CN102172619A

CN102172619A - 能提高高钢级厚规格管线钢断裂韧性的热轧工艺

Info

Publication number: CN102172619A
Application number: CN 201010617719
Authority: CN
Inventors: 孔君华; 郑琳; 周一中; 黄为民; 郭斌; 刘小国; 刘有健
Original assignee: Wuhan Iron and Steel Group Corp
Current assignee: Wuhan Iron and Steel Group Corp
Priority date: 2010-12-31
Filing date: 2010-12-31
Publication date: 2011-09-07

Abstract

本发明提供一种能提高高钢级厚规格管线钢断裂韧性的热轧工艺，它依次包括板坯再加热段工艺、热轧段工艺、板材卷取段工艺和冷却段工艺，各工艺的具体工艺参数为：板坯再加热段工艺：板坯加热温度＝T_固溶+30～80℃；在炉时间与坯厚的关系为：总在炉时间＝1/2×t+30～50min；板坯经再加热后上、下表面的温度差≤30℃；热轧段工艺：粗轧单道次压下率≥15％；精轧累计压下率≥70％；终轧温度＝Ar3+0～60℃，其中Ar3为相变点温度。利用本发明热轧工艺可以有效解决15mm以上X70和X80钢DWTT控制困难的问题。本发明热轧工艺切实可行，对轧机、卷取机等损耗小，产品的DWTT性能合格率高达99％以上。

Description

能提高高钢级厚规格管线钢断裂韧性的热轧工艺

技术领域

本发明涉及热轧工艺，具体涉及高钢级厚规格管线钢的热轧工艺，特别是X70以上高钢级、15mm以上厚规格管线钢的热轧工艺。

背景技术

石油天然气是国民经济的重要战略物资，能源的增长加上结构优化调整，带动了石油天然气工业的全面发展。二次大战后，油气输送管线发展迅猛，输送压力不断提高，国外新建天然气管道的设计工作压力都在10MPa以上。X70、X80钢级已经成为管线钢管发展的总趋势。

DWTT(Drop Weight Tear Test落锤撕裂试验)性能是输气管线钢质量要求的一个重要和必备指标。DWTT采用全厚度试样，较常规冲击试验更能真实、准确反映材料的断裂韧性，其试验温度一般根据管线的工作环境最低温度来定。即钢材必须保证在最低环境温度下服役时，能有效防止裂纹的起始和阻止裂纹的进一步扩展。

通常钢的强度和韧性是一对矛盾体。高钢级管线钢在提高强度的同时，往往造成断裂韧性的恶化。DWTT性能对钢材的厚度又极其敏感。一般高钢级管线钢，当厚度超过15mm时，DWTT性能极不稳定，并呈显著恶化趋势。

因此，如何控制高钢级厚规格管线钢的DWTT性能，改善其断裂韧性，保障管线的安全运行，是钢材批量生产过程中亟待解决的关键问题。

X70/X80钢级管线钢，当厚度超过15mm时，DWTT性能极不稳定，并呈显著恶化趋势，造成批量生产过程中产品合格率低，严重影响产品的质量和效益。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对高钢级厚规格管线钢批量生产过程中DWTT性能不理想、稳定性差等问题，本发明提供一种能提高高钢级厚规格管线钢断裂韧性的热轧工艺，以有效控制DWTT性能，改善断裂韧性，解决15mm以上X70和X80钢DWTT性能的控制难题。

本发明为解决上述提出的问题所采用解决方案为：

能提高高钢级厚规格管线钢断裂韧性的热轧工艺，它依次包括板坯再加热段工艺、热轧段工艺、板材卷取段工艺和冷却段工艺，各工艺的具体工艺参数为：

板坯再加热段工艺：板坯加热温度＝T_固溶+30～80℃，其中T_固溶为钢中铌的碳氮化物完全固溶温度；在炉时间与坯厚的关系为：总在炉时间＝1/2×t+30～50min，其中t为板坯厚度mm；板坯经再加热后上、下表面的温度差≤30℃；

热轧段工艺：粗轧单道次压下率≥15％；精轧累计压下率≥70％；终轧温度＝Ar3+0～60℃，其中Ar3为相变点温度。

上述方案中，板材卷取段工艺、冷却段工艺的具体工艺参数为：

板材卷取段工艺：卷取温度：400～570℃；

冷却段工艺：冷却速率：15～20℃/s。

影响管线钢的DWTT性能除了合金元素的作用外，热轧工艺对其起着至关重要的作用。X70、X80高钢级管线钢须避免得到珠光体组织，尽量得到细化的针状铁素体组织，才能有效控制DWTT性能。而厚规格管线钢通常受冷却速率限制，板厚中心的组织容易出现珠光体，使DWTT性能显著下降。

因此，本发明轧制工艺控制首先需要准确控制板坯再加热段工艺的再加热过程。防止再加热温度过高，以免造成奥氏体的晶粒粗化，由于形变晶粒细化效果与初始晶粒尺寸有密切关系，因此粗大的奥氏体晶粒将削弱形变晶粒细化效果；加热温度也不宜过低，否则合金元素来不及充分固溶。加热温度应准确控制在碳氮化铌固溶温度上30～70℃。碳氮化铌的固溶温度根据钢中碳和铌的含量不同而变化。T固溶可参考欧文公式进行计算：

在炉时间的控制是为了保证钢坯上、下表面与心部的温度均匀。

热轧段工艺中，粗轧阶段单道次的压下率≥15％可以使奥氏体晶粒充分破碎。精轧阶段通过在奥氏体未再结晶区轧制，获得具有较高位错密度的形变奥氏体，终轧温度控制在Ar3以上是为了保证精轧阶段不进入两相区轧制，形变奥氏体组织经轧后快速冷却转变成针状铁素体，这些针状铁素体中同时含有粒状贝氏体等第二相组织。这种组织由于转变温度低，全流程充分细化，且组织均匀度好，因此具有良好的DWTT性能，可以保证高压输气管线钢良好的断裂韧性。

附图说明

图1为本发明工艺生产的X80钢(钢组织：AF)组织显微照片。

图2为传统工艺生产的X80钢(钢组织：AF+少量P)组织显微照片。

具体实施方式

本发明热轧工艺实施例1：

钢板坯中的碳含量为0.05％，铌含量为0.06％，氮含量为0.0040％及其它合金元素，生产出的产品要求厚度为15.9mm的X70热轧钢带。

热轧工艺依次包括板坯加热段工艺、热轧段工艺、板材卷取段工艺和冷却段工艺，各段工艺的具体工艺参数为：

(1)板坯再加热段工艺：板坯加热温度＝T_固溶+30～80℃，其中T_固溶为钢中铌的碳氮化物完全固溶温度，因此板坯再加热温度1180℃；

(2)在炉时间与坯厚的关系为：总在炉时间＝1/2×t+30～50min，其中t为板坯厚度mm；板坯经再加热后上、下表面的温度差≤30℃；

(3)热轧段工艺：粗轧单道次压下率≥22％；精轧累计压下率≥71％；终轧温度＝Ar3+0～60℃，其中Ar3为相变点温度，终轧温度780℃；

(4)板材卷取段工艺：卷取温度：500℃；

(5)冷却段工艺：冷却速率：16℃/s。

本实施例1生产热轧钢带的机械性能见表1中的钢1。

实施例2

与实施例1的区别在于：钢板坯中的碳含量为0.03％，铌含量为0.09％，氮含量为0.0045％及其它合金元素，生产出的产品要求厚度为18.4mm的X80热轧钢带。各段工艺的具体工艺参数为：

(1)板坯再加热温度1200℃；

(2)粗轧单道次压下率21％；

(3)终轧温度830℃；

(4)精轧累计压下率70％；

(3)卷取温度450℃；

(4)冷却速度17℃/s。

本实施例2所述方法生产热轧钢带的机械性能见表1中的钢2。

实施例3

与实施例1的区别在于：钢板坯中的碳含量为0.05％，铌含量为0.06％，氮含量为0.0050％及其它合金元素，生产出的产品要求厚度为17.5mm的X70热轧钢带。各段工艺的具体工艺参数为：

(1)板坯再加热温度1180℃；

(2)粗轧单道次压下率20％；

(3)终轧温度800℃；

(4)精轧累计压下率71％；

(3)卷取温度550℃；

(4)冷却速度15℃/s。

本实施例3所述方法生产热轧钢带的DWTT性能见表1中的钢3。

传统工艺对比例

钢板坯中的碳含量为0.04％，铌含量为0.07％，氮含量为0.0040％及其它合金元素，生产出的产品要求厚度为18.4mm的X80热轧钢带。各段工艺的具体工艺参数为：

(1)板坯再加热温度1160℃；

(2)粗轧单道次压下率15％；

(3)终轧温度820℃；

(4)精轧累计压下率70％；

(3)卷取温度620℃；

(4)冷却速度12℃/s。

本传统工艺对比例所述方法生产热轧钢带的DWTT性能见表1中的钢4。

表1本发明钢与传统工艺的DWTT性能对比

注：DWTT试验机为JL-30000型落锤试验机。

表1中的钢2、钢4的组织显微照片如1、2图所示，两种不同工艺生产的X80钢组织存在明显差别。

通过上述试验结果可以得出：本发明热轧工艺与现有技术相比，可以有效控制DWTT性能，能大大提高高钢级厚规格管线钢断裂韧性。

利用本发明热轧工艺可以有效解决15mm以上X70和X80钢DWTT控制困难的问题。本发明热轧工艺已经300万吨批量生产验证，工艺切实可行，对轧机、卷取机等损耗小，产品的DWTT性能合格率高达99％以上。

Claims

1.能提高高钢级厚规格管线钢断裂韧性的热轧工艺，它依次包括板坯再加热段工艺、热轧段工艺、板材卷取段工艺和冷却段工艺，其特征在于：坯加热段工艺、热轧段工艺的具体工艺参数为：

2.如权利要求1所述的热轧工艺，其特征在于：板材卷取段工艺、冷却段工艺的具体工艺参数为：

板材卷取段工艺：卷取温度：400～570℃；

冷却段工艺：冷却速率：15～20℃/s。