CN103937950A - 一种低压缩比厚规格高级别管线钢的生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明属于冶炼技术领域，具体涉及一种低压缩比厚规格高级别管线钢的生产工艺。本发明的生产工艺包括下述的步骤：冶炼、精炼、板坯连铸、板坯加热，粗除鳞、粗轧、中间坯冷却、精轧、冷却、热矫直；本发明通过控制各个步骤中的具体的参数及调整工艺步骤，采用250mm连铸坯生产出25mm~33mm的厚规格高等级管线钢，使得没有特厚连铸坯生产能力的生产线也可以生产厚规格高等级的管线钢，提高了管线钢的生产保证能力。

Description

一种低压缩比厚规格高级别管线钢的生产工艺

技术领域

本发明属于冶炼技术领域，具体涉及一种低压缩比厚规格高级别管线钢的生产工艺。 

背景技术

     近年来随着石油、天然气工业的快速发展，为进一步提高输送效率，管道运输正向大口径、高钢级、大壁厚和高压输送的方向发展。同时，长距离输气管线对管线钢的强韧性的要求越来越高。为达到上述目的，厚规格高级别管线钢的生产必须保证钢板再结晶区轧制的奥氏体细化晶粒效果，未再结晶区的低温大压下轧制、和轧后的准确均匀的控制冷却技术。从传统工艺控制的角度，管线钢的生产必须要满足10倍以上的压缩比，才能获得强韧性的良好匹配。在这种情况下，250mm的连铸坯只能生产25mm以下规格的管线钢才能达到工艺要求。 

2008年8月6日公开的中国专利申请CN100408211C中记载了一种低压缩比高级别管线钢生产工艺，其中只说明了22mm以下X70的生产工艺。 

2012年9月19日公开的中国专利申请CN102676937A中记载了一种低成本高强度X80管线用钢板的生产工艺，未提及钢板的规格，且再结晶区和未再结晶区轧制压下率均高于本发明。另外，本发明再结晶区轧制温度区间较低且注重最后道次的压下量和温度控制，精轧阶段大的累积变形量保证变形渗透到钢板的心部，与上述发明有明显区别。 

2012年12月19日公开的中国专利申请CN101845596B中记载了一种X80管线钢用宽厚板及其制造方法中的未提及低压缩比工艺方法。另外，该专利终冷温度较高，为400-600℃，与本发明的终冷温度100-400℃，有明显差异，且终冷温度高不利于钢板的板型控制。 

2013年05月10日公开的中国专利申请CN103225047A中记载了了厚度大于26.5mm X80管线用钢及其生产方法，其生产工艺粗轧阶段累积压下率≥60%，精轧阶段累积压下率≥65%。该文献存在的不足是，压缩比较大，不利于常规连铸机生产厚规格X80管线钢，且粗轧开轧温度高于本发明，不利于晶粒的细化控制。 

2013年7月2日公开的中国专利申请CN103343297A中说明了一种低成本X80管线钢宽厚板及其生产方法，虽然采用超快冷与层流冷却联动工艺路线，但压缩比仍在14以上。 

综上来看，上述的方法均存在一定的缺陷，需要针对上述的缺陷进行改进，改进低压缩比厚规格高级别管线钢的生产工艺。 

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种低压缩比生产厚规格高级别管线钢的生产工艺，本发明采用250mm连铸坯，通过采用控制加热温度，再结晶变形阶段的温度区间和末道次压下量与温度的合理匹配，最大程度细化奥氏体晶粒尺寸；同时在再结晶变形结束后利用粗轧机除鳞水进行中间坯降温，以减少奥氏体晶粒尺寸的长大；未再结晶区变形采用大压下量轧制的技术手段，将变形渗透到心部的同时提高奥氏体的压扁程度，增加相变形核位置，细化相变后钢板的晶粒尺寸，提高了钢板的性能稳定性。 

本发明的低压缩比厚规格高级别管线钢的生产工艺是通过下述的技术方案来解决以上的技术问题的： 

一种低压缩比厚规格高级别管线钢的生产工艺，所述的工艺包括下述的步骤：

冶炼、精炼、板坯连铸、板坯加热，粗除鳞、粗轧、中间坯冷却、精轧、冷却、热矫直；

所述的冶炼和精炼过程中，控制S、P、O、N、H这五种元素之和小于150ppm；

在板坯连铸过程中，生产的板坯厚度245-255mm，铸坯中心偏析小于C类1.5；板坯连铸后的连铸坯缓冷45-50小时；

在板坯的加热步骤中，板坯加热温度1100℃-1220℃，均热段保温时间大于30分钟，总加热时间大于等于250分钟；

粗除鳞步骤中，板坯粗除鳞的温度范围为1030-1050℃；

粗轧步骤中，粗轧工序的再结晶区控制轧制的温度范围为980-1050℃，变形过程采用轧机最大能力，保证道次压下率，将变形渗透至钢板心部；最后一道次在满足变形温度范围的下限时进行，保证压下率和变形温度的有效结合，使得最后一道次压下率≥15%且变形温度较低，变形后晶粒尺寸不过分长大，待温中间坯厚度为80-120mm，累计压下率50-70%；

中间坯冷却步骤中，利用机架除鳞高压水对中间坯进行冷却，降温至880-930℃，减少再结晶变形后的晶粒长大；

精轧步骤中，精轧工序的未再结晶区控制轧制的开轧温度范围为780-850℃，终轧温度范围740-800℃，轧制8-12道次，此阶段轧制中，采用精轧阶段大的累积变形量，前2-3道次变形率控制在15%，使累积压下率控制在65-75%的范围；

冷却工序采用MULPIC冷却设备，采用水凸度控制，边部遮蔽冷却技术保证冷却的均匀性，开冷温度720-780℃，终冷温度100-400℃，冷却速率15-25℃/s；

热矫直步骤中，采用大矫直力最大程度释放钢板中的应力。

优选的，上述的板坯连铸过程中，生产的板坯厚度为250mm，所述的板坯连铸后缓冷48小时。 

上述的板坯加热工序中，板坯加热温度1180℃。 

上述的出炉后粗除鳞的温度范围为1040℃。 

上述的粗轧工序的再结晶区控制轧制的温度范围为1010℃。 

上述的粗轧步骤中，待温中间坯厚度为100mm。 

上述的中间坯冷却步骤中，再结晶变形结束后，利用机架除鳞高压水对中间坯温度降温至900℃，减少再结晶变形后的晶粒长大。 

上述的精轧工序的未再结晶区控制轧制的开轧温度范围为820℃，终轧温度范围770℃，轧制10道次，此阶段轧制中，采用精轧阶段大的累积变形量，前2-3道次变形率控制在15%，使累积压下率控制在65-75%的范围。 

上述的冷却工序中，开冷温度740℃，终冷温度300℃，冷却速率20℃/s。 

采用该工艺所生产的钢板成分按质量百分比为：C：0.03~0.08%，Si：0.15~0.35%，Mn：1.50~2.00%，P≤0.012%，S≤0.003%，Nb：0.05~0.09%，Ti：0.015~0.025%，Mo≤0.25%，Cu≤0.35%，Ni≤0.30%，Cr≤0.030%，其余为Fe和不可避免的杂质。 

本发明的有益效果在于，采用本发明的低压缩比生产厚规格高级别管线钢的生产工艺，采用250mm连铸坯生产出25mm~33mm的厚规格高等级管线钢，使得没有特厚连铸坯生产能力的生产线也可以生产厚规格高等级的管线钢，提高了管线钢的生产保证能力。 

本发明通过降低粗轧阶段的温度区间和降低粗轧末道次温度和提高末道次压下率，实现了晶粒的细化；通过采取中间坯冷却，减少了再结晶变形后的晶粒长大；通过控制精轧阶段的总压下率和道次压下率，实现变形渗透至中心，提高了钢板的均匀性和性能稳定性。另外本发明的终冷温度较低，实现了板型的良好控制。 

附图说明

图1为本发明的工艺流程图； 

图2为本发明的33mm规格X80钢板的厚度方向表面金相组织图；

图3为本发明的33mm规格X80钢板的厚度方向1/4处的金相组织图；

图4为本发明的33mm规格X80钢板的厚度方向1/2处的金相组织图；

图5为本发明的27mm规格X80钢板的厚度方向表面金相组织图；

图6为本发明的27mm规格X80钢板的厚度方向1/4处的金相组织图；

图7为本发明的27mm规格X80钢板的厚度方向1/2处的金相组织图。

图8为本发明的26.4mm规格X80钢板的厚度方向表面金相组织图； 

图9为本发明的26.4mm规格X80钢板的厚度方向1/4处的金相组织图；

图10为本发明的26.4mm规格X80钢板的厚度方向1/2处的金相组织图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式来对本发明作更进一步的说明，以便本领域的技术人员更了解本发明，但并不以此限制本发明。 

实施例1 

本实施例为压缩比为7.6的33mmX80的具体实施生产工艺。所选工艺适用于4300宽厚板轧机生产33mm X80管线钢。铸坯厚度为250mm，成品板厚度为33.2mm，压缩比范围为7.4-7.6，总的变形量≥85%。该工艺包括下述的步骤：

冶炼：采用洁净钢冶炼方式，在超低P、S的基础上，控制五大有害元素总量，即控制S、P、O、N、H这五种元素之和小于150ppm，保证钢质的纯净度、均匀性。钢的主要化学成分如表1所示：板坯连铸过程中，采用动态轻压下技术，铸坯中心偏析达到C类1.0。

表1  33mm X80化学成分 

板坯加热：在板坯的加热工序中，板坯加热温度1150℃。

粗除鳞：控制粗除鳞步骤的板坯温度为1040℃。 

粗轧：再结晶区控制轧制的温度为1010℃，最后一道次在满足变形温度范围的下限时进行，保证压下率≥15%和变形温度的有效结合。钢板再结晶轧制后晶粒尺寸不过分长大。中间坯厚度110mm，累计压下率56%； 

中间坯冷却：利用粗轧机机架高压除鳞水对中间坯进行冷却，冷却终止温度890℃。

精轧：未再结晶区控制开始轧制的温度为830℃，终止轧制温度750℃，轧制8-12道次。此阶段轧制中，采用精轧阶段大的累积变形量，提高奥氏体的压扁程度，增加相变形核位置，细化相变后钢板的晶粒尺寸。同时控制2-3道次变形率在15%，提高变形渗透率。累积压下率70%。 

冷却：在冷却工序采用MULPIC快速冷却，开冷温度740℃，终冷温度300℃，冷却速度15℃/s。 

热矫直：采用大矫直力最大程度释放钢板中的应力。 

采用以上工艺生产的钢板，最终的表面、1/4，1/2的组织如图2、3、4所示。钢板的力学性能如表7所示。 

实施例2 

本实施例为压缩比为9.3的27mmX80的具体实施生产工艺。所选工艺适用于4300宽厚板轧机生产X80管线钢。铸坯厚度为250mm，成品板厚度为27.2mm，压缩比范围为9.1-9.3，总的变形量≥85%。该工艺包括下述的步骤：

冶炼：采用洁净钢冶炼方式，在超低P、S的基础上，控制五大有害元素总量，即控制S、P、O、N、H这五种元素之和小于150ppm，保证钢质的纯净度、均匀性。钢的主要化学成分如表2所示：板坯连铸过程中，采用动态轻压下技术，铸坯质量达到C类1.5。

表2 27mm X80化学成分 

加热：在板坯的加热工序中，板坯加热温度1140℃。

粗除鳞：控制粗除鳞步骤的板坯温度为1040℃。 

粗轧：再结晶区控制轧制的温度为1040℃，最后一道次在满足变形温度范围的下限时进行，保证压下率≥15%和变形温度的有效结合，且变形后晶粒尺寸不过分长大。中间坯厚度100mm，累计压下率60%。 

中间坯冷却：利用粗轧机机架高压除鳞水对中间坯进行冷却，冷却终止温度880℃。 

精轧：未再结晶区控制轧制的温度范围为830℃，终止轧制温度760℃，轧制8-12道次。此阶段轧制中，采用精轧阶段大的累积变形量，提高奥氏体的压扁程度，增加相变形核位置，细化相变后钢板的晶粒尺寸。同时控制2-3道次变形率在15%，提高变形渗透率。累积压下率73%。 

冷却：采用MULPIC快速冷却，开冷温度750℃，终冷温度200℃，冷却速度19℃/s。 

热矫直：采用大矫直力最大程度释放钢板中的应力。 

由以上工艺生产的钢板的最终的表面、1/4，1/2的组织如图5、6、7所示。钢板的力学性能如表7所示。 

实施例3 

本实施例为压缩比为9.5的26.4mmX80的具体实施生产工艺。所选工艺适用于4300宽厚板轧机生产X80管线钢。铸坯厚度为250mm，成品板厚度为26.6mm，压缩比范围为9.3-9.5，总的变形量≥85%。该工艺包括下述的步骤：

冶炼：采用洁净钢冶炼方式，在超低P、S的基础上，控制五大有害元素总量，即控制S、P、O、N、H这五种元素之和小于150ppm，保证钢质的纯净度、均匀性。钢的主要化学成分如表3所示：板坯连铸过程中，采用动态轻压下技术，铸坯质量达到C类1.5。

表3  26.4mm X80化学成分 

加热：在板坯的加热工序中，板坯加热温度1180℃。

粗除鳞：控制粗除鳞步骤的板坯温度为1040℃。 

粗轧：再结晶区控制轧制的温度为1000℃，最后一道次在满足变形温度范围的下限时进行，保证压下率≥15%和变形温度的有效结合，且变形后晶粒尺寸不过分长大。中间坯厚度90mm。利用机架除鳞高压水对中间坯温度降温至900℃。累计压下率64%； 

中间坯冷却：利用粗轧机机架高压除鳞水对中间坯进行冷却，冷却终止温度880℃。

精轧：未再结晶区控制轧制的温度范围为820℃，终止轧制温度765℃，轧制8-12道次。此阶段轧制中，采用精轧阶段大的累积变形量，提高奥氏体的压扁程度，增加相变形核位置，细化相变后钢板的晶粒尺寸。同时控制2-3道次道次变形率在15%，提高变形渗透率。累积压下率71%。 

冷却：采用MULPIC快速冷却，开冷温度750℃，终冷温度300℃，冷却速度21℃/s。 

热矫直：采用大矫直力最大程度释放钢板中的应力。 

由以上工艺生产的钢板的最终的表面、1/4，1/2的组织如图8、9、10所示。钢板的力学性能如表7所示。 

实施例4 

本实施例为压缩比为7.6的33mmX80的具体实施生产工艺。所选工艺适用于4300宽厚板轧机生产33mm X80管线钢。铸坯厚度为250mm，成品板厚度为33.2mm，压缩比范围为7.4-7.6，总的变形量≥85%。该工艺包括下述的步骤：

冶炼：采用洁净钢冶炼方式，在超低P、S的基础上，控制五大有害元素总量，即控制S、P、O、N、H这五种元素之和小于150ppm，保证钢质的纯净度、均匀性。钢的主要化学成分如表4所示：板坯连铸过程中，采用动态轻压下技术，铸坯中心偏析达到C类1.0。

表4  33mm X80化学成分 

板坯加热：在板坯的加热工序中，板坯加热温度1190℃。

粗除鳞：控制粗除鳞步骤的板坯温度为1040℃。 

粗轧：再结晶区控制轧制的温度范围为1010℃，最后一道次在满足变形温度范围的下限时进行，保证压下率≥15%和变形温度的有效结合。钢板再结晶轧制后晶粒尺寸不过分长大。中间坯厚度120mm，累计压下率52%； 

中间坯冷却：利用粗轧机机架高压除鳞水对中间坯进行冷却，冷却终止温度910℃。

精轧：未再结晶区控制轧制的温度范围为820℃，终止轧制温度750℃，轧制8-12道次。此阶段轧制中，采用精轧阶段大的累积变形量，提高奥氏体的压扁程度，增加相变形核位置，细化相变后钢板的晶粒尺寸。同时控制2-3道次变形率在15%，提高变形渗透率。累积压下率72.5%。 

冷却：在冷却工序采用MULPIC快速冷却，开冷温度745℃，终冷温度320℃左右，冷却速度15℃/s。 

热矫直：采用大矫直力最大程度释放钢板中的应力。 

采用以上工艺生产的钢板，钢板的力学性能如表7所示。 

实施例5 

本实施例为压缩比为8.1的31mmX80的具体实施生产工艺。所选工艺适用于4300宽厚板轧机生产31mm X80管线钢。铸坯厚度为250mm，成品板厚度为31.2mm，压缩比范围为8.0-8.2，总的变形量≥85%。该工艺包括下述的步骤：

冶炼：采用洁净钢冶炼方式，在超低P、S的基础上，控制五大有害元素总量，即控制S、P、O、N、H这五种元素之和小于150ppm，保证钢质的纯净度、均匀性。钢的主要化学如表5所示：板坯连铸过程中，采用动态轻压下技术，铸坯中心偏析达到C类1.0。

表5  31mm X80化学成分 

板坯加热：在板坯的加热工序中，板坯加热温度1200℃。

粗除鳞：控制粗除鳞步骤的板坯温度为1035℃。 

粗轧：再结晶区控制轧制的温度范围为1010℃，最后一道次在满足变形温度范围的下限时进行，保证压下率≥15%和变形温度的有效结合。钢板再结晶轧制后晶粒尺寸不过分长大。中间坯厚度105mm，累计压下率58%； 

中间坯冷却：利用粗轧机机架高压除鳞水对中间坯进行冷却，冷却终止温度900℃。

精轧：未再结晶区控制轧制的温度范围为830℃，终止轧制温度760℃，轧制8-12道次。此阶段轧制中，采用精轧阶段大的累积变形量，提高奥氏体的压扁程度，增加相变形核位置，细化相变后钢板的晶粒尺寸。同时控制2-3道次变形率在15%，提高变形渗透率。累积压下率70.5%。 

冷却：在冷却工序采用MULPIC快速冷却，开冷温度750℃，终冷温度280℃，冷却速度17℃/s。 

热矫直：采用大矫直力最大程度释放钢板中的应力。 

采用以上工艺生产的钢板，钢板的力学性能如表7所示。 

实施例6 

本实施例为压缩比为8.6的29mmX80的具体实施生产工艺。所选工艺适用于4300宽厚板轧机生产29mm X80管线钢。铸坯厚度为250mm，成品板厚度为29.2mm，压缩比范围为8.4-8.6，总的变形量≥85%。该工艺包括下述的步骤：

冶炼：采用洁净钢冶炼方式，在超低P、S的基础上，控制五大有害元素总量，即控制S、P、O、N、H这五种元素之和小于150ppm，保证钢质的纯净度、均匀性。钢的主要化学成分如表6所示：板坯连铸过程中，采用动态轻压下技术，铸坯中心偏析达到C类1.0。

表6  29mm X80化学成分 

板坯加热：在板坯的加热工序中，板坯加热温度1190℃。

粗除鳞：控制粗除鳞步骤的板坯温度为1042℃。 

粗轧：再结晶区控制轧制的温度范围为1015℃，最后一道次在满足变形温度范围的下限时进行，保证压下率≥15%和变形温度的有效结合。钢板再结晶轧制后晶粒尺寸不过分长大。中间坯厚度100mm，累计压下率60%； 

中间坯冷却：利用粗轧机机架高压除鳞水对中间坯进行冷却，冷却终止温度880℃。

精轧：未再结晶区控制轧制的温度范围为835℃，终止轧制温度760℃，轧制8-12道次。此阶段轧制中，采用精轧阶段大的累积变形量，提高奥氏体的压扁程度，增加相变形核位置，细化相变后钢板的晶粒尺寸。同时控制2-3道次变形率在15%，提高变形渗透率。累积压下率71%。 

冷却：在冷却工序采用MULPIC快速冷却，开冷温度750℃，终冷温度265℃左右，冷却速度18℃/s。 

热矫直：采用大矫直力最大程度释放钢板中的应力。 

采用以上工艺生产的钢板，钢板的力学性能如表7所示。 

 表7 各实施例的横向主要性能检测统计表 

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Claims (10)

1.一种低压缩比厚规格高级别管线钢的生产工艺，所述的工艺包括下述的步骤：

冶炼、精炼、板坯连铸、板坯加热，粗除鳞、粗轧、中间坯冷却、精轧、冷却、热矫直；

所述的冶炼和精炼过程中，控制S、P、O、N、H这五种元素之和小于150ppm；

在板坯连铸过程中，生产的板坯厚度245-255mm，铸坯中心偏析小于C类1.5；板坯连铸后的连铸坯缓冷45-50小时；

在板坯的加热工序中，板坯加热温度1100℃-1220℃，均热段保温时间大于30分钟，总加热时间大于或等于250分钟；

粗除鳞步骤中，板坯粗除鳞后的温度范围为1030-1050℃；

粗轧步骤中，粗轧工序的再结晶区控制轧制的温度范围为980-1050℃，变形过程采用轧机最大能力，保证道次压下率，将变形渗透至钢板心部；最后一道次在变形温度范围的下限时进行，保证压下率和变形温度的有效结合，使得压下率≥15%且变形后晶粒尺寸不过分长大，中间坯厚度为80-120mm；粗轧阶段的总变形量50-70%；

中间坯冷却步骤中，再结晶变形结束后，利用粗轧机机架除鳞高压水对中间坯进行冷却，降温至880-930℃，减少再结晶变形后的晶粒长大；

精轧步骤中，精轧工序的未再结晶区控制轧制的开轧温度范围为780-850℃，终轧温度范围740-800℃，轧制8-12道次，此阶段轧制中，采用精轧阶段大的累积变形量，前2-3道次变形率控制在15%，使累积压下率控制在65-75%的范围；

冷却步骤采用MULPIC冷却设备，采用水凸度控制，边部遮蔽冷却技术保证冷却的均匀性，开冷温度720-780℃，终冷温度100-400℃，冷却速率15-25℃/s。

2.如权利要求1所述的一种低压缩比厚规格高级别管线钢的生产工艺，其特征在于，所述的板坯连铸过程中，生产的板坯厚度为250mm，所述的板坯连铸后的连铸坯缓冷48小时。

3.如权利要求1所述的一种低压缩比厚规格高级别管线钢的生产工艺，其特征在于，所述的板坯加热工序中，板坯加热温度1180℃。

4.如权利要求1所述的一种低压缩比厚规格高级别管线钢的生产工艺，其特征在于，所述的板坯出炉后粗除鳞的温度范围为1040℃。

5.如权利要求1所述的一种低压缩比厚规格高级别管线钢的生产工艺，其特征在于，所述的粗轧工序的再结晶区控制轧制的温度范围为1010℃。

6.如权利要求1所述的一种低压缩比厚规格高级别管线钢的生产工艺，其特征在于，所述的粗轧步骤中，待温中间坯厚度为100mm。

7.如权利要求1所述的一种低压缩比厚规格高级别管线钢的生产工艺，其特征在于，所述的精轧步骤中，再结晶变形结束后，利用机架除鳞高压水对中间坯温度降温至900℃，减少再结晶变形后的晶粒长大，总变形量60%。

8.如权利要求1所述的一种低压缩比厚规格高级别管线钢的生产工艺，其特征在于，所述的精轧工序的未再结晶区控制轧制的开轧温度范围为820℃，终轧温度范围780℃，轧制10道次，此阶段轧制中，采用精轧阶段大的累积变形量，前2-3道次变形率控制在15%，使累积压下率控制在65-75%的范围。

9.如权利要求1所述的一种低压缩比厚规格高级别管线钢的生产工艺，其特征在于，所述的冷却工序中，开冷温度740℃，终冷温度300℃，冷却速率20℃/s。

10.如权利要求1所述的一种低压缩比厚规格高级别管线钢的生产工艺，其特征在于，采用该工艺所生产的钢板成分按质量百分比为：C：0.03~0.08%，Si：0.15~0.35%，Mn：1.50~2.00%，P≤0.012%，S≤0.003%，Nb：0.05~0.09%，Ti：0.015~0.025%，Mo≤0.25%，Cu≤0.35%，Ni≤0.30%，Cr≤0.030%，其余为Fe和不可避免的杂质。