CN111235479B - 一种经济型管线钢的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种经济型管线钢的制造方法，所涉及管线钢的元素组合按wt％计量为C 0.075‑0.090，Si 0.3‑0.4，Mn 1.75‑1.90，Al 0.02‑0.04，Nb 0.01‑0.025，Ti 0.02‑0.03，[N]0.004‑0.007，S≤0.003，P≤0.015，余量为Fe及不可避免的杂质元素。制造方法包括BOF转炉冶炼—RH/VD真空脱气—150mm连铸坯—连铸坯检查清理热送加热炉—铸坯加热(保证待温时间)—高压水除鳞—轧制—ACC冷却等。本发明能够获得针状铁素体+多边形铁素体混合组织，屈服强度≥485MPa，抗拉强度≥570MPa，延伸率≥30％，‑40℃冲击功≥200J。

Description

一种经济型管线钢的制造方法

技术领域

本发明属于铁基合金钢技术领域，具体涉及管线钢的制造方法。

背景技术

管线钢板主要用于生产长输管线项目或城市管网项目中输油输气输水用管道用钢管，根据项目不同所需的材料不同，通常需要良好低温韧性、较高的强度和可焊性。目前，管线钢板的主流设计为低碳加Nb、V、Ti、Cr、Ni、Mo等微合金化元素，通过BOF+LF+RH精炼得到高纯净钢水，为保证压缩比，连铸坯厚度尺寸通常在200-300mm之间；连铸坯一般进行堆缓冷扩氢处理后，进行冷坯装炉加热，加热时间一般在10-11min×连铸坯厚度；然后进行轧制、检验和入库。传统方法中没有区分具体工程需求，过分考虑质量富余量，导致生产成本过高，质量富余量过大，经济性较差。

专利公告号CN105132833B中提出一种经济型高强度海底管线钢及生产方法，通过去掉少量的Mo降低生产成本，但是采用了较高的Nb含量，达到0.05-0.07％，成本依旧很高；同时降低了Mn含量，综合合金成本仍旧很高。同时，冶炼工艺采用BOF+LF+RH，轧制上并未说明热送，加热时间也过长。

专利申请号为CN201410092713.5的文献，公开了“一种经济型X70石油天然气管线钢及其生产方法”，其采用中低C、较高Mn，并添加Cr、Nb、V、Ti等合金元素的成分设计，结合中厚板TMCP工艺生产高强度X70管线钢的制造方法，微合金元素含量仍较高，同时Mn元素的范围较低，综合合金成本较高。

发明内容

本发明的目的在于通过钢板制造流程进行重新设计，提供一种经济型管线钢板的制造方法，其中经济型主要是通过制造方法的调整来降低钢板的合金原料成本。

本发明的经济型管线钢的元素组合按wt％计量为C 0.075-0.090，Si 0.3-0.4，Mn1.75-1.90，Al 0.02-0.04，Nb 0.01-0.025，Ti 0.02-0.03，[N]0.004-0.007，S≤0.003，P≤0.015，余量为Fe及不可避免的杂质元素。最终，成品钢板的金相组织应为多边形铁素体和或针状铁素体。

本发明管线钢所含有元素的作用及其含量设置依据具体说明如下：

C：控轧控冷工艺中影响相变的关键因素，对强度贡献明显，经济性强，但是过高会导致中心偏析严重，韧性下降明显；过低导致强度低，需要添加更多的合金元素弥补强度影响；综合考虑经济性与性能之间的平衡关系，C含量选择范围为0.075-0.090％。

Si：主要脱氧元素，以固溶强化形式提高钢的强度，过低则影响脱氧效果，过高会对表面质量、韧性及焊接性能产生不利影响，综合考虑，本发明Si含量选择范围为0.3-0.4％。

Mn：经济性最好的合金元素，以固溶强化形式提高钢的强度和韧性，Mn过高时需要防止Mn偏析，形成MnS而损害低温冲击韧性，本发明中重点利用Mn的强化作用来抵消贵重合金元素含量降低导致的性能下降，因此Mn的范围为1.75-1.90％；

Al：起脱氧和固氮的作用，并通过形成AlN起到细化晶粒的作用。本发明Al含量的选择范围为0.02-0.04％。

Nb：管线钢中最重要的细晶元素，能够在轧制过程中通过钉扎作用和沉淀强化作用显著细化奥氏体晶粒，提高未再结晶区温度，有利于晶粒细化，强度和韧性的提高。但是合金价格高，明显增加合金成本，综合考虑，本发明Nb含量的选择范围为0.01-0.025％。

Ti：通过形成TiN起到析出强化的作用，有效细化晶粒，经济性好。本发明专利中增加少量的Ti含量，来弥补Nb含量降低导致的晶粒细化效果变差；因此，本发明Ti含量的选择范围为0.02-0.03％。

[N]：作为钢中的主要杂质元素，可与Ti、Al形成细小的Ti(CN)或Al(CN)离子，达到细化晶粒的目的，因此[N]的含量控制在0.004-0.007％。

P、S元素：主要杂质元素，过低导致除杂成本增加，过高会导致产品质量下降，综合考虑，S≤0.003％；P≤0.015％。

本发明在合金成分设计上通过提高碳、锰含量，去掉贵重元素Ni、Mo，降低Nb含量，达到提高元素经济性的设计目的；在此基础上，为弥补晶粒细化效果不足，通过控制N元素含量，加入适量的Ti、Nb，形成弥散分布的(Ti,Nb)(C,N)，TiN在连铸过程中形成，在钢中溶解度极低，在连铸坯二次加热时，未溶解的TiN能够阻碍原奥氏体晶粒的长大，达到细化晶粒的目的。

除了从化学成分上进行经济型设计，本申请还对管线钢钢板的制造方法进行了创新，其目的也是降低生产成本。

本申请的经济型管线钢的制造方法，主要包括如下步骤

(1)在钢水冶炼过程中，采用转炉冶炼(BOF)、RH或VD真空脱气处理得到纯净钢水，钢水浇铸成连铸坯，提高转炉冶炼的出炉温度，让RH或VD真空脱气处理的时候同时完成LF精炼。

(2)连铸坯在线热送，连铸坯进炉温度在800℃以上，在炉时间60-80min，均热段保温温度1150-1220℃，保温时间≥20min；

(3)加热后的连铸坯进行两阶段轧制，第一阶段为粗轧阶段，开轧温度在1000-1100℃，后三道次单道次平均压下率≥25％；第二阶段为精轧阶段，待温厚度为成品厚度的2倍以上即并趋近于成品厚度的2倍，开轧温度为880-900℃，终轧温度820-840℃；粗轧和精轧的待温间隙钢坯经过中间水幕冷却至精轧开轧温度；

(4)钢板轧制结束后进行ACC冷却，开冷温度780-820℃，终冷温度400-450℃，冷速10-20℃/s；

(5)钢板热矫直、剪切、在线探伤、在线表面及尺寸检验、入库。

优选地，所述成品钢板的厚度为6-30mm，连铸坯的厚度为150mm。

上述制造方法，通过BOF+RH/VD，代替BOF+LF+RH/VD精炼工艺，将LF精炼功能与RH/VD精炼功能合并，降低冶炼成本的同时，显著缩短冶炼时间，提高生产效率。连铸坯尺寸采用150mm厚度超薄规格，连铸坯越薄，中心质量越好，偏析少，因此，在含有较高C和Mn的情况下，仍能大大改善连铸坯中心质量。薄规格连铸坯+热装热送工艺，可最大限度的缩短加热时间，减少额外的加热能耗，提高效率；轧制待温间隙采用中间水幕冷却将粗轧后的中间坯快速冷却到精轧开轧温度，缩短轧钢等待时间，提升运转效率。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)与传统工艺相比，钢水冶炼采用BOF+RH(VD)代替传统的BOF+LF+RH(VD)进行冶炼，吨钢节约生产成本50-100元，而且还能达到缩短生产周期，提高生产效率的目的。

(2)本申请适用于6-30mm厚的管线钢，板坯连铸方面采用150mm的薄规格连铸坯，与厚坯相比，拉速快、生产效率高、中心质量好。

(3)连铸坯通过热装热送，大大缩短了坯料入炉加热总时间，减少能耗的同时提高生产效率。

(4)减小精轧待温厚度，在不低于2倍成品厚度的前提下尽可能的降低待温厚度，即显著提高粗轧阶段的变形量，使得粗轧阶段奥氏体晶粒度实现最大程度的细化。同时，再配合中间水幕冷却，减少待温时间，避免晶粒长大，实现从粗轧到精轧的快速轧制。避免待温导致的效率降低。

依据本发明制造方法所获得的钢板，屈服强度≥485MPa，抗拉强度≥570MPa，延伸率≥30％，-40℃冲击功≥200J。具有良好的强度和低温韧性，能够满足输油输水等地方管网用管线钢管的设计和使用要求。

附图说明

图1为本发明实施例1管线钢金相组织图。

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，实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

实施例1：

根据本发明管线钢的制造流程：BOF转炉冶炼—RH/VD真空脱气—150mm连铸坯—连铸坯检查清理热送加热炉—铸坯加热(保证待温时间)—高压水除鳞—轧制—ACC冷却等工艺步骤，制造经济型管线钢板。

上述加热、轧制和缓冷阶段的具体工艺为：将150mm厚度连铸坯加热至1150-1220℃，保温30min，充分奥氏体化，连铸坯出炉后使用高压水除鳞；然后进行两阶段轧制，粗轧阶段开轧温度1080℃，中间坯厚度30mm，后三道次单道次平均压下率26％；中间坯经过中间水幕冷却使钢板快速降温到精轧开轧温度890℃，精轧累计道次压下率50％，终轧温度832℃。轧后进行ACC加速冷却，开冷温度816℃，终冷温度435℃，冷速18℃/s，获得15mm厚的管线钢板。

实施例1钢水化学成分见表1，钢板的力学性能见表2，钢板的微观结构为多边形铁素体和针状铁素体，如图1所示。

表1实施例1中X70钢板的化学成分(wt.％)

实例	C	Si	Mn	P	S	Al	Nb	Ti	[N]
										1	0.08	0.35	1.82	0.015	0.003	0.023	0.02	0.025	0.0055

表2实施例中X70钢板的力学性能8-30mm

Claims (4)

1.一种经济型管线钢的制造方法，其特征在于：所述管线钢的元素组合按wt%计量为C0.075-0.090，Si 0.3-0.4，Mn 1.75-1.90，Al 0.02-0.04，Nb 0.01-0.025，Ti 0.02-0.03，[N] 0.004-0.007，S≤0.003，P≤0.015，余量为Fe及不可避免的杂质元素，所述方法包括如下步骤：

（1）在钢水冶炼过程中，采用转炉冶炼、RH或VD真空脱气处理得到纯净钢水，钢水浇铸成连铸坯；

（2）连铸坯在线热送，连铸坯进炉温度在800℃以上，在炉时间60-80min，均热段保温温度1150-1220℃，保温时间≥20min；

（3）加热后的连铸坯进行两阶段轧制，第一阶段为粗轧阶段，开轧温度在1000-1100℃，后三道次单道次平均压下率≥25%；第二阶段为精轧阶段，待温厚度为成品厚度的2倍以上并趋近于成品厚度的2倍，开轧温度为880-900℃，终轧温度820-840℃；粗轧和精轧的待温间隙钢坯经过中间水幕冷却至精轧开轧温度；

（4）钢板轧制结束后进行ACC冷却，开冷温度780-820℃，终冷温度400-450℃，冷速10-20℃/s；

（5）钢板热矫直、剪切、在线探伤、在线表面及尺寸检验、入库。

2.根据权利要求1所述的经济型管线钢的制造方法，其特征在于：所述成品钢板的厚度为6-30mm，连铸坯的厚度为150mm。

3.根据权利要求1所述的经济型管线钢的制造方法，其特征在于：所述步骤（1）中，提高转炉冶炼的出炉温度，让RH或VD真空脱气处理的时候同时完成LF精炼。

4.根据权利要求1所述的经济型管线钢的制造方法，其特征在于：成品钢板的金相组织应为多边形铁素体和/ 或针状铁素体。

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