CN111455267A

CN111455267A - 一种高强韧性j55热轧钢带及其生产方法

Info

Publication number: CN111455267A
Application number: CN202010153004.9A
Authority: CN
Inventors: 柯雪利; 陈建新; 蔡恒忠; 黄玉鸿; 刘光穆; 周春泉; 李存旺; 邓广瑜
Original assignee: Guangxi Shenglong Iron and Steel Materials Research Institute; Guangxi Shenglong Metallurgical Co Ltd
Current assignee: Guangxi Shenglong Iron and Steel Materials Research Institute; Guangxi Shenglong Metallurgical Co Ltd
Priority date: 2020-03-06
Filing date: 2020-03-06
Publication date: 2020-07-28

Abstract

本申请提供了一种高强韧性J55热轧钢带，高强韧性J55热轧钢带包含以下化学组成按重量百分含量为：C 0.15％‑0.21％，Si 0.10％‑0.20％，Mn 0.80％‑1.00％，P≤0.020％，S≤0.005％，Ti 0.030‑0.045％，Al 0.010‑0.040％，Ca 0.001‑0.004％,余量为Fe和不可避免的杂质。本申请提供的高强韧性J55热轧钢带及其制备方法的有益效果在于：与现有技术相比，本发明的优点是，采用Ti微合金化降低了合金成本，并且采用较高的终轧温度、轧后超快冷+层冷前段冷却、控制层冷中间温度，避免了轧制及随后冷却阶段先共析铁素体的析出，强化析出强化+细晶效果。带状组织≤2.5级，各类非金属夹杂≤2.0级，晶粒度≥11.0级；抗拉强度≥540MPa，屈服强度420‑520MPa，延伸率≥26％，0℃条件下纵向冲击功≥120J、横向冲击功≥100J，碳当量≤0.40％，具有良好的焊接性能和综合强韧性。

Description

一种高强韧性J55热轧钢带及其生产方法

技术领域

本申请属于钢铁冶炼技术领域，尤其涉及一种高强韧性J55热轧钢带及其生产方法。

背景技术

石油套管是油井管的一种，是石油钻探行业用的主要器材之一，由于井下受力状态复杂，拉、压、弯、扭应力综合作用于管体，这对套管本身提出了较高的要求：高强度、高抗挤毁性、高韧性、高的螺纹连接强度。与无缝石油套管相比，采用热轧钢带通过高频直缝焊接制造石油套管其优势在于：抗挤压性能强、韧性高、射孔不开裂、尺寸精度高等优点。

高频直缝焊石油套管对热轧原料钢带要求：综合强韧性好、良好的焊接性能、高的尺寸精度和良好的表面质量等。一般而言，国内钢企目前生产高频直缝焊J55石油套管用热轧钢带普遍采用中碳锰加Nb、V微合金化或中碳锰加 Nb+V、Nb+Ti复合微合金化的成分设计，在随后的轧制过程中通过控制加热温度、终轧温度和卷取温度的工艺来满足J55套管用钢的性能要求。钢企生产J55 热轧钢带供应钢管厂，钢管厂通过高频直缝焊接工艺制成钢管，J55热轧钢带生产及随后制管中存在问题：(1)普遍采用Nb、V、及复合微合金化，而Nb、V属于贵重金属价格较高，特别是近年来V合金价格突飞猛涨，更加剧了J55 热轧钢带和钢管的成本；(2)由于钢中夹杂物含量没有严格控制、带状组织级别较大、纵横向韧性差异等因素，套管焊接生产过程中焊接接头及热影响区冲击功波动很大、韧脆转变温度升高，这些对套管的井下使用寿命和油田安全性影响很大。因此，急需一种成本低、强韧性高的钢带。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种高强韧性J55热扎带带钢及其制造方法，以解决现有技术中存在的生产成本高、强韧性低的技术问题。

为实现上述目的，本申请采用的技术方案是：提供一种高强韧性J55热轧钢带，包含以下化学组成按重量百分含量为：C 0.15％-0.21％，Si 0.10％-0.20％， Mn 0.80％-1.00％，P≤0.020％，S≤0.005％，Ti 0.030-0.045％，Al 0.010-0.040％， Ca 0.001-0.004％,余量为Fe和不可避免的杂质。

上述的技术方案中，不添加Nb的热轧钢带合金成本显著降低，采用Ti微合金化取消Nb、V合金，在保证钢的性能同时能有效降低钢的合金成本。

可选地，所述热轧钢带的带状组织≤2.5级，各类非金属夹杂≤2.0级，晶粒度≥11.0级。

可选地，所述热轧钢带的抗拉强度≥540MPa，屈服强度为420-520MPa，延伸率≥26％，0℃条件下纵向冲击功≥120J、横向冲击功≥100J，碳当量≤0.40％。

本发明的另一方面，提供了一种如上所述的高强韧性J55热轧钢带的生产方法，所述生产方法包括如下工艺步骤：高炉铁水冶炼——铁水预处理——转炉冶炼——LF炉精炼——连铸——加热——粗轧——精轧——超快冷——层流冷却——卷取。上述的技术方案，采用较高的终轧温度、轧后超快冷+层冷前段冷却、控制层冷中间温度，避免了轧制及随后冷却阶段先共析铁素体的析出，强化析出强化+细晶效果。

可选地，所述连铸工艺中，出站钢水温度控制1560-1575℃；连铸过程全程保护浇铸，控制连铸钢水过热度15-30℃，稳定拉速1.1-1.3米/min，全程动态轻压下以减少铸坯中心偏析和枝晶偏析。

可选地，所述加热工艺中，加热温度为1200-1240℃；所述粗轧工艺中，粗轧开轧温度为1150-1200℃。上述的技术方案，Ti在高温钢水中与N结合生成TiN在加热过程能有效阻止奥氏体晶粒长大，提升细晶强化效果。

可选地，所述精轧工艺中，精轧开轧温度1040-1060℃，终轧温度 860-880℃。上述的技术方案，在高温阶段抑制了TiC的析出，使得TiC第二相粒子可以在较低温度区域细小弥散析出，提高了Ti的强化效果；减少了铁素体晶粒尺寸长大速度，使得细晶强化效果更加明显。

可选地，所述超快冷工艺中，所述超快冷的冷却温度为700-750℃，所述超快冷的冷却速度为50-70℃/S。通过采用上述的制备方案，轧后快冷到750℃以下，以TiC形式在铁素体晶界或晶内细小弥散析出，析出强化效果明显，同时改善钢的焊接性能。

可选地，所述层流冷却工艺中，采用前端冷却模式，控制层冷中间温度为 600-650℃。

可选地，所述卷取工艺中，控制卷取温度为590-610℃。

本申请提供的高强韧性J55热轧钢带及其制备方法的有益效果在于：与现有技术相比，本发明的优点是，采用Ti微合金化降低了合金成本，并且采用较高的终轧温度、轧后超快冷+层冷前段冷却、控制层冷中间温度，避免了轧制及随后冷却阶段先共析铁素体的析出，强化析出强化+细晶效果。带状组织≤2.5 级，各类非金属夹杂≤2.0级，晶粒度≥11.0级；抗拉强度≥540MPa，屈服强度420-520MPa，延伸率≥26％，0℃条件下纵向冲击功≥120J、横向冲击功≥ 100J，碳当量≤0.40％，具有良好的焊接性能和综合强韧性。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

下面结合具体实施方式，对本发明做进一步描述：

本实施例中，具体的生产工艺流程：铁水——铁水预处理——转炉(顶底复吹)——LF炉精炼(+钙处理+软吹)——连铸——加热炉——粗轧——精轧——超快冷+层流冷却——卷取——检验——打包入库。

相对目前生产工艺流程，本发明在工艺流程上结合企业生产线配置，在精轧后增加“超快冷”冷却段和后续层流冷却相结合，能够最大限度提高细晶强化和析出强化效果。本实施例的配方成分设计，详情见表1：

表1

本发明采用单以Ti微合金化，能有效降低钢的合金成本。Ti在高温钢水中与N结合生成TiN在加热过程能有效阻止奥氏体晶粒长大，轧后快冷到750℃以下，以TiC形式在铁素体晶界或晶内细小弥散析出，析出强化效果明显。其次Ti 还能改善钢的焊接性能。

本发明的连铸工序工艺过程控制：铁水预处理后的[S]含量小于0.003％；转炉终点[P]含量小于0.015％；LF精炼结束前喂入Ca线进行夹杂物变形处理, 精炼出站成分控制：S≤0.005％,Ca/Al 0.08-0.14；软吹6分钟后静置5分钟以上，出站钢水温度控制1560-1575℃；连铸过程全程保护浇铸，控制连铸钢水过热度15-30℃，稳定拉速1.1-1.3米/min，全程动态轻压下以减少铸坯中心偏析和枝晶偏析。

轧制厚度规格不大于16mm，轧制工序工艺参数控制如表2所示：

表2

①在热轧过程工艺参数设置上适当提高终轧温度，避免轧制阶段先共析铁素体的析出；

②精轧结束后层冷前进行超快速冷却，冷却速度50-70℃/S，将钢卷温度快速冷却到750℃以下；

③层冷采用前端冷却模式，控制层冷中间温度600-650℃；

④采用590-610℃较低的卷取温度；

本实施例采用上述①②③④工艺控制的目的：一是减轻带状组织；二

是避免TiC在较高温度下析出长大、使钢中TiC第二相粒子能在较低温度

下均匀细小弥散析出；三是为获得细小均匀的铁素体组织；这样可以得到

最佳的细晶强化、析出强化效果。

钢带成品金相组织控制：铁素体：珠光体(F+P)体积比＝75％～80％：20％～25％，晶粒度≥11级，带状组织≤2.5。夹杂物含量控制见表3：

表3

通过上述工艺措施，J55钢带成品性能稳定控制在：屈服强度420-520MPa、抗拉强度≥540MPa、延伸率≥26％，0℃冲击功(轧制横向)Akv≥100J，0℃冲击功(轧制方向)Akv≥120J。

本申请提供的高强韧性J55热轧钢带及其制备方法的有益效果在于：与现有技术相比，1)合金成本显著降低，采用Ti微合金化取消Nb、V合金，在保证钢的性能同时能有效降低钢的合金成本；(2)析出强化+细晶强化效果更加明显，采用较高的终轧温度、轧后超快冷+层冷前段冷却、控制层冷中间温度，其效果：避免了轧制及随后冷却阶段先共析铁素体的析出；高温阶段抑制了TiC 的析出，使得TiC第二相粒子可以在较低温度区域细小弥散析出，提高了Ti 的强化效果；减少了铁素体晶粒尺寸长大速度，使得细晶强化效果更加明显；(3)由于得到均匀细小的组织且带状组织明显改善，冲击功和冲击韧脆转变温度得到显著改善；(4)良好的焊接性能，由于加入了适量的Ti，其高熔点细小N、C化物在钢中析出，能有效阻止焊接过程晶粒长大；(5)焊接接头(高频电阻焊)和热影响区性能明显改善，由于控制了钢的夹杂物含量和带状组织，使得焊接接头和热影响区冲击韧性得到明显提高，和母材韧性差异显著缩小； (6)钢的各向性能得到改善，纵横向冲击功值差异控制在20％以内。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种高强韧性J55热轧钢带，其特征在于，包含以下化学组成按重量百分含量为：C0.15％-0.21％，Si 0.10％-0.20％，Mn 0.80％-1.00％，P≤0.020％，S≤0.005％，Ti0.030-0.045％，Al 0.010-0.040％，Ca 0.001-0.004％,余量为Fe和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的高强韧性J55热轧钢带，其特征在于，所述热轧钢带的带状组织≤2.5级，各类非金属夹杂≤2.0级，晶粒度≥11.0级。

3.根据权利要求2所述的高强韧性J55热轧钢带，其特征在于，所述热轧钢带的抗拉强度≥540MPa，屈服强度为420-520MPa，延伸率≥26％，0℃条件下纵向冲击功≥120J、横向冲击功≥100J，碳当量≤0.40％。

4.一种如权利要求1到3中任一项所述的高强韧性J55热轧钢带的生产方法，其特征在于，所述生产方法包括如下工艺步骤：高炉铁水冶炼——铁水预处理——转炉冶炼——LF炉精炼——连铸——加热——粗轧——精轧——超快冷——层流冷却——卷取。

5.根据权利要求4所述的高强韧性J55热轧钢带的生产方法，其特征在于，所述连铸工艺中，出站钢水温度控制1560-1575℃；连铸过程全程保护浇铸，控制连铸钢水过热度15-30℃，稳定拉速1.1-1.3米/min，全程动态轻压下以减少铸坯中心偏析和枝晶偏析。

6.根据权利要求5所述的高强韧性J55热轧钢带的生产方法，其特征在于，所述加热工艺中，加热温度控制1200-1240℃；所述粗轧工艺中，粗轧开轧温度为1150-1200℃。

7.根据权利要求6所述的高强韧性J55热轧钢带的生产方法，其特征在于，所述精轧工艺中，精轧开轧温度1040-1060℃，终轧温度860-880℃。

8.根据权利要求7所述的高强韧性J55热轧钢带的生产方法，其特征在于，所述超快冷工艺中，所述超快冷的冷却温度为700-750℃，所述超快冷的冷却速度为50-70℃/S。

9.根据权利要求8所述的高强韧性J55热轧钢带的生产方法，其特征在于，所述层流冷却工艺中，采用前端冷却模式，控制层冷中间温度为600-650℃。

10.根据权利要求9所述的高强韧性J55热轧钢带的生产方法，其特征在于，所述卷取工艺中，控制卷取温度为590-610℃。