CN104109744B - 提高管线钢落锤性能的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及提高管线钢落锤性能的方法，属于热轧钢领域。本发明要解决的技术问题是提供一种提高管线钢落锤性能的方法。提高管线钢落锤性能的方法，包括钢坯加热、轧制和卷取步骤，其中：a、钢坯加热：将钢坯加热至1160～1220℃；b、轧制：将加热后的钢坯进行粗轧得中间坯，再将中间坯进行精轧；其中，粗轧步骤的每道次变形量≥20％；精轧步骤中入口温度为960～1000℃，终轧温度为Ar3+(0～50)℃；c、卷取：于580～630℃下进行卷取。本发明方法在不改变原有管线钢成分的前提下，通过优化工艺，提高整个断面的组织均匀性，从而提高落锤性能，适用于低级别管线钢，能够改善其铁素体+珠光体型组织均匀性差等问题。

Description

提高管线钢落锤性能的方法

技术领域

本发明涉及提高管线钢落锤性能的方法，属于热轧钢领域。

背景技术

管线用钢主要用于原油、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％。

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。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。

DWTT(落锤撕裂试验)性能是输气管线钢质量要求的一个重要的必备的指标，DWTT采用全厚度试样，较常规冲击试验更能真实、准确反应材料的断裂韧性，DWTT对钢材的厚度及其敏感，钢材厚度增加，其组织均匀性降低，DWTT性能恶化，因此，提高厚规格管线钢的组织均匀性，改善落锤性能，保证管线的安全运行，是厚规格管线钢批量生产过程中亟待解决的关键问题。

公开号为CN101476026A的中国专利公开了一种提高管线钢落锤性能的方法中，保证粗轧道次变形率15％～30％之间，采用15～30℃/s的冷却速度冷却到450～550℃卷取，该方法针对X70和X80级别的针状铁素体型管线钢，其最终的组织为针状铁素体。CN102172619A能提高高钢级厚规格管线钢断裂韧性的热轧工艺中，其加热温度为T固溶++30～80℃，在加热后上下表面的温度差不大于30℃，粗轧道次变形量不小于15％，精轧累计压下率不小于70％，终轧温度为Ar3++30～80℃，采用15～20℃/s的冷却速度冷却到400～570℃卷取，此发明也是针对X70和X80等高级别管线钢，其组织为针状铁素体。

然而，上述方法都仅适用于X70和X80等高级别管线钢，高级别管线钢组织为针状铁素体，卷取温度窗口较大，且为了获得针状铁素体，成分设计上碳含量控制较低(一般在0.04％以下)，这样虽然随着C含量的降低，珠光体不易出现，但冶炼成本较高。低级别管线钢C含量在0.08％以上，组织为铁素体+珠光体，随着C含量的提高，在冷却过程中易造成厚度方向组织不均匀，且控轧控冷工艺是根据获得针状铁素体组织进行设计的，尤其是卷取温度，控制的温度较低，这样才有利于获得针状铁素体。但是若将上述方法应用于低级别管线钢，则组织不会是铁素体+珠光体，会产生马氏体或贝氏体等异常组织。因此无法将上述方法应用于低级别钢如X42管线钢、X52管线钢、X60管线钢中。

CN103388110A一种提高较厚规格X60管线钢落锤性能的方法中，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，(3)∑Mn的值必需满足在1.80～2.05之间，该发明主要采用调整X60管线钢的化学成分来实现，其生产成本高。

因此，寻找一种工艺简单、操作性强、在不改变管线钢化学成分的前提下，并能提高低级别管线钢落锤性能的方法，显得尤为重要。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种提高管线钢落锤性能的方法。

提高管线钢落锤性能的方法，包括钢坯加热、轧制和卷取步骤，其中：

a、钢坯加热：将钢坯加热至1160～1220℃；

b、轧制：将加热后的钢坯进行粗轧得中间坯，再将中间坯进行精轧；其中，粗轧步骤的每道次变形量≥20％；精轧步骤中入口温度为960～1000℃，终轧温度为Ar3+(0～50)℃；

c、卷取：于580～630℃下进行卷取。

进一步的，作为优选方案，当钢坯为C-Mn钢时，钢坯的加热温度为1160～1200℃；当钢坯为微合金钢时，钢坯的加热温度为1180～1220℃。

进一步的，作为优选方案，b步骤轧制过程中，粗轧每道次变形量为20～40％。

优选地，当成品为8～11mm的管线钢时，中间坯厚度≥55mm，更优选为55mm～57mm；当成品为11mm以上的管线钢时，中间坯厚度≥58mm，更优选为58mm～62mm。

进一步的，作为优选方案，c步骤卷取温度为585～605℃。

进一步的，作为优选方案，b步骤轧制后以15～40℃/s的冷却速度冷却到卷取温度+20～50℃，空冷2～8秒，然后以5～15℃/s冷却速度冷却到580～630℃进行卷取；作为更优选方案，b步骤轧制后以25～40℃/s的冷却速度冷却到卷取温度+25～35℃，空冷2～8秒，然后以8～13℃/s冷却速度冷却到585～605℃进行卷取。

进一步的，成品为8～11mm管线钢，空冷时间优选为2～4秒，更优选为4秒；成品为11mm以上的管线钢，空冷时间优选为5～8秒，更优选为6秒。

进一步的，本发明所述管线钢为低级别管线钢，所述低级别管线钢为X42管线钢、X52管线钢或X60管线钢。

本发明有益效果：

1、提高管线钢落锤性能的方法不改变原有管线钢成分；

2、提高管线钢落锤性能的方法通过控制控轧控冷工艺，以提高整个断面的组织均匀性，从而提高落锤性能，不需要增加成本，具有生产工艺简单，操作性强的特点；

3、适用于X42管线钢、X52管线钢、X60管线钢等低级别管线钢，能够改善上述低级别管线钢铁素体+珠光体型组织均匀性差，落锤性能不理想的问题，改善其断裂韧性。

具体实施方式

本发明提高管线钢落锤性能的方法，包括钢坯加热、轧制和卷取步骤，其中，所述钢坯的加热温度为1160～1220℃，粗轧过程的每道次变形量20％以上，精轧入口温度控制在960～1000℃，终轧温度为Ar3+(0～50)℃，卷取温度为580～630℃。其中，Ar3为相变点温度，Ar3+(0～50)℃即终轧温度比相变点温度高0～50℃。C-Mn钢是指不添加微合金元素，依靠C和Mn提高强度的钢种，其C含量一般在0.15％以上。微合金钢是指它是在普通软钢和普通高强度低合金钢基体化学成分中添加了微量合金元素(主要是强烈的形成元素，如Nb、V、Ti等)的钢。

管线钢生产方法包括冶炼、铁水预处理、LF炉精炼、连铸、加热、轧制和卷取步骤，连铸步骤之后得到钢坯。本发明提高管线钢落锤性能的方法选择对其中的加热、轧制和卷取步骤进行优化。

进一步的，根据管线钢化学成分不同采用不同的加热温度，对于C-Mn钢成分体系的管线钢，钢坯的加热温度为1160～1200℃，对于微合金钢成分体系的管线钢，钢坯的加热温度为1180～1220℃。这样既可以防止奥氏体晶粒的异常长大，又保证了微合金钢成分体系的管线钢中微合金元素的固溶。

进一步的，粗轧中每道次变形量20％以上，优选每道次变形量为20～40％，粗轧累积变形量为70～80％。这样可以保证奥氏体再结晶，细化奥氏体晶粒。粗轧的道次根据钢坯厚度和成品厚度进行调节，一般而言，采用5道次或7道次轧制。

进一步的，作为优选方案，根据成品厚度不同，采用不同的中间坯厚度，8～11mm厚成品的中间坯厚度不小于55mm，优选为55mm～57mm；11mm厚以上成品的中间坯厚度不小于58mm，优选为58mm～62mm；这样可以增加未再结晶区变形量，细化铁素体晶粒。

进一步的，精轧入口温度控制在960～1000℃，终轧温度控制在Ar3+(0～50)℃。上述温度既保证了精轧不在两相区轧制，又提高了未再结晶区变形量，获得具有较高位错密度的形变奥氏体，提高了铁素体形核核心，细化铁素体晶粒。

进一步的，采用加强冷却和普通冷却相结合的双段冷却模式，精轧后以15～40℃/s的冷却速度冷却到卷取温度+20～50℃，8～11mm厚成品的空冷时间为2～4秒，11mm厚以上成品的空冷时间为5～8秒，然后以5～15℃/s冷却速度冷却到卷取温度(580～630℃)卷取，提高了整个断面的温度均匀性，降低了钢带表面和中心部位相变的温度差，提高了整个断面的组织均匀性；作为更优选方案，精轧后以25～40℃/s的冷却速度冷却到卷取温度+25～35℃，8～11mm厚成品的空冷时间为4秒，11mm厚以上成品的空冷时间为6秒，然后以8～13℃/s冷却速度冷却到585～605℃卷取。

进一步的，本发明所述管线钢是指低级别管线钢，包括X42管线钢、X52管线钢、X60管线钢。

下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例1

10mm厚的X52管线钢，采用Nb微合金化工艺路线，经过冶炼、铁水预处理、LF炉精炼、连铸得到钢坯，钢坯加热温度为1195℃，粗轧采用5道次，每道次变形量20％以上，粗轧累积变形量75.6％。中间坯厚度56mm，精轧入口温度990℃，终轧温度835℃。精轧后以35℃/s的冷却速度冷却630℃，空冷4s，然后12℃/s冷却速度冷却到600℃卷取。

经检测，本实施例生产X52管线钢的力学性能为：Rt0.5：424MPa，Rm：541MPa，A50：44％，10×7.5×55mm尺寸的冲击值185J，落锤剪切面积为97％和98％。

实施例2

9.7mm厚的X42管线钢，采用C-Mn钢成分体系，经过冶炼、铁水预处理、LF炉精炼、连铸得到钢坯，钢坯加热温度为1185℃，粗轧采用5道次，每道次变形量20％以上，粗轧累积变形量72.5％。中间坯厚度55mm，精轧入口温度998℃，终轧温度842℃。精轧后以36℃/s的冷却速度冷却627℃，空冷4s，然后12℃/s冷却速度冷却到600℃卷取。

经检测，本实施例生产的X42管线钢的力学性能为：Rt0.5：377MPa，Rm：465MPa，A50：48％，10×7.5×55mm尺寸的冲击值193J，落锤剪切面积为96％和96％。

实施例3

13.7mm厚的X52管线钢，采用Nb微合金化工艺路线，经过冶炼、铁水预处理、LF炉精炼、连铸得到钢坯，钢坯加热温度为1205℃，粗轧采用5道次，每道次变形量20％以上，粗轧累积变形量76.4％。中间坯厚度59mm，精轧入口温度976℃，终轧温度825℃。精轧后以28℃/s的冷却速度冷却624℃，空冷6s，然后8℃/s冷却速度冷却到592℃卷取。

经检测，本实施例生产的X52管线钢的力学性能为：Rt0.5：437MPa，Rm：558MPa，A50：41％，10×10×55mm尺寸的冲击值237J，落锤剪切面积为93％和94％。

实施例4

10.3mm厚的X60管线钢，采用Nb微合金化工艺路线，经过冶炼、铁水预处理、LF炉精炼、连铸得到钢坯，钢坯加热温度为1202℃，粗轧采用5道次，每道次变形量20％以上，粗轧累积变形量72.0％。中间坯厚度56mm，精轧入口温度982℃，终轧温度841℃。精轧后以32℃/s的冷却速度冷却634℃，空冷4s，然后13℃/s冷却速度冷却到605℃卷取。

经检测，本实施例生产的X60管线钢的力学性能为：Rt0.5：496MPa，Rm：611MPa，A50：41.5％，10×7.5×55mm尺寸的冲击值217J，落锤剪切面积为95％和95％。

实施例5

13.5mm厚的X60管线钢，采用Nb微合金化工艺路线，经过冶炼、铁水预处理、LF炉精炼、连铸得到钢坯，钢坯加热温度为1200℃，粗轧采用5道次，每道次变形量20％以上，粗轧累积变形量74.3％。中间坯厚度59mm，精轧入口温度962℃，终轧温度822℃。精轧后以25℃/s的冷却速度冷却617℃，空冷6s，然后9℃/s冷却速度冷却到587℃卷取。

经检测，本实施例生产的X60管线钢的力学性能为：Rt0.5：456MPa，Rm：561MPa，A50：48％，10×10×55mm尺寸的冲击值180J，落锤剪切面积为98％和95％。

对比例1

与实施例3相比，采用同样的化学成分，经过冶炼、铁水预处理、LF炉精炼、连铸得到钢坯，钢坯加热温度为1215℃，粗轧采用5道次，每道次变形量20％以上，粗轧累积变形量67.8％。中间坯厚度58mm，精轧入口温度1020℃，终轧温度850℃。精轧后以45℃/s的冷却速度冷却560℃卷取。

经检测，本对比例生产的X52管线钢的力学性能为：Rt0.5：503MPa，Rm：579MPa，A50：32.5％，10×10×55mm尺寸的冲击值173J，落锤剪切面积为57％和66％。

对比例2

与实施例4相比，采用同样的化学成分，经过冶炼、铁水预处理、LF炉精炼、连铸得到钢坯，钢坯加热温度为1230℃，粗轧采用5道次，每道次变形量20％以上，粗轧累积变形量74.0％。中间坯厚度52mm，精轧入口温度963℃，终轧温度821℃。精轧后以48℃/s的冷却速度冷却613℃卷取。

经检测，本对比例生产的X60管线钢的力学性能为：Rt0.5：566MPa，Rm：643MPa，A50：28.5％，10×7.5×55mm尺寸的冲击值83J，落锤剪切面积为73％和79％。

Claims (4)

1.提高管线钢落锤性能的方法，其特征在于，包括如下步骤：

a、钢坯加热：当钢坯为C-Mn钢时，钢坯的加热温度为1160～1200℃；当钢坯为微合金钢时，钢坯的加热温度为1180～1220℃；其中，所述管线钢为低级别管线钢，所述低级别管线钢为X42管线钢、X52管线钢或X60管线钢；

b、轧制：将加热后的钢坯进行粗轧得中间坯，再将中间坯进行精轧；其中，粗轧步骤的每道次变形量为20～40％，粗轧累积变形量为70～80％；精轧步骤中入口温度为960～1000℃，终轧温度为Ar3+(0～50)℃；

c、卷取：b步骤轧制后以25～40℃/s的冷却速度冷却到卷取温度+25～35℃，空冷2～8秒，然后以8～13℃/s的冷却速度冷却到585～605℃进行卷取。

2.根据权利要求1所述的提高管线钢落锤性能的方法，其特征在于：当成品为8～11mm的管线钢时，中间坯厚度≥55mm；当成品为11mm以上的管线钢时，中间坯厚度≥58mm。

3.根据权利要求2所述的提高管线钢落锤性能的方法，其特征在于：当成品为8～11mm的管线钢时，中间坯厚度为55mm～57mm；当成品为11mm以上的管线钢时，中间坯厚度为58mm～62mm。

4.根据权利要求1所述的提高管线钢落锤性能的方法，其特征在于：成品为8～11mm管线钢，空冷时间为2～4秒；成品为11mm以上的管线钢，空冷时间为5～8秒。