CN103627869A - 一种低屈强比管线钢的轧后控冷工艺及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种低屈强比管线钢的轧后控冷工艺及制备方法。所述轧后控冷工艺包括以下步骤：将精轧终轧后的钢板以50～100℃/s的冷却速度快速冷却至珠光体温度转变区间后卷取，然后在所述珠光体温度转变区间保温1.5～5h，最后缓慢冷却至室温得到管线钢成品。所述制备方法包括冶炼钢液、铸造、轧制以及轧后控冷步骤，轧制步骤包括粗轧和精轧，并且采用根据本发明的低屈强比管线钢的轧后控冷工艺进行所述轧后控冷步骤。根据本发明，能够获得屈服强度富余量足够且屈强比不大于0.86的管线钢成品，且对钢液成分控制、加热温度、粗轧工艺、精轧工艺等均没有特殊要求。具有操作简单和适应性强等特点。

Description

一种低屈强比管线钢的轧后控冷工艺及制备方法

技术领域

本发明属于热连轧板带生产技术领域，更具体地说，涉及一种低屈强比管线钢的轧后控冷工艺及制备方法。

背景技术

管线钢主要用于原油、成品油、天然气及水煤浆等流体物质的输送。国际平均能源消费结构中，天然气占总能源消费量的23%，而我国目前天然气消费只占总能源的2.1%；在铁路、公路、航空、水运和管道5种运输方式中，管道运输是一种经济、安全不间断的运输方式。美国采用管道输送物流占总运输量的16%左右，而我国仅占3～4%，国际上通过管道运输的物质占运输总量的20%，而我国不到2%。目前，全球油气管道总长已超过260万公里，仅俄罗斯就有21万公里，而我国干线管线只有约8.2万公里。

石油、天然气输送管线分为长输管线和油田内部的集输管线两部分。长输管线为了提高输送效率，主干线输送压力较高，要求选用较高强度级别的钢种；集输管线、支线和一些输量较小的管线输送压力较低，因此选用强度较低的钢种，例如X42、X46、X52级别。2005年，西气东输工程正式投入营运，到2012年西气东输三线正式开始建设，城市管网等需要的低级别管线钢呈逐年增加的趋势。

屈强比是管线钢安全性的重要指标，低屈强比意味着钢管在外力作用下发生变形时更加不易破裂，但是在从钢板到制成钢管的过程中屈强比会随制管工艺的变化而波动。因此，钢管生产企业为了保证钢管的屈强比符合要求，都对原材料的屈强比提出了更加严格的要求。

目前，国内生产低屈强比管线钢主要通过几种方式进行控制：

（1）采用低温加热、低温轧制、较慢冷却速度和低温卷取的方式控制屈强比。例如，公开号为CN1978082A的中国专利公开了一种控制管线钢热轧平板屈强比的生产方法，该方法通过控制板坯加热温度为1150～1200℃，粗轧温度区间为1000～1150℃，精轧温度区间为830～950℃，终冷温度区间为490～550℃，控制冷却速度为6.5～14.7℃/s，获得屈强比≤0.87的管线钢热轧平板。

（2）采用双段冷却的方式控制。例如，公开号为CN101979166A的中国专利公开了一种低屈强比微合金管线钢热轧卷板的生产方法，其控制板坯加热温度为1180～1250℃，粗轧温度区间为1020～1150℃，精轧温度区间为840～1000℃，两阶段控冷，第一阶段开始温度为800～860℃，冷却速度为20～60℃/s，第一阶段终冷温度为700～780℃，空冷时间为3～8s，第二阶段开冷温度为680～750℃，冷却速率为20～60℃/s，卷取温度为350～520℃，稳定地生产出低屈强比的微合金管线钢热轧卷板。

（3）采用轧后热处理方式。例如，公开号为CN101985722A的中国专利公开了一种低屈强比细晶粒高强管线钢板及其生产方法，其将空冷后的钢板再进行加热，随后进行两相区淬火处理，淬火温度在720～750℃，得到低屈强比细晶粒高强管线钢板。

（4）轧制后进行弛豫处理。例如，公开号为CN103045836A的中国专利公开了一种低屈强比管线钢的生产方法，其通过轧后进行弛豫处理，入水温度控制在720～740℃，冷却速度为15～30℃/s，可生产出屈强比Rt_0.5/Rm≤0.85的低屈强比和高韧性管线钢。

可见，国内生产的低屈强比管线钢主要采用低温加热、低温轧制和低温卷取的方式或两阶段冷却、热处理等方式控制屈强比。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的之一在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。

本发明的目的之一在于提供一种能够生产满足屈服强度富余量要求和具有低屈强比的管线钢的工艺。

为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种低屈强比管线钢的轧后控冷工艺。所述轧后控冷工艺包括以下步骤：将精轧终轧后的钢板以50～100℃/s的冷却速度快速冷却至珠光体温度转变区间后卷取，然后在所述珠光体温度转变区间保温1.5～5h，最后缓慢冷却至室温得到管线钢成品。

根据本发明低屈强比管线钢的轧后控冷工艺的一个实施例，所述快速冷却步骤的冷却速度为60～90℃/s。

根据本发明低屈强比管线钢的轧后控冷工艺的一个实施例，所述珠光体温度转变区间为580～660℃。优选地，所述珠光体温度转变区间为620～650℃。

根据本发明低屈强比管线钢的轧后控冷工艺的一个实施例，优选地，所述保温步骤的时间为2～4h。

根据本发明低屈强比管线钢的轧后控冷工艺的一个实施例，所述保温步骤和所述缓慢冷却步骤可以通过以下操作实现：将卷取后的钢板置于温度为600～750℃的热轧带钢中进行堆垛缓冷，其中，所述热轧带钢的温度不低于所述卷取后的钢板温度。

根据本发明低屈强比管线钢的轧后控冷工艺的一个实施例，所述管线钢成品的组织为铁素体-珠光体。

根据本发明低屈强比管线钢的轧后控冷工艺的一个实施例，所述管线钢成品的钢级为X42、X46、X52、X56或X60。

根据本发明低屈强比管线钢的轧后控冷工艺的一个实施例，所述管线钢成品的屈强比不大于0.86。

本发明另一方面提供了一种低屈强比管线钢的制备方法。所述制备方法包括冶炼钢液、铸造、轧制以及轧后控冷步骤，其中，所述轧制步骤包括粗轧和精轧，并且采用上所述的低屈强比管线钢的轧后控冷工艺进行所述轧后控冷步骤。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：通过控制轧后控冷工艺获得屈服强度富余量足够且屈强比不大于0.86的管线钢成品，对钢液成分控制、加热温度、粗轧工艺、精轧工艺等均没有特殊要求。具有操作简单和适应性强等特点。

具体实施方式

在下文中，将结合示例性实施例详细地描述根据本发明的低屈强比管线钢的轧后控冷工艺及制备方法。

根据本发明一方面示例性实施例低屈强比管线钢的轧后控冷工艺包括以下步骤：将精轧终轧后的钢板以50～100℃/s的冷却速度快速冷却至珠光体温度转变区间后卷取，然后在所述珠光体温度转变区间保温1.5～5h，最后缓慢冷却至室温得到管线钢成品。

其中，快速冷却的目的是细化晶粒，以免屈服强度富余量不足（因为在钢板制管过程中有包辛格效应，屈服强度会降低，因此要求屈服强度有足够富余量）。但是，根据霍尔-佩奇（Hall-Petch）公式（俞德刚，钢的强韧化理论与设计，上海交通大学出版社，1990年4月，第63～64页、第81～82页）

Rel（屈服强度）=53.9+32.3[Mn]+83.2[Si]+354.2N_f+17.4d^-1/2式（1）

Rm（抗拉强度）=294.1+27.7[Mn]+83.2[Si]+385fPE+7.7d^-1/2式（2）

上式中：fPE为珠光体比例，d为铁素体晶粒尺寸(mm)，N_f为第二相强化比例。

由式（1）和（2）可以看出，细化晶粒对提高抗拉强度的作用没有对提高屈服强度的作用明显，而根据屈强比的计算公式：屈强比=Rel/Rm，在采用快速冷却以细化晶粒获得合格强度的同时增大了屈强比。在快速冷却至珠光体转变温度区间后在该温度区间进行卷取，可以提高珠光体含量，从而提高抗拉强度Rm，降低屈强比。若不进行快速冷却，而只保证将轧后钢板冷却至珠光体温度转变区间再进行卷取的操作，则得到的管线钢成品的强度达不到要求，屈服强度富余量不足；而若只进行快速冷却，而不在珠光体转变温度区间进行卷取，则获得的管线钢成品的屈强比偏高。

快速冷却速度的冷却速度限定在50～100℃/s的原因控制晶粒度级别在10.5～11.5级之间，当以大于100℃/s的速度冷却时，冷却速度太快，易得到贝氏体等异常组织，贝氏体组织对管线钢冲击韧性恶化严重；当以小于50℃/s的速度冷却时，细化晶粒效果不明显，屈服强度富余量不足。优选地，所述快速冷却步骤的冷却速度为60～90℃/s。

卷取后，在珠光体温度转变区间进行保温的目的是延长珠光体的转变时间，增加珠光体的转变量，从而提高抗拉强度。保温时间的设置为1.5～5h，若保温时间短于1.5h，则珠光体的转变量较少，抗拉强度偏低，屈强比升高；若保温时间长于5h，则晶粒粗化，屈服强度富余量不足。优选地，所述保温步骤的时间为2～4h，例如，保温3h。

在一个示例性实施例中，所述珠光体温度转变区间为580～660℃。优选地，珠光体温度转变区间为620～650℃。

在一个示例性实施例中，所述保温步骤和缓慢冷却步骤可以通过以下操作实现：将卷取后的钢板置于温度为600～750℃的热轧带钢中进行堆垛缓冷，其中，热轧带钢的温度不低于卷取后的钢板温度。

在一个示例性实施例中，所述管线钢成品的组织为铁素体-珠光体。

在一个示例性实施例中，所述管线钢成品的钢级为X42、X46、X52、X56或X60。

根据本发明，通过快速冷却的方式、快速冷却至珠光体转变区域进行卷取和卷取后进行保温的轧后控冷工艺操作控制以及工艺参数的控制，实现了在屈服强度富余量满足要求的同时降低屈强比。

此外，根据本发明低屈强比管线钢的轧后控冷工艺也可采用如下方式来进行，具体为：将精轧终轧后的钢板以50～100℃/s的冷却速度快速冷却至580～660℃后卷取，然后放置于600～750℃的热轧带钢中进行堆垛，缓慢冷却得到管线钢成品。

根据本发明另一方面的低屈强比管线钢的制备方法包括冶炼铸造钢板、轧制以及轧后控冷步骤，其中，轧制步骤包括粗轧和精轧，并且轧后控冷步骤采用如上所述的低屈强比管线钢的轧后控冷工艺进行。

为了更好地理解本发明的上述示例性实施例，下面结合具体示例对其进行进一步说明。其中，屈服强度的富余量等于实际屈服强度与理论屈服强度下限值之差。

示例1

生产X52级管线钢，规格为11.0×1500mm（厚度×宽度），屈服强度要求360～510MPa，富余量要求30MPa以上。

精轧终轧后，采用60℃/s的冷却速度快速冷却至640℃后卷取，然后放置于700℃的热轧带钢中堆垛，缓慢冷却。经检测，其力学性能为屈服强度Rt_0.5：428MPa，屈服强度富余量为68MPa，抗拉强度Rm：510MPa，横向伸长率A₅₀：42.5%，屈强比：0.84。

对比例1

生产X52级管线钢，规格为11.0×1500mm（厚度×宽度）。

采用常规前段冷却方式冷却至610℃卷取。经检测，其力学性能为屈服强度Rt_0.5：417MPa，抗拉强度Rm：468MPa，横向伸长率A₅₀：43.0%，屈强比：0.89。

示例2

生产X42级管线钢，规格为7.1×1280mm（厚度×宽度），屈服强度要求290～440MPa，富余量要求30MPa以上。

精轧终轧后，采用轧后100℃/s的冷却速度快速冷却至620℃卷取，放置于660℃的热轧带钢中堆垛，缓慢冷却。经检测，其力学性能为屈服强度Rt_0.5：357MPa，屈服强度富余量为67MPa，抗拉强度Rm：435MPa，横向伸长率A₅₀：46.0%，屈强比：0.82。

对比例2

生产X42级管线钢，规格为7.1×1280mm（厚度×宽度）。

采用常规前段冷却方式冷却至600℃卷取，其力学性能为屈服强度Rt_0.5：370MPa，抗拉强度Rm：421MPa，A₅₀：45.0%，屈强比：0.88。

示例3

生产X60级管线钢，规格为8.3×1430mm（厚度×宽度），屈服强度要求415～565MPa，富余量要求30MPa以上。

精轧终轧后，采用轧后80℃/s的冷却速度快速冷却至660℃卷取，放置于750℃的热轧带钢中堆垛，缓慢冷却。其力学性能为屈服强度Rt_0.5：483MPa，屈服强度富余量为68MPa，抗拉强度Rm：562MPa，横向伸长率A₅₀：43.5%，屈强比：0.86。

对比例3

生产X60级管线钢，规格为8.3×1430mm（厚度×宽度）。

采用常规前段冷却方式冷却至620℃卷取，其力学性能为屈服强度Rt_0.5：479MPa，抗拉强度Rm：526MPa，横向伸长率A₅₀：42.0%，屈强比：0.91。

可以看出，根据本发明工艺生产的X42、X52、X60等以铁素体+珠光体为主的管线钢的屈强比≤0.86，屈服强度富余量足够。并且只需控制轧后冷却方式和堆放方式，对钢液成分控制、加热温度、粗轧工艺、精轧工艺等均没有特殊要求。具有轧后控冷工艺操作简单和适应性强等特点。

尽管上面已经通过结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该清楚，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可对本发明的示例性实施例进行各种修改和改变。

Claims (10)

1.一种低屈强比管线钢的轧后控冷工艺，其特征在于，所述轧后控冷工艺包括以下步骤：

将精轧终轧后的钢板以50～100℃/s的冷却速度快速冷却至珠光体温度转变区间后卷取，然后在所述珠光体温度转变区间保温1.5～5h，最后缓慢冷却至室温得到管线钢成品。

2.根据权利要求1所述的低屈强比管线钢的轧后控冷工艺，其特征在于，所述快速冷却步骤的冷却速度为60～90℃/s。

3.根据权利要求1所述的低屈强比管线钢的轧后控冷工艺，其特征在于，所述珠光体温度转变区间为580～660℃。

4.根据权利要求3所述的低屈强比管线钢的轧后控冷工艺，其特征在于，所述珠光体温度转变区间为620～650℃。

5.根据权利要求1所述的低屈强比管线钢的轧后控冷工艺，其特征在于，所述保温步骤的时间为2～4h。

6.根据权利要求1所述的低屈强比管线钢的轧后控冷工艺，其特征在于，所述保温步骤和所述缓慢冷却步骤通过以下操作实现：将卷取后的钢板置于温度为600～750℃的热轧带钢中进行堆垛缓冷，其中，所述热轧带钢的温度不低于所述卷取后的钢板温度。

7.根据权利要求1所述的低屈强比管线钢的轧后控冷工艺，其特征在于，所述管线钢成品的组织为铁素体-珠光体。

8.根据权利要求1所述的低屈强比管线钢的轧后控冷工艺，其特征在于，所述管线钢成品的钢级为X42、X46、X52、X56或X60。

9.根据权利要求1所述的低屈强比管线钢的轧后控冷工艺，其特征在于，所述管线钢成品的屈强比不大于0.86。

10.一种低屈强比管线钢的制备方法，所述制备方法包括冶炼钢液、铸造、轧制以及轧后控冷步骤，其中，所述轧制步骤包括粗轧和精轧，其特征在于，所述制备方法采用如权利要求1至9中任意一项所述的低屈强比管线钢的轧后控冷工艺进行所述轧后控冷步骤。