CN103526110A

CN103526110A - 16～25mm厚X60管线钢及其生产方法

Info

Publication number: CN103526110A
Application number: CN201310454649.6A
Authority: CN
Inventors: 朱书成; 于飒; 许少普; 唐郑磊; 崔冠军; 赵迪; 康文举
Original assignee: Nanyang Hanye Special Steel Co Ltd
Current assignee: Nanyang Hanye Special Steel Co Ltd
Priority date: 2013-09-30
Filing date: 2013-09-30
Publication date: 2014-01-22

Abstract

本发明公开了一种16~25mm厚X60管线钢及其生产方法，它包括的化学成分(单位，wt%)为：C：0.06～0.09、Si：0.25～0.35、Mn：1.55～1.60、（Nb+Ti+V+Mo+Ni）：0.20~0.29、P≤0.010、S≤0.003；生产方法主要包括LF+VD、连续浇铸、控轧控冷；本发明所得X60微观组织含有42～46%板条状铁素体、32～38%针状铁素体、13～15%贝氏体，少量M-A岛及一些细小弥散析出相，相界面结合性好，屈强比0.66～0.76，晶粒度达到11.5～12.5级，焊接性能好、包辛格效应低。

Description

16～25mm厚X60管线钢及其生产方法

技术领域

本发明属于管线钢生产技术领域，具体涉及一种16～25mm厚X60管线钢及其生产方法。

背景技术

近年来，随着石油、天然气等能源的进一步开发，促使管线钢的开发和生产迅速发展，为了提高输送效率，降低能耗，管线钢不断向高强度高韧性和优良焊接性能的高钢级管线钢发展，而在现阶段， X60级别管线钢占有庞大的市场份额。

高强度管线钢通过成分设计、采用超细净化和控轧控冷等现代冶金和轧制技术获取高屈服强度和高韧性等性能，高强度管线钢的成分设计思路为：降碳、增锰、添加微合金化元。碳是钢中最基础的强化元素，提高强度，但碳影响钢的焊接性能和影响韧性，综合考虑，碳的含量尽量控制的低一些；增锰可以弥补降碳而造成的强度损失，而且冲击韧性下降小，不影响脆性转变温度，同时锰可以增大微合金化元素在奥氏体中的溶解度，添加微合金化元素Nb、V、Ti等可以在钢坯加热过程中抑制原始奥氏体晶粒长大，从而细化晶粒；而在实际生产过程中，如何控制各主要成分质量百分比、调整微合金成分及配比，是提高X60管线钢的关键技术之一。在提高钢的洁净度上，主要是脱磷、脱硫、脱氧，去除有害气体和非金属夹杂物，在铁水预处理阶段，通过合适的预处理方法和脱硫剂、脱磷剂，可以除某些有害杂质元素(如硫、磷等)；转炉冶炼可以将生铁里的碳及其它杂质（如：硅、锰）等氧化，提高理化性能与力学性能；而在连铸过程中钢水易被二次氧化，产生夹杂物，选用合适的连铸工艺对提高钢的洁净度也尤为重要；控制轧制上通常采用两阶段法，首先在奥氏体再结晶区进行轧制，在大形变量下奥氏体晶粒发生恢复和再结晶，最后形成晶粒细小而均匀的组织，然后在奥氏体未再结晶区进行轧制，使细小的奥氏体晶粒内部形成形变带，成为铁素体相变和碳氮化物析出的形核核心，使铁素体晶粒细小、沉淀强化。

现阶段技术中，如申请号为200810143635的专利《一种低碳高韧性X60/X65管线钢的生产方法》中，采用BOF-LF～CSP流程，公开的具体生产方法为：①BOF转炉冶炼：高炉铁水倒入转炉，兑入3～5%废钢，加入造渣剂石灰及熔剂萤石或白云石进行常规冶炼；②吹氩站吹炼；③LF炉精炼去硫：钢水中加入5.0～6.0kg/t_钢石灰、2.0～3.0kg/t_钢预熔渣（焙烧过的铝酸钙渣料）和1.5～2.5kg/t_钢调渣剂（含金属铝的铝酸钙渣料），对钢水进行脱硫及微合金化处理；④CSP连铸：铸坯入均热炉温度≥1000℃，铸坯在1150～1160℃加热，出炉温度为1120～1150℃；⑤均热去鳞：均热炉均热温度在1100～1150℃，加热后的铸坯高压水去鳞；⑥轧制：由七机架组成的精连轧机进行轧制，终轧温度为860～880℃的条件下由精轧机组轧成板坯；⑦层流、卷取：经层流冷却，在温度为600～620℃卷取，成为卷线钢用板卷。所得X60钢产品成分为：C≤0.06，Si：0.20～0.35、Mn：1.20～1.40、P≤0.02、S≤0.008、V：0.03～0.05，Nb：0.03～0.05，Ti：0.015～0.03，Als：0.015～0.035，X60钢产品厚度为5.2～12.5mm，屈服强度450～555MPa、抗拉强度为540～635MPa、延伸率27～39%，V型冲击韧性（0℃）为110～189J。该产品杂质P、S含量偏高，采用微合金元素Nb、V、Ti，LF精炼、CSP连铸连轧，未能充分细化钢的组织，不能达到很好的抗拉强度和冲击韧性。

文献《酒泉钢铁公司X60管线钢的研制》中，酒泉钢铁公司成分设计(单位，wt%)为C≤0.1、Si≤0.4、Mn：1.3、V：0.05～0.10、Nb：0.02～0.04、Ti：0.02～0.05、P≤0.03、S≤0.025，铁水预处理、转炉冶炼、LF-VD精炼、连铸、加热、粗除磷、轧制、ADCO冷却、矫直、冷床冷却、精整，转炉冶炼采用顶底复吹，出钢时加入钢渣改制剂，LF精炼时喂Si-Ca-Ba线，轧制时完全再结晶区开轧温度1020～1080℃，未再结晶区开轧温度≤950℃，终轧温度700～850℃。冷却采用ADCO气雾冷却系统快冷，终冷温度630～700℃，冷却速度≥7℃/s，钢材的屈服强度控制在598～608MPa（Rp0.5），抗拉强度控制在709～726MPa，-20℃V型冲击韧性为233～290J。该研究中，采用“低温、大压下”轧制，受化学成分设计和控轧控冷工艺的影响，显微组织仅为铁素体加少量的珠光体，铁素体珠光体钢很难达到高级别的强度和满足低温的冲击韧性要求，屈强比为0.82～0.85，临近一般要求的最大值0.85，未能有效降低管线钢的屈强比，致使材料的变形能力一般，塑形范围小；成分中杂质P、S、氧化铝、硅酸盐夹杂量颇高，影响钢的纯净度；该工艺采用ADCO冷却设备的冷却能力较大、冷却均匀、但是设备高大、噪音也大、设备检修比较困难，该系统采用者不多。

一般将厚度大于13mm以上的热轧卷板管线钢定义为厚规格，而厚规格热轧卷管线钢生产由于受到总压缩比和非再结晶区热变形程度的制约，对铸坯的力学性能、偏析程度和夹杂物含量等提出了更高的要求。

发明内容

本发明为了解决上述问题，利用常规设备，进行成分设计和工艺改进，提供一种焊接性能好、屈强比低、晶粒度高的16~25mm厚X60管线钢及其生产方法。

一种16～25mm厚X60管线钢，它包括如下质量百分含量的化学成分(单位，wt%)：C：0.06～0.09、Si：0.25～0.35、Mn：1.55～1.60、（Nb+Ti+V+Mo+Ni）：0.20～0.29 、P≤0.010、S≤0.003、Als：0.02～0.04，余量为Fe和残留元素；碳当量[Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15]≤0.37，厚度规格为16～25mm；所述X60管线钢的微观组织含有42～46%板条状铁素体、32～38%针状铁素体、13～15%贝氏体，少量M-A岛及一些细小弥散析出相。

所述16～25mm厚X60管线钢的生产方法，包括KR铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、ＶＤ真空精炼、连续浇注、铸坯加热、除磷、控轧控冷、矫直、缓冷、切割；

所述控轧控冷采用TMCP轧制，工作辊轧制线速度1.1～1.5m/s，开轧温度1050℃～1150℃，一阶段终轧温度950℃～1000℃，二阶段开轧温度880～920℃，二阶段采取小压下轧制，终轧温度800～860℃；所述控轧控冷采用ACC冷却，入水温度760~790℃，返红温度480～520℃，冷速16～18℃/s；

所述连续浇注拉速0.6～0.8m/min，比水量0.70～0.90L/kg；

所述缓冷采用堆垛缓冷，入缓冷坑温度300～340℃，堆冷时间24～30h。

在成分设计上，为保证良好的焊接性能以及良好的塑韧性，碳含量控制0.06～0.09%，是保证钢板获得优异焊接性能的基础；Mn是细化晶粒元素之一，用以提高强度，降低钢材脆性转变温度，改善低温冲击韧性，但Mn含量过高时，对韧性和焊接性能不利，且容易造成Mn偏析，对探伤有一定的影响，故Mn含量控制在1.55～1.60%；V、Nb、Ti元素能够抑制奥氏体形变再结晶，阻止奥氏体晶粒长大，同时还能起到沉淀强化的作用，Mo、Ni的加入主要作用是稳定奥氏体，抑制多边形铁素体和珠光体形成，促进贝氏体形成，其复合加入量控制在0.20～0.29%之间；经计算Ceq≤0.37，具有良好的焊接性能。

在洁净度上，采用LF+VD工艺来保证钢质的洁净度，LF精炼采用大渣量进行造渣，达到各类夹杂物级别总和不超过3.0；在浇铸时采用全程保护浇铸，拉速控制在0.6～0.8m/min，比水量在0.70～0.90L/㎏，避免了钢包热损失过大，有利于减少偏析，改善钢水纯净度，同时快冷诱导金属形变程度高，可以使铁素体得到细化，增加钢的强度。

为确保变形渗透，采用TMCP轧制，凉钢厚度为80～100mm，工作辊轧制线速度按≤1.5m/s控制，为了保证铸态奥氏体完全再结晶，控制开轧温度1050℃～1150℃，一阶段终轧温度在950℃～1000℃，然后通过控制二阶段开轧温度在880～920℃，终轧温度800～860℃，以产生尽可能多的形变量，变形未再结晶奥氏体转变为等轴细小铁素体晶粒，提高抗拉强度，大量弥散细小析出相，最大程度的细化晶粒。钢板轧后入ACC进行快速冷却，控制入水温度760~790℃，返红温度480～520℃，冷速16～18℃/s时，基体中珠光体转化为粒状贝氏体，并能够细化贝氏体相并赋予其一定的应变储能，贝氏体具有较高的冲击断裂功和较低的脆性转变温度，使晶粒组织具有较高的强韧性，减小包辛格效应和偏析，同时，铁素体会进行转变，使碳扩散到奥氏体中，残余奥氏体被分割成细小而带尖角的岛状物，较快的冷却速度能够减缓残余奥氏体向马氏体的转变，形成M-A颗粒相，产生一定的体积膨胀而造成残余应力的提高，同时弥散Nb强化屈服强度。最后通过控轧控冷，处理使钢的晶粒度达到11.5～12.5级。

本发明通过以上技术手段，即通过合金成分的合理设计和最佳控轧工艺参量的选择，利用轧制冷却过程中的晶粒细化、相变和强化等，使所生产的16～25mm管线钢X60性能上达到屈服强度 535～560MPa，抗拉强度740～810 MPa，伸长率36～51%，-20℃V型冲击功控制在340～390 J；经X射线衍射仪测得，成品X60微观组织含有42～46%板条状铁素体、32～38%针状铁素体、13～15%贝氏体，少量M-A岛及一些细小弥散析出相，该微观组织相界面结合性好、位错密度高，能大大降低屈强比，同时减少包辛格效应和偏析。本发明生产工艺采用常规设备，通过调整成分、改善钢水纯净度、控轧控冷工艺等，获得的16～25mm厚X60管线钢焊接性能好，屈强比0.66～0.76，包辛格效应低，钢板夹杂物总和小于2.5，晶粒度达到11.5～12.5级。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步说明：

图1为25mm厚X60钢金相组织图（200×）。

具体实施例

本发明16～25mm厚X60管线钢的具体生产方法，包括以下步骤：

①KR铁水预处理：到站铁水进行扒前渣、KR搅拌脱硫、扒后渣，保证液面渣层厚度≤20mm，保证脱硫周期≤21min、脱硫温降≤20℃，铁水脱硫后保证铁水S≤0.005%；

②转炉冶炼：入转炉铁水温度1280～1320℃，按照低碳钢冶炼工艺标准进行控制，出钢碳0.01～0.03%，0.03～0.05%，出钢P≤0.012%，S≤0.010%；

③LF精炼：入精炼炉温度1535～1605℃，大渣量进行造渣，造渣厚度为150～250mm，确保白渣成渣时间控制在15min以内，保持时间控制在18min以上，避免渣稀现象发生；

④ＶＤ真空精炼：在≤67Pa下，保压时间按15～18min进行控制，破真空后软吹3～5min或不吹，钢水不得裸露；

⑤连续浇注：浇钢前保证铸机设备状况良好，中包过热度15±5℃，拉速：0.6～0.8m/min，比水量：0.70～0.90L/㎏，电搅：900A、5Hz、30s-3-30s，连铸浇钢要求全程保护浇铸，大包开浇后1min内必须套保护管，中包浇注过程中必须保证钢液面不见红；浇钢过程中合理控制塞棒吹氩量，保证结晶器液面波动轻微，铸坯切割下线后入专用缓冷坑进行缓冷24h以上，冷却后温度为300～500℃；

⑥铸坯加热、除磷：铸坯加热保温温度控制在1200℃～1220℃，最高加热温度为1240℃，然后采用高压水除磷，去除钢表面氧化层；

⑦控轧控冷：采用TMCP轧制，凉钢厚度为80～100mm，为确保变形渗透，工作辊轧制线速度按1.1～1.5m/s控制，开轧温度1050℃～1150℃；一阶段终轧温度在950℃～1000℃，二阶段开轧温度在880～920℃，二阶段采取小压下轧制，以确保原始板形，终轧温度800～860℃；钢板轧后入ACC进行快速冷却，入水温度760~790℃，返红温度480～520℃，冷速控制在16～18℃/s；

⑧矫直、缓冷、切割：然后送往强力矫直机进行热矫直；钢板下线后进行堆垛缓冷，入缓冷坑温度300～340℃，堆冷时间24～30h；再进行机械剪切，切厚度为16～25mm。

实施例1

本实施例以生产16mm厚X60管线钢为例，采用上述具体生产方法进行生产，主要工艺参数确定为：TMCP中，凉钢厚度为80mm，工作辊轧制线速度按1.5m/s控制，开轧温度950℃；一阶段终轧温度在975℃，二阶段开轧温度在880℃，二阶段采取小压下轧制，以确保原始板形，终轧温度800℃；钢板轧后入ACC进行快速冷却，入水温度760℃，返红温度480℃，冷速控制在16℃/s。

实施例2

本实施例以生产20mm厚X60管线钢为例，采用上述具体生产方法进行生产，主要工艺参数确定为：TMCP中，凉钢厚度为90mm，工作辊轧制线速度按1.2m/s控制，开轧温度1100℃；一阶段终轧温度在975℃，二阶段开轧温度在900℃，二阶段采取小压下轧制，以确保原始板形，终轧温度830℃；钢板轧后入ACC进行快速冷却，入水温度775℃，返红温度490℃，冷速控制在17℃/s。

实施例3

本实施例以生产25mm厚X60管线钢为例，采用上述具体生产方法进行生产，主要工艺参数确定为：TMCP中，凉钢厚度为100mm，工作辊轧制线速度按0.9m/s控制，开轧温度1150℃；一阶段终轧温度在1000℃，二阶段开轧温度在920℃，二阶段采取小压下轧制，以确保原始板形，终轧温度860℃；钢板轧后入ACC进行快速冷却，入水温度790℃，返红温度520℃，冷速控制在18℃/s。

实验结果：

（1）产品化学成分(单位，wt%)如下：

（2）机械力学性能按GB/T21237-2007执行，结果如下：

Figure 2013104546496100002DEST_PATH_IMAGE001

（3）外检及探伤：表面质量要求按GB/T709-2008严格执行，厚度偏差按B类；探伤执行JB/T2970-2004 Ⅲ级探伤标准执行；所研制的钢板外检，正品率100%，按JB/T 2970-2004进行探伤，合一级率为80%，合三级率为100%，达到了预期效果；

（4）金相检验：对产品厚度1/4处取样进行金相检验，具有典型的针状铁素体组织，上面分布着M-A组织，不存在影响管线钢性能的珠光体带状组织，如图1所示；X射线衍射仪检测经统计分析得，微观组织含有42～46%板条状铁素体、32～38%针状铁素体、13～15%贝氏体，少量M-A岛及一些细小弥散析出相；

（5）夹杂物与晶粒度检测，如下表所示：

经分析，钢板夹杂物总和小于2.5，晶粒度达到11.5～12.5级。

Claims

1.一种16～25mm厚X60管线钢，其特征在于，所述X60管线钢包括如下质量百分含量的化学成分(单位，wt%)：C：0.06～0.09、Si：0.25～0.35、Mn：1.55～1.60、（Nb+Ti+V+Mo+Ni）：0.20~0.29、P≤0.010、S≤0.003、Als：0.02～0.04，余量为Fe和残留元素；碳当量[Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15]≤0.37，厚度规格为16～25mm；所述X60管线钢的微观组织含有42～46%板条状铁素体、32～38%针状铁素体、13～15%贝氏体，少量M-A岛及一些细小弥散析出相。

2.如权利要求1所述的16～25mm厚X60管线钢的生产方法，包括KR铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、ＶＤ真空精炼、连续浇注、铸坯加热、除磷、控轧控冷、矫直、缓冷、切割，其特征在于：所述控轧控冷采用TMCP轧制，工作辊轧制线速度1.1～1.5m/s，开轧温度1050℃～1150℃，一阶段终轧温度950℃～1000℃，二阶段开轧温度880～920℃，二阶段采取小压下轧制，终轧温度800～860℃。

3.如权利要求2所述的16～25mm厚X60管线钢的生产方法，其特征在于：所述控轧控冷采用ACC冷却，入水温度760~790℃，返红温度480～520℃，冷速16～18℃/s。

4.如权利要求2所述的16～25mm厚X60管线钢的生产方法，其特征在于：所述连续浇注拉速0.6～0.8m/min，比水量0.70～0.90L/㎏。

5.如权利要求2所述的16～25mm厚X60管线钢的生产方法，其特征在于：所述缓冷采用堆垛缓冷，入缓冷坑温度300～340℃，堆冷时间24～30h。