CN102653836B - 一种x70管线钢热轧钢卷的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种X70管线钢热扎钢卷的生产方法，成分设计不采用V、Mo、Cu等合金，提高Nb合金含量，加入适当Cr。常温铸坯入加热炉加热，加热温度1180-1220℃，保温时间150-240min，加热后的铸坯入粗轧机组轧制，粗轧机组的第一道次R1至第四道次R4的压下率大于20％，第五道次R5压下率大于23％，粗终轧温度为1000～1050℃，中间坯厚度52～60mm。粗轧后的钢坯直接入精连轧机组，入精轧温度980～1040℃，精连轧机组的第六机架F6和第七机架F7的压下率大于8％，精轧后的钢板进行超快冷段冷却和层流冷却，冷却速度15～20℃/S，分别控制快冷段钢板降温及前段集冷冷却钢板降温80～100℃，钢板到达层流冷却中段时温度低于620℃，卷取温度400-500℃。
Description
技术领域
本发明涉及一种热轧钢卷的生产方法，尤其涉及一种利用轧后超快冷工艺生产低合金成本、不含钼、钒等贵重金属的X70管线钢热轧钢卷的方法，可广泛应用于X70钢级石油天然气输送管道用热轧钢卷的生产，特别对于16mm以上厚规格X70钢卷效果尤为明显。
背景技术
目前国内外对高牌号管线钢板卷的金相组织一般要求“高细晶”、“高均质”的针状铁素体，以满足其管线钢板卷高强韧性要求。针状铁素体组织是一种不同于铁素体一珠光体类型的类贝氏体组织，针状铁素体组织并不是单一独立的组织形态，而是粒状见仪体、贝氏体铁素体或者是粒状贝氏体与贝氏体铁素体的复相组织，这种金相组织的优点是包格效应小、冲击韧性高、落锤试验纤维剪切面积高、韧脆转变温度低及耐腐蚀性好等，多用于X70/80钢级的生产开发。
要想得到针状铁素体钢(Accicular Ferrite)组织，通常有两种途径：一是采用“Mn-Mo-Nb的成分设计+TMCP”工艺。Mo的加入是降低相变温度，抑制多变形铁素体的形成，以得到粒状贝氏体为主体的组织，二是采用“高Nb-Mo的成分设计+HTP”工艺。高Nb(铌)合金化技术在较高的轧制温度条件下可获得针状铁素体。对于采用“Mn-Mo-Mb的成分设计及TMCP”工艺践线需要加入(Wt)0.1～0.3％的Mo，而对于采用“高Nb-Mo的成分设计+HTP”工艺路线除需要加入较高含量的Nb外，还需要加入一定量的V以及其它如Ni、Cu等合金元素以保证高强韧性综合性能。其中Mo或者Nb、V、Ni等都是贵重金属，必然增加钢材总体成本。
目前国内外典型钢铁企业西气东输X70管线钢的成分(Wt％)为①中国：C＝0.05、Si＝0.20～0.30、Mn＝1.55～1.60、Ti＝0.015～0.025、Nb＝0.045～0.05、V＝0.035～0.04、Mo＝0.20～0.30、Ni＝0.15～0.25及Cu＝0.18～0.21；②日本：C＝0.07、Si＝0.15、Mn＝1.62、Ti＝0.022、Nb＝0.035、V＝0.05、Mo＝0.01、Ni＝0.20及Cu＝0.28；③德国：C＝0.08、Si＝0.27、Mn＝1.57、Ti＝0.013、Nb＝0.04、V＝0.07、Mo＝0.10、Ni＝0.03及Cu＝0.03。可知，国内钢企对X70管线钢中的Mo含量控制在0.20～0.30％范围内，日本住友会社的X70管线钢中基本不含Mo，但加入较大量的V、Ni、Cu，德国某钢企的X70管线钢中的Mo含量控制在0.10％，但加入较大量的V。
发明内容
本发明的目的在于提供一种降低合金成本、获得针状铁素体组织、提高轧制节奏、提高材质强韧性及将X70管线钢板规格拓展到22mm厚度的X70管线钢热轧钢卷的生产方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：采用以Cr取代Mo的成分方案结合控轧，超快冷+控制冷却得到高强度、高韧性的细晶针状铁素体组织。X70管线钢的成分设计(Wt％)为C≤0.07、Si≤0.30、Mn≤1.60、Ti＝0.01～0.025、Nb≤0.07和Cr≤0.3。
常温铸坯进加热炉加热，加热温度1180～1220℃，保温时间150～240min，加热后的铸坯入粗轧机组进行轧制，控制在粗轧过程中的第一道次R1的压下率＞20％、第二道次R2的压下率＞20％、第三道次R3的压下率＞20％、第四道次R1的压下率＞20％，第五道次R5的压下率＞23％，粗终轧温度为1000～1050℃，中间坯厚度为52～60mm。
粗轧后的钢坯直接进入精连轧机组进行精轧，钢坯入精连轧机组的温度980～1040℃，精连轧机组的第六机架F6的压下率大于8％，第七机架F7的压下率大于8％，经精连轧机组精轧后的X70管线钢板进行快冷段冷却和层流冷却，冷却速度控制在15～20℃/S，分别控制超快冷段钢板降温80～100℃及前段集冷冷却钢板降温80～100℃，钢板到达层流冷却中段时温度低于620℃。
冷却后的钢板由卷取机卷取成钢卷，卷取温度400～500℃。
采用如上技术方案提供的一种X70管线钢热轧钢卷的生产方法与现有技术相比，技术效果在于：
①合金成本显著降低，在取消了Mo、V基础上Mn、Nb含量并未明显上升。
②在Nb含量不太高的情况下采用HTP轧制工艺，能得到针状铁素体组织，提高了轧制节奏。
③轧后前段冷速加大，可提高卷取温度，减小钢卷对卷取机设备的冲击且卷形好。
④前段冷速加大，针状铁素体组织含量显著增多，材料强韧性提高。
⑤晶粒明显细化，韧性提高。
⑥厚规格心部和表层晶粒均匀性增加，使热连轧生产线生产X70钢卷规格拓展到22mm厚度。
⑦焊接性能改善，合金总含量减少降低了焊接冷裂纹敏感指数；
⑧H2S腐蚀性能提高，均匀的针状铁素体对于提高抗H2S腐蚀性能效果显著。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步的详细描述。
本发明所述的一种X70管线钢热轧钢卷的生产方法是采用以铬(Cr)取代钼(Mo)的成分方案结合控轧、超快冷和控制冷却得到高强度高韧性的细晶针状铁素体组织，管线钢的强度和韧性等技术指标比加钼(Mo)合金的管线钢技术指标好。
等量铬(Cr)成分的合金价格仅为Mo的十分之一，而Mo能使“C”曲线右移推迟铁素体相析出，但并不明确推移贝氏体转变，所以在较宽范围内过冷奥化体能直接发生贝氏体转变，而没有或很少先共析铁素体析出，从而使X70管线钢板在较低冷却速度下获得贝氏体类型组织。铬(Cr)也具有类似作用，只是效果不如Mo显著，但结合冷却模式和冷却策略的调整，可得到相近或略好如加入钼(Mo)合金的效果。
本发明采用低碳-锰-铬-铌的成分设计，以铬代钼，控制轧制采用高温轧制(HTP)工艺，控制冷却采用“轧后超快冷十层流冷却前段集冷十层流冷却后段精冷屏蔽”模式。在以铬(Cr)代钼(Mo)后，为保证最终成品的组织和性能，通过调整冷却模式和冷却策略，使整个冷却前移，增加X70管线钢板相变前冷却速度，一是避免先共析铁素体析出，二是使得精轧段的形变累积在较低温度下再结晶，减少了再结晶晶粒长大驱动力，使最终成品获得细小均匀的针状铁素体，各项强韧性指标满足标准要求，特别是对于厚规格(厚度≥16mm)的钢卷，其效果更加明显，最大限度地将固溶强化、细晶强化、析出强化、组织强度以及亚结构强化组织在一起。
X70管线钢的成分(wt％)设计为：C≤0.07、Si≤0.30、Mn≤1.60、Ti＝0.01～0.025、Nb≤0.07、Cr≤0.3，可知X70管线钢的成分中不含钒(V)、钼(Mo)、镍(Ni)、铜(Cu)等合金成分，略提高铌(Nb)合金含量，适当加入铬(Cr)，其总体合金成本明显低于国内外其它钢企X70管线钢中的合金成本。
将常温铸坯入加热炉加热(所述常温铸坯的断面尺寸可取230mm×1600mm的冷铸坯)，加热温度为1180～1220℃，保温时间150～240min。加热后的铸坯入粗轧机组进行轧制。粗轧采用再结晶区控制轧制，在粗轧过程中通过控制轧制温度和各道次压下分配的优化组合，得到较为细小均匀的中间坯奥氏体组织。在粗轧过程中的第一道次R1的压下率＞20％、第二道次R2的压下率＞20％、第三道次R3的压下率＞20％、第四道次R4的压下率＞20％以及第五道次R5的压下率＞23％，粗终轧温度为1000～1050℃，经粗轧机轧制后的中间坯厚度为52～60mm。
钢坯经粗轧后直接进入精连轧机组进行精轧，精轧采用HTP控制轧制工艺。钢板粗轧后直接进入精轧程序，钢坯入精连轧机组的温度980～1040℃，没有待温过程，可提高轧制节奏，减小轧制负荷。所述精连轧机组由第一机架F1、第二机架F2、第三机架F3、第四机架F4、第五机架F5、第六机架F6和第七机架F7构成。为保证成品组织的均匀性，在精轧段将轧制压下分配(即压下率)尽可能向后机架移动，精轧阶段根据厚度决定甩1或2台机架，在厚度大于10mm甩1台机架，大于15mm甩2台机架，可视情况决定甩F3、F4、F5。保证第六机架F6的压下率大于8％及第七机架F7的压下率大于8％，一是避免前机架轧制时较高温度下过大的压下率导致部分动态再结晶，二是保证厚度方向上奥氏体均匀变形。这样可使精轧后形成细长、均匀的形变带，为相变后形成细小晶粒创造良好条件。
经精连轧机组精轧后的X70管线钢板进行“快冷段冷却+层流冷却”，冷却速度控制在15～20℃/S，这种控冷速度最有利于获得针状铁素体组织。在钢板轧后的运行过程中，精轧形成的奥氏体形变带会发生回复再结晶，所以轧后冷却的主要目的是：①避免或减小先共析铁素体析出，②推迟奥氏体形变带发生回复再结晶。考虑热连轧层流冷却段长度为90m左右，因此对最终成品组织影响大的主要是前段50m，层冷50m后一般为“空冷+末段精冷”。由于铬(Cr)对抑制铁素体形成作用较钼(Mo)小一些，通过增加前段冷却速度，使钢板温度快速进入贝氏体转变范围来弥补加铬(Cr)的不足，最终可得到相近或略好于加钼(Mo)的作用。
整个冷却策略采用“轧后超快冷+层流冷却前段集冷+层流冷却后段精冷屏蔽”模式，分别控制轧后快冷段冷却钢板降温80～100℃及前段集冷冷却钢板降温80～100℃，根据不同厚度规格，适当调整各段冷却速度保证钢板达到层流冷却中段时温度低于620℃。冷却后的钢板由卷取机卷取做为钢卷，卷取温度为400～500℃。
Claims (1)
1.一种X70管线钢热轧钢卷的生产方法，其特征在于：X70管线钢的成分(wt％)设计为：C≤0.07、Si≤0.30、Mn≤1.60、Ti＝0.01～0.025、Nb≤0.07和Cr≤0.3；
常温铸坯入加热炉加热，加热温度1180～1220℃，保温时间150～240min；加热后的铸坯入粗轧机组进行轧制，在粗轧过程中的第一道次R1的压下率＞20％、第二道次R2的压下率＞20％、第三道次R3的压下率＞20％、第四道次R4的压下率＞20％以及第五道次R5的压下率＞23％，粗终轧温度为1000～1050℃，经粗轧机组轧制后的中间坯厚度为52～60mm；
钢坯经粗轧后直接进入精连轧机组进行精轧，钢坯入精连轧机组的温度980～1040℃，精连轧机组的第六机架(F6)的压下率大于8％，第七机架(F7)的压下率大于8％，经精连轧机组精轧后的X70管线钢板进行快冷段冷却和层流冷却，冷却速度控制在15～20℃/S，分别控制快冷段钢板降温80～100℃及前段集冷冷却钢板降温80～100℃，钢板到达层流冷却中段时温度低于620℃；
冷却后的钢板由卷取机卷取成钢卷，卷取温度400～500℃；
其中碳、硅、锰、钛、铌和铬的值为各元素在钢中的质量百分含量。
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