CN112375997A - 一种低成本和超低温条件下使用的x70m管线钢板的制造方法 - Google Patents

一种低成本和超低温条件下使用的x70m管线钢板的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种低成本和超低温条件下使用的X70M管线钢板的制造方法，KR铁水预处理—BOF冶炼—RH真空脱气—LF精炼—RH真空脱气—150mm厚度连铸坯连铸—连铸坯检查清理—350～680℃热装热送—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，制造低成本和超低温条件下使用的X70M管线钢板。采用热装热送工艺、超低C、微合金复合添加及控轧控冷工艺生产出的管线钢板，能够满足‑80℃夏比冲击功≥120J和‑20℃落锤剪切面积≥85％的超低温条件下使用要求。

Description

一种低成本和超低温条件下使用的X70M管线钢板的制造方法
技术领域
本发明涉及X70M管线钢板的制造方法。
背景技术
X70M管线钢板，M是表示形变热处理，是指材料的交货状态为热处理状态。石油和天然气是工业化发展的重要能源，是经济发展的血液，为社会的进步提供着动力保障。石油、天然气目前仍然是整个能源的核心，对于这种核心能源，最经济的运输方法是管道运输。从最初的工业管道发展至今，油气管线建设已经历了两个多世纪的发展。早期的输送管线离中心城市较近，地理环境和社会依托条件都较优越。而新发现的油田大都在边远地区，甚至是地理、气候条件恶劣的地方，如向西欧市场供气的阿尔及利亚气田，可向远东市场供气的西伯利亚气田等。随着这类极地油气田的开发，管线钢管需穿越一些严寒地带，这就对管线钢超低温性能提出了更高的要求。同时，随着管线钢技术的发展，越来越多的企业加入到管线钢产品的开发，竞争越来越激烈，所以管线钢的技术开发与成本控制就显得同等重要，研发低成本的超低温条件下使用的管线钢板成为企业的主流方向。
目前，涉及热装热送工艺来生产低成本和低温条件下使用的X70M管线钢板的研究比较少，首先原因是具备热装热送的炼钢与轧钢厂比较少；其次由于X70M管线钢生产难度大且超低温性能难以保证；另外，采用热装热送工艺生产的低成本和低温条件下使用的X70M管线钢板，对坯料、热装热送工艺、控轧控冷工艺的操作要求极高。
现在有研究表明采用热装热送工艺生产的钢板有助于提高耐低温性能，如专利公开号CN105886955A提出一种具有耐低温性能的钢，采用钢锭进行生产，非连铸坯，产品不属于管线钢品种，未披露具体的低温性能指标。如专利公开号CN109128074A提出一种可热装热送的微合金钢的生产方式，采用连铸坯热装热送，非管线钢品种，且不具有低温性能；如专利公开号CN102228968A提出一种实现高强度低合金钢连铸坯直接送装的方法，该产品主要针对坯料，且非管线钢产品。目前采用热装热送工艺生产且能够在低温条件下使用的X70M管线钢产品还鲜有报道，一方面受限于炼钢与轧钢车间厂房的设计，另一方面管线钢对坯料质量的要求较高，特别是对坯料的内部偏析及H含量的要求较高，所以采用热装热送工艺来生产会给企业带来较大的生产难度,相关研究也就比较少。
发明内容
本发明的目的是要提供一种用热装热送工艺生产的低成本和低温条件下使用的X70M管线钢板及制造方法，采用热装热送工艺、超低C、微合金复合添加及控轧控冷工艺生产出的管线钢板，能够满足-80℃夏比冲击功≥120J和-20℃落锤剪切面积≥85％的超低温条件下使用要求。
本发明的技术方案为：一种低成本和超低温条件下使用的X70M管线钢板的制造方法，包括如下步骤
(1)钢水冶炼：按照质量百分比：C≤0.06％；Si 0.20～0.30％；P≤0.008％；S≤0.0008％；Mn 1.50～1.60％；Al 0.02～0.04％；Nb0.03～0.05％；V≤0.10％；Cr 0.15～0.25％；Mo+Ni0.10～0.25％；Ti 0.01～0.02％；Ceq≤0.38，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，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；
(2)将钢水铸造成连铸坯，待连铸坯表面温度降至350～680℃时，热装热送至轧制车间，保持热装热送温度，入炉再加热到1020～1120℃，让组织完全奥氏体化，出炉后除鳞准备轧制；
(3)第一阶段轧制，在再结晶区轧制，开轧温度900～1020℃，粗轧累计总压下率≥68％，粗轧有效末道次压下率参照步骤(4)的精轧有效末道次压下率进行修正：粗轧有效末道次压下率/精轧有效末道次压下率为1.2～1.4，并确保有效末道次压下率≥20％；
(4)第二阶段轧制，在未再结晶区轧制，开轧温度820～950℃，精轧累计总压下率≥60％，有效末道次压下率按照公式(1)(2)计算获得，并确保有效末道次压下率≥15％；
公式(1)为有效末道次压下率与晶粒尺寸的回归公式：Y＝214.4-27.22X+1.159X2-0.01624X3，式中X为有效末道次压下率(/％)，Y为晶粒高度尺寸(/um)；
公式(2)为晶粒度高度尺寸与低温落锤剪切面积SA％的回归公式：Y＝-196.4+93.95X-9.133X2+0.2538X3，式中X晶粒高度尺寸/um，Y为低温落锤剪切面积SA％的百分数；
(5)轧后钢板进入ACC在线快速冷却，冷速控制在8-20℃/s，出水温度450-650℃，出水后空冷。
优选地，步骤(2)连铸坯的厚度为150mm以上，钢板的生产厚度为8-22mm。
优选地，步骤(3)中，第一阶段轧制的末道次压下率为20～30％。
优选地，步骤(4)中，第二阶段轧制的末道次压下率为15～25％。
本发明采取了超低C+(Nb、Cr、Mo、Ni、Ti)等微合金元素的成分设计，通过采用超低C及复合添加微合金来提高钢的焊接及超低温性能。
上述方法所制得的X70M管线钢板的屈服强度为500～600MPa，抗拉强度为550～700MPa，延伸率为≥35％，屈强比Rt0.5/Rm≤0.90，产品能够达到-80℃夏比冲击功≥120J及-20℃落锤剪切面积≥85％的X70M级管线用钢的超低温条件下使用要求。
本发明中所含有的所有成分作用及其含量选择理由具体说明如下：
C：钢中增加C含量可以增加屈服和抗拉强度，但对钢的带状组织、冲击韧性、落锤、焊接带来不利影响，例如：C过高，冲击韧性、落锤、焊接等性能变差；综合考虑，本发明C含量选择范围为≤0.06％。
Si：在炼钢过程中Si作为还原剂和脱氧剂，一般镇定钢含有0.15-0.30％的硅，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0.20-0.30％。
Mn：锰在炼钢过程中是良好的脱氧剂和脱硫剂，能提高钢的韧性，降低韧脆转变温度，锰也是提高钢的淬透性元素。但过高的Mn容易产生偏析，对管线钢的韧性产生不利影响，本发明中Mn含量设计在1.50～1.60％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：铌能细化晶粒和降低钢的过热敏感性，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0.03-0.05％。
Cr：Cr能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀能力，但同时降低冲击韧性；本发明Cr含量的选择范围确定为0.15～0.25％。
Mo、Ni：钼能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性，但过多会导致强度上升，韧性下降；镍能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性，镍有良好的耐腐蚀能力，但镍资源稀缺，价格昂贵，综合考虑，本发明采用Mo、Ni复合添加，总含量的范围确定为0.10～0.25％。
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％。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明成分设计上，采取超低碳+微合金复合添加成分设计，重点突出超低C；工艺上重点采用热装热送+控轧控冷工艺，能够降低材料的生产成本及提高生产效率，同时以期材料获得良好的超低温韧性。
热装热送的温度为350～680℃,一方面该温度下坯料内部已经凝固且内部质量优良；另一方面该温度配合末道次大压下率技术能更好的优化钢板中心的晶粒尺寸。
结合粗轧和精轧有效末道次大压下率来提高晶粒高度生产符合超低温条件下使用的X70M管线钢板。本申请发明人通过研究低温落锤剪切面积和晶粒高度尺寸的关系，以及晶粒高度尺寸再与轧制的有效末道次压下率的关系，在生产许可范围内，通过大量试验数据绘制关系拟合图，获得回归公式，以期根据最终性能来指导两阶段轧制的末道次压下率。
根据回归公式确定精轧的有效末道次压下率的最佳范围，并结合粗轧机和精轧机的额定轧制力及额定扭矩再来的累积压下率。根据回归公式确定有效末道次压下率的基准值为15～25％，该值即作为精轧有效末道次压下率；粗轧机的额定轧制力和扭矩比精轧机的高，根据二者具体的轧制方式再推算出粗轧/精轧的修正值在1.2～1.4之间，故粗轧有效末道次压下率的最佳值是20～30％。
附图说明
图1为本发明中有效道次压下率(/％)与晶粒高度(/um)拟合图；
图2为本发明中晶粒高度与落锤SA％的拟合图；
图3为本发明实施例1的9.0mm厚度钢板的落锤断口照片；
图4为本发明实施例2的21.0mm厚度钢板的落锤断口照片；
图5为本发明实施例1的9.0mm规格沿板厚方向1/2处的显微组织照片；
图6为本发明实施例2的21.0mm规格沿板厚方向1/2处的显微组织照片。
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：
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—RH真空脱气—LF精炼—RH真空脱气—150mm厚度连铸坯连铸—连铸坯检查清理—热装热送—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，制造低成本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厚度连铸坯由670℃加热至1120℃，均热段保温40min(实施例1)或150mm厚度连铸坯由660℃加热至1100℃，均热段保温30min(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980-1020℃，有效末道次压下率为23.6％，累计综合压下率为76％，中间坯厚度28mm(实施例1)或第一阶段开轧温度910-950℃，有效末道次压下率为21.8％，累计综合压下率为73.5％，中间坯厚度62mm(实施例2)；第二阶段开轧温度为940℃，有效末道次压下率为17.2％，累计道次压下率76.8％(实施例1)或第二阶段开轧温度830℃，有效末道次压下率为18.5％，累计道次压下率67.5％(实施例2)，最终钢板厚度为9.0mm(实施例1)和21.0mm(实施例2)；轧后进行快速冷却，冷速11℃/s，出水温度620℃(实施例1)和冷速18℃/s，出水温度480℃(实施例2)；然后热矫直；热矫直后钢板进行空冷。
试验钢板的化学成分见表1，力学性能见表2；钢板的落锤断口情况见图片3和图4；显微组织见图5和图6所示。
表1实施例1和2中X70M管线用钢板的化学成分(wt.％)
实例 C Si Mn P S Al Nb Ti Cr Mo+Ni Ceq
1 0.04 0.25 1.54 0.003 0.0004 0.033 0.41 0.013 0.21 0.21 0.34
2 0.04 0.23 1.57 0.004 0.0003 0.032 0.38 0.014 0.22 0.20 0.35
注：Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15
表2实施例1和2中X70M管线用钢板的力学性能
Figure BDA0002716604390000051
除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种低成本和超低温条件下使用的X70M管线钢板的制造方法，其特征在于：包括如下步骤
(1)钢水冶炼：按照质量百分比：C≤0.06％；Si 0.20～0.30％；P≤0.008％；S≤0.0008％；Mn 1.50～1.60％；Al 0.02～0.04％；Nb0.03～0.05％；V≤0.10％；Cr 0.15～0.25％；Mo+Ni0.10～0.25％；Ti 0.01～0.02％；Ceq≤0.38，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，待连铸坯表面温度降至350～680℃时，热装热送至轧制车间，保持热装热送温度，入炉再加热到1020～1120℃，让组织完全奥氏体化，出炉后除鳞准备轧制；
(3)第一阶段轧制，在再结晶区轧制，开轧温度900～1020℃，粗轧累计总压下率≥68％，粗轧有效末道次压下率参照步骤(4)的精轧有效末道次压下率进行修正：粗轧有效末道次压下率/精轧有效末道次压下率为1.2～1.4，并确保有效末道次压下率≥20％；
(4)第二阶段轧制，在未再结晶区轧制，开轧温度820～950℃，精轧累计总压下率≥60％，有效末道次压下率按照公式(1)(2)计算获得，并确保有效末道次压下率≥15％；
公式(1)为有效末道次压下率与晶粒尺寸的回归公式：Y＝214.4-27.22X+1.159X2-0.01624X3，式中X为有效末道次压下率/％，Y为晶粒高度尺寸/um；
公式(2)为晶粒度高度尺寸与低温落锤剪切面积SA％的回归公式：Y＝-196.4+93.95X-9.133X2+0.2538X3，式中X晶粒高度尺寸/um，Y为低温落锤剪切面积SA％的百分数；
(5)轧后钢板进入ACC在线快速冷却，冷速控制在8-20℃/s，出水温度450-650℃，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(3)中，第一阶段轧制的末道次压下率为20～30％。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(4)中，第二阶段轧制的末道次压下率为15～25％。
5.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。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：钢板的生产厚度为8-22mm。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所制得的管线钢板的屈服强度为500～600MPa，抗拉强度为550～700MPa，延伸率为≥35％，屈强比Rt0.5/Rm≤0.90，铁素体晶粒高度尺寸范围5-11um，产品能够达到-80℃夏比冲击功≥120J及-20℃落锤剪切面积≥85％的X70M级管线用钢的超低温条件下使用要求。
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