CN114411054A - Tmcp+回火超高强管线钢及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种TMCP+回火超高强管线用钢，包括C：0.035‑0.060%；Si：0.20‑0.40%；Mn：1.10‑1.30%；Ni：0.40‑0.50%；Cr：0.35‑0.45%；Mo：0.30‑0.40%；Nb：0.055‑0.070%；Ti：0.010‑0.020%；Alt：0.025‑0.045%；B：0.0006‑0.0012%；P：≤0.010%；S：≤0.0020%；N：≤0.0030%；H：≤0.00015%；O：≤0.0030%；Ca：0.0015%～0.0030%；其余为Fe及不可避免杂质。本方案通过采用“控制轧制+控制冷却+回火热处理”工艺，所生产的超高强管线钢,综合力学性能稳定，具有较好的强度、塑性、韧性，且强度范围波动小、屈强比低；超高强管线钢典型微观组织为板条贝氏体。

Description

TMCP+回火超高强管线钢及其制造方法

技术领域

本发明属于冶金加工技术领域，具体涉及一种TMCP+回火超高强管线用钢及其制造方法，特别是“TMCP+回火”交货、屈服强度900MPa级、屈强比≤0.90、-40℃纵向冲击功≥150J、-10℃ DWTT≥80%、厚度规格≤30mm的输油输气管线用钢。

背景技术

石油和天然气等自然资源在推动社会经济发展中起到了举足轻重的作用，是非常重要的一次能源和物质基础。现阶段已探明的石油、天然气资源主要集中在深海和沙漠等自然环境较为恶劣的偏远地区，而其需求市场却主要集中在经济相对发达的城市地区，油气运输管线作为连接两个地区的重要桥梁，已经成为油气输送过程中最为直接而经济有效的工具。

近年来随着社会经济不断发展，对石油和天然气等能源的需求量与日俱增，但油气输送管线周围恶劣的环境条件对其性能造成不利影响，如此一来就对管线用钢的综合性能提出了更为苛刻的要求。为了使其能够应用到恶劣的自然环境中并且保证稳定而优良的性能，在研究过程中不断提高管线钢的各项性能指标，从而使管线钢级别也在不断提高。API标准于上世纪70年代初引入X42-X52 级别管线钢，在70年代后期又引入X56-X65 钢级；随着 上世纪80 年代X70钢级管线钢在实际应用中逐渐得到推广, 80年代中期API标准中又加入X80管线钢，并于2007年起草的API标准中又相继增加X100和X120级别管线钢。

我国的石油天然气资源相对比较丰富，市场需求量也很大，给管线钢的发展及其应用提供了宝贵的机遇。于此同时，随着各国经济正在缓慢从上一次金融危机冲击中复苏，我国为了促进经济的增长，不断扩大基础性建设和积极拉动内需，可以预见，在未来的石油、天然气输送管道方面建设，也必将逐步成为国家重点投资的项目之一，也对国内管线钢的发展带来了空前的契机。同时，近年来国内管线钢的研究，从起步到发展的过程也相当迅速，宝钢、太钢、舞钢等均进行了X100、X120管线钢试验研究及开发工作，且获得了一定的阶段性成果。但是相对于日本、加拿大以及美国等国来说，国内高级别管线钢的研发、生产技术还处在中下游的水平。

目前，油气长距离输送管道正在向着大口径、高压输送等方向发展，为满足管线钢更高性能的需求，开发出具备更高强度的管线钢，最大限度降低管线制造和建设成本，提高输送效率和运行安全性等已迫在眉睫。

对比文件1，X120高钢级管线钢热轧钢板及其制备方法（申请号CN 103695808），采用C(0.03-0.07%)、高Mn(1.80-2.10%)、Nb(0.040-0.070%)、高V(0.040-0.07%)、Ti(0.010-0.040%)及一定量的Ni、Mo成分设计，包括成分范围较宽的Ca化处理(0.001-0.06%)，通过严格的控轧及在线冷却工艺，要求板坯加热时间8-10min/cm，粗轧纵轧末道次压下率不低于25%，精轧累积压下率不低于60%，精轧开轧及终轧温度分别为900-980℃、800-900℃，终冷温度≤350℃，可生产屈服强度达到850MPa以上，抗拉强度达到950MPa以上，0℃型缺口冲击功及全尺寸DWTT分别达到200J及85%以上，其屈强比基本都在0.90以上。在成分设计中，加入较高易偏析元素Mn，同时添加析出强化元素V，对钢板综合力学性能、探伤及焊接等均不利；另外，在低终冷条件下，V的作用被大大抑制，同时V的添加，对韧性也产生不利影响；过多添加Ca，对冶炼过程控制也不利，同时增加成本。同时，该专利所发明的X120管线用钢，冲击韧性及DWTT仅达到0℃，韧性不足，对后续管线钢的工业应用势必产生不利影响。

对比文件2，低屈强比超高强度X130管线钢及其热轧平板的制造方法（申请号CN102400062），在C、Mn、Nb的基础上，复合添加Ni、Cr、Cu、Mo,不添加V和B，板坯加热温度1050-1280℃，再结晶区控轧温度900-1250℃,非再结晶区控轧温度700-950℃,终轧温度700-880℃,终冷温度150-500℃,冷却速度3-35℃/s；结合控轧控冷工艺，可得到贝氏体组织，屈服强度大于900MPa，屈强比不高于0.90热轧平板。该专利工艺设定较为粗放，再结晶区非再结晶区温度交叉，与实际生产是否符合，值得商榷。在该专利的成分和工艺条件下，未必能达到其结果，包括组织和性能。总体上，该专利所涉及内容的真实性和可靠性，值得进一步探讨，不一定具备推广应用的条件。其实施例中，Ni、Cr、Cu、Mo的随意组合，在合金成本大幅增加的前提下，也彰显出其设计的局限性，成分及工艺不匹配，缺乏科学严谨性。

对比文件3，超高强度管线管用钢板及钢管制造方法（申请号102203303 A），在常规成分设计基础上，添加B（0.003-0.0030%），同时按要求加入V、W、Zr、Ta、Mg、REM、Y、Hf、Re等元素。在实际生产过程中，采用铸锭及热轧工艺生产超高强度管线。在水冷过程中，通过非常规的水冷手段，在冷到比Ms点高的规定温度后进行回热处理（至少重复1次），使钢板的表面冷却；在最终水冷过程中，将所述钢板的表面冷却到Ms点以下的温度。同时，要求对焊接部位进行200-500℃热处理。复杂的成分设计，稀有合金元素的加入，无形增加冶炼困难；同时，采用模铸方式生产原始坯料，坯料质量及成材率损失较大，不符合现代钢铁冶金的发展；另外，水冷工艺极为特殊，对装备要求较多且严格，终冷温度控制难度大，不具备工业推广价值。

对比文件4，文献 “X120管线钢调质工艺研究”(姜金星等，材料热处理技术,2012, Vol.41, No.22)，为提高X120 管线钢的综合力学性能，采用“0.05C，0.28Si，1.81Mn，0.013P，0.0035S，0.31Mo，0.075Nb，0.015Ti，Ni+Cu+Cr＜1.0%”成分设计，经 940℃淬火+450 ℃回火后，屈服强度和抗拉强度分别为 850MPa 和 960MPa， 伸长率和-30℃冲击功分别为 16.5%和210J。高Mo高Nb成分设计，并施以“离线淬火+回火”工序，成本增加的同时，工序复杂，并不适合管线钢工业生产和应用。调质处理后的微观组织与正常的TMCP（或TMCP+回火）管线钢组织差异大，对后续制管过程及制管性能产生不利影响。

对比文件5，文献 “X120级管线钢DQ+T工艺试验研究”（万路兵等，金属热处理，2007年32卷10期），实验室研制“Mn-Mo-Nb-Ni-Cu-Ti-B”复合成分设计X120管线钢,主要成分包括(质量分数,%)：0.04%C、0.26%Si、1.90%Mn、0.010%P、0.0030%S、0.60%Cu、0.85%(Mo+Ni+Nb)、0.015%Ti、0.0016%B；采用轧后直接淬火+不同温度回火处理，显微组织为“板条束状下贝氏体与回火马氏体”，Rel=845MPa，Rm=940MPa，A=16.5%，AKv(-20℃)=236J。高Cu、Mn及高Mo、Ni、Nb的加入，增加成本的同时，因Cu过量加入，对冶炼过程及钢坯表面质量不利。另外，实验室模拟的结果，对工业生产和应用指导性不强；450℃低温回火，Cu的时效强化作用发挥不明显。从总体上看，该文献所涉及X120管线钢成分设计、工艺控制与试验结果匹配度不足。

发明内容

本发明的目的在于提供一种TMCP+回火超高强管线用钢及其制造方法，制造出一种屈服强度≥900MPa级、屈强比≤0.90、-40℃冲击≥150J、-10℃ DWTT≥80%、厚度规格≤30mm输油输气管线用钢，以解决现有超高强管线用钢开发过程中存在的强度指标低、性能离散度大、塑韧性不良、屈强比高、合金成本偏高等系列问题。

本发明是通过如下技术方案实现的：一种TMCP+回火超高强管线用钢，其特征在于：包括如下质量百分比的各组分：C：0.035-0.060%；Si：0.20-0.40%；Mn：1.10-1.30%；Ni：0.40-0.50%；Cr：0.35-0.45%；Mo：0.30-0.40%；Nb：0.055-0.070%；Ti：0.010-0.020%；Alt：0.025-0.045%；B：0.0006-0.0012%； P：≤0.010%；S：≤0.0020%；N：≤0.0030%；H：≤0.00015%；O：≤0.0030%；Ca：0.0015%～0.0030%；其余为Fe及不可避免杂质。

进一步的：焊接裂纹敏感性Pcm范围：0.15-0.20%；Ti/N比≥4.0，B/N比≥0.20，Mn+Cr含量范围1.50-1.80%。

本发明还提供了一种TMCP+回火超高强管线用钢的制造方法，包括如下步骤：铁水脱硫扒渣、转炉冶炼、LF炉精炼、RH精炼、板坯连铸、铸坯加热、粗轧、精轧、DQ+ACC冷却、矫直、探伤、精整、回火热处理；

其特征在于：各步骤温度控制如下: 转炉终点温度1650-1690℃，LF进站温度1550-1600℃，LF结束温度1620-1650℃，RH进站温度1600-1620℃，RH结束温度1565-1585℃，中包温度1525-1550℃；

转炉冶炼步骤中，终点成分范围：C≤0.030%，S≤0.010%，P≤0.008%；转炉冶炼加强磷含量控制，终点磷含量小于0.008%；出钢挡渣操作并保证钢包渣厚≤80mm；

LF精炼步骤中，钢水到站后预吹氩气3min；加热阶段底吹氩气流量为200-500NL/min，非加热阶段底吹氩气流量为600-1400NL/min；精炼渣量加入量≤3000kg，加入铝粒进行渣面脱氧；

RH精炼步骤中，氩气流量800-1200NL/min，进行钢水脱气；RH真空处理时间≥20min，其中深真空处理时间≥17min，真空结束后H≤1.5ppm；真空结束后喂入SiCa线，喂入量为150-300m/炉；喂线结束后对钢水进行软吹，软吹氩气流量控制在60-200NL/min，软吹时间≥10min；喂线之后对钢水进行镇静操作，保证钢水镇静时间≥5min；

连铸坯浇铸步骤中，采用250×2200mm断面，连铸坯中心偏析目标C类≤0.5，目标拉速0.90±0.05m/min；要求钢包自开率100%；结晶器液面波动在±3mm；中包过热度10-35℃；连铸坯下线进行堆垛缓冷时间≥96小时；

铸坯加热步骤中，连铸坯加热均热温度1200±5℃，250mm连铸坯在炉时间240-300min，保证均热时间≥40min，钢坯温度均匀性范围±10℃；

轧制步骤中，粗轧结束温度970-1030℃；粗轧阶段轧制时咬入速度1.1m/s、最大轧制速度1.2m/s；粗轧轧制力8000吨，扭矩设定3200KNm，纵轧阶段扭矩3400KNm；粗轧成型道次及粗轧展宽第1道次压下量不大于30mm，其它道次压下量为40mm；粗轧阶段道次总压下率60%以上，粗轧最后一道次压下率大于20%；待温厚度≥3.5倍成品厚度；控轧后开轧温度870-930℃，终轧温度770-830℃；精轧阶段轧制力8500吨，精轧第1道次扭矩3000KNm，其余道次扭矩3200KNm；精轧阶段总压下率大于50%，精轧最后一道次压下率大于10%；

冷却步骤中，控制冷却中采用“DQ+ACC”联动冷却，入水辊道速度1.2m/s；春夏季水温20-26℃，秋冬季水温14-20℃；同板温差在±30℃以内；开始冷却温度760-810℃，终冷温度300-400℃，冷却速度20-40℃/s；

回火步骤中，采用中温回火处理，回火温度400-500℃，保温时间15-30min。

本发明的优点是：

（1）通过合理且经济的成分设计及严格工艺控制过程，可稳定生产高强度、高韧性、低屈强比、低焊接裂纹敏感性（Pcm）超高强管线钢，钢板母板头部、中部及尾部屈服强度及抗拉强度波动小，均在100MPa及以内，强度离散度小。采用轧后中温回火热处理工艺，在充分释放钢板应力的同时，改善材料的性能和组织均匀性。

（2）本发明所述的超高强管线钢，采用低Mn、微B低S、低P设计，在保证连铸坯内部质量良好的同时，减少贵重合金元素加入，合金成本低，工序简单，钢板质量优良，具有一定的应用推广前景；不仅在管线钢领域，在工程机械用钢方面也有一定前景，可为其它类似级别超高强度钢的开发提供借鉴。

附图说明

图1为实施例25.4mm规格钢板典型微观组织（OM）。

图2为实施例25.4mm规格钢板典型微观组织（SEM）。

图3为实施例25.4mm规格钢板典型微观组织（TEM）。

图4为析出物能谱。

具体实施方式

本发明提供了一种TMCP+回火超高强管线用钢，其包括如下质量百分比的各组分：C：0.035-0.060%；Si：0.20-0.40%；Mn：1.10-1.30%；Ni：0.40-0.50%；Cr：0.35-0.45%；Mo：0.30-0.40%；Nb：0.055-0.070%；Ti：0.010-0.020%；Alt：0.025-0.045%；B：0.0006-0.0012%；P：≤0.010%；S：≤0.0020%；N：≤0.0030%；H：≤0.00015%；O：≤0.0030%；Ca：0.0015%～0.0030%；其余为Fe及不可避免杂质。

优选的：焊接裂纹敏感性Pcm范围：0.15-0.20%；Ti/N比≥4.0，B/N比≥0.20，Mn+Cr含量范围1.50-1.80%。

本发明所述的钢材，采用超低C 设计，可以保证超高强度管线钢良好焊接性能，可以实现无预热焊接且焊后不进行热处理，焊接接头硬度较低，可有效避免应力腐蚀开裂；同时，降低C含量，可增加Nb(NC)固溶度，固溶Nb提高，可延迟奥氏体向铁素体转变，提高组织中贝氏体体积分数，析出强化作用明显增强。但是， C含量降低，使强度大幅下降，需添加合金元素来弥补；当碳含量低于 0.010%时，间隙C原子减少，焊接热循环后 Nb(NC)沉淀析出，使焊接热影响区晶界相对脆化。本发明中 C含量范围：0.035-0.060%，可以有效保证超高强管线强度、韧性及焊接性能。

Nb有延迟抑制奥氏体再结晶，降低相变温度，并通过固溶强化、相变强化、析出强化等机制来提高强度等作用。随Nb含量的增加，细化晶粒的效果会变得更加明显。但是，含Nb管线钢都存在着高温延展性明显降低的脆化温度区间(900-700℃)，易在连铸时产生裂纹；添加微量 Ti 后，脆化温度区将消失。Ti可以与N结合形成TiN，在高温加热时，阻碍晶粒长大，还可起到“固氮护硼”作用。本发明中Nb的含量范围0.055-0.070%、Ti含量范围：0.010-0.020%，在超高强度管线钢中，可以充分发挥Nb、Ti的综合作用。

B 是经济有效的高淬透性元素，有效固溶B可以显著抑制铁素体在原奥氏体晶界上形核，有效阻碍奥氏体向铁素体的转变，扩大贝氏体相区，促进贝氏体组织形成，在宽泛的冷速范围内获得贝氏体组织。本发明中采用微B处理， B 含量范围： 0.0006%-0.0012%，可以防止 BN 和 Fe₂₃(CB)₆的形成；另外，本发明严格限制N含量，含量范围：≤30ppm，同时，要求Ti/N比≥4.0，B/N比≥0.20，可以减少BN的形成，充分发挥Ti的固N作用。

钢中 S、P 都是有害元素，要严格加以控制。S 的存在严重危害管线钢性能， MnS夹杂的存在严重降低管线钢的冲击韧性、抗H₂S 性能，在高强度管线钢的开发和生产过程中，应尽可能降低 S 含量。P 是易偏析元素，恶化管线钢的焊接性能，降低低温冲击韧性，提高韧脆转变温度，应严格控制高级别管线钢中的P含量。本发明中S含量≤20ppm、P含量≤100ppm，避免了上述问题。

Mn具有显著的固溶强化作用，在一定范围内可以提高钢的强度和韧性，降低钢的韧脆转变温度。但Mn含量过高会产生中心偏析，管线钢力学性能各向异性明显，并且会降低抗氢致开裂性能。本发明采用较低的Mn设计，其范围：1.10-1.30%，同时添加有Cr含量范围：0.40-0.50%；并且(Mn+Cr)含量范围控制在“1.50-1.80%”之间，上述组分的配合，既可以消除因低Mn导致的强度损失，改善强度的同时，也可以提高管线钢的抗H₂S腐蚀性能，Mn、Cr协同作用好。

本发明中Mo的含量范围：0.30-0.40%，Ni的含量范围：0.40-0.50%。Mo是强碳化物形成元素，增加碳的扩散激活能，降低碳的活度系数，减少C向奥氏体晶界处偏聚，有利于提高淬透性，从而提高钢的强度。此外，Mo可以抑制块状铁素体的形成，促进针状铁素体和贝氏体组织的转变，并能提高Nb(CN)沉淀强化效果。Ni能适当提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性，对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力；本发明的含量，既可以满足性能要求，又兼顾了成本。

本发明还提供了一种TMCP+回火超高强管线用钢的制造方法，包括如下步骤：铁水脱硫扒渣、转炉冶炼、LF炉精炼、RH精炼、板坯连铸、铸坯加热、粗轧、精轧、DQ+ACC冷却、矫直、探伤、精整、回火热处理；其中：各步骤温度控制如下: 转炉终点温度1650-1690℃，LF进站温度1550-1600℃，LF结束温度1620-1650℃，RH进站温度1600-1620℃，RH结束温度1565-1585℃，中包温度1525-1550℃；转炉冶炼步骤中，终点成分范围：C≤0.030%，S≤0.010%，P≤0.008%；转炉冶炼加强磷含量控制，终点磷含量小于0.008%；出钢挡渣操作并保证钢包渣厚≤80mm；LF精炼步骤中，钢水到站后预吹氩气3min；加热阶段底吹氩气流量为200-500NL/min，非加热阶段底吹氩气流量为600-1400NL/min；精炼渣量加入量≤3000kg，加入铝粒进行渣面脱氧；RH精炼步骤中，氩气流量800-1200NL/min，进行钢水脱气；RH真空处理时间≥20min，其中深真空处理时间≥17min，真空结束后H≤1.5ppm；真空结束后喂入SiCa线，喂入量为150-300m/炉；喂线结束后对钢水进行软吹，软吹氩气流量控制在60-200NL/min，软吹时间≥10min；喂线之后对钢水进行镇静操作，保证钢水镇静时间≥5min；连铸坯浇铸步骤中，采用250×2200mm断面，连铸坯中心偏析目标C类≤0.5，目标拉速0.90±0.05m/min；要求钢包自开率100%；结晶器液面波动在±3mm；中包过热度10-35℃；连铸坯下线进行堆垛缓冷时间≥96小时；铸坯加热步骤中，连铸坯加热均热温度1200±5℃，250mm连铸坯在炉时间240-300min，保证均热时间≥40min，钢坯温度均匀性范围±10℃；轧制步骤中，粗轧结束温度970-1030℃；粗轧阶段轧制时咬入速度1.1m/s、最大轧制速度1.2m/s；粗轧轧制力8000吨，扭矩设定3200KNm，纵轧阶段扭矩3400KNm；粗轧成型道次及粗轧展宽第1道次压下量不大于30mm，其它道次压下量为40mm；粗轧阶段道次总压下率60%以上，粗轧最后一道次压下率大于20%；待温厚度≥3.5倍成品厚度；控轧后开轧温度870-930℃，终轧温度770-830℃；精轧阶段轧制力8500吨，精轧第1道次扭矩3000KNm，其余道次扭矩3200KNm；精轧阶段总压下率大于50%，精轧最后一道次压下率大于10%；冷却步骤中，控制冷却中采用“DQ+ACC”联动冷却，入水辊道速度1.2m/s；春夏季水温20-26℃，秋冬季水温14-20℃；同板温差在±30℃以内；开始冷却温度760-810℃，终冷温度300-400℃，冷却速度20-40℃/s；回火步骤中，采用中温回火处理，回火温度400-500℃，保温时间15-30min。

实施例1

一种“TMCP+回火”超高强管线用钢，其化学成分为（重量百分比），C：0.035-0.060%；Si：0.20-0.40%；Mn：1.10-1.30%；Ni：0.40-0.50%；Cr：0.35-0.45%；Mo：0.30-0.40%；Nb：0.055-0.070%；Ti：0.010-0.020%；Alt：0.025-0.045%；B：0.0006-0.0012%； P：≤0.010%；S：≤0.0020%；N：≤0.0030%；H：≤0.00015%；O：≤0.0030%；Ca：0.0015%～0.0030%；焊接裂纹敏感性Pcm范围：0.15-0.20%；其余为Fe及不可避免杂质。

一种“TMCP+回火”超高强管线钢制造方法如下：铁水脱硫扒渣→转炉冶炼→LF炉精炼→RH精炼→全保护浇注板坯连铸→铸坯加热→粗轧→精轧→DQ+ACC冷却→矫直→探伤→精整→回火热处理→标识→取样→入库。

（1） 温度制度：参考液相线温度1516℃；各工序温度控制见表1。

（2）铁水预处理：执行深脱硫模式，入炉铁水S≤0.005%，保证扒渣效果；保证铁水硅含量低于0.60%，为脱磷创造条件。

（3）转炉冶炼：镍铁配Ni、Ni不足采用镍板补齐，随废钢加入；终点目标成分：C≤0.030%，S≤0.010%，P≤0.008%；转炉冶炼加强磷含量控制，终点控制在0.008%以下，成品目标0.012%以下。炉后采用铝铁强脱氧；使用低碳铬铁配Cr，钼铁配Mo，金属锰配Mn；出钢挡渣操作，保证钢包渣厚≤80mm。

（4）LF精炼：钢水到站后预吹氩3min，预吹氩结束后测温、取样；精炼控制

合理的底吹氩气流量：加热阶段底吹氩气流量为200-500NL/min，非加热阶段底吹氩气流量为600-1400NL/min；精炼渣量加入量≤3000kg，加入铝粒进行渣面脱氧。进站加入铌铁粉配Nb；过程硅铁调Si，低锰调Mn；出加热位时加入钛铁调Ti。LF精炼结束温度见表2。

（5）RH精炼：到RH测温、取样、定氢；Ar流量800~1200NL/min，进行

钢水脱气；真空过程不采用废钢调温；RH真空处理时间≥20min，其中深真空处理时间≥17min，真空结束内控目标要求H≤1.5ppm；真空结束后喂入SiCa线，喂入量为150-300m/炉；喂线结束后对钢水进行软吹，软吹氩气流量控制在60-200NL/min，软吹时间≥10min；喂线之后对钢水进行镇静操作，保证钢水镇静时间≥5min；RH精炼结束成分见表3。

（6）连铸坯浇铸：采用250×2200mm断面浇铸，使用动态轻压下保证铸坯内外部质量，连铸坯中心偏析目标C类0.5；目标拉速0.90±0.05m/min；要求钢包自开率100%，不自开炉次裸浇部分钢坯直接降级改判；采用管线钢专用保护渣；使用结晶器液面自动控制，液面波动在±3mm。中包过热度10-35℃；连铸坯下线进行堆垛缓冷，堆垛时间≥96小时。

（7）连铸坯加热：严格检验钢坯外观质量，钢坯遗留毛刺必须彻底清除，防止压入钢板表面。设定目标温度1200±5℃，严格控制加热温度，避免加热温度过高。保证均热时间≥40分钟，提高钢坯温度的均匀性，控制在±10℃；250mm厚铸坯在炉时间240-300min。各个加热段参数按如下要求进行制定，具体加热制度如表4所示。

（8）控制轧制：严格控制粗轧结束温度，粗轧结束温度窗口970-1030℃；粗轧阶段轧制按咬入速度1.1m/s、最大轧制速度1.2m/s进行设置。粗轧轧制力设定8000吨，扭矩设定3200KNm（纵轧阶段目标扭矩设定3400KNm）。粗轧成型道次及粗轧展宽第1道次压下量上限设定最大30mm，其它道次限定40mm。鉴于粗轧阶段SKI控制对实际扭矩影响较大，取消粗轧阶段SKI控制。粗轧阶段道次总压下率要控制在60%以上，粗轧最后一道次目标压下率达到20%以上，有效细化心部晶粒。精轧阶段轧制力设定值8500吨，精轧第1道次扭矩设定3000KNm，其余道次扭矩设定3200KNm，精轧阶段不允许拆分道次。精轧阶段总压下率要求达到50%以上，精轧最后一道次目标压下率达到10%以上。精轧阶段温度控制参数见表5。

（9）控制冷却：采用DQ+ACC联动冷却。冷却阶段温度参数见表6。提高入水辊道速度到1.2m/s，保证钢板头尾入水温度均匀。要严格控制冷却水的温度，春夏季水温控制在20-26℃范围，秋冬季水温控制在14-20℃范围，使冷却水水温相对恒定，以保证冷却工艺参数的稳定性。采用头尾及边部遮蔽，提高钢板温度的均匀性，同板温差控制在±30℃。加强DQ/ACC出口吹扫能力，保证吹扫干净，防止钢板积水。通过合理调节超快冷设备及层流冷却设备集管数量、水量、辊道速度及加速度，可以达到“较大冷速、冷却均匀、钢板横纵向温差小、钢板表面质量好”的目的。

(10)回火热处理：随着回火温度的升高，析出相逐渐增多；在回火过程中，板条结构之间出现纳米级碳化物颗粒；同时板条间的位错与这种细小的析出相相互作用，强化作用明显；回火温度及保温时间分别为“400-500℃”和“15、-30min”。

通过以上工艺流程，所生产的TMCP+回火超高强管线钢，综合力学性能稳定，具有较好的强度、塑性、韧性。同时，本发明所涉及的超高强管线钢强度范围波动小，屈强比低；其各项力学性能指标如下：900MPa≤屈服强度Rp0.2≤980MPa、1000MPa≤抗拉强度Rm≤1100MPa、22.0%≤断后伸长率A_50.8≤30.0%、-40℃纵向冲击功≥150J ；屈强比≤0.90；-10℃ DWTT ≥80%；典型微观组织为板条贝氏体，组织均匀细小，板条铁素体内部高密度位错相互交织，M/A及析出物分布在晶界或晶内位错上；具体微观组织见图1（OM）、图2（SEM）及图3（TEM）。其中图1为光学显微镜（即OM）下超高强管线钢显微组织，为典型的板条贝氏体；沿轧制方向贝氏体板条交错分布，板条束较为细小且板条内存在大量精细结构，如碳化物、析出物、位错、M/A岛等；此种微观组织，在保证管线钢超高强度的同时,对提高其韧性也较为有利。图2为扫描电镜（即SEM）下高强管线钢显微组织，可以明显看到铁素体板条界的M/A岛（呈现亮白色）。图3为透射电镜（即TEM）下高强管线钢精细结构；图4为析出物能谱分析，主要为Nb、Ti析出物；从图3及图4看出，大量Nb、Ti析出物（方形或圆形，深黑色，直径范围21.95nm-91.40nm）在位错或晶界处析出，Nb、Ti析出物在TMCP工艺及回火过程中，可以起到明显晶粒细化、析出强化等作用，对高强管线钢强韧性改善起到重要作用。

实施例2

根据本发明“TMCP+回火超高强管线钢”化学成分要求，选取如表7所示各组分，在5000mm宽厚板生产线，完成钢水冶炼、铸坯浇铸（铸坯尺寸250mm*2200mm*3750mm）及钢板轧制（钢板尺寸25.4mm*3108mm*12000mm,2定尺）及回火热处理。

炼钢过程各工序实际控制温度及参数如下：转炉终点温度1662℃，LF进站温度1589℃，LF结束温度1635℃，RH进站温度1617℃，RH结束温度1580℃，中包温度1540℃。入炉铁水S含量0.004%，铁水硅含量0.38%；转炉冶炼终点C含量0.025%，S含量0.006%，P含量0.009%；钢包渣厚70mm。LF精炼钢水到站后预吹氩3min，加热阶段底吹氩气流量为400NL/min，非加热阶段底吹氩气流量为1000NL/min；精炼渣量加入量2500kg。RH精炼过程提升Ar流量1100NL/min；RH真空处理时间22min，其中深真空处理时间18min，真空结束 H含量1.0ppm；真空结束后喂入250米SiCa线，软吹氩气流量200NL

/min，软吹时间10min；钢水镇静时间≥5min。采用250×2200mm断面浇铸，连铸坯中心偏析C类0，拉速0.90m/min；钢包自开率100%，液面波动在2mm；中包过热度22℃；连铸坯下线堆垛缓冷时间100小时。

轧钢过程各工序实际控制温度及参数如下：连铸坯加热均热温度1202℃，250mm规格连铸坯在炉时间285min，均热时间45分钟；粗轧结束温度1015℃；待温厚度81mm；控轧后开轧温度895℃，终轧温度813℃。具体道次压下量及压下率（即轧制规程）见表8。

“DQ+ACC”冷却过程中，开始冷却温度792℃，终冷温度389℃，冷却速度28℃/s。本实例实际水冷参数见表9。

本实例回火工艺如表10所示：

本实例钢板各项力学性能及屈强比如表11所示，完全满足相关标准要求，母板头部、中部及尾部性能差异小，屈强比在0.90以上。

以上实例仅是对本发明最佳实施方式的描述，不对本发明的范围有任何限制。

Claims (3)

1.一种TMCP+回火超高强管线用钢，其特征在于：包括如下质量百分比的各组分：C：0.035-0.060%；Si：0.20-0.40%；Mn：1.10-1.30%；Ni：0.40-0.50%；Cr：0.35-0.45%；Mo：0.30-0.40%；Nb：0.055-0.070%；Ti：0.010-0.020%；Alt：0.025-0.045%；B：0.0006-0.0012%； P：≤0.010%；S：≤0.0020%；N：≤0.0030%；H：≤0.00015%；O：≤0.0030%；Ca：0.0015%～0.0030%；其余为Fe及不可避免杂质。

2.根据权利要求1所述的管线用钢，其特征在于：焊接裂纹敏感性Pcm范围：0.15-0.20%；Ti/N比≥4.0，B/N比≥0.20，Mn+Cr含量范围1.50-1.80%。

3.一种TMCP+回火超高强管线用钢的制造方法，包括如下步骤：铁水脱硫扒渣、转炉冶炼、LF炉精炼、RH精炼、板坯连铸、铸坯加热、粗轧、精轧、DQ+ACC冷却、矫直、探伤、精整、回火热处理；

其特征在于：各步骤温度控制如下: 转炉终点温度1650-1690℃，LF进站温度1550-1600℃，LF结束温度1620-1650℃，RH进站温度1600-1620℃，RH结束温度1565-1585℃，中包温度1525-1550℃；

转炉冶炼步骤中，终点成分范围：C≤0.030%，S≤0.010%，P≤0.008%；转炉冶炼加强磷含量控制，终点磷含量小于0.008%；出钢挡渣操作并保证钢包渣厚≤80mm；

LF精炼步骤中，钢水到站后预吹氩气3min；加热阶段底吹氩气流量为200-500NL/min，非加热阶段底吹氩气流量为600-1400NL/min；精炼渣量加入量≤3000kg，加入铝粒进行渣面脱氧；

RH精炼步骤中，氩气流量800-1200NL/min，进行钢水脱气；RH真空处理时间≥20min，其中深真空处理时间≥17min，真空结束后H≤1.5ppm；真空结束后喂入SiCa线，喂入量为150-300m/炉；喂线结束后对钢水进行软吹，软吹氩气流量控制在60-200NL/min，软吹时间≥10min；喂线之后对钢水进行镇静操作，保证钢水镇静时间≥5min；

连铸坯浇铸步骤中，采用250×2200mm断面，连铸坯中心偏析目标C类≤0.5，目标拉速0.90±0.05m/min；要求钢包自开率100%；结晶器液面波动在±3mm；中包过热度10-35℃；连铸坯下线进行堆垛缓冷时间≥96小时；

铸坯加热步骤中，连铸坯加热均热温度1200±5℃，250mm连铸坯在炉时间240-300min，保证均热时间≥40min，钢坯温度均匀性范围±10℃；

轧制步骤中，粗轧结束温度970-1030℃；粗轧阶段轧制时咬入速度1.1m/s、最大轧制速度1.2m/s；粗轧轧制力8000吨，扭矩设定3200KNm，纵轧阶段扭矩3400KNm；粗轧成型道次及粗轧展宽第1道次压下量不大于30mm，其它道次压下量为40mm；粗轧阶段道次总压下率60%以上，粗轧最后一道次压下率大于20%；待温厚度≥3.5倍成品厚度；控轧后开轧温度870-930℃，终轧温度770-830℃；精轧阶段轧制力8500吨，精轧第1道次扭矩3000KNm，其余道次扭矩3200KNm；精轧阶段总压下率大于50%，精轧最后一道次压下率大于10%；

冷却步骤中，控制冷却中采用“DQ+ACC”联动冷却，入水辊道速度1.2m/s；春夏季水温20-26℃，秋冬季水温14-20℃；同板温差在±30℃以内；开始冷却温度760-810℃，终冷温度300-400℃，冷却速度20-40℃/s；

回火步骤中，采用中温回火处理，回火温度400-500℃，保温时间15-30min。

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