础上，得到细小铁素体+贝氏体铁素体+MA的组织类型，能获得抗大变形性优异的X70M级管线钢，通过以上轧制工艺，同规格钢板小时轧制块数提高至少2块，提高了轧钢生产效率。所开发的钢板屈服强度440-520Mpa,抗拉强度570-735Mpa，屈强比≤0.75，均匀变形伸长率≥10%，-40℃冲击功≥200J,-10℃DWTT≥85%。按本方法生产的钢板，生产工艺简洁高效、成本较低，在管线钢生产领域将具有良好的应用前景。

附图说明

图1 为本发明钢板的组织（200X）；

图2 为对比例2钢板的组织（200X）。

具体实施方式

本发明公开了一种高效低成本抗大变形X70M管线钢板,其包括如下质量百分比的各组分：C：0.04-0.06%；Si：0.15-0.25%；Mn：1.30-1.45%；P≤0.016%；S≤0.003%；Nb：0.028-0.035%；Cr：0.12-0.25%；Ti：0.008-0.020%；Ni：0-0.30%；Mo：≤0.06%；Ca ≤0.005%；Als：0.015-0.045%；B≤0.0005%；其余为Fe和不可避免的杂质；其中0.27%≤C+Mn/6+Cr/5 ≤0.31%，C+（Mn+Mo）/3.87≤0.42%。

优选的：包括如下质量百分比的各组分：C：0.042-0.055%；Si：0.16-0.20%；Mn：1.30-1.40%；P≤0.015%；S≤0.002%； Cr：0.12-0.18%； Mo：≤0.05%；其余为Fe和不可避免的杂质；其中0.27%≤C+Mn/6+Cr/5 ≤0.31%，C+（Mn+Mo）/3.87≤0.42%。

本发明采用如上成分设计主要基于以下考虑：

C：碳在钢中主要起固溶强化作用，但碳含量增加严重影响焊接性能和低温韧性，过低则易导致铁素体相变快速发生引起强度不足，因此本发明设定C：0.04-0.06%，优选C：0.045-0.055%。

Mn：锰具有降低相变温度，细化组织的作用，可以弥补低碳导致的强度不足问题，但如果过高则奥氏体稳定性增加，在本发明轧制工艺下，对获得低屈强比不利。以此，本发明设定Mn：1.30-1.45%，优选Mn：1.30-1.40%。在本发明中，对C、Mn以及C+Mn/6+Cr/5、C+（Mn+Mo）/3.87的限制是显著特征之一，通过这种设计，一方面促进了奥氏体-铁素体相变，为获得低屈强比奠定基础；另一方面也考虑了基体的强度，避免整体强度无法达到X70级别要求。

Si：硅在本发明中主要起固溶强化作用，但含量过高也会影响钢材的韧性，因此本发明设定Si：0.15-0.25%，优选0.16-0.20%。

Nb、Ti:铌、钛在钢中均具有细化组织、析出强化的作用，特别是Nb元素，可以有效扩大未再结晶区，但是含量过高，易导致屈服强度提升，不利于屈强比控制，且成分较高，本发明设定Nb：0.028-0.035%，；Ti：0.008-0.018%。

Mo：Mo有强烈的延迟奥氏体-铁素体相变的作用，在非弛豫工艺条件下，钢中含有较多的Mo，易导致形成针状铁素组类型，不利于低屈强比的控制，且Mo属于贵金属，因此，本发明设定Mo≤0.06%。

Cr、Ni：Cr、Ni的添加主要起提升钢板强度的作用，同时Ni的添加也具有提升低温韧性的作用，本发明中优选设定Cr：0.12-0.25%，优选0.12-0.18%；Ni：0-0.14%。

P、S、Ca：P、S是对低温韧性有害的元素，需要分别控制在P≤0.016%；S≤0.003%以下才能获得较好的低温韧性。同时，通过对钢液进行Ca处理，优选钢液Ca含量：0.0005-0.0018%，可满足硫化物球化效果，过高则易导致含钙夹杂物增加，同时增加喂线成本。

以上成分设计的核心思想是基于抗大变形X70M管线钢具有先析铁素体+贝氏体双相组织特征，通过C、Mn、Mo、Nb 的优化组合，降低低温奥氏体稳定性，促进先析铁素体的形成。但是有别于传统的两相区轧制和弛豫工艺获得的先析铁素体通常晶粒尺寸较大，且易沿奥氏体晶界或轧制变形带形成铁素体带状组织等缺点，本发明的另一个控制要点在于通过轧制工艺、冷却路径的设计，控制先析铁素体析出的时机，从而获得较均匀的组织类型及抗大变形性能。

本发明所述的钢板的制造方法如下：

在冶炼环节，通过铁水预处理、LF精炼、RH真空处理及氩气软吹等措施提升钢水洁净度，为实现钢板的优异低温韧性奠定基础。在连铸环节，根据钢板成品厚度，优选钢坯厚度≥11t（t为成品厚度，mm），从而保证总压缩比，保证在相对较高的终轧温度下也能获得优异的DWTT性能。

钢坯的加热温度设计是本发明的一个重要环节。由于本发明兼顾了成本及效率，C、Mn、Mo、Nb等强化元素大幅降低，因此，为了保证钢板的基本强度，加热温度需采用适当的高温加热模式；而从保证厚规格管线钢DWTT性能考虑，在C、Nb含量均较低的情况，高温加热会使奥氏体晶粒急剧长大，恶化钢板DWTT性能。因此，综合考虑强度和DWTT性能，针对本发明合金成分，设定钢坯加热温度为1200-1220℃，过高或过低都无法达到本发明钢板的性能。

轧制过程采用两阶段轧制，其中第一阶段轧制主要为了获得细小的再结晶奥氏体，为第二阶段轧制后获得更多、更均匀的形核点做好组织准备。要求第一阶段轧制中间坯厚度≥4.0t(t为成品厚度)，最后两道次单道次压下率≥20%，优选≥22%。低于此值，则易导致相变后获得较粗大的先析铁素体，且DWTT性能不良。

精轧阶段的控制是本发明工艺控制的另一个核心，即通过形变及温度控制先析铁素体析出的时机，减少或避免铁素体在入水前析出。要求轧制温度不能过高，否则无法满足管线钢韧性要求，特别是DWTT要求，但是温度过低，则易导致形变诱导铁素体析出或是在入水前析出铁素体，这类铁素体较粗大且程带状分布，轧后钢板虽然也具有双相组织特征，但是屈服强度容易不足，且DWTT性能不良。因此，精轧第二阶段终轧温度按照T'+30℃(±10℃)控制，T'= 925-288*(C+(Mn+Mo)/3.87+Cr/20+Ni/6)-0.45*t。另外，相对于传统X70M管线钢，发明钢板的精轧阶段温度相对较高，因此，要求控制各道次压下率≥15%，以提升二阶段轧制累积效果，促进第二相粒子在轧制阶段的析出，同时为铁素体形核提供更多的形核点。

在末道次变形后，不同于弛豫工艺，本发明采用直接水冷的模式，且要求入水温度≥T',这样做的目的同样是避免铁素体在水冷前过多的析出。

钢板冷却路径的控制是本发明的另一个核心要素。在控制入水温度的前提下，控制钢板冷却速度在10-15℃/s，这样做的目的一方面是抑制粗大先析出铁素体形成，通过一定的冷却速度提供一定的相变驱动力，使高温阶段析出的铁素体分布更不均、细小，同时也避免屈服强度过低的问题；另一发明，冷速不能过大，由于入水前相变形成的先析铁素体量极少，如果冷速过大，则过冷奥氏体将避开铁素体相区发生中低温转变，这样无法获得抗大变形管线钢理想的双相组织类型。通过钢板冷却路径的控制，使钢板在适当的冷速条件下获得一定比例的均匀细小的铁素体组织，同时控制钢板终冷温度300±20℃，可以使剩余未转变奥氏体转变为贝氏体铁素体+细小MA的混合组织，进一步提升基体强度。终冷温度控制过低，不利于板形的控制，同时对热矫直机能力提出更高要求，存在无法矫直的风险；过高则形成的贝氏体铁素体板条亚结构粗化，MA粗大且程条形分布，不利于管线钢DWTT性能的稳定。

下面通过具体实施例对本发明方案进行详细说明。

根据本发明的成分设计及生产方法，采用300*2000mm、350*2000mm断面铸坯，冶炼过程经过LF+RH处理，发明钢与对比钢实际冶炼成分见表1：

采用双机架宽厚板轧机进行轧制，轧制规格分别为25.4、28.6mm，其中实施例1-4和对比例1按照本发明轧制工艺执行，对比例2按照弛豫工艺进行轧制，具体工艺及钢板实际性能见表2-4：

通过组织电镜图可见，本方案实施例1为细小铁素体+贝氏体铁素体+MA的组织类型，均匀性好；对比例2为典型铁素体+贝氏体双相组织，组织均匀性差。

综上可见，按照发明方法生产的25.4-28.6mmX70M钢板具有优良的抗大变形性能及强韧性匹配。而对比例1采用常规X70M成分体系，按照本方法轧制工艺进行轧制，由于无法控制先析铁素体的均匀析出，轧后钢板强度偏高，抗大变形性能无法满足要求，且低温落锤性能不佳；对比例2采用弛豫工艺轧制，可获得相近的抗大变形性能，但较发明钢成本大幅增加，且按精轧每3.5min轧制一块钢的节奏，弛豫45秒，测算小时轧钢块数至少降低2块，生产效率明显降低。

Claims

1.一种高效低成本抗大变形X70M管线钢板,其特征在于：包括如下质量百分比的各组分：C：0.04-0.06%；Si：0.15-0.25%；Mn：1.30-1.45%；P≤0.016%；S≤0.003%；Nb：0.028-0.035%；Cr：0.12-0.25%；Ti：0.008-0.020%；Ni：0-0.30%；Mo：≤0.06%；Ca ≤0.005%；Als：0.015-0.045%；B≤0.0005%；其余为Fe和不可避免的杂质；其中0.27%≤C+Mn/6+Cr/5 ≤0.31%，C+（Mn+Mo）/3.87≤0.42%。

2.根据权利要求1所述的高效低成本抗大变形X70M管线钢板,其特征在于：包括如下质量百分比的各组分：C：0.042-0.055%；Si：0.16-0.20%；Mn：1.30-1.40%；P≤0.015%；S≤0.002%； Cr：0.12-0.18%； Mo：≤0.05%；其余为Fe和不可避免的杂质；其中0.27%≤C+Mn/6+Cr/5 ≤0.31%，C+（Mn+Mo）/3.87≤0.42%。

3.一种高效低成本抗大变形X70M管线钢板的制造方法，包括铁水预处理步骤、冶炼步骤、连铸步骤、轧制步骤、水冷步骤，其特征在于：

4.根据权利要求3所述高效低成本抗大变形X70M管线钢板的制造方法，其特征在于：在轧制步骤中，钢坯厚度≥11t，粗轧最后两道次单道次压下率≥20%；其中t为成品厚度。

5.根据权利要求3所述高效低成本抗大变形X70M管线钢板的制造方法，其特征在于：精轧第二阶段采用偶道次轧制，在末道次变形后直接水冷，入水温度≥T',控制冷速10-15℃/s，终冷温度300±20℃,钢板经过矫直后下线堆垛或直接切割。

6.根据权利要求3所述高效低成本抗大变形X70M管线钢板的制造方法，其特征在于：钢板厚度在25.4-28.6mm。