CN108359893B

CN108359893B - 一种高硅低锰管线钢热轧卷板及其生产方法

Info

Publication number: CN108359893B
Application number: CN201810154729.2A
Authority: CN
Inventors: 张英慧; 黄国建; 孔祥磊; 刘跃华; 黄明浩; 王杨
Original assignee: Angang Steel Co Ltd
Current assignee: Angang Steel Co Ltd
Priority date: 2018-02-23
Filing date: 2018-02-23
Publication date: 2020-06-23
Anticipated expiration: 2038-02-23
Also published as: CN108359893A

Abstract

本发明提供了一种高硅低锰管线钢热轧卷板及其生产方法，该卷板的成分按重量百分比计如下：C 0.07％‑0.12％；Si 0.40％‑0.75％；Mn 0.60％‑0.95％；P≤0.020％；S≤0.006％；Nb 0.015％‑0.06％；V0.04％‑0.10％；Ti≤0.030％；Cr≤0.30％；Alt 0.020％‑0.050％，余量为Fe和不可避免的杂质。生产方法包括铁水预处理‑转炉冶炼‑LF炉外精炼‑连铸‑铸坯加热‑控制轧制‑控制冷却‑卷取，本发明高硅低锰成分热轧卷板，成分设计突破了API要求的范围，但是通过采取相应的生产和轧制工艺设计，达到API 5L标准力学性能要求，且横纵向拉伸性能差异小，具有良好的冲击韧性。

Description

一种高硅低锰管线钢热轧卷板及其生产方法

技术领域

本发明属于高强度低合金钢领域，尤其涉及一种高硅、低锰且具有良好横纵向性能的管线钢用热轧卷板及其生产方法。

背景技术

现阶段国内成功开发输油输气螺旋/直缝管线钢卷板，并批量生产，性能稳定。但在以往的情况下，国内所生产的管线卷板均采用低硅高锰成分设计，高硅低锰的管线钢热轧卷板成分设计，还未见到相关报导。

从合金设计角度考虑，锰在管线钢钢中的主要作用是良好的脱氧剂和脱硫剂，可提高其强度和硬度；而硅在钢中的作用是提高强度，但同时在一定程度上也可降低其韧性和塑性，因此在二者的匹配过程中，工艺制度方面要进行相应的调整。

从目前检索到的文献资料来看，相关度较大的文献汇总如下：

《一种抗酸性海底管线钢及其制备方法》(公开号为CN 106566991 A)公开的抗酸性海底管线钢其化学成分除了含有C：0.03-0.045％、Si：0.15-0.23％、Mn：1.2-1.35％、Nb：0.04-0.06％、Ti：0.01-0.018％、Cr：0.2-0.3％以外，还有Ni：0.2-0.4％、Mo：0.15-0.17％、Cu0.01-0.013％，由此可见其合金设计成本较高。

名称为《一种用于制作海底管线的钢板及其轧制方法》(公开号：CN 101082108 A)所公开的钢板化学成分不仅包括C0.030-0.075、Si0.10-0.30、Mn1.40-1.60、Nb0.03-0.05、V≤0.060、Ti0.001-0.02、Cr≤0.20，还有Ni0.10-0.25、Mo0.07-0.20、Cu≤0.20，其不足之处在于，合金设计成本高；其次，该发明产品采用200-300mm中板坯生产。

《一种浆体输送管线钢及其制造工艺》(公开号：CN 105200316 A)公开的浆体管线钢化学组份为C 0.04-0.10％、Si 0.10-0.30％、Mn1.00-1.60％、Nb0.05-0.08％、V0.01-0.05％、Ti0.01-0.05％，在其申请实施例中仅提供横向拉伸性能。

《低温韧性优异的厚规格海底管线用热轧钢板及其生产方法》(公开号：CN102409224 A)4)所公开的钢板成品厚度在28mm以上，适用于海底油气输送用管线的原料。其成分设计为Si:0.15-0.40％、Mn:1.0-1.70％，还含有Ni\Mo\Cu等贵重金属，设计成本较高。

《X56 pipeline steel and production method thereof》(公开号：CN101899617A)该发明中采用0.060-0.090wt％of carbon,0.20-0.30wt％of silicon,1.30-1.50wt％of manganese,less than or equal to 0.008wt％of sulfur,less thanor equal to 0.020wt％of phosphorus,0.035-0.055wt％of niob，其采用API要求的低硅高锰成分设计，同时因Ni的加入增加了生产成本。

发明内容

本发明的目的在于克服上述问题和不足而提供一种纵横向拉伸性能差异小，冲击韧性优良的非API成分要求的高硅低锰管线用热轧卷板。

本发明目的是这样实现的：

一种高硅低锰管线钢热轧卷板，该卷板的成分按重量百分比计如下：C 0.07％-0.12％；Si 0.40％-0.75％；Mn 0.60％-0.95％；P≤0.020％；S≤0.006％；Nb 0.015％-0.06％；V 0.04％-0.10％；Ti≤0.030％；Cr≤0.30％；Alt 0.020％-0.050％，余量为Fe和不可避免的杂质。

本发明成分设计理由如下：

本发明的C含量为0.07％-0.12％，碳是钢中最基本的经济的强化元素，通过固溶强化和析出强化对提高管线钢强度有明显作用，但是碳含量的提高会恶化其韧性和焊接性；降低碳含量，不仅可防止碳化铌的生成，板坯加热时有更多铌含量溶解到奥氏体中，同时可以保证钢具有高的韧性、塑性、优良的焊接性能和抗HIC及抗SSC能力。低碳还可以减少偏析。

本发明的Si含量为0.40％-0.75％，起固溶强化和提高钢抗张强度的作用，同时随着合金元素Si含量的增加，材料的塑韧性会有所降低。

本发明的Mn含量为0.60％-0.95％。锰是管线钢中补偿因碳含量降低而引起的强度损失。Mn可促进针状铁素体形核，Mn/C直接影响到屈服强度和冲击韧性、析出碳化物的尺寸以及沉淀强化效果。

本发明的Nb含量为0.015％-0.06％。铌可提高奥氏体再结晶温度，实现高温轧制，这样可以减少轧机负荷和提高生产效率。这样可以通过延迟奥氏体向铁素体转变，提高贝氏体的体积分数和铁素体中NbC析出来获得附加的强化效果，最终获得高强度、高韧性配合的机械性能。

本发明中的V含量为0.04％-0.10％。钒具有较高的析出强化作用和较弱的晶粒细化作用，在本发明设计中Nb、V、Ti三种微合金元素复合使用时，其中钒主要是通过析出强化来提高钢的强度。

本发明中的Ti含量为不大于0.030％。钛是强固氮元素，在板坯连铸的过程中，利用钛固定氮可形成细小的、高温稳定的TiN析出相，这种粒子可有效阻止铸坯再加热引起的奥氏体晶粒长大。

本发明的Cr含量为不大于0.30％。铬能够抑制先共析铁素体的形成，延长铁素体形核的孕育期，降低铁素体晶粒的长大速率，而对贝氏体转变的推迟较小，降低贝氏体最大转变速度的温度，使得在相同的冷却条件下更容易发生贝氏体转变，此外，铬还有固溶强化、酸性条件降低腐蚀速度的作用。

一种高硅低锰管线钢热轧卷板的生产方法，包括铁水预处理-转炉冶炼-LF炉外精炼-连铸-铸坯加热-控制轧制-控制冷却-卷取，

铁水预处理主要作用是提高钢水纯净度，减少和降低铁水中夹杂和杂质含量，为后续成品力学性能做准备。

连铸过程中，投入轻压下，可以减少中心疏松和偏析。连铸坯拉速控制在1.0-2.0m/min，铸坯厚度为135-200mm。

LF炉外精炼工序处理期间，进行喂线Ca处理，喂线量≥600m，使夹杂物充分球化，从而保证成品夹杂物均不大于2.0级。

铸坯采用冷装工艺，铸坯加热温度控制在1100-1250℃，在炉保温时间为150分钟以上。铸坯加热温度为1100～1250℃。为使合金元素Nb、V、Ti等二相粒子充分析出，起到细晶强化的作用，要尽量使铸坯中的Nb、V、Ti合金回溶到钢中。在1180℃时，铸坯中Nb析出粒子已经大部分回溶。在1250℃时，钢中的Nb析出粒子回溶程度已经接近饱和，且加热温度超过1250℃后，原始奥氏体晶粒度将会急速长大，因此确定铸坯加热温度为1100℃～1250℃。

控制轧制过程包括粗轧和精轧，在粗轧前经高压水除磷保证钢板表面质量，粗轧开始温度控制在1000℃以上，采取纵、横向交叉轧制，压下量在55％以上；精轧开始轧制温度为950-1050℃，终轧温度为750-900℃，且前三道次累计压下量高达70％以上，从而保证柱状晶的充分破碎，为获得良好的综合性能做准备；

控制冷却为层流冷却，层流冷却段采取集管集中冷却，冷速为10-25℃/s，卷取温度在450-670℃范围内，随后空冷至室温。

精轧开轧温度高于950℃，成品晶粒不易细化，细晶强化效果不好。低于950℃，则增加精轧机架的负荷，容易导致生产事故；规定终轧温度在750℃以上，可以避免在双相区轧制使轧机负荷过大，并避开板型难于控制的变形温度区间，且能减少钢板纵横向性能差异。但终轧温度高于900℃，晶粒细化不足，影响强化效果。

本发明的有益效果在于：本发明生产的高硅、低锰成分系列热轧卷板，成分设计突破了API要求的范围，但是通过采取相应的生产和轧制工艺设计，使其达到API 5L标准力学性能要求，且横纵向拉伸性能差异小，具有良好的冲击韧性，同时满足管线钢市场需求，为企业带来一定的经济效益和社会效益，而且也为国内高硅低锰管线钢的发展作出了贡献。

附图说明

图1为本发明实施例1卷板显微组织金相图。

图2为本发明实施例1卷板钢管焊缝组下位组织金相图。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步的说明。

本发明实施例根据技术方案的组分配比，进行铁水预处理-转炉冶炼-LF炉外精炼-连铸-铸坯加热-控制轧制-控制冷却-卷取，

连铸过程中，连铸坯拉速控制在1.0-2.0m/min，铸坯厚度为135～200mm；

LF炉外精炼工序处理期间，进行喂线Ca处理，喂线量≥600m，保证成品夹杂物均不大于2.0级；

铸坯采用冷装工艺，铸坯加热温度控制在1100～1250℃，在炉保温时间为150分钟以上，铸坯加热温度为1100～1250℃。

控制轧制过程包括粗轧和精轧，在粗轧前经高压水除磷保证钢板表面质量，粗轧开始温度控制在1000℃以上，采取纵、横向交叉轧制，压下量在55％以上；精轧开始轧制温度为950～1050℃，终轧温度为900～750℃，且前三道次累计压下量高达70％以上；

控制冷却为层流冷却，冷速为冷速为10～25℃/s，卷取温度在670～450℃范围内，随后空冷至室温。

本发明实施例钢及对比例钢的成分见表1。本发明实施例钢及对比例钢的主要工艺参数见表2。本发明实施例钢及对比例钢的性能见表3。

表1本发明实施例钢及对比例钢的成分(wt％)

表2本发明实施例钢及对比例钢的主要工艺参数

表3本发明实施例钢及对比例钢的性能

根据API标准X56和X70用管线钢仅要求一个方向力学性能满足条件即可，而采用本发明所公开高硅低锰成分系列热轧卷板，成分设计突破了API要求的范围，但是通过采取相应的生产和轧制工艺设计，使其达到API 5L标准力学性能要求，且横纵向拉伸性能差异小，且具有良好的冲击韧性。

为了表述本发明，在上述中参照附图通过实施例对本发明恰当且充分地进行了说明，以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims

1.一种高硅低锰管线钢热轧卷板，其特征在于，该卷板的成分按重量百分比计如下：C0.07％-0.12％；Si 0.56％-0.75％；Mn 0.60％-0.95％；P≤0.020％；S≤0.006％；Nb0.015％-0.06％；V 0.04％-0.10％；Ti：0.010％-0.030％；Cr：0.11％-0.30％；Alt0.020％-0.050％，余量为Fe和不可避免的杂质；

所述高硅低锰管线钢热轧卷板的生产方法，包括铁水预处理-转炉冶炼-LF炉外精炼-连铸-铸坯加热-控制轧制-控制冷却-卷取，

铸坯采用冷装工艺，铸坯加热温度控制在1100～1250℃，在炉保温时间为150分钟以上，铸坯加热温度为1100～1250℃；

控制轧制过程包括粗轧和精轧，在粗轧前经高压水除磷保证钢板表面质量，粗轧开始温度控制在1000℃以上，采取纵、横向交叉轧制，压下量在55％以上；精轧开始轧制温度为980～1050℃，终轧温度为900～831℃，且前三道次累计压下量高达70％以上；

控制冷却为层流冷却，冷速为10～25℃/s，卷取温度在670～555℃范围内，随后空冷至室温。