CN102416406A

CN102416406A - 一种提高大壁厚管线钢边部和心部组织均匀性的方法

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Publication number: CN102416406A
Application number: CN2011102821150A
Authority: CN
Inventors: 李少坡; 姜中行; 李永东; 朱启建; 查春和; 李家鼎; 麻庆申; 王文军; 丁文华; 李战军
Original assignee: Shougang Corp
Current assignee: Shougang Group Co Ltd
Priority date: 2011-09-21
Filing date: 2011-09-21
Publication date: 2012-04-18
Anticipated expiration: 2031-09-21
Also published as: CN102416406B

Abstract

一种提高大壁厚管线钢边部和心部组织均匀性的方法，属于微合金高强度管线钢生产技术领域。工艺为：连铸工序采用厚板坯连铸，连铸坯厚度300～400mm，连铸坯拉速为0.60～0.80m/min，中间包过热度为10～25℃。连铸坯厚度/成品钢板厚度为10.0～13.5，成品钢板宽度/连铸坯宽度为1.0～1.55。热轧工序采用两阶段轧制，粗轧展宽阶段总压下率为0～36％，粗轧展宽后纵轧总压下率为50～75％，粗轧纵轧阶段压下率逐道次增加，粗轧最后一道次压下率为20～30％；精轧阶段总压下率为65～75％，精轧阶段压下率逐道次减少，精轧最后一道次压下率为10～15％。提高了30～40mm壁厚管线钢边部和心部组织均匀性。

Description

一种提高大壁厚管线钢边部和心部组织均匀性的方法

技术领域

本发明属于微合金高强度管线钢生产技术领域，特别是涉及一种提高大壁厚管线钢边部和心部组织均匀性的方法，提高了30～40mm壁厚管线钢边部和心部组织均匀性。

背景技术

为了提高石油和天然气管道工程的输送流量和输送效率，长距离管道输送的压力和管径不断增加，为了确保管道输送的稳定性和安全性，世界上的油气输送管线都在向着高钢级、大壁厚方向发展。例如，我国2002年的“西气东输一线”工程输送压力为10MPa，钢级X70，最大壁厚达到30.2mm；2007年的“西气东输二线”工程输送压力为12MPa，钢级X80，最大壁厚达到33mm；2010～2020年中石油西部管道规划中的“西四、五、六线”，X80最大壁厚有可能达到38mm；而且伴随着国际油气发展不断向深海推进，大壁厚海底管线的需求量正逐步增加，管线钢的最大厚度规格增加到了40mm。因此，大壁厚管线钢具有良好的市场前景。

现代冶金技术的进步和微合金化管线钢的发展，使生产具有高强度、高韧性和良好焊接性能的管线钢成为可能，但是同时要满足高钢级、大壁厚却有较大的难度。生产大壁厚管线钢的主要难点在于保证管线钢的低温韧性，其主要原因是钢板厚度方向边部和心部的组织差异性所致。一般而言，对于壁厚25mm以下的管线钢，多数钢铁企业通过控轧控冷工艺，都能满足产品的技术要求，但当管线钢壁厚大于30mm时，称为大壁厚管线钢，很难保证钢板厚度方向心部组织与边部组织的均匀性和一致性，由此带来性能的不合，尤其是低温韧性指标，因此给钢铁企业带来巨大经济损失，给管道工程带来巨大安全隐患。

由于大壁厚管线钢新近兴起，从目前管线钢已有的专利技术来看，还没有关于壁厚30-40mm的管线钢的相关资料，随着钢板壁厚增加，容易造成以下两个方面的问题：(1)轧机能力小，钢坯不能完全轧透，轧制变形不能充分渗透到钢坯心部，钢坯表层通过再结晶行为奥氏体晶粒得到充分细化，钢坯心部由于再结晶不充分，奥氏体晶粒相对粗大。(2)心部冷却能力不足，由于钢板壁厚较厚，在冷却过程中，钢板心部冷却能力较差，往往造成边部过冷，而心部弱冷，造成钢板边部和心部组织不均。为解决这两个问题，多数钢铁企业选择更先进的轧机，通过更大的轧制力，提高心部变形能力，或者通过添加更多的合金元素，提高厚板的淬透性，改善钢板厚度方向的组织均匀性。这两种方法，可以有效地改善厚板的组织均匀性问题，但同时带来的是生产成本的大幅度提升。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高大壁厚管线钢边部和心部组织均匀性的方法，在不改变现有产品化学成分的前提下，对连铸坯尺寸和轧制工艺进行优化，通过大压缩比、小宽展比的坯型设计以及近似正态分布轧制工艺，解决壁厚30～40mm的管线钢边部和心部组织均匀性的问题。

通过本发明制备出的壁厚30～40mm的管线钢，其夏比冲击韧性：-20℃，全尺寸10×10×55mm V型缺口试样，钢板厚度方向心部冲击功不低于边部冲击功的百分之九十，心部韧性优良；落锤性能：-15℃，全壁厚试样落锤剪切面积(DWTT SA)≥85％。其生产工艺具体如下：

(1)连铸工序采用厚板坯连铸，连铸坯厚度300～400mm，连铸坯拉速为0.60～0.80m/min，中间包过热度为10～25℃。

(2)连铸坯厚度/成品钢板厚度为10.0～13.5，成品钢板宽度/连铸坯宽度为1.0～1.55。

(3)热轧工序采用两阶段轧制，粗轧展宽阶段总压下率为0～36％，粗轧展宽后纵轧总压下率为50～75％，粗轧纵轧阶段压下率逐道次增加，粗轧最后一道次压下率为20～30％；精轧阶段总压下率为65～75％，精轧阶段压下率逐道次减少，精轧最后一道次压下率为10～15％；

两阶段轧制过程道次压下率呈近似正态分布。

本发明内容的构成要点立足于以下认识：采用厚板坯连铸，通过优化铸机拉速和控制中包过热度，有利于降低厚板坯中心偏析程度，改善铸坯心部质量，提高铸坯成分和组织均匀性；利用大压缩比(≥10)和小展宽比(≤1.55)技术，有利于使变形充分渗透到心部，细化心部晶粒，改善边部和心部组织均匀性。

热轧工序生产工艺的主要依据是：采用两阶段轧制，通过小宽展比(≤1.55)技术，弱化第一阶段展宽总压下率，强化展宽后纵轧总压下率，尤其是强化纵轧最后一道次的压下率(≥20％)，有利于使变形充分渗透到心部，细化心部晶粒。第二阶段轧制道次压下率逐步降低，并保证最后一道次压下率≥10％，两阶段轧制道次压下率如图1所示，呈近似正态分布，有利于变形渗透到心部，改善组织均匀性。

本发明的优点在于：本发明制备的大壁厚高韧性管线钢中厚板采用了独特的生产工艺制度。在不改变现有产品化学成分的前提下，对连铸坯尺寸、连铸工艺和轧制工艺进行优化，通过大压缩比、小宽展比的坯型设计、低温浇钢技术以及近似正态分布轧制工艺，解决壁厚30～40mm的管线钢边部和心部组织均匀性的问题。

附图说明

图1为本发明的近似正态分布轧制工艺道次压下图。

图2为实施例1在本发明应用前的边部金相组织照片。

图3为实施例1在本发明应用前的心部金相组织照片。

图4为实施例1在本发明应用后的边部金相组织照片。

图5为实施例1在本发明应用前的心部金相组织照片。

具体实施方式

根据本发明一种提高大壁厚管线钢边部和心部组织均匀性的方法，在100吨转炉上冶炼，在4300mm生产线上进行轧制生产。下面通过具体实施例对本发明作进一步的描述，对比本发明应用前后的工艺、性能和组织的差异：

实施例1

产品为壁厚30mm的X80管线钢板，产品要求钢板厚度中心的夏比冲击功和全壁厚落锤性能。

一、本发明应用前的生产情况：

在2008年～2009年试制壁厚30mmX80管线钢板时，连铸坯厚度为250mm，铸坯拉速为0.85m/min，中间包过热度26℃，压缩比8.3，宽展比1.67，热轧工序第一阶段展宽总压下率为40％，展宽后纵轧总压下率为40％，粗轧最后一道次压下率16％，第二阶段总压下率为67％，精轧最后一道次压下率为5％，钢板综合力学性能见下表1，钢板金相组织见图2、图3。

表1.钢板力学性能

从表1可以看出，以上钢板-20℃的心部冲击功低于边部冲击功的90％，且-15℃的全壁厚落锤剪切面积低于85％。

从图2、图3金相组织可以看出，边部和心部的组织非常不均匀，且心部存在明显的晶粒粗大和带状组织。边部晶粒度评级为13级，心部晶粒度评级为12级。

二、本发明应用后的生产情况：

在2010年生产壁厚30mmX80管线钢板时，连铸坯厚度为300mm，铸坯拉速为0.80m/min，中间包过热度12℃，压缩比10，宽展比1.55，热轧工序第一阶段展宽总压下率为36％，展宽后纵轧总压下率为51％，粗轧最后一道次压下率21％，第二阶段总压下率为68％，最后一道次压下率为12％，钢板综合力学性能见下表2，钢板金相组织见图4、图5。

表2.钢板力学性能

从表2可以看出，以上钢板-20℃的心部冲击功高于边部冲击功的90％，且-15℃的全壁厚落锤剪切面积达到85％以上。

从图4、图5金相组织可以看出，边部和心部的组织非常均匀细小，且心部带状组织评级为0级。边部晶粒度评级为13级，心部晶粒度评级为13级。

实施例2

产品为壁厚32mm的X70管线钢板，产品要求钢板厚度中心的夏比冲击功和全壁厚落锤性能。

一、本发明应用前的生产情况：

在2009年试制壁厚32mmX70管线钢板时，连铸坯厚度为250mm，铸坯拉速为0.85m/min，中间包过热度27℃，压缩比7.8，宽展比1.6，热轧工序第一阶段展宽总压下率为37.6％，展宽后纵轧总压下率为42％，粗轧最后一道次压下率19％，第二阶段总压下率为64％，精轧最后一道次压下率为4％，钢板综合力学性能见下表3。

表3.钢板力学性能

从表3可以看出，以上钢板-20℃的心部冲击功低于边部冲击功的90％，且-15℃的全壁厚落锤剪切面积低于85％。钢板厚度方向边部和心部的组织非常不均匀，边部晶粒度评级为12.5级，心部晶粒度评级为11.5级。

二、本发明应用后的生产情况：

在2010年生产壁厚32mmX70管线钢板时，连铸坯厚度为400mm，铸坯拉速为0.70m/min，中间包过热度16℃，压缩比12.5，宽展比1.15，热轧工序第一阶段展宽总压下率为13.3％，展宽后纵轧总压下率为71.1％，粗轧最后一道次压下率25％，第二阶段总压下率为68％，最后一道次压下率为11％，钢板综合力学性能见下表4。

表4.钢板力学性能

从表4可以看出，以上钢板-20℃的心部冲击功高于边部冲击功的90％，且-15℃的全壁厚落锤剪切面积达到85％以上。钢板厚度方向边部和心部的组织非常均匀细小，边部晶粒度评级为12.5级，心部晶粒度评级为12.5级。

实施例3

产品为壁厚36mm的X65管线钢板，产品要求钢板厚度中心的夏比冲击功和全壁厚落锤性能。

一、本发明应用前的生产情况：

在2008～2009年生产壁厚36mmX65管线钢板时，连铸坯厚度为250mm，铸坯拉速为0.85m/min，中间包过热度26℃，压缩比6.9，宽展比1.4，热轧工序第一阶段展宽总压下率为29％，展宽后纵轧总压下率为43.8％，粗轧最后一道次压下率15％，第二阶段总压下率为64％，精轧最后一道次压下率为3％，钢板综合性能见下表5。

表5.钢板力学性能

从表5可以看出，以上钢板-20℃的心部冲击功低于边部冲击功的90％，且-15℃的全壁厚落锤剪切面积低于85％。钢板厚度方向边部和心部的组织非常不均匀，边部晶粒度评级为12级，心部晶粒度评级为11级。

二、本发明应用后的生产情况：

在2010年生产壁厚36mmX65管线钢板时，连铸坯厚度为400mm，铸坯拉速为0.60m/min，中间包过热度23℃，压缩比11.1，宽展比1.4，热轧工序第一阶段展宽总压下率为28.5％，展宽后纵轧总压下率为61.4％，粗轧最后一道次压下率26％，第二阶段总压下率为67％，最后一道次压下率为10％，钢板综合力学性能见下表6。

表6.钢板力学性能

从表6可以看出，以上钢板-20℃的心部冲击功高于边部冲击功的90％，且-15℃的全壁厚落锤剪切面积达到85％以上。钢板厚度方向边部和心部的组织非常均匀细小，边部晶粒度评级为12级，心部晶粒度评级为12级。

本发明针对壁厚30～40mm的管线钢，在不改变现有产品化学成分的前提下，采用了独特的生产工艺制度，对连铸坯尺寸、连铸工艺和轧制工艺进行优化，通过大压缩比、小宽展比的坯型设计、低温浇钢技术以及近似正态分布轧制工艺，解决了大壁厚管线钢边部和心部组织均匀性的问题，提高了产品的综合力学性能，尤其是心部冲击韧性和全壁厚落锤性能。本发明生产的大壁厚管线钢板，具有优良的力学性能，边部和心部组织和性能差异性很小，可广泛用于使用环境苛刻的石油天然气管道工程建设中。

Claims

1.一种提高大壁厚管线钢边部和心部组织均匀性的方法，其特征在于：

(1)连铸工序采用厚板坯连铸，连铸坯厚度300～400mm，连铸坯拉速为0.60～0.80m/min，中间包过热度为10～25℃；

(2)连铸坯厚度/成品钢板厚度为10.0～13.5，成品钢板宽度/连铸坯宽度为1.0～1.55；

(3)热轧工序采用两阶段轧制，粗轧展宽阶段总压下率为0～36％，粗轧展宽后纵轧总压下率为50～75％，粗轧纵轧阶段压下率逐道次增加，粗轧最后一道次压下率为20～30％；精轧阶段总压下率为65～75％，精轧阶段压下率逐道次减少，精轧最后一道次压下率为10～15％。

使大壁厚管线钢获得如下性能：

夏比冲击韧性：-20℃，全尺寸10×10×55mm V型缺口试样，厚度心部冲击功CNV_中心≥厚度边部冲击功CNV_边部*90％。

落锤性能：-15℃，全壁厚试样落锤剪切面积DWTT SA≥85％。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的大壁厚管线钢的壁厚为30～40mm。