CN112322875B

CN112322875B - 一种卷曲炉生产3-8mm超薄规格和超低温条件下使用的X70管线钢板的方法

Info

Publication number: CN112322875B
Application number: CN202011076531.0A
Authority: CN
Inventors: 石艾来; 许晓红; 白云; 苗丕峰; 林涛; 孙宪进; 诸建阳
Original assignee: Jiangyin Xingcheng Special Steel Works Co Ltd
Current assignee: Jiangyin Xingcheng Special Steel Works Co Ltd
Priority date: 2020-10-10
Filing date: 2020-10-10
Publication date: 2022-05-06
Anticipated expiration: 2040-10-10
Also published as: CN112322875A

Abstract

本发明涉及卷曲炉生产3‑8mm超薄规格和超低温条件下使用的X70管线钢板的方法，流程：KR铁水预处理—BOF冶炼—LF精炼—RH真空脱气—150mm厚度连铸坯连铸—连铸坯加罩缓冷—连铸坯检查清理—铸坯加热—高压水除鳞—轧制—ACC冷却—矫直—钢板剪切—检验入库工艺步骤，制造3‑8mm超薄规格和超低温条件下使用的X70M管线钢板。钢板屈服强度为500～630MPa，抗拉强度为580～750MPa，延伸率为≥30％，屈强比Rt_0.5/Rm≤0.90，产品能够达到‑80℃夏比冲击功≥100J及‑50℃落锤剪切面积≥95％的超低温条件下X70M级管线用钢的使用要求。

Description

一种卷曲炉生产3-8mm超薄规格和超低温条件下使用的X70管线钢板的方法

技术领域

本发明涉及X70管线钢的制造方法，尤其涉及该钢板3-8mm超薄规格和超低温条件下的制造方法。

背景技术

能源供给关系发生了变化会引导新的石油天然气管道工程的建设，带动了管线钢市场需要量的攀升，同时对其综合性能的要求也越来越高。为了满足长输及存储的需求，需要大量的不同钢级及规格的管线钢，特别是对于高寒地带的管道、城市管网、压气站、输配气站、储备库等设施，则需要用到符合超低温服役要求的管线钢，这些地区最低气温可达到-50℃。目前，现有的管线钢研究主要集中在主管线路的厚规格管线钢的研发，很少涉及薄规格尤其是10mm及以下超薄规格管线钢的研究，一方面是由于薄规格管线钢的生产难度(板型控制难度)极大，另外一方面就是超薄钢板的低温性能难以保证，但薄规格管线钢恰恰是建设城市管网的重要材料，对于这种超薄规格及超低温条件下使用的管线钢目前仍然依赖卷取炉来生产，并且对坯料、卷轧及控轧控冷要求极高。

目前，一些薄规格的管线钢板也采用低碳成分+卷轧的工艺生产，但难以保证超低温的性能要求，主要原因有1)、非抗酸的薄规格低碳类型的管线钢板一般Mn含量高，容易产生中心偏析；2)、基于成本考虑在炼铁-炼钢-连铸方面也没有抗酸管线钢对P,S 含量的控制要求高，容易产生中心偏析及带状组织；以上生产情况会极大影响超薄管线钢板的内部组织和超低温性能。如专利公告号CN102230143A的专利文献公开了一种基于炉卷轧机生产的高强韧性管线钢及其生产工艺，各项性能可满足标准使用要求，但标准的冲击韧性要求只有-27℃冲击功≥40J和0℃落锤剪切面积≥85％要求，无法满足超低温环境下的使用要求；如专利公告号CN103599928A和CN102266866A公开的一种炉卷轧机轧制专用管线钢的生产方法和一种单机架炉卷轧机热轧管线钢的生产工艺，这两专利中都未涉及元素成分，卷轧+控轧控冷工艺未与元素成分进行匹配，难以预测产品在冲击韧性和落锤方面能够满足超低温条件下的服役要求。

发明内容

本申请的目的是要提供一种用卷取炉生产3-8mm厚度规格和超低温条件下使用的X70管线钢板的方法，元素成分采用低碳+微合金设计，制备方法采用卷轧+控轧控冷工艺，所制备的X70钢板可满足-80℃夏比冲击功≥100J及-50℃落锤剪切面积≥95％的超低温服役要求。

本发明的技术方案为：一种卷曲炉生产3-8mm超薄规格和超低温条件下使用的X70管线钢板的方法，包括如下步骤

(1)钢水冶炼：按照质量百分比：C 0.05～0.09％；Si 0.20～0.40％；P≤0.008％；S ≤0.001％；Mn 1.50～1.70％；Al 0.02～0.04％；Nb 0.02～0.05％；V≤0.10％；Cr+Cu：0.10～0.30％；Mo≤0.08％；Ni≤0.10％；Ti 0.01～0.02％；Ceq≤0.40，Ceq＝C+Mn/6+ (Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15；余量为Fe及不可避免的杂质的元素组分冶炼钢水；

(2)将钢水铸造成连铸坯，将缓冷后的连铸坯入炉再加热到1100～1220℃，让组织完全奥氏体化，出炉后准备轧制；

(3)第一阶段轧制，在再结晶区轧制，开轧温度1000-1100℃，累计总压下率≥70％，让奥氏体晶粒彻底破碎；

(4)第二阶段轧制，在未再结晶区轧制，开轧温度按照回归公式：精轧开轧温度＝1544+0.16×Ar₃-0.00122Ar₃×Ar₃进行推算，为了避免精轧在两相区轧制必须保证精轧终轧温度≥Ar₃，Ar₃＝910-310C-80Mn-20Cu-15Cr-55Ni+0.35(h-8)进行推算,h为钢板的生产厚度，根据当前钢板的生产厚度h对当前钢板精轧的开轧和终轧温度进行修正，精轧累计总压下率≥60％；

(5)精轧最后3-5道次采用卷轧(由钢板成品厚度确定卷轧道次数)，卷曲炉的炉温：A_C3≥炉温≥Ar₃的上限值+50℃/温度补偿，其中A_C3＝910-203C^1/2+44.7×Si-15.2× Ni+31.5×Mo+104×V+13.1×W,式中元素代表元素的百分含量，该炉温等同于对超薄规格钢板在卷轧的同时进行了“亚临界正火”，让超薄规格钢板的内部组织更加均匀，减轻中心偏析和带状组织，卷轧的累计总压下率≥30％，轧制钢板生产厚度；

(6)轧后钢板进入ACC在线快速冷却，冷速控制在8-15℃/s，出水温度500-600 ℃，出水后空冷。

优选地，步骤(2)连铸坯的厚度为150mm以上。

优选地，步骤(4)中，Ar₃的较优取值范围：740～770℃，精轧的开轧温度：950-1000℃。

优选地，步骤(5)中，A_C3＝860～890℃，卷取炉的炉温：820℃-860℃。

优选地，步骤(1)中，钢水的冶炼过程包括KR铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、RH 真空脱气，并在KR铁水预处理提前脱S,有利于后续S含量控制，有助于减少硫化物的偏析。

优选地，步骤(2)中，连铸坯采用加罩堆缓冷，缓冷时间为≥48小时。

本申请针对X70超薄管线钢，采用低C+(Nb、Cr、Ti)等微合金元素的元素成分设计，通过采用低C来降低碳当量，改善焊接性能、超低温性能。本发明中所含有的各元素成分作用及其含量设置理由具体说明如下：

C：C是钢中最经济、最基本的强化元素，通过固溶和析出强化来提高钢的强度，但对钢的冲击韧性、落锤性能及焊接性能带来不利影响，例如：C过高，冲击韧性、落锤性能及焊接性差；C过低，强度变低；综合考虑，本发明C含量选择范围为0.05-0.09％。

Si：钢中加入Si，可以强化铁素体，提高强度、弹性极限和淬透性，但是Si使钢中的过热敏感性、裂纹倾向增大。综合考虑，本发明Si含量的范围确定为0.2-0.4％。

Mn：通过固溶强化提高钢的强度，是管线钢中弥补因C含量降低而引起强度损失的最主要的元素，Mn同时还是扩大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，降低韧脆性转变温度，Mn也是提高钢的淬透性元素。考虑到检验过程中发现Mn偏析对超薄管线钢韧性产生不利影响，同时兼顾到强度要求，本发明中Mn含量设计在1.5～1.7％范围。

Al：脱氧元素，可通过形成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：是现代微合金化钢，特别是低合金钢中最主要的微合金化元素之一，对晶粒细化的作用非常明显，能够提高强度而不损害韧性，但Nb的成本较高，同时有资料和试验检测显示Nb过高会使钢板的焊接性能下降，综合考虑，本发明Nb含量的选择范围为 0.02-0.05％。

Cr、Cu：Cr能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀能力，Cr能在钢表面形成致密的氧化膜，提高钢的钝化能力，但同时降低低温冲击韧性；Cu能提高耐大气腐蚀能力，可以改善材料的耐腐蚀性能，但加入Cu过多后，钢有热脆倾向，综合考虑，本发明采用Cr、Cu 复合添加，总含量的范围确定为0.10～0.30％。

Ti：固氮元素，0.02％的Ti就可以固定钢中60ppm以下的N，并通过形成TiN起到析出强化和细晶强化的作用，有效细化晶粒。但Ti含量过多容易出现粗大的析出相，对韧性不利，综合考虑，本发明Ti含量的选择范围为0.01-0.02％。

结合元素设计，本申请采用控轧控冷+卷轧相结合的成型工艺，卷轧安排在精轧的末几道次完成，以期获得超薄X70管线钢的超低温性能。

对于高钢级+超薄规格的钢板轧制成型，在后期成型的每道次轧制都会造成温度的显著降低，因此超薄规格的钢板都依赖卷曲炉的卷轧。精轧+卷轧是薄规格钢板成型的关键，若工艺温度设置不当，会造成薄规格钢板在变形过程中出现温差而导致不均匀性，甚至出现明显的带状组织和偏析现象，这是薄规格钢板特有的生产难度，生产厚度越小，生产难度越大。所以，精轧的开轧温度在设置时必须考虑生产厚度h的影响，本申请发明人基于大量实践，从众多试验数据中总结出精轧开轧温度的可靠经验公式1544+0.16 ×Ar₃-0.00122Ar₃×Ar₃，用于指导实践。同样地，卷轧之前的精轧的终轧温度在设置时也应当考虑薄规格钢板的厚度的影响，本申请中，精轧终轧温度应不低于Ar₃， Ar₃＝910-310C-80Mn-20Cu-15Cr-55Ni+0.35(h-8)，精轧累计道次压下率≥55％，确保变形能够深入到钢板中心及获得更加细化的晶粒。

卷轧时，卷曲炉炉温设置为A_C3≥炉温≥Ar₃上限值+50℃/温度补偿， A_C3＝910-203C^1/2+44.7×Si-15.2×Ni+31.5×Mo+104×V+13.1×W,A_C3＝860～890℃)，该炉温等同于对超薄规格钢板在轧制时进行“亚临界正火”，让超薄规格钢板在卷轧时内部组织更加均匀，减轻中心偏析和带状组织，如图3和图4所示，本申请超薄规格X70 钢板无肉眼可见的中心偏析和带状组织，使钢板获得良好的超低温性能，并能够替代需要热处理的超薄规格钢板。

与现有技术相比，本发明的优点在于：所制备的钢板屈服强度为500～630MPa，抗拉强度为580～750MPa，延伸率为≥30％，屈强比Rt_0.5/Rm≤0.90，产品能够达到-80℃夏比冲击功≥100J及-50℃落锤剪切面积≥95％的超低温条件下X70M级管线用钢的使用要求。

本申请首次通过控制卷取炉炉温(“亚临界正火”)的方式来生产有超低温性能要求的高等级超薄管线钢板；针对此类超薄钢板首次将钢板在轧制过程中加热到“亚临界正火”温度范围，能够使钢板的内部组织更加均匀，极大的减轻超薄规格钢板中心偏析和带状组织，使钢板获得良好的内部组织和超低温性能，并能够替代需要常规热处理的超薄规格同类钢板。

附图说明

图1为本发明5.8mm厚度钢板的落锤断口照片；

图2为本发明7.5mm厚度钢板的落锤断口照片；

图3为本发明5.8mm厚度钢板的显微组织图，金相为针状铁素体为主+少量粒贝；

图4为本发明7.5mm厚度钢板的显微组织图，金相为针状铁素体为主+少量粒贝。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细描述，所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1-2

实施例1-2：

根据本发明的化学成分范围及制造方法，经KR铁水预处理—BOF冶炼—LF精炼—RH真空脱气—150mm厚度连铸坯连铸—连铸坯加罩缓冷—连铸坯检查清理—铸坯加热—高压水除鳞—轧制—ACC冷却—矫直—钢板剪切—检验入库工艺步骤，制造 3-8mm超薄规格和超低温条件下使用的X70M管线钢板。

上述加热、轧制、冷却的具体工艺为：将150mm厚度连铸坯加热至1200℃，均热段保温35min(实施例1)或150mm厚度连铸坯加热至1200℃，均热段保温45min(实施例2)，连铸坯出炉后使用高压水除鳞；然后进行两阶段轧制，第一阶段开轧温度 1080-1100℃，累计综合压下率≥73.8％，中间坯厚度20mm(实施例1)或第一阶段开轧温度1030-1080℃，累计综合压下率≥71.6％，中间坯厚度29mm(实施例2)；第二阶段开轧温度为990℃，卷取炉炉温845℃-860℃，累计道次压下率70.5％，卷取炉累计道次压下率38.5％(实施例1)或第二阶段开轧温度970℃，卷取炉炉温825℃-850℃，累计道次压下率74.1％，卷取炉累计道次压下率41.5％(实施例2)，最终钢板厚度为5.8mm (实施例1)和7.5mm(实施例2)；轧后进行快速冷却，冷速11℃/s，出水温度560℃ (实施例1)和冷速13℃/s，出水温度540℃(实施例2)；然后热矫直；热矫直后钢板进行空冷。

试验钢板的力学性能见表2；钢板的落锤断口情况见图片1和图2；显微组织如图3和图4所示。

表1实施例1和2中管线用钢板的化学成分(wt.％)

实例	C	Si	Mn	P	S	Al	Nb	Ti	Cr+Cu	Ceq
											1	0.07	0.27	1.67	0.007	0.0009	0.031	0.34	0.015	0.24	0.39
2	0.07	0.26	1.68	0.006	0.0008	0.032	0.35	0.016	0.25	0.39

Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15

表2实施例1和2中管线用钢板的力学性能

Claims

1.一种卷曲炉生产3-8mm超薄规格和超低温条件下使用的X70管线钢板的方法，其特征在于：包括如下步骤

(1)钢水冶炼：按照质量百分比：C 0.05～0.09％；Si 0.20～0.40％；P≤0.008％；S≤0.001％；Mn 1.50～1.70％；Al 0.02～0.04％；Nb 0.02～0.05％；V≤0.10％；Cr+Cu：0.10～0.30％；Mo≤0.08％；Ni≤0.10％；Ti 0.01～0.02％；Ceq≤0.40，Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15；余量为Fe及不可避免的杂质的元素组分冶炼钢水；

(5)精轧最后3-5道次采用卷轧，卷曲炉的炉温：A_C3≥炉温≥Ar₃的上限值+50℃/温度补偿，其中A_C3＝910-203C^1/2+44.7×Si-15.2×Ni+31.5×Mo+104×V+13.1×W,式中元素代表元素的百分含量，该炉温等同于对超薄规格钢板在卷轧的同时进行了“亚临界正火”，让超薄规格钢板的内部组织更加均匀，减轻中心偏析和带状组织，卷轧的累计总压下率≥30％，轧制钢板生产厚度；

(6)轧后钢板进入ACC在线快速冷却，冷速控制在8-15℃/s，出水温度500-600℃，出水后空冷。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(2)连铸坯的厚度为150mm以上。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤(4)中，Ar₃：740～770℃，精轧的开轧温度：950-1000℃。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(5)中，A_C3＝860～890℃。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：步骤(5)中，卷取炉的炉温：820℃-860℃。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(1)中，钢水的冶炼过程包括KR铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、RH真空脱气。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(2)中，连铸坯采用加罩堆缓冷，缓冷时间为≥48小时。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所制得的钢板屈服强度为500～630MPa，抗拉强度为580～750MPa，延伸率为≥30％，屈强比Rt_0.5/Rm≤0.90，产品能够达到-80℃夏比冲击功≥100J及-50℃落锤剪切面积≥95％的超低温条件下X70M级管线用钢的使用要求。