CN110777296B - 一种超厚规格x52管线钢热轧卷板及其生产方法 - Google Patents

一种超厚规格x52管线钢热轧卷板及其生产方法 Download PDF

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Abstract

一种超厚规格X52管线钢热轧卷板及其生产方法，钢中化学成分按重量百分比计含有：C 0.060％～0.070％、Si 0.15％～0.25％、Mn 1.40％～1.50％、Nb 0.034％～0.050％、Ti 0.008％～0.022％、Cr 0.11％～0.17％、Al 0.015％～0.045％、P≤0.02％、S≤0.008％、N≤0.008％，且Pcm≤0.17％，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明采用C‑Mn‑Nb‑Cr系设计的X52级管线钢，厚度规格超过20mm，产品合金设计经济合理，工艺路线简单，容易执行，生产效率高，厚度方向组织均匀，具有较好的强韧性。

Description

一种超厚规格X52管线钢热轧卷板及其生产方法
技术领域
本发明属于金属材料高强度低合金钢领域，尤其涉及一种超厚规格X52管线钢热轧卷板及其生产方法。
背景技术
管道输送是长距离输送石油、天然气最经济的运输方式，且随着全球石油和天然气需求量的增大，输送压力也逐渐增加，为保障油气管道运输的安全性和稳定性，长距离、高压输送管线通常使用厚壁管。
目前各大钢厂热轧时所使用的连铸坯厚度普遍在200mm以上，而本发明所使用的连铸坯为170mm，由于压缩比小，因此生产20mm以上厚度的X52热轧卷板具有一定难度，主要体现在强度和厚度方向组织均匀性方面。现有技术中，无论采用170mm连铸坯还是200mm以上连铸坯，均未有生产20mm以上X52热轧卷板的先例。
《厚规格X52管线钢及其生产方法》申请号CN201610803301.7，公开了一种应用于钢带生产领域的厚规格X52管线钢及其生产方法。钢中成分含有：C 0.03％～0.07％、Si0.10％～0.30％、Mn 1.10％～1.30％、P≤0.020％、S≤0.010％、Nb 0.015％～0.035％、Ti 0.008％～0.019％、Cr 0.15％～0.30％。该发明Cr含量较高，合金成本较高，成品厚度12-20mm，卷取温度350-520℃，低温卷取在生产厚规格管线钢时存在较大风险，且该发明未描述20mm以上厚度规格X52的生产方法。
《一种低成本X52管线钢的生产方法及管线钢》申请号CN201310585644.7，公开了一种低成本X52管线钢的生产方法及管线钢。钢中成分按重量百分比计含有C0.08％～0.12％、Si≤0.35％、Mn 1.10％～1.40％，S≤0.025％，P≤0.025％，Ti0.008％～0.022％。该发明不含Nb，采用200-230mm厚连铸坯，但成品最大厚度规格仅为10mm，屈服强度387-417MPa，-20℃冲击功仅为153J，产品经螺旋制管后，由于包申格效应导致强度下降，因此制管后，产品屈服强度低于360MPa风险极大。
《一种X52管线钢及其生产方法》申请号CN201010243258.6，公开了一种X52管线钢及其生产方法。钢中成分按重量百分比计含有C 0.07％～0.09％、Si 0.15％～0.30％、Mn1.10％～1.30％、S≤0.006％、P≤0.020％、Nb 0.02％～0.04％、Ti 0.01％～0.02％、N≤0.008％、Als 0.020％～0.040％。该发明均热温度1200-1240℃，较高的均热温度会使奥氏体晶粒粗化，影响后续拉伸性能，粗轧结束后，摆动待温20-50秒进入精扎阶段，生产效率较低。
论文“石油天然气输送管用热轧中宽带钢X52研制开发”，冯绍强，四川冶金，2010年第4期第32卷。作者提出一种5-7mm厚X52级管线钢热轧卷板的生产方法，C0.07％～0.10％、Si 0.20％～0.30％、Mn 1.0％～1.10％、S≤0.01％、P≤0.025％、Nb≤0.019％、Ti0.015％～0.020％、Als≤0.035％。该发明采用150mm连铸坯，经控轧控冷两阶段轧制，生产成品厚度5-7mm的X52钢带，但未提出薄板坯生产厚规格(≥20mm)X52钢带的方法。
目前公开的X52级管线钢热轧卷板专利，连铸坯厚度均为200-230mm，成品厚度均≤20mm，仅《厚规格X52管线钢及其生产方法》公开了20mm厚X52热轧卷板的生产方法，其余专利所述成品厚度最厚为10mm。公开的论文，成品厚度也未有20mm以上X52生产先例。
发明内容
本发明提供了一种超厚规格X52管线钢热轧卷板及其生产方法，可以实现中薄板坯(＜200mm)连铸连轧生产超厚规格(≥20mm)X52管线钢热轧卷板。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种超厚规格X52管线钢热轧卷板，钢中化学成分按重量百分比计含有：C0.060％～0.070％、Si 0.15％～0.25％、Mn 1.40％～1.50％、Nb 0.034％～0.050％、Ti0.008％～0.022％、Cr 0.11％～0.17％、Al 0.015％～0.045％、P≤0.02％、S≤0.008％、N≤0.008％，且Pcm≤0.17％，其余为Fe和不可避免的杂质。
本发明X52级管线钢的成分采用C-Mn-Nb-Cr系设计，同时采用微Ti处理，结合热机械控制轧制生产工艺获得细小的铁素体-珠光体组织，以保证产品具优异的强韧性，其主要元素的选择理由如下：
C：是钢中最经济、最基本、最有效的强化元素，通过固溶强化和析出强化对提高钢的强度有明显作用，但过高的碳含量对产品的冲击韧性、焊接性能和硬度值均有不利影响。因此，本发明将碳含量控制为0.060％～0.070％。
Si：脱氧元素，固溶于铁素体以提高钢的强度，但同时要损失塑性和韧性，本发明的Si含量控制为0.15％～0.25％。
Mn：锰具有固溶强化作用，还可降低γ－α相变温度，进而细化铁素体晶粒，同时补偿因C含量降低而引起强度损失的最主要且最经济的强化元素。但锰含量过高会使偏析严重。因此，本发明将锰含量控制为1.40％～1.50％。
Nb：是现代微合金化管线钢中进行控制轧制的最主要元素，NbC应变诱导析出阻碍形变奥氏体的回复、再结晶，降低相变温度，促进针状铁素体组织和M-A岛的形成。Nb可通过细晶强化、析出强化、沉淀强化、相变强化等多种强化机制提高钢的性能，但Nb为贵重元素且加入到一定量后强化效果不再明显。因此，本发明的铌含量控制为0.034％～0.050％。
Ti：是强的固氮元素，Ti/N的化学计量比为3.42。加入0.015％左右Ti时，可在板坯连铸时形成高温稳定细小的TiN析出相，这种析出相可有效阻止连铸坯在加热过程中奥氏体晶粒的长大，同时对改善钢焊接时热影响区的断裂韧性有明显作用。因此，本发明中将Ti含量控制在0.008％～0.022％。
Cr：有效提高淬透性，可以提高板卷厚度方向均匀性，Cr对厚规格管线钢热轧卷板强度的提高有显著作用，但同时也明显提高硬度，因此不宜添加过多。本发明的铬含量控制为0.11％～0.17％。
Al：脱氧元素，添加适量的铝可形成细小弥散的AlN粒子，有利于细化晶粒，提高钢的强韧性能。本发明的Al含量控制在0.015％～0.045％。
P、S、N：是钢中不可避免的杂质元素，希望越低越好，但要求过低会增加生产成本。因此，本发明中将P、S、N分别控制为P≤0.02％、S≤0.008％、N≤0.008％。
卷板的屈服强度Rt0.5为430～510MPa、抗拉强度Rm为520～620MPa、延伸率A50mm≥44％，0℃单值夏比冲击功Akv≥256J，硬度值≤210HV10。
卷板成品厚度≥20mm。
一种超厚规格X52管线钢热轧卷板的生产方法，其生产工艺流程涉及：铁水预处理—转炉冶炼—炉外精炼—连铸—板坯加热－轧制－层流冷却—卷取；
1)转炉冶炼采用顶吹或顶底复合吹炼；炉外精炼采用LF炉轻脱硫处理及进行钙处理；连铸采用动态轻压下的方式，所得铸坯厚度＜200mm；
2)连铸板坯在500～850℃温度直接进行热装炉加热，连铸板坯经步进式加热炉加热至1120～1180℃出炉，随后经粗轧及精轧机组两阶段控制轧制，粗轧的终轧温度为980～1010℃，精轧开轧温度≤1000℃，终轧温度为820～880℃，随后采用层流冷却方式以12.4～18.3℃/s的速度进冷却，在560～600℃进行卷取。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)本发明采用C-Mn-Nb-Cr系设计的X52级管线钢，厚度规格超过20mm，最厚规格达到24mm，产品合金设计经济合理，工艺路线简单，容易执行，生产效率高；
2)本发明的产品组织为铁素体-珠光体组织类型，厚度方向组织均匀，具有较好的强韧性，完全满足API SPEC 5L规范及中石油中石化通用技术条件要求。
3)采用中薄板坯短流程连铸连轧生产工艺轧制厚度规格超过20mm的板卷，可显著节能降耗，降低生产成本，提高生产效率。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步说明：
一种超厚规格X52管线钢热轧卷板，钢中化学成分按重量百分比计含有：C0.060％～0.070％、Si 0.15％～0.25％、Mn 1.40％～1.50％、Nb 0.034％～0.050％、Ti0.008％～0.022％、Cr 0.11％～0.17％、Al 0.015％～0.045％、P≤0.02％、S≤0.008％、N≤0.008％，且Pcm≤0.17％，其余为Fe和不可避免的杂质。
卷板的屈服强度Rt0.5为430～510MPa、抗拉强度Rm为520～620MPa、延伸率A50mm≥44％，0℃单值夏比冲击功Akv≥256J，硬度值≤210HV10，产品实物厚度方向组织均匀。
卷板成品厚度≥20mm。
一种超厚规格X52管线钢热轧卷板的生产方法，其生产工艺流程涉及：铁水预处理—转炉冶炼—炉外精炼(LF+钙处理)—连铸—板坯加热－轧制－层流冷却—卷取；
1)转炉冶炼采用顶吹或顶底复合吹炼；炉外精炼采用LF炉轻脱硫处理及进行钙处理，以控制夹杂物形态和提高钢的延展性、韧性和冷弯性能；连铸采用动态轻压下的方式，以提高连铸板坯的质量，所得铸坯厚度＜200mm，其凝固冷却速率远远大于传统的厚板坯，二次枝晶间距大幅度减小；
2)连铸板坯在500～850℃温度直接进行热装炉加热，连铸板坯经步进式加热炉加热至1120～1180℃出炉，随后经粗轧及精轧机组两阶段控制轧制，粗轧的终轧温度为980～1010℃，精轧开轧温度≤1000℃，终轧温度为820～880℃，随后采用层流冷却方式以12.4～18.3℃/s的速度进冷却，在560～600℃进行卷取。
本发明采用较高温卷取，最高可达600℃，减小卷取机负载，生产控制难度低。采用相对较低的加热温度(1120～1180℃)，可降低铸坯组织粗大倾向；采用厚度小于200mm的薄板坯(170mm)，热装入加热炉，生产20mm厚以上X52热轧卷板，有效提高生产效率。采用Nb-Cr复合添加的合金设计，结合低温加热、高温卷取的生产工艺，产品实物性能可达X60(Rt0.5≥415MPa)级别，产品厚度方向组织均匀性较好，同时冲击韧性良好。
下面通过实施例对本发明做进一步的描述。本发明钢实施例的化学成分见表1，本发明钢实施例的轧制工艺制度见表2，本发明钢实施例的力学性能见表3。
表1本发明钢实施例的化学成分(wt％)
实施例 C Si Mn P S Nb Ti Cr Al N
1 0.068 0.20 1.46 0.011 0.006 0.037 0.015 0.15 0.035 0.0080
2 0.063 0.21 1.49 0.011 0.008 0.050 0.022 0.17 0.045 0.0030
3 0.061 0.25 1.50 0.013 0.004 0.041 0.015 0.15 0.015 0.0041
4 0.070 0.20 1.40 0.011 0.005 0.034 0.016 0.11 0.035 0.0038
5 0.070 0.19 1.41 0.020 0.003 0.040 0.016 0.15 0.026 0.0041
6 0.060 0.15 1.48 0.012 0.004 0.045 0.008 0.14 0.030 0.0042
表2实施例钢工艺制度
Figure BDA0002225416580000051
表3实施例钢力学性能
Figure BDA0002225416580000052
注：拉伸试验和夏比冲击试验试样的取样方向均与轧制方向成30°方向。

Claims (3)

1.一种超厚规格X52管线钢热轧卷板，其特征在于，钢中化学成分按重量百分比计含有：C 0.060％～0.068％、Si 0.15％～0.25％、Mn 1.40％～1.50％、Nb 0.034％～0.037％、Ti 0.008％～0.022％、Cr 0.11％～0.17％、Al 0.015％～0.045％、P≤0.02％、S≤0.008％、N≤0.008％，且Pcm≤0.17％，其余为Fe和不可避免的杂质；
所述的超厚规格X52管线钢热轧卷板的生产方法，其生产工艺流程涉及：铁水预处理—转炉冶炼—炉外精炼—连铸—板坯加热－轧制－层流冷却—卷取；
1)转炉冶炼采用顶吹或顶底复合吹炼；炉外精炼采用LF炉轻脱硫处理及进行钙处理；连铸采用动态轻压下的方式，所得铸坯厚度＜200mm；
2)连铸板坯在500～850℃温度直接进行热装炉加热，连铸板坯经步进式加热炉加热至1152～1180℃出炉，随后经粗轧及精轧机组两阶段控制轧制，粗轧的终轧温度为986～1010℃，精轧开轧温度963～1000℃，终轧温度为850～880℃，随后采用层流冷却方式以12.4～18.3℃/s的速度进冷却，在560～600℃进行卷取。
2.根据权利要求1所述的一种超厚规格X52管线钢热轧卷板，其特征在于，卷板的屈服强度Rt0.5为430～510MPa、抗拉强度Rm为520～620MPa、延伸率A50mm≥44％，0℃单值夏比冲击功Akv≥256J，硬度值≤210HV10。
3.根据权利要求1所述的一种超厚规格X52管线钢热轧卷板，其特征在于，卷板成品厚度≥20mm。
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