CN104694719A - 厚规格管线钢冷却方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种厚规格管线钢冷却方法，主要对经加热、除磷、粗轧、飞剪切头尾、除磷、精轧处理后的厚度超过12.0mm的厚规格管线钢进行冷却处理，包括快速冷却处理、空冷处理、层流冷却处理。本发明能进一步从整体上提高厚规格管线钢的韧性。
Description
技术领域
本发明涉及热处理技术领域，具体涉及一种厚规格管线钢冷却方法。
背景技术
针状铁素体管线钢主要指含碳量小于0.1％的Mn-Nb-Mo(Ti)系高强度管线钢，强度级别范围可覆盖X60-X90，且在向低碳和超低碳方向发展，其组织状态通常为针状铁素体+少量的(准)多边形铁素体+极少量的珠光体+M/A组元。针状铁素体管线钢具有优良的强韧性能、焊接性能、抗硫化氢性能和低的包辛格效应。针状铁素体管线钢的轧制生产工艺的最大特点是冷却速度相对比较高。
目前，管线钢冷却方法，有间断式加速冷却和连续式加速冷却两种方法，其中，间断式加速冷却，是指将轧制后的钢喷水冷却至400-600℃后，再进行空冷到室温；连续式加速冷却，是指将轧制后的管线钢连续喷水冷却至室温。为了得到更优性能的管线钢，也可以将轧制后的管线钢以50～70℃/s的冷却速度直接淬火，再进行回火调质处理。
管线钢生产过程中，在其他工艺条件相同的情况下，冷却速度越快，晶粒越细，其性能越好。对含有Mn、Mo等元素的管线钢，如X70、X80高级别管线钢，冷却速度的提高，共析铁素体和珠光体转变会被抑制，组织中会出现针状铁素体和马氏体-奥氏体(M-A)组织，甚至出现低碳贝氏体转变产物，能提高管线钢的强度，相应的管线钢的韧性下降。但对于厚度超过12.0mm的厚规格管线钢，冷却时，在厚度方向会存在较大的温度梯度，出现冷却不均匀，在温度快速下降的边缘部分，容易出现贝氏体/马氏体等异常组织，导致钢韧性急剧降低。
中国科学院金属研究所的赵明纯、杨柯、单以银针对针状铁素体管线钢强度级别越高，对氢脆越敏感，抗硫化氢性能越弱的技术问题，在公开号为CN1626688的中国专利文献中，提出一种提高现有针状铁素体管线钢抗硫化氢的方法，在不改变现有针状铁素钵管线钢化学成分和轧制生产工艺的前提下，当针状铁素体管线钢冷却到550～650℃时，在此温度范围保温1～10小时，生产出具有更优良的抗硫化氢性能和更高的强度，且韧性基本保持不变，显微组织更加均匀，组织形态也基本不变。显然，上述方法仍然采用常规冷却方式，对冷却速度没有较明显的要求，厚规格管线钢冷却时，在厚度方向存在温度梯度，冷却过快的边缘部分，容易出现贝氏体/马氏体等异常组织，导致厚规格管线钢韧性急剧降低。
综上所述，现有的厚规格管线钢冷却方法，在对厚规格管线钢冷却时，在厚度方向存在温度梯度，冷却过快的区域，容易出现贝氏体/马氏体等异常组织，导致厚规格管线钢的韧性急剧降低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种不容易出现贝氏体/马氏体等异常组织的厚规格管线钢冷却方法，从而进一步从整体上提高厚规格管线钢的韧性。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：
厚规格管线钢冷却方法，对精轧后的厚度超过12.0mm的厚规格管线钢进行冷却处理，包括以下步骤：
步骤1、快速冷却处理：将厚规格管线钢以10℃/s～29℃/s的冷却速度快速冷却至450～620℃；
步骤2、空冷处理：将快速冷却处理后的厚规格管线钢进行空冷8s～17s；
步骤3、层流冷却处理：将空冷处理处理后的厚规格管线钢进行层流冷却至400℃～560℃，然后进行卷取。
进一步，步骤1中的将厚规格管线钢以10℃/s～29℃/s的冷却速度快速冷却至450～620℃为：将厚规格管线钢以21℃/s的冷却速度快速冷却至520℃；步骤2中的将快速冷却处理后的厚规格管线钢进行空冷8s～17s为：将快速冷却处理后的厚规格管线钢进行空冷13s；步骤3中的将空冷处理处理后的厚规格管线钢进行层流冷却至400℃～560℃为：将空冷处理处理后的厚规格管线钢进行层流冷却至460℃。
进一步，厚规格管线钢的型号为X65、X70、X80中的一种。
一种厚规格管线钢，采用本发明的厚规格管线钢冷却方法对厚规格管线钢进行热处理，获得的厚规格管线钢的组织为针状铁素体或者针状铁素体中局部弥散有贫珠光体组织。
本发明的厚规格管线钢冷却方法适用于厚规格管线钢的冷却处理。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明的厚规格管线钢冷却方法，由于采用10℃/s～29℃/s的冷却速度快速冷却厚规格管线钢至450～620℃，能有效降低厚规格管线钢在厚度方向的温度梯度，避免贝氏体/马氏体等异常组织的出现，提高温度控制稳定性和卷取温度控制的精确性；由于将快速冷却处理后的厚规格管线钢进行空冷8s～17s，为组织相变提供足够的时间，最终能得到均匀的铁素体组织，局部弥散分布贫珠光体组织；由于将空冷处理处理后的厚规格管线钢进行层流冷却至400℃～560℃，处理后，厚规格管线钢头、中、尾的组织均为针状铁素体组织或者针状铁素体中局部弥散有贫珠光体组织，没有出现贝氏体/马氏体等异常组织，厚规格管线钢具有很好的韧性也即消除了快速冷却处理过程中，由于厚规格管线钢厚度方向温度梯度变化，降温速度快的边缘部分，会产生贝氏体/马氏体等异常组织，导致厚规格管线钢的韧性急剧降低的技术问题。总体上看，本发明的厚规格管线钢冷却方法，降低厚规格管线钢在厚度方向的温度梯度影响，避免贝氏体/马氏体等异常组织的出现，提高温度控制稳定性和卷取温度控制的精确性，从而达到精确控制钢卷头、尾温度波动的目的。本发明还具有工艺控制简单、适应性强、生产周期短和成本低等优点。
2、本发明的厚规格管线钢冷却方法，特别适合热处理型号为X65、X70、X80的厚规格管线钢。通过本发明的方法对厚规格管线钢进行热处理，厚规格管线钢的组织为针状铁素体或者针状铁素体中局部弥散有贫珠光体组织。
3、本发明的厚规格管线钢冷却方法，当采用将厚规格管线钢以21℃/s的冷却速度快速冷却至520℃，接着将快速冷却处理后的厚规格管线钢进行空冷13s，最后将空冷处理处理后的厚规格管线钢进行层流冷却至460℃的冷却方法冷却处理厚规格管线钢，处理后的厚规格管线钢具有较好的屈服强度、抗拉强度，最重要的是该冷却处理后的厚规格管线钢具有最佳的横向冲击能量值和很高的落锤撕裂试验的剪切面积率值，也即该冷却处理后的厚规格管线钢具有最佳的韧性和良好的止裂性能。
附图说明
图1为本发明的厚规格管线钢冷却方法的实施流程图。
图2为本发明对厚规格管线钢进行冷却处理后获得组织均匀的针状铁素体的金相图。
图3为本发明对厚规格管线钢进行冷却处理后获得组织均匀的铁素体中局部弥散有贫珠光体的金相图。
图4为冷却速度超过29℃/s对厚规格管线钢进行冷却处理后获得边部出现贝氏体/马氏体组织的金相图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
本发明的厚规格管线钢冷却方法，主要对经加热、除磷、粗轧、飞剪切头尾、除磷、精轧处理后的厚度超过12.0mm的厚规格管线钢进行冷却处理，包括快速冷却处理、空冷处理、层流冷却处理三个步骤，具体为：
步骤1、快速冷却处理：将厚规格管线钢以10℃/s～29℃/s的冷却速度快速冷却至450～620℃。
实施时，厚规格管线钢以10℃/s～29℃/s的冷却速度冷却。含有Mn、Mo等元素的高级别厚规格管线钢X65、X70、X80，随着冷却速度的提高，先共析铁素体和珠光体转变被抑制，组织中开始出现针状铁素体，快速冷却可打破冷却水喷洒在热钢板上形成的汽膜，使钢板表面与空气完全接触形成致密均匀的氧化层，还可以促进针状铁素体的形成；若冷却速度低于10℃/s，会造成厚度方向的1/2处出现珠光体带状组织，导致厚规格管线钢的锤性能明显降低；若冷却速度高于29℃/s，如图4所示，会造成厚度方向会存在较大的温度梯度，心部为针状铁素体组织或者针状铁素体中局部弥散有贫珠光体组织，在边部出现贝氏体/马氏体组织，导致厚规格管线钢的韧性急剧降低。
若厚规格管线钢被冷却的温度高于620℃，则组织中存在部分先共析铁素体和珠光体组织，则珠光体含量增高，导致厚规格管线钢的锤性能明显降低；若厚规格管线钢被冷却的温度低于420℃，则厚度方向边、心部均易出现贝氏体/马氏体组织，导致厚规格管线钢的韧性急剧降低。
本步骤采用10℃/s～29℃/s的冷却速度快速冷却厚规格管线钢至450～620℃，能有效降低厚规格管线钢在厚度方向的温度梯度，避免贝氏体/马氏体等异常组织的出现，提高温度控制稳定性和卷取温度控制的精确性。
步骤2、空冷处理：将快速冷却处理后的厚规格管线钢进行空冷8s～17s。
实施时，厚规格管线钢经快速冷却后空冷8s～17s；
本步骤的目的是为组织相变提供足够的时间，最终能得到均匀的铁素体组织，局部弥散分布贫珠光体组织。
步骤3、层流冷却处理：将空冷处理处理后的厚规格管线钢进行层流冷却至400℃～560℃，然后进行卷取。
实施时，管线钢以层流冷却的方式冷却至400℃～560℃。若厚规格管线钢被冷却的温度高于560℃，珠光体含量增高，厚规格管线钢落锤性能明显降低，若厚规格管线钢被冷却的温度低于440℃，则厚度方向边、心部均易出现贝氏体/马氏体组织导致厚规格管线钢的韧性急剧降低。
图1为X80厚规格管线钢经本发明厚规格管线钢冷却方法热处理得到的金相图，从图1中看出处理后的厚规格管线钢的金相组织为均匀铁素体；图2为X65(厚规格管线钢经本发明厚规格管线钢冷却方法热处理得到的金相图，从图2中看出处理后的厚规格管线钢的金相组织为均匀针状铁素体中局部弥散有贫珠光体组织。由于处理后的厚规格管线钢的组织中均没有出现贝氏体/马氏体等异常组织，因此厚规格管线钢具有很好的韧性，也即消除了快速冷却处理过程中，由于厚规格管线钢厚度方向温度梯度变化，降温速度快的边缘部分，会产生贝氏体/马氏体等异常组织，导致厚规格管线钢的韧性急剧降低的技术问题。
本发明的厚规格管线钢冷却方法特别适合热处理型号为X65、X70、X80的厚规格管线钢。
下面结合具体实施例对本发明的厚规格管线钢冷却方法进行说明。
在公知的管线钢力学性能测试技术领域，通常采用屈服极限、抗拉强度、延伸率、横向冲击能量、落锤撕裂试验的剪切面积率等参数来评价管线钢的韧性能。其中，屈服极限，采用总伸长率达0.5％时的应力来表示，记为Rt0.5，抗拉强度记为Rm，延伸率记为A50，横向冲击能量采用-20℃的横向冲击能量，记为-20℃Akv，落锤撕裂试验的剪切面积率采用-15℃的落锤撕裂试验的剪切面积率，记为-15℃DWTT剪切面积SA％；上述参数获得的测量值越高，说明管线钢该方面的力学性能越好，横向冲击能量值和落锤撕裂试验的剪切面积率值越高，表示韧性越好，尤其是落锤撕裂试验的剪切面积率值，还表征管线钢的止裂性能，即出现裂纹后，可以抑制裂纹的扩展的效果。
实施例1：
X80级厚规格管线钢，规格为18.4×1500mm(厚度×宽度)，经精轧处理后，采用10℃/s的冷却速度快速冷却至450℃，再进行空冷8s，再进行层流冷却至400℃卷取，其力学性能为Rt0.5：572，Rm：636，A50：44.0，-20℃Akv：323，-15℃DWTT剪切面积SA％：92.7。
对比例1：
X80级厚规格管线钢，规格为18.4×1500mm(厚度×宽度)，经精轧处理后，采用常规前段冷却方式冷却至400℃卷取，其力学性能为Rt0.5603：，Rm：727，A50：40.5，-20℃Akv：247，-15℃DWTT剪切面积SA％：73.6。
表1为实施例1和对比例1获得的厚规格管线钢的力学性能
实施例2：
X80级厚规格管线钢，规格为18.4×1500mm(厚度×宽度)，经精轧处理后，采用29℃/s的冷却速度快速冷却至620℃，再进行空冷17s，再进行层流冷却至560℃卷取，其力学性能为Rt0.5：561，Rm：644，A50：42.5，-20℃Akv：362，-15℃DWTT剪切面积SA％：91.3。
对比例2：
X80级厚规格管线钢，规格为18.4×1500mm(厚度×宽度)，经精轧处理后，采用常规前段冷却方式冷却至560℃卷取，其力学性能为Rt0.5：587，Rm：675，A50：38.0，-20℃Akv：193，-15℃DWTT剪切面积SA％：85.6。
表2为实施例2和对比例2获得的厚规格管线钢的力学性能
实施例3：
X80级厚规格管线钢，规格为18.4×1500mm(厚度×宽度)，经精轧处理后，采用21℃/s的冷却速度快速冷却至520℃，再进行空冷13s，再进行层流冷却至460℃卷取，其力学性能为Rt0.5：553MPa，Rm：682MPa，A50：43.5％，-20℃Akv：332J，-15℃DWTT剪切面积SA％：98.7％。
对比例3：
X80级厚规格管线钢，规格为18.4×1500mm(厚度×宽度)，经精轧处理后，采用常规前段冷却方式冷却至480℃卷取，其力学性能为Rt0.5：517MPa，Rm：581MPa，A50：41.5％，-20℃Akv：173J，-15℃DWTT剪切面积SA％：95.3％。
表3为实施例3和对比例3获得的厚规格管线钢的力学性能
实施例4：
X80级厚规格管线钢，规格为22.0×1550mm(厚度×宽度)，经精轧处理后，采用16℃/s的冷却速度快速冷却至480℃，再进行空冷9s，再进行层流冷却至430℃卷取，其力学性能为Rt0.5：596MPa，Rm：670MPa，A50：45.0％，-20℃Akv：287J，-15℃DWTT剪切面积SA％：93.6％。
对比例4：
X80级厚规格管线钢，规格为22.0×1550mm(厚度×宽度)，经精轧处理后，采用常规前段冷却方式冷却至420℃卷取，其力学性能为Rt0.5：583MPa，Rm：641MPa，A50：39.5％，-20℃Akv：203J，-15℃DWTT剪切面积SA％：60.3％。
表4为实施例4和对比例4获得的厚规格管线钢的力学性能
实施例5：
X70级厚规格管线钢，规格为16.8×1550mm(厚度×宽度)，经精轧处理后，采用25℃/s的冷却速度快速冷却至560℃，再进行空冷10s，再进行层流冷却至500℃卷取，其力学性能为Rt0.5：493MPa，Rm：567MPa，A50：42.0％，-20℃Akv：261J，-15℃DWTT剪切面积SA％：100％。
对比例5：
X70级厚规格管线钢，规格为16.8×1550mm(厚度×宽度)，经精轧处理后，采用常规前段冷却方式冷却至500℃卷取，其力学性能为Rt0.5：506MPa，Rm：575MPa，A50：43.5％，-20℃Akv：179J，-15℃DWTT剪切面积SA％：86.7％。
表5为实施例5和对比例5获得的厚规格管线钢的力学性能
实施例6：
X65级厚规格管线钢，规格为13.5×1300mm(厚度×宽度)，经精轧处理后，采用28℃/s的冷却速度快速冷却至640℃，再进行空冷16s，再进行层流冷却至600℃卷取，其力学性能为Rt0.5：469MPa，Rm：565MPa，A50：40.5％，-20℃Akv：189J，-15℃DWTT剪切面积SA％：98.2％。
对比例6：
X65级厚规格管线钢，规格为13.5×1300mm(厚度×宽度)，经精轧处理后，采用常规前段冷却方式冷却至600℃卷取，其力学性能为Rt0.5：471MPa，Rm：536MPa，A50：39.0％，-20℃Akv：127J，-15℃DWTT剪切面积SA％：73.9％。
表6为实施例6和对比例6获得的厚规格管线钢的力学性能
以上是本发明的多个实施例和相关对比例。从实施例和相应对比例得出产品的力学性能比较可以看出，本发明的厚规格管线钢冷却方法处理后的厚规格管线钢产品，相较于现有技术方法得出的产品，其Rt0.5、Rm、A50、-20℃Akv以及-15℃DWTT剪切面积SA％力学性能均有明显提高。也即本发明的厚规格管线钢冷却方法处理后的产品具有良好的力学性能，如强度、韧性，且产品头、中、尾力学性能稳定；本发明降低厚规格管线钢在厚度方向的温度梯度影响，避免贝氏体/马氏体等异常组织的出现，提高温度控制稳定性和卷取温度控制的精确性，从而达到精确控制钢卷头、尾温度波动的目的。
同时还从实施例和相应对比例得出产品的力学性能比较可以看出，采用将厚规格管线钢以21℃/s的冷却速度快速冷却至520℃，接着将快速冷却处理后的厚规格管线钢进行空冷13s，最后将空冷处理处理后的厚规格管线钢进行层流冷却至460℃的冷却方法冷却处理厚规格管线钢，处理后的厚规格管线钢具有较好的屈服强度、抗拉强度，最重要的是该冷却处理后的厚规格管线钢具有最佳的横向冲击能量值和很高的落锤撕裂试验的剪切面积率值，也即该冷却处理后的厚规格管线钢具有最佳的韧性和良好的止裂性能。
Claims (4)
1.厚规格管线钢冷却方法，对精轧后的厚度超过12.0mm的厚规格管线钢进行冷却处理，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、快速冷却处理：将厚规格管线钢以10℃/s～29℃/s的冷却速度快速冷却至450～620℃；
步骤2、空冷处理：将快速冷却处理后的厚规格管线钢进行空冷8s～17s；
步骤3、层流冷却处理：将空冷处理处理后的厚规格管线钢进行层流冷却至400℃～560℃，然后进行卷取。
2.根据权利要求1所述的厚规格管线钢冷却方法,其特征在于，
步骤1中所述将厚规格管线钢以10℃/s～29℃/s的冷却速度快速冷却至450～620℃为：将厚规格管线钢以21℃/s的冷却速度快速冷却至520℃；
步骤2中所述将快速冷却处理后的厚规格管线钢进行空冷8s～17s为：将快速冷却处理后的厚规格管线钢进行空冷13s；
步骤3中所述将空冷处理处理后的厚规格管线钢进行层流冷却至400℃～560℃为：将空冷处理处理后的厚规格管线钢进行层流冷却至460℃。
3.根据权利要求1所述的厚规格管线钢冷却方法,其特征在于，所述厚规格管线钢的型号为X65、X70、X80中的一种。
4.一种厚规格管线钢，其特征在于，采用权利要求1的厚规格管线钢冷却方法对厚规格管线钢进行热处理，获得的厚规格管线钢的组织为针状铁素体或者针状铁素体中局部弥散有贫珠光体组织。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20150610 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |