CN110284077A

CN110284077A - 一种薄规格高韧性管线钢的制造方法

Info

Publication number: CN110284077A
Application number: CN201910673322.5A
Authority: CN
Inventors: 刘鹏; 吴长柏; 杨佳威; 薛如锋; 严印通
Original assignee: Baosteel Zhanjiang Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baosteel Zhanjiang Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2019-07-24
Filing date: 2019-07-24
Publication date: 2019-09-27
Anticipated expiration: 2039-07-24
Also published as: CN110284077B

Abstract

本发明涉及一种薄规格高韧性管线钢的制造方法，该管线钢的化学成分重量含量为：C：0.04～0.06％，Si：0.2～0.3％，Mn：1.66～1.74％，P≤0.012％、S≤0.002％，Cr：0.22～0.28％，Nb：0.035～0.045％，Ti：0.011～0.017％，Ca：0.001～0.0035％，Al：0.021～0.04％，余量为Fe及不可避免的杂质，且满足如下关系：V+Nb+Ti≤0.15％；该管线钢的生产方法包括如下步骤：S1、冶炼、浇铸；S2、加热；S3、轧制；S4、冷却、矫直。本发明得到以细化铁素体(≤10μm)为主的显微组织，提高钢的低温韧性，具有高强度、高韧性的力学性能特征，成分简单，成本较低，具有较强的可制造性，尤其是低温全壁厚DWTT落锤撕裂测试性能剪切面积率在‑30℃温度下能达到85％以上。

Description

一种薄规格高韧性管线钢的制造方法

技术领域

本发明属于管线钢板生产技术领域，具体涉及一种薄规格高韧性管线钢的制造方法。

背景技术

我国建立长距离输油输气的重点工程“西气东输”管道项目，其三线闽粤支干线(广州至潮州段)工程对管线钢的低温韧性和板形提出了较高的要求，须保证钢板在-15℃下的落锤性能，且不平度要求≤10mm/2m。对高等级的管线钢，为保证其强度及韧性，一般都采用控轧及加速冷却工艺，板形的控制就变得更加困难。

目前国内外管线用钢以X70及以下级别为主，高级别管线钢还处于开发阶段。目前管线工程的发展趋势是大管径、高压富气输送、高寒和腐蚀的服役环境，因此现代管线钢应具有高强度、低包辛格效应、高韧性和抗脆断、低焊接碳素量和良好的焊接性。各个钢厂对于高韧性的管线钢，近乎全部采用控轧及快速冷却的生产工艺，基本可满足该管线钢的性能要求，但板形的保证能力较差。因此，目前亟需一种可满足该管线钢的性能要求同时，有效控制钢板板型的制作方法。

发明内容

本发明的目的是在于提供一种薄规格高韧性管线钢的制造方法，解决管线钢保证其强度及韧性时，钢板板型无法控制的问题。

为实现上述发明的目的，本发明采取的技术方案如下：

一种薄规格高韧性管线钢的制造方法，该管线钢化学成分重量含量为：C：C是最基本的强化元素，C溶解在钢中形成间隙固溶体，起固溶强化的作用，与强碳化物形成元素形成碳化物析出，则起到沉淀强化的作用。但太高的C对钢的韧性和焊接性能不利；C太低又降低钢的强度，因此，本发明控制C含量为0.4～0.6％。

Si：Si是固溶强化元素，同时也是钢中的脱氧元素，但含量过高会恶化钢材的焊接性能，同时不利于轧制过程中热轧氧化铁皮去除，因此，本发明控制Si含量为0.2～0.3％。

Mn：Mn通过固溶强化提高钢的强度，是钢中补偿因C含量降低而引起强度损失的最主要、经济的强化元素。Mn还是扩大γ相区的元素，可降低钢的γ→α相变温度，有助于获得细小的相变产物，可提高钢的韧性；但Mn是易偏析元素，当Mn含量较高时，在浇铸过程中Mn易在板厚中心偏析，轧制完成后生成硬相的马氏体组织，降低材料的低温韧性和抗动态撕裂性能，因此，本发明控制Mn含量为1.66-1.74％。

Cr：Cr是提高钢的淬透性的重要元素，确保钢板全厚度的组织及性能均匀性，而且Cr含量在0.10％以上时，能有效改善钢的耐腐蚀性能；但太高的铬和锰同时加入钢中，会导致低熔点Cr-Mn复合氧化物形成，在热加工过程中形成表面裂纹，同时会严重恶化焊接性能，因此，本发明中Cr含量限定在0.22-0.25％。

Nb：Nb是低碳微合金钢的重要元素之一，热轧过程中固溶的Nb应变诱导析出形成Nb(N，C)粒子，钉扎晶界抑制形变奥氏体的长大并抑制再结晶的发生，经控制轧制和控制冷却使形变奥氏体相变为具有高位错密度的细小的产物。对于管线钢而言，太低的Nb含量弥散析出效果不明显，起不到细化晶粒、强化基体作用；太高的Nb含量，由于抑制了钢板芯部再结晶的发生，不利于晶粒细化。且Nb的固溶与C含量有关，C含量太高Nb固溶量少，无法起到析出强化及晶粒下滑效果；C含量过低会导致晶界弱化，Nb含量过低则析出强化效果不明显，因此，本发明中Nb含量应限定在0.035-0.045％，且要求V+Nb+Ti≤0.15％。

Ti：Ti是一种强烈的碳氮化物形成元素，Ti的未溶的碳氮化物在钢加热时可以阻止奥氏体晶粒的长大，在高温奥氏体区粗轧时析出的TiN可有效抑制奥氏体晶粒长大。另外在焊接过程中，钢中的TiN粒子能显著阻止热影响区晶粒长大，从而改善钢板的焊接性能同时对改善焊接热影响区的冲击韧性有明显作用，因此，本发明中Ti含量控制在0.011-0.017％。

S、P：S、P是钢中不可避免的杂质元素，希望越低越好。通过超低硫(KR搅拌脱硫工艺，使其小于20ppm)及Ca处理对硫化物进行夹杂物形态控制，同时控制P含量0.012％以下，可保证发明钢具有良好的低温冲击韧性。

Ca：通过Ca处理可以控制硫化物的形态，改善钢板的各向异性，提高低温韧性，为确保最佳效果Ca的控制范围为0.0010-0.0035％。

Al：Al是为了脱氧而加入钢中的元素，添加适量的Al有利于细化晶粒，改善钢材的强韧性能，本发明中Al含量控制范围为0.02-0.04％；

所述管线钢的制造方法如下步骤：

S1、冶炼、浇铸：对设计的化学成分进行浇铸，先经KR搅拌脱硫处理，再在转炉中吹炼，然后通过LF+RH双重精炼脱硫、脱氢，最后进行连铸机浇铸获得板坯；

S2、加热：将板坯进行加热，加热温度范围为1130～1170℃，加热时间大于160min；

S3、轧制：所述轧制包括粗轧和精轧，所述粗轧包括成型、展宽、轧制三阶段，粗轧总道次选用9道，其中成型与轧制道次均采用大压下量，粗轧结束后以4.5T待温厚度在中间辊道进行待温，当温度降至指定温度后进行精轧机轧制，开轧温度范围为940～980℃，终轧温度范围为830～860℃，选用7道次轧制，最后一道次速度控制为4.5m/s；

S4、冷却、矫直：钢板进入冷却设备，通过12组冷却水进行强冷，开冷温度控制在760～800℃范围内，冷速范围为38～42℃/S，终冷温度范围为490～550℃，最后通过矫直机热矫直得到厚度为

12～15mm的管线钢。

进一步地，所述步骤S4中最终得到的管线其屈服强度Rt0.5≥485MPa；抗拉强度Rm≥580MPa；屈强比要求≤0.90；-40℃全尺寸夏比冲击功AKv≥350J；-30℃下全板厚DWTT(落锤撕裂测试)性能断口剪切面积率SA≥85％；钢板不平度要求≤10mm/2m。

进一步地，所述步骤S4中，所述钢板的轧制长度≥43m时，矫直机采用穿带模式，所述穿带模式为钢板正向运行时，头部到达矫直机，矫直机抬起辊缝，不给予矫直力，钢板空过，待尾部离开冷却装置时，关闭冷却装置的喷水系统，钢板反向运行，当钢板的头部离开矫直机时，再正向运行，同时矫直机施加矫直力，钢板通过热矫直机；用于避免过长钢板因冷却装置与矫直机之间的距离，引起钢板走速缓慢，导致钢板尾部冷却时间长，温度变化大，影响尾部性能。

与现有技术相比：

采用本发明的方法采用的合金元素中只含有Mn、Al和少量的Cr、Nb元素，代替了现有技术中金属Mo元素以改善偏析、提高韧性，在合金成本上大大降低。另外，结合控制轧制和控制冷却的热机械处理工艺，获得TMCP(控轧控冷)态的钢板，全板厚得到以细化铁素体(≤10μm)为主的显微组织以提高钢的低温韧性，具有高强度、高韧性的力学性能特征，尤其是低温全壁厚DWTT性能剪切面积率在-30℃温度下能达到85％以上。

附图说明

图1是本发明实施例1制成的成品钢板的金相组织图；

图2是本发明实施例2制成的成品钢板的金相组织图

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

化学成分设计：按照质量百分数设计如下化学成分：C：0.5％，Si：0.25％，Mn：1.70％，P：0.012％，S：0.002％，Cr：0.25％，Nb：0.04％，Ti：0.014％，Ca：0.002％，Al：0.03％，其余为Fe以及不可避免的杂质。

结合表1、表2所示，步骤1，冶炼、浇铸：对设计的化学成分进行浇铸，先经KR搅拌脱硫处理，再在转炉中吹炼，然后通过LF+RH双重精炼脱硫、脱氢，最后进行连铸机浇铸获得板坯；板坯厚度为227mm。

步骤2，加热：将板坯进行加热，加热温度设置为1150℃，加热时间大于160min(在此加热条件下，能够保证Nb元素的充分固溶及析出强化)。

步骤3，轧制：轧制要经历粗轧和精轧两个阶段，轧制长度为39m，整个粗轧过程包括成型、展宽、轧制三阶段，粗轧总道次选用8道，其中成型与轧制道次采用大压下量，粗轧结束后以4.5T(T为成品钢板厚度)待温厚度在中间辊道进行待温，当温度降至指定温度后进行精轧机轧制；开轧温度设定为970℃，终轧温度设定为840℃，选用7道次轧制，前6道轧制速度最大为6m/s，保证钢板开冷温度，最后一道次速度设定为4.5m/s，以保证钢板冷却时的板形。

步骤4，冷却、矫直：在轧制阶段结束后，钢板进入冷却设备，通过12组冷却水进行喷水强冷，开冷温度设定为780℃，冷速设定为40℃/S，终冷温度设定为520℃，最后通过矫直机热矫直得到厚度为12～15mm的成品钢板。

实施例2：

步骤2，加热：将板坯进行加热，加热温度设置为1170℃，加热时间大于160min(在此加热条件下，能够保证Nb元素的充分固溶及析出强化)。

步骤3，轧制：轧制要经历粗轧和精轧两个阶段，轧制长度为51m，整个粗轧过程包括成型、展宽、轧制三阶段，粗轧总道次选用8道，其中成型与轧制道次采用大压下量，粗轧结束后以4.5T(T为成品钢板厚度)待温厚度在中间辊道进行待温，当温度降至指定温度后进行精轧机轧制；开轧温度设定为1020℃，终轧温度设定为860℃，选用7道次轧制，前6道轧制速度最大为6m/s，保证钢板开冷温度，最后一道次速度设定为4.5m/s，以保证钢板冷却时的板形。

步骤4，冷却：在轧制阶段结束后，钢板进入冷却设备，通过12组冷却水进行喷水强冷，开冷温度设定为780℃，冷速设定为40℃/S，终冷温度设定为520℃，因为钢板轧制长度为51m，矫直机实行穿带模式，在保证温度稳定下进行热矫直，最终得到厚度为12～15mm的成品钢板。

表1：实施例1和实施例2的具体参数对比

表2：实施例1和实施例2的试验性能对比

Claims

1.一种薄规格高韧性管线钢的制造方法，其特征在于，该管线钢化学成分重量含量为：C：0.04～0.06％，Si：0.2～0.3％，Mn：1.66～1.74％，P≤0.012％、S≤0.002％，Cr：0.22～0.28％，Nb：0.035～0.045％，Ti：0.011～0.017％，Ca：0.001～0.0035％，Al：0.021～0.04％，其余为Fe以及不可避免的杂质，且满足如下关系：V+Nb+Ti≤0.15％；所述管线钢的制造方法如下步骤：

S4、冷却、矫直：钢板进入冷却设备，通过12组冷却水进行强冷，开冷温度控制在760～800℃范围内，冷速范围为38～42℃/S，终冷温度范围为490～550℃，最后通过矫直机热矫直得到厚度为12～15mm的管线钢。

2.如权利要求1所述的一种薄规格高韧性管线钢的制造方法，其特征在于，所述S4中最终得到的管线其屈服强度Rt0.5≥485MPa；抗拉强度Rm≥580MPa；屈强比要求≤0.90；-40℃全尺寸夏比冲击功AKv≥350J；-30℃下全板厚DWTT(落锤撕裂测试)性能断口剪切面积率SA≥85％；钢板不平度要求≤10mm/2m。

3.如权利要求2所述的一种薄规格高韧性管线钢的制造方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述钢板的轧制长度≥43m时，矫直机采用穿带模式。