CN103388110A - 一种提高较厚规格x60管线钢落锤性能的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种较厚规格X60管线钢，它的化学成分的控制C≤0.12，Si≤0.40，Mn≤1.60，P≤0.025和S≤0.015，并满足如下条件：（1)还添加有Nb、V、Ti或它们之间的组合，Nb、V和Ti含量之和≤0.15%；（2）还加入有Cr、Mo、Ni和Cu或它们之间的组合，当Cr、Ni和Cu作为残余元素时，其含量应满足：Cu≤0.20%，Cr≤0.20%，Ni≤0.10%，As≤0.08%；（3)碳当量（焊接裂纹敏感性指数）值CE（Pcm）:CE（Pcm）＝C＋Si/30＋(Mn＋Cu＋Cr)/20＋Ni/60＋Mo/15＋V/10＋5B≤0.25；∑Mn的值必需满足在1.80～2.05之间。其DWTT值Sa达到≥85的比例大大提高，提高了管线钢的低温落锤性能合格率，产品的综合合格率提高到了90%以上，同时大幅降低了生产成本。

Description

一种提高较厚规格X60管线钢落锤性能的方法

技术领域

本发明属于新材料中的结构钢组成及其生产技术领域，涉及一种通过优化材料的化学成分设计并开发出与之相配套的控轧控冷工艺相结合，能大幅提高管线钢落锤性能的提高较厚规格X60管线钢落锤性能的方法。

背景技术

随着世界经济的高速发展和能源的枯竭，管道建设向海洋、地震带、极地冻土等环境恶劣的地区延伸，因此对管线钢的的保险系数进一步加大，生产的管线钢的规格也越来越大。

然而较厚规格的管线钢的生产，由于在层流冷却的过程中，钢板表面和心部的冷却速率相差较大，导致钢板金相组织不均匀，影响钢板的力学性能，特别是低温韧性难于保证。

在较厚规格的管线钢生产过程中，强度指标还是较易达到，但对于它的韧性指标，特别是低温落锤性能，其合格率偏低。尤其对其中进行低温（－10℃、-15℃）横向落锤撕裂试验（简称DWTT）得到的剪切面积百分数(记作Sa%)要求85以上才是合格（２个试样平均值≥85，单个值≥70），但对于较厚规格（≥22mm）的管线钢来说，较难达到这一合格指标（其它常规检测指标较易达到）。

为了解决普通中、厚板厂生产较厚规格的管线钢的这一难题，查看的主要资料有：

公开号为CN1927486、名称为“低压缩比高级别管线钢生产工艺”的专利文件，其公开生产管线钢的规格为：17～21.5mm。文件公开其钢材控制元素P≤0.007%，对钢坯的纯净度要求太高，生产难度大，也会增加生产成本；其对于粗轧和精轧的轧制道次限定，也只适于用150mm坯料的轧制，不适用于厚坯的轧制，且其未涉及止裂能力参数。

公开号为CN1351187、名称为“一种高洁净度高强韧性输气管线钢的制备方法”的专利文件，其公开生产管线钢的规格为：8mm。该文件公开其管线钢铸坯的加热温度控制在1200℃；并采用奥氏体未再结晶区大压下轧制技术保证奥氏体的晶粒均匀程度，其公开轧制道次分配为60-44-32-22-12-8mm，计算其道次压下率在36～83%以上，这么高的道次压下率在厚板生产中难于实现。

公开号为CN1746326、名称为“具有高止裂韧性的针状铁素体型X70管线钢及其制造方法”的专利文件，其公开生产管线钢的规格为：≤18mm。文件公开其为达到高均匀度细晶粒微观结构，要求超低碳（C≤0.06%），这会增加生产成本；要求精轧累计压下率在70%以上，未对道次压下率作出要求，热轧后冷却速度为≥5℃/s。从申请人生产的管线钢（22mm≤规格≤26mm）的情况看，只有当冷却速度控制为11℃/s～20℃/s，才能得到较合理数量的针状铁素体组织。 

公开号为CN101348881、名称为“一种低成本高性能X70管线钢及生产方法管线钢的制备方法”的专利文件，其公开生产管线钢的规格为：7.9～12mm。文件公开其为达到高均匀度细晶粒微观结构，要求超低碳（0.02%≤C≤0.06%），高纯净度要求：S≤0.006%，对钢坯的纯净度要求太高，生产难度大，并大大增加生产成本。

公开号为CN101476026、名称为“一种提高管线钢落锤性能的方法”的专利文件，没有公开其生产的规格。公开其粗轧道次变形率在15％～30％之间，以压合连铸坯缺陷并保证奥氏体的晶粒均匀程度，该技术对轧机轧制力要求高。

综上可见：传统技术为实现管线钢材有较好的金相显微组织构成，并得到较细晶粒又均匀程度好，从而达到优良的止裂性能，即有较好的低温落锤性能，或者过高过严地控制钢坯某些元素的纯净度、或者采用低温与大轧下率结合的措施，这样，一来对炼钢环节提出了很高的要求，增加生成本；二来要求轧制环节的轧机的单位宽度轧制力高才能实施轧制。

中、厚板生产线企业，从化学成分设计控制，以及冶炼、控轧、控冷等生产工艺参数的控制，使较厚规格管线钢得到合理的显微组织构成，从而使较厚规格的管线钢Sa%指标达到合格，即提高管线钢的低温落锤性能合格率，是目前较厚规格的管线钢生产技术中的难题。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点，即提高管线钢的低温横向落锤性能合格率，从而提高综合合格率，本发明提供一种提高较厚规格X60管线钢落锤性能的方法，它通过化学成分的控制，使其奥氏体区较稳定，并通过控轧、控冷技术的实现，从而得到较好的显微组织构成，本发明可以在普通装备水平的钢铁冶金企业中，通过适当工艺控制，利用单位轧制力低于18kN/mm的中厚板轧机，生产出优良止裂性能的输气管线钢材。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种较厚规格X60管线钢，它的化学成分的控制（重量百分比wt%）如下：C≤0.12，Si≤0.40，Mn≤1.60，P≤0.025和S≤0.015，并满足如下条件：

（1) 还添加有Nb、V、Ti或它们之间的组合，Nb、V和Ti含量之和≤0.15%；

（2）还加入有Cr、Mo、Ni和Cu或它们之间的组合，当Cr、Ni和Cu作为残余元素时，其含量应满足：Cu≤0.20%，Cr≤0.20%，Ni≤0.10%，As≤0.08%；

（3)碳当量（焊接裂纹敏感性指数）值CE（Pcm）:

CE（Pcm）＝C＋Si/30＋(Mn＋Cu＋Cr)/20＋Ni/60＋Mo/15＋V/10＋5B

≤0.25；

在满足以上化学成分条件外，还要满足锰当量的控制要求，∑Mn的计算公式如下：

∑Mn=Mn+3.28Mo+0.64Cr+0.5W+0.37Ni+0.23Cu+0.03Si+0.1(Al+V+Ti+Nb)

∑Mn的值必需满足在1.80～2.05之间。

一种提高上述较厚规格X60管线钢落锤性能的方法，按上述控制化学成分，采用250mm坯料生产22mm～26mm较厚规格X60管线钢，其生产工艺包括转炉冶炼、连铸和轧制工序。

所述轧制工序中的控轧、控冷工艺是：

轧制是对加热后铸坯进行粗轧和精轧，轧制力按待轧件单位宽度控制为≤18kN/mm低轧制力进行，其中粗轧：控制粗轧速度1.5～2.5m/s、温度1000～1100℃、后3道的单道次压下率大于15%、粗轧总变形率≥60%；精轧：控制精轧速度1.5～6m/s，精轧轧制阶段开轧厚度为3.5h(h为成品厚度)，开轧温度880～920℃、终轧温度760～800℃、道次压下量为4～30%，其中至少一个连续3道次包含压下率大于15%的单道次，精轧总变形率为60～75％，制得精轧板件；

控冷是对精轧板件进行控制冷却，终冷温度控制在500～560℃，冷却速度为11℃/s～20℃/s，制得精轧板材。

热轧工序第一阶段基于钢坯的奥氏体再结晶过程，轧制时采用低速轧制，轧制速度1.5～2.5m/s，温度1000～1100℃，要求第一阶段总变形量达到60%以上，在轧制力低的情况下，前面道次压下量不限定，只需保证后3道的单道次压下量大于15%，从而保证钢坯内部缺陷压合及晶粒的均匀性；

在第二阶段未再结晶区轧制过程中，变形温度920～760℃，轧制速度1.5～6m/s，道次压下量为4～30%，累计变形量达到60～75％；区别传统管线钢生产中只对精轧累计压下率作出要求，而本发明要求精轧保证至少一个连续3道以上包含压下率大于15%的单道次，从而增加未再结晶区形变带的数量和晶粒尺寸细化，提高钢板的低温韧性，最后2～3道为保证板形压下率不要求，以期制得尺寸厚度合适的钢材成品；

轧后冷却工序中冷却终止温度为500～560℃，冷却速度为11℃/s～20℃/s，冷却速度过低不能形成合适比例的针状铁素体组织，强韧性不匹配，冷却速度过大会造成组织中有异常组织，强度高而韧性低。

本发明的积极效果是: 采用本发明所获得的厚度≥22mm的X60管线钢产品，其DWTT值Sa达到≥85的比例大大提高，其锰当量控制在1.80～2.05之间，提高了管线钢的低温落锤性能合格率，产品的综合合格率提高到了90%以上，同时大幅降低了生产成本。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步说明。

一种提高较厚规格X60管线钢落锤性能的方法，它属于新材料中的钢结构及其加工技术领域，是一种高强度、高韧性、超细晶粒度的较厚规格(22～26mm)X60管线钢及生产方法，特别是提供了一种提高管线钢低温落锤性能（DWTT）的方法，它通过优化化学成分的设计与控轧控冷工艺相结合，可大幅提高管线钢的落锤性能，因此本发明提供一种具有高强度、高韧性、超细晶粒度等一系列优良综合性能的低成本高性能的X60管线钢及生产方法。

一种较厚规格X60管线钢的化学成分的控制（重量百分比wt%）如下：C≤0.12，Si≤0.40，Mn≤1.60，P≤0.025和S≤0.015，并满足如下条件：

（1) 还添加有Nb、V、Ti或它们之间的组合，Nb、V和Ti含量之和≤0.15%；

（2）还加入有Cr、Mo、Ni和Cu或它们之间的组合，当Cr、Ni和Cu作为残余元素时，其含量应满足：Cu≤0.20%，Cr≤0.20%，Ni≤0.10%，As≤0.08%

（3)碳当量（焊接裂纹敏感性指数）值CE（Pcm）:

CE（Pcm）＝C＋Si/30＋(Mn＋Cu＋Cr)/20＋Ni/60＋Mo/15＋V/10＋5B

≤0.25

在满足以上化学成分条件外，还要满足锰当量的控制要求，∑Mn的计算公式如下：

∑Mn=Mn+3.28Mo+0.64Cr+0.5W+0.37Ni+0.23Cu+0.03Si+0.1(Al+V+Ti+Nb)

∑Mn的值必需满足在1.80～2.05之间。

采用锰当量控制，这是因为：得到一定量的针状铁素体，是确保低温落锤性能性能SA%值合格的重要因素，这与合适的化学成分设计与合适的轧钢工艺有关。要得到针状铁素体，则要求钢在奥氏体区有较好的稳定区，推迟珠光体与多边型铁素的转变，就是说有较大的奥氏体稳定区。开启奥氏体区的元素主要有锰、钴、镍，这三个元素与r-Fe可以无限固溶，使r相区存在的温度范围变宽，使δ和a相区缩小，所以引进了锰当量的概念来衡量奥氏体区的稳定。

一种提高上述较厚规格X60管线钢落锤性能的方法，按上述控制化学成分，其生产工艺包括转炉冶炼、连铸、轧制等工序，采用250mm坯料生产22mm～26mm较厚规格X60管线钢，

传统管线钢由于其钢坯材质原因，如要生产出高强度高韧性级别的管线钢，必须采用低温加热、大压下率轧制的控轧工艺，单道次压下率大，对轧机轧制力和电机能力要求高，需要保证轧机单位轧制力在18kN/mm以上才能实现达产达标。而对于轧制能力弱的轧机（单位轧制力在18kN/mm以下）而言，传统钢坯材质经常会导致轧机跳闸和超负荷，故障率高，每次跳闸处理时间在2min以上，造成钢坯温度低不能继续轧制，如轧件在轧制过程中跳闸会造成轧件滞留在轧辊间，造成轧辊表面温度高，易形成辊面网纹，严重影响生产节奏和轧机主要部件的使用寿命。

由后面的控轧控冷工艺及钢材止裂性能实测参数可见：本发明配方及冶炼制得的铸坯，允许采用单位轧制力低于18kN/mm的轧机进行轧制，且能生产出较厚规格的X60级别的高强度、高止裂性能的管线钢材，轧机及生产线整体的运行状态大幅改善，轧机及生产线整体的运行状态大幅改善，生产过程因轧制能力不足造成的故障率下降。

一种提高较厚规格X60管线钢落锤性能的方法，控轧、控冷工艺要点是：

轧制：对加热后铸坯进行粗轧、精轧，轧制力按待轧件单位宽度控制为≤18kN/mm低轧制力进行。其中，粗轧：控制粗轧速度1.5～2.5m/s、温度1000～1100℃、后3道的单道次压下率大于15%、粗轧总变形率≥60%；精轧：控制精轧速度1.5～6m/s，精轧轧制阶段开轧厚度为3.5h(h为成品厚度)，开轧温度880-920℃、终轧温度760-800℃、道次压下量为4-30%，其中至少一个连续3道次包含压下率大于15%的单道次，精轧总变形率为60～75％，制得精轧板件。

控制冷却:对精轧板件进行控制冷却，终冷温度控制在500－560℃，冷却速度为11℃/s～20℃/s。制得精轧板材。

热轧工序第一阶段基于钢坯的奥氏体再结晶过程，轧制时采用低速轧制，轧制速度1.5～2.5m/s，温度1000～1100℃，要求第一阶段总变形量达到60%以上。在轧制力低的情况下，前面道次压下量不限定，只需保证后3道的单道次压下量大于15%，从而保证钢坯内部缺陷压合及晶粒的均匀性；

在第二阶段未再结晶区轧制过程中，变形温度920-760℃，轧制速度1.5～6m/s，道次压下量为4～30%，累计变形量达到60～75％；区别传统管线钢生产中只对精轧累计压下率作出要求，而本发明要求精轧保证至少一个连续3道以上包含压下率大于15%的单道次，从而增加未再结晶区形变带的数量和晶粒尺寸细化，提高钢板的低温韧性，最后2～3道为保证板形压下率不要求，以期制得尺寸厚度合适的钢材成品；

轧后冷却工序中冷却终止温度为500-560℃，冷却速度为11℃/s～20℃/s，冷却速度过低不能形成合适比例的针状铁素体组织，强韧性不匹配，冷却速度过大会造成组织中有异常组织，强度高而韧性低。

本发明上述工艺系列环节的控制，实施简单而周到，能在普通装备水平的钢铁冶金企业、能以低轧制力轧制，制得微观针状铁素体组织为主、各方面强度、抗止裂指标、低温韧性均全面优良的管线钢材。 

一种提高较厚规格X60管线钢落锤性能的方法，其得到的金相显微组织大致要求是：M-A组织保持在5%～10%；针状铁素体（GF）保持在40%～60%；准多边形铁素体（QF）保持在30%～50%。

一种提高较厚规格X60管线钢落锤性能的方法，具体效果是：组织生产较厚规格X60管线钢，化学成分按上述控制，其锰当量按1.80～2.05之间控制，采用250mm坯料；其主要轧制冷却工艺控制：轧制工艺为两阶段控制轧制，对加热后铸坯进行粗轧、精轧，轧制力按待轧件单位宽度控制为≤18kN/mm低轧制力进行。其中，粗轧：控制粗轧速度1.5～2.5m/s、温度1000～1100℃、后3道的单道次压下率大于15%、粗轧总变形率≥60%；精轧：控制精轧速度1.5～6m/s，精轧轧制阶段开轧厚度为3.5h(h为成品厚度)，开轧温度880～920℃、终轧温度760-800℃、道次压下量为4-30%，其中至少一个连续3道次包含压下率大于15%的单道次，精轧总变形率为60～75％，制得精轧板件。控制冷却:对精轧板件进行控制冷却，终冷温度控制在500～560℃，冷却速度为11℃/s～20℃/s。制得精轧板材。我公司由此组织生产的较厚规格的X60管线钢，则其低温落锤性能值Sa达到≥85的比例大大提高，即提高管线钢的低温落锤性能合格率，也即较厚规格X60管线钢的综合合格率大大提高，从原来不用锰当量控制的综合合格率约30%左右，提高到综合合格率约90%以上的，从而也就大大地降低了生产成本。

实施例1：产品规格为厚25.4mm，X60管线钢，其化学成分(wt%)如下：C:0.059，Si:0.0246，Mn:1.42，P:0.006，S:0.002，Cr:0.013，Ni:0.044，Mo:0.116，Cu0.015:，Als:0.029，W:0.001，Ti:0.016，V:0.004，Nb:0.037，余量为Fe；         ∑Mn=1.84；Sa%为100。主要生产工序：高炉铁水——混铁炉——铁水预脱硫——120t转炉冶炼——LF炉精炼——RH精炼—1#连铸机板坯连铸——板坯加热——宽板轧制——层流冷却——精整——入库。粗轧轧制阶段结束温度为1030℃，后3道道次压下率为19%，粗轧累计压下率62.4%；精轧轧制阶段开轧厚度为89mm，开轧温度为900℃，终轧温度为790℃, 精轧累计压下率64%。终冷温度控制在530℃，冷却速度18℃/s。最大单位宽度轧制力17 kN/mm。

 

实施例2：产品规格为厚25.4mm，X60管线钢，其化学成分(wt%)如下：C:0.060，Si:0.0248，Mn:1.48，P:0.007，S:0.002，Cr:0.014，Ni:0.001，Mo:0.112，Cu0.014:，Als:0.029，W:0.001，Ti:0.014，V:0.003，Nb:0.035，余量为Fe；          ∑Mn=1.88；Sa%为87。高炉铁水——混铁炉——铁水预脱硫——120t转炉冶炼——LF炉精炼——RH精炼—1#连铸机板坯连铸——板坯加热——宽板轧制——层流冷却——精整——入库。粗轧轧制阶段结束温度1020℃，后3道道次压下率在17%，粗轧累计压下率60.76%；精轧轧制阶段开轧厚度为90mm，开轧温度为890℃，终轧温度为770℃, 精轧累计压下率66. 88%。终冷温度控制在540℃，冷却速度17℃/s。最大单位宽度轧制力17.6 kN/mm。

 

实施例3：产品规格为厚25.4mm，X60管线钢，其化学成分(wt%)如下：C:0.086，Si:0.0240，Mn:1.45，P:0.007，S:0.002，Cr:0.014，Ni:0.007，Mo:0.168，Cu0.021:，Als:0.022，W:0.002，Ti:0.014，V:0.004，Nb:0.054，余量为Fe；∑Mn=2.04；Sa%为88。高炉铁水——混铁炉——铁水预脱硫——120t转炉冶炼——LF炉精炼——RH精炼—1#连铸机板坯连铸——板坯加热——宽板轧制——层流冷却——精整——入库。粗轧轧制阶段结束温度1040℃，后3道道次压下率在16%，粗轧累计压下率62.3%；精轧轧制阶段开轧厚度为90mm，开轧温度为910℃，终轧温度为780℃，精轧累计压下率70%。终冷温度控制在550,冷却速度16℃/s。最大单位宽度轧制力16 kN/mm。

Claims (4)

1.一种较厚规格X60管线钢，其特征在于它的化学成分的控制（重量百分比wt%）如下：C≤0.12，Si≤0.40，Mn≤1.60，P≤0.025和S≤0.015，并满足如下条件：

（1) 还添加有Nb、V、Ti或它们之间的组合，Nb、V和Ti含量之和≤0.15%；

（2）还加入有Cr、Mo、Ni和Cu或它们之间的组合，当Cr、Ni和Cu作为残余元素时，其含量应满足：Cu≤0.20%，Cr≤0.20%，Ni≤0.10%，As≤0.08%；

（3)碳当量（焊接裂纹敏感性指数）值CE（Pcm）:

CE（Pcm）＝C＋Si/30＋(Mn＋Cu＋Cr)/20＋Ni/60＋Mo/15＋V/10＋5B

≤0.25；

在满足以上化学成分条件外，还要满足锰当量的控制要求，∑Mn的计算公式如下：

∑Mn=Mn+3.28Mo+0.64Cr+0.5W+0.37Ni+0.23Cu+0.03Si+0.1(Al+V+Ti+Nb)

∑Mn的值必需满足在1.80～2.05之间。

2.一种提高上述较厚规格X60管线钢落锤性能的方法，其特征在于工艺步骤是：按上述控制化学成分，采用250mm坯料生产22mm～26mm较厚规格X60管线钢，其生产工艺包括转炉冶炼、连铸和轧制工序。

3.如权利要求2所述提高上述较厚规格X60管线钢落锤性能的方法，其特征是： 所述轧制工序中的控轧、控冷工艺是：

轧制是对加热后铸坯进行粗轧和精轧，轧制力按待轧件单位宽度控制为≤18kN/mm低轧制力进行，其中粗轧：控制粗轧速度1.5～2.5m/s、温度1000～1100℃、后3道的单道次压下率大于15%、粗轧总变形率≥60%；精轧：控制精轧速度1.5～6m/s，精轧轧制阶段开轧厚度为3.5h(h为成品厚度)，开轧温度880～920℃、终轧温度760～800℃、道次压下量为4～30%，其中至少一个连续3道次包含压下率大于15%的单道次，精轧总变形率为60～75％，制得精轧板件；

控冷是对精轧板件进行控制冷却，终冷温度控制在500～560℃，冷却速度为11℃/s～20℃/s，制得精轧板材。

4.如权利要求2所述提高上述较厚规格X60管线钢落锤性能的方法，其特征是：轧制时采用低速轧制，轧制速度1.5～2.5m/s，温度1000～1100℃，要求第一阶段总变形量达到60%以上，在轧制力低的情况下，前面道次压下量不限定，只需保证后3道的单道次压下量大于15%，从而保证钢坯内部缺陷压合及晶粒的均匀性；

在第二阶段未再结晶区轧制过程中，变形温度920～760℃，轧制速度1.5～6m/s，道次压下量为4～30%，累计变形量达到60～75％；区别传统管线钢生产中只对精轧累计压下率作出要求，而本发明要求精轧保证至少一个连续3道以上包含压下率大于15%的单道次，从而增加未再结晶区形变带的数量和晶粒尺寸细化，提高钢板的低温韧性，最后2～3道为保证板形压下率不要求，以期制得尺寸厚度合适的钢材成品；

轧后冷却工序中冷却终止温度为500～560℃，冷却速度为11℃/s～20℃/s，冷却速度过低不能形成合适比例的针状铁素体组织，强韧性不匹配，冷却速度过大会造成组织中有异常组织，强度高而韧性低。