CN110306112A - 一种x65级管线钢及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种X65级管线钢及其制造方法，属钢铁冶金领域，该方法包括如下步骤：铁水KR预脱硫、转炉冶炼、LF精炼、RH真空处理、喂线、软搅拌、板坯连铸、板坯再加热、粗轧、中间坯待温冷却、精轧、钢板冷却、钢板矫直和下线堆冷，其中，板坯再加热阶段温度控制在1150～1220℃，在炉时间不小于1.1min/mm；粗轧温度控制在1050～1130℃，粗轧后中间坯厚度大于4倍钢板厚度，钢板厚度≤15mm；精轧温度控制为980℃以下，终轧温度为880~900℃，精轧阶段总压缩比≥80%。该方法制造的管线钢含有以下质量百分比的化学成分：C 0.05~0.09%，Si 0.10~0.30%，Mn 1.30~1.60%，Al 0.020~0.060%，Nb≤0.030%，Ti≤0.020%，Cr≤0.25%，P≤0.015%，S≤0.005%，N≤0.0080%，B≤0.0005%，其余为铁及不可避免的杂质元素；Ceq=[C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15]≤0.40%，CEpcm=[C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B]≤0.20%。

Description

一种X65级管线钢及其制造方法
技术领域
本发明属于钢铁冶金领域，特别涉及一种X65级管线钢及其制造方法。
背景技术
天然气作为清洁能源的首选，在我国的使用规模不断的增加，随着我国管道建设的不断开展，西气东输系列、陕京四线、中俄东线等主线工程的陆续建设与完工，沿线的各主要城市的管网升级改造也在逐步进行，不同于主线工程使用高钢级、大壁厚的X70/X80管线钢，城市管网使用的大部分均为610/813/914mm的小管径，钢级也基本采用X65钢级，壁厚也基本在15mm以下。
薄规格(厚度≤15mm)X65管线钢的生产控制，不同于高级别X70/X80，因其单重小，厚度薄、宽度窄、多倍尺组板的生产特点，存在轧制生产效率普遍偏低、钢板的头中尾性能均匀性控制难度大，板型均匀性差等问题，同时在考虑到经济型与生产成本的影响，该钢种及规格的综合效益较低，合格率也普遍不高。
国内类似X65级别管线钢专利的介绍，Nb含量基本在0.03以上，且一般还添加如V之类的贵重合金，轧钢终轧温度基本在860℃以下，合金成本总体较高，轧制节奏也较慢，本发明专利内容与之相比，在成本及生产效率上具有明显的竞争优势。
发明内容
解决的技术问题：本发明的目的在于解决X65级管线钢现有的制造方法存在轧制生产效率偏低的问题，开发了一种X65级管线钢及其制造方法，该制造方法能够降低生产制造成本、提高轧制生产效率，提高合格率以及控制性能均匀性。
技术方案：一种X65级管线钢，含有以下质量百分比的化学成分：C0.05～0.09％，Si 0.10～0.30％，Mn 1.30～1.60％，Al 0.020～0.060％，Nb≤0.030％，Ti≤0.020％，Cr≤0.25％，P≤0.015％，S≤0.005％，N≤0.0080％，B≤0.0005％，其余为铁及不可避免的杂质元素；所述管线钢的碳当量Ceq＝[C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15]≤0.40％，焊接裂纹敏感性指数CEpcm＝[C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B]≤0.20％。
作为优选，上述管线钢的厚度在15mm以下。
上述X65级管线钢的制造方法，包括如下步骤：铁水KR预脱硫、转炉冶炼、LF精炼、RH真空处理、喂线、软搅拌、板坯连铸、板坯再加热、粗轧、中间坯待温冷却、精轧、钢板冷却、钢板矫直和下线堆冷，其中，板坯再加热阶段，温度控制在1150～1220℃，在炉时间不小于1.1min/mm；粗轧阶段，粗轧温度控制在1050～1130℃，粗轧后中间坯厚度大于4倍钢板厚度，所述钢板厚度在15mm以下；精轧阶段，精轧温度控制在980℃以下，终轧温度为880～900℃，精轧阶段总压缩比≥80％。
作为优选，铁水KR脱硫处理后，铁水S含量≤0.010wt.％；LF精炼处理后，钢液S含量≤0.005wt.％；RH真空处理后，钢中H含量小于2ppm；喂线阶段，喂入纯Ca线150-500m，并进行软搅拌，时间不小于10min。
作为优选，板坯连铸阶段采用无氧化保护浇注，其中，中间包过热度控制在25±5℃，拉速1.4～1.6m/min。
作为优选，板坯再加热阶段，温度控制在1180℃；粗轧阶段，粗轧温度控制在1100～1106℃；精轧阶段，精轧温度控制在965～971℃，终轧温度为888～892℃，精轧道次控制在7道次以内，并结合3倍尺组板的生产方式。
作为优选，钢板冷却阶段，终冷温度为550～630℃，冷速控制为45～60℃/s。
作为优选，钢板冷却后，上冷床自然冷却至室温，冷却冷速为空冷冷速。
作为优选，钢板矫直阶段，采用热矫进行板型矫正。
作为优选，板型矫正结束后立即下线堆冷，下线堆冷阶段使钢板上冷床自然冷却。
有益效果：(1)本发明采用了高二开轧温度、高终轧温度、高终冷温度的工艺路线，极大的提高了此类薄规格管线钢的轧制生产效率，提高了产能，本发明的终轧温度基本控制在880～900℃之间，小时生产块数＞10块轧制大板，比常规的低终轧温度(已公布的X65专利中列出的终轧温度均＜860℃)的轧制工艺提高产能近25％，生产效率提升显著，生产效率高，综合生产成本低。
(2)本发明严格控制过程及成品S含量、H含量，采用纯Ca线进行夹杂物变形处理，软搅拌时间保证不小于10min，保证了钢质纯净度及洁净度。
(3)在精轧过程中，通过精轧道次控制在7道次以内，并结合3倍尺组板的生产方式，使得轧制道次间隔时间内有充分的再结晶时间，避免了混晶组织的出现，所述3倍尺组板的生产方式是指一张轧制大板可分切出3张成品钢板。
(4)本发明采用轧后超高冷速+短时间冷却的工艺，并通过控制终冷温度在550～630℃之间，有效的控制了此类薄规格管线钢的板型，极大的避免了此类薄规格管线钢板型波浪、瓢曲等问题，减少了后续的温矫及冷矫工序，相应的减少了后续板型矫正带来的表面质量风险，板型合格率高，板型一次合格率可达到90％以上。
(5)另外，本发明通过轧后超高冷速+短时间冷却，以及控制终冷温度在550～630℃之间的方法，使得获得的组织是铁素体+珠光体，晶粒度级别＞10级，该组织类型及晶粒度有效保证了轧制大板的头部、中部、尾部的组织均匀性，确保了性能同板差＜40MPa。
(6)钢板冷却后，上冷床自然冷却至室温，冷却冷速为空冷冷速。有利于获得铁素体+珠光体的组织，控制屈强比。
(7)本发明采用热矫进行板型矫正，有利于应力的充分释放。
(8)热矫直后加速冷却产生的应力得到释放，立即下线堆冷使钢板上冷床自然冷却，能够确保钢板在加速冷却后以较慢的冷速进行冷却，降低后续产生板型瓢曲的可能。
(9)采用本发明方法生产的X65热轧钢板的屈服强度(Rt0.5)≥460MPa，抗拉强度(Rm)≥560MPa,屈强比(Rt0.5/Rm)≤0.90，延伸率(A50)≥32％，-40℃夏比冲击功≥300J，-60℃夏比冲击功≥250J，硬度≤210HV10，-20℃落锤剪切面积百分数(DWTT)≥90％，机械性能满足GB/T21237、API 5L的钢板要求。
(10)为了保证本发明的目的，使钢板达到上述高性能而进行的化学成分设计思路如下：
碳(C)：碳是影响强度、韧性、硬度及焊接性能的主要元素。碳含量的增加，对提高钢的强度和硬度有明显作用。本发明选择的碳含量为0.05-0.09wt.％，一方面主要是考虑过低的碳会使得钢板的屈强比增高，另一方面主要是考虑钢板的韧性。
锰(Mn)：锰是固溶强化元素，既可以提高钢的强度和硬度，也能够改善钢的韧性，在超低碳钢中，通常采取添加Mn的办法来减少C含量降低造成的强度损失。锰还能提高微合金元素铌(Nb)在钢中的溶解度，抑制碳氮化铌的析出。但过多的Mn会导致铸坯中心Mn偏析，对厚板的韧性有较大伤害，也不利于控制厚规格管线钢的带状组织。因此，本发明钢采用的锰含量为1.3～1.6wt.％。
铌(Nb)：铌是有效的晶粒细化元素，能够明显的抑制奥氏体晶粒长大，延迟γ→α转变，从而获得更加细小的组织。在热轧过程中，析出的碳氮化铌可以延迟再结晶及晶粒的长大过程，碳氮化铌通过钉扎位错，使得基体中可以保留更多的位错密度，提高钢的强度和韧性。固溶状态的铌可以延迟γ→α转变，细化铁素体晶粒，提高钢的韧性，在冷却过程中固溶的铌可以继续以Nb(CN)析出，进一步提高钢的强度。对于薄规格管线钢，由于本身厚度的淬透性较好，因此本发明钢采用的铌含量为≤0.03wt.％。
钛(Ti)：钛是强的固氮元素，可以形成弥散分布的TiN颗粒，从而可以在坯料加热过程和轧制过程中抑制奥氏体晶粒粗化，起到细化晶粒的作用，提高钢的低温韧性；同样，TiN颗粒对焊接热影响区晶粒的长大能够起到很好的抑制作用，改善焊接性能。同时，钛又是强脱氧元素，加入量过高钢中会产生氧化钛夹杂，且TiN析出粗大，影响钢的韧性。本发明钢中钛的含量为≤0.020wt.％。
铬(Cr)：铬是碳化物形成元素，能够提高钢板硬度，起到沉淀强化的作用；铬作为铁素体形成元素，在高Nb钢中可以得到更多的针状铁素体组织；铬还能够提高钢的抗腐蚀及耐氢致开裂性能和提高淬透性，对于薄规格的管线钢，主要起提高淬透性，增加强度的作用。本发明钢中铬的含量为≤0.25wt.％。
铝(Al)：Al为强固N元素，形成细小的AlN颗粒析出，可抑制板坯加热、轧制、淬火加热及焊接过程中的晶粒长大，达到细化晶粒、提高钢板的低温韧性及改善焊接性能。本发明钢中铝含量为0.02～0.06wt.％。
硫(S)：硫是有害元素，其不仅增加钢的热脆性，且易与Mn结合形成MnS，在高温轧制后形成长条形MnS夹杂，不仅影响钢板的抗层状撕裂性能，且钢板中的H易扩散到MnS与基体界面，形成氢致开裂裂纹，形成分层缺陷，严重影响钢板的内在质量。因此，本发明钢中硫含量不大于0.005wt.％。
磷(P)：磷是有害元素，能使钢的塑性及韧性明显下降，特别是在低温条件下，此种现象更为严重。因此，本发明钢中磷含量不大于0.015wt.％。
综述之，本发明提供的一种经济型高效率X65级管线钢，在成分设计时充分利用合金C、Mn、Nb元素在轧制及冷却阶段的强韧化效果，选用C0.05～0.09wt.％，Si 0.10～0.30wt.％，Mn 1.30～1.60wt.％，Nb≤0.030wt.％，Ti≤0.020wt.％，Cr≤0.25wt.％，严格控制Nb元素的含量，选择适量的廉价元素Cr代替V、Cu等贵重元素，进而减少了V、Cu等贵重元素的添加量，使合金成本更加经济、节约。此外，本发明的X65级管线钢与现有的X65级管线钢相比，具备性能良好，板型良好等优点。
另外，本发明提供的X65级管线钢的制备方法与现有的X65级管线钢制备方法相比，具有生产成本低、生产效率高、产能高、质量风险小的优点，具备极大的推广价值。
附图说明
图1：采用3倍尺组板生产的热轧母板头部的组织光学图片；
图2：采用3倍尺组板生产的热轧母板中部的组织光学图片；
图3：采用3倍尺组板生产的热轧母板尾部的组织光学图片。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1：
一种X65级管线钢，含有的化学成分、碳当量(Ceq)和焊接裂纹敏感性指数(CEpcm)见附表2，其余为铁及不可避免的杂质元素。所述管线钢的厚度为14.3mm。按照本发明管线钢的成分设计要求，采用如下步骤的制造方法：首先依次进行铁水KR预脱硫、转炉冶炼、LF精炼、RH真空处理、喂线和软搅拌处理，保证了钢质纯净度及洁净度，其中，铁水KR脱硫处理后，铁水S含量为0.005wt.％；LF精炼处理后，钢液S含量为0.002wt.％；RH真空处理后，钢中H含量为1.5ppm；喂线阶段，喂入纯Ca线400m，并进行12min的软搅拌。随后进行板坯连铸，该阶段采用无氧化保护浇注，其中，中间包过热度控制在25℃。接着依次进行板坯再加热、粗轧、中间坯待温冷却和精轧处理，其中，板坯再加热阶段，温度控制在1180℃，粗轧阶段，粗轧温度控制在1100℃，粗轧后中间胚厚度为65mm，精轧阶段，精轧温度控制在970℃，终轧温度控制在888℃，在该一系列处理过程中，通过严格控制温度，极大的提高了此类薄规格管线钢的轧制生产效率，进而提高了产能，钢板的小时产能见附表5；另外，在精轧阶段，通过精轧道次控制在7道次以内，并结合3倍尺组板的生产方式，所述3倍尺组板的生产方式是指一张轧制大板(即热轧母板)可分切出3张成品钢板，使得轧制道次间隔时间内有充分的再结晶时间，避免了混晶组织的出现，使得热轧母板的组织均匀性比较好，如图1、图2和图3。随后进行钢板冷却处理，该阶段终冷温度控制为580℃，冷速控制为56℃/s，通过超高冷速+短时间冷却,并通过控制终冷温度的方法，使得获得的组织是铁素体+珠光体，晶粒度级别＞10级，该组织类型及晶粒度有效保证了轧制大板的头部、中部、尾部的组织均匀性，确保了性能同板差＜40MPa。钢板冷却后，上冷床自然冷却至室温，冷却冷速为空冷冷速，有利于获得铁素体+珠光体的组织，控制屈强比。随后采用热矫进行板型矫正，有利于应力的充分释放。板型矫正结束后立即下线堆冷，下线堆冷阶段使钢板上冷床自然冷却，热矫直后加速冷却产生的应力得到释放，立即上冷床自然冷却则确保在加速冷却后以较慢的冷速进行冷却，降低后续产生板型瓢曲的可能。当冷床上空冷到80℃以下将钢板经超声探伤，最后剪切入库。上述方法中铁水KR预脱硫、LF精炼、RH真空处理和下线堆冷步骤均为现有工艺。该实施例的冶炼炉次及母板轧制工艺过程控制参数见附表1。该管线钢的热轧母板的力学性能见附表3，该管线钢的热轧母板的板型平直度见附表4。
实施例2
一种X65级管线钢，含有的化学成分、碳当量(Ceq)和焊接裂纹敏感性指数(CEpcm)见附表2，其余为铁及不可避免的杂质元素。所述管线钢的厚度为12.7mm。按照本发明管线钢的成分设计要求，采用的制造方法同实施例1，区别在于，铁水KR脱硫处理后，铁水S含量为0.007wt.％；RH真空处理后，钢中H含量为1.6ppm；喂线阶段，喂入纯Ca线350m。板坯连铸阶段中间包过热度控制在26℃。粗轧阶段，粗轧温度控制在1105℃，精轧阶段，精轧温度控制在965℃，终轧温度控制在890℃。钢板冷却处理阶段终冷温度控制为575℃，冷速控制为57℃/s。该实施例的冶炼炉次及母板轧制工艺过程控制参数见附表1。该管线钢的热轧母板的力学性能见附表3，该管线钢的热轧母板的板型平直度见附表4。
实施例3
一种X65级管线钢，含有的化学成分、碳当量(Ceq)和焊接裂纹敏感性指数(CEpcm)见附表2，其余为铁及不可避免的杂质元素。所述管线钢的厚度为11.9mm。按照本发明管线钢的成分设计要求，采用的制造方法同实施例1，区别在于，铁水KR脱硫处理后，铁水S含量为0.006wt.％。粗轧阶段，粗轧温度控制在1106℃，粗轧后中间胚厚度为60mm，精轧阶段，精轧温度控制在971℃，终轧温度控制在892℃。钢板冷却处理阶段终冷温度控制为581℃。该实施例的冶炼炉次及母板轧制工艺过程控制参数见附表1。该管线钢的热轧母板的力学性能见附表3，该管线钢的热轧母板的板型平直度见附表4。
将附表1与附表5结合起来分析，从附表1中可见，实施例1中的粗轧温度、精轧温度以及终冷温度均相应高于实施例2中的粗轧温度、精轧温度以及终冷温度，从附表5中可见，实施例1中的小时块数与小时产能均相应高于实施例2中的小时块数与小时产能；另外，从附表1中可见，实施例3中的粗轧温度、精轧温度、终轧温度以及终冷温度均相应高于实施例2中的粗轧温度、精轧温度、终轧温度以及终冷温度，从附表5中可见，实施例3中的小时产能高于实施例2中的小时产能；通过上述对比分析可见，高二开轧温度、高终轧温度以及高终冷温度有利于提高薄规格管线钢的轧制生产效率，有利于提高产能。
附表1：实施例1-3中冶炼炉次及母板轧制工艺过程控制参数
附表2：实施例1-3中管线钢含有的化学成分(按质量百分比计)
附表3：实施例1-3中管线钢的热轧母板的力学性能
附表4：实施例1-3中管线钢的热轧母板的板型平直度
实施例 钢板尺寸 横向不平度 纵向不平度
例1 14.3×2483×12150mm 2mm/m 3mm/m
例2 12.7×1865×12200mm 4mm/m 2mm/m
例3 11.9×2493×12150mm 3mm/m 3mm/m
附表5：实施例1-3中钢板的小时产能
实施例 钢板尺寸(mm) 单重(t) 小时块数(t) 小时产能(t)
例1 14.3×2483×12150 3.387 54 183
例2 12.7×1865×12200 2.268 51 116
例3 11.9×2493×12150 2.83 51 144

Claims (10)

1.一种X65级管线钢，其特征在于，含有以下质量百分比的化学成分：C 0.05~0.09%，Si0.10~0.30%，Mn 1.30~1.60%，Al 0.020~0.060%，Nb ≤0.030%，Ti ≤0.020%， Cr ≤0.25%，P ≤0.015%，S ≤0.005% ，N ≤0.0080%，B ≤0.0005%，其余为铁及不可避免的杂质元素；所述管线钢的碳当量Ceq =[C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15] ≤0.40%，焊接裂纹敏感性指数CEpcm=[C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B]≤0.20%。
2.根据权利要求1所述的一种X65级管线钢，其特征在于，所述管线钢的厚度在15mm以下。
3.基于权利要求1所述的一种X65级管线钢的制造方法，所述方法包括如下步骤：铁水KR预脱硫、转炉冶炼、LF精炼、RH真空处理、喂线、软搅拌、板坯连铸、板坯再加热、粗轧、中间坯待温冷却、精轧、钢板冷却、钢板矫直和下线堆冷，其特征在于，板坯再加热阶段，温度控制在1150～1220℃，在炉时间不小于1.1min/mm；粗轧阶段，粗轧温度控制在1050～1130℃，粗轧后中间坯厚度大于4倍钢板厚度，所述钢板厚度在15mm以下；精轧阶段，精轧温度控制在980℃以下，终轧温度为880~900℃，精轧阶段总压缩比≥80%。
4.根据权利要求3所述的一种X65级管线钢的制造方法，其特征在于，铁水KR脱硫处理后，铁水S含量≤0.010wt.％；LF精炼处理后，钢液S含量≤0.005wt.％；RH真空处理后，钢中H含量小于2ppm；喂线阶段，喂入纯Ca线150-500m，并进行软搅拌，时间不小于10min。
5.根据权利要求3所述的一种X65级管线钢的制造方法，其特征在于，板坯连铸阶段采用无氧化保护浇注，其中，中间包过热度控制在25±5℃，拉速1.4~1.6m/min。
6.根据权利要求3所述的一种X65级管线钢的制造方法，其特征在于，板坯再加热阶段，温度控制在1180℃；粗轧阶段，粗轧温度控制在1100～1106℃；精轧阶段，精轧温度控制在965~971℃，终轧温度为888~892℃，精轧道次控制在7道次以内，并结合3倍尺组板的生产方式。
7.根据权利要求3所述的一种X65级管线钢的制造方法，其特征在于，钢板冷却阶段，终冷温度为550~630℃，冷速控制为45~60℃/s。
8.根据权利要求3所述的一种X65级管线钢的制造方法，其特征在于，钢板冷却后，上冷床自然冷却至室温，冷却冷速为空冷冷速。
9.根据权利要求3所述的一种X65级管线钢的制造方法，其特征在于，钢板矫直阶段，采用热矫进行板型矫正。
10.根据权利要求3所述的一种X65级管线钢的制造方法，其特征在于，板型矫正结束后立即下线堆冷，下线堆冷阶段使钢板上冷床自然冷却。
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