CN114686757B - 一种采用多阶段冷却工艺生产x80m管线钢的冷却方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种采用多阶段冷却工艺生产X80M管线钢的冷却方法，属于轧钢生产控轧控冷的技术领域。具体包括以下步骤：(1)成分设计；(2)轧制工艺控制；(3)多阶段冷却工艺控制；所述多阶段冷却工艺控制包括：(i)第一阶段空气冷却；(ii)第二阶段缝隙冷却；(iii)第三阶段层流冷却；(iv)第四阶段二次空冷。本发明中的多阶段冷却工艺过程稳定可控，有利于X80M管线钢的大规模批量生产；采用的多阶段冷却工艺适用于10～25mm的多厚度规格范围的X80M管线钢的生产，具有普适性；同时生产的X80M管线钢组织及性能均匀，有效地改善了控轧控冷工艺生产时所带来的钢板性能不均匀问题。

Description

一种采用多阶段冷却工艺生产X80M管线钢的冷却方法
技术领域
本发明属于轧钢生产控轧控冷的技术领域，具体涉及一种采用多阶段冷却工艺生产X80M管线钢的冷却方法。
背景技术
随着越来越多天然气管网项目开建，管线钢需在高寒、地质地貌复杂的地区服役，恶劣的环境对管线钢性能要求更加严格，高强度、高低温韧性等良好的综合力学性能是管线钢设计的基本要求，就目前工程项目来看，X80M级别管线钢已成为重大石油天然气运输项目的主流产品。
国内高级别管线钢普遍采用控轧控冷(TMCP)工艺生产，由于研究历史较长，轧机轧制工艺相对较成熟，目前限制高级别管线钢稳定生产的主要因素是冷却工艺的选择与控制冷却的水平。实际工业生产显示，采用控轧控冷工艺生产的高级别管线钢钢板的头中尾性能差异较大，一方面是造成性能不符合技术要求，另一方面是坯料设计时要考虑加大钢板头尾切除量，造成坯料的浪费和生产成本的增加。
专利号为CN108570600B公开了一种大壁厚X80M管线钢的生产方法，通过洁净钢冶炼、模铸、一火轧制、一火坯精整、二火轧制、钢板精整生产X80M管线钢，该方法需经过多次再加热轧制及精整，工序复杂，生产成本高。
专利号为CN103276314B公开了一种低屈强比高韧性X80管线钢板及其制造，该专利采用TMCP工艺+调制热处理生产X80管线钢，未公布详细的控制冷却工艺，且需要增加调质热处理，生产成本较高。
发明内容
针对现有技术中高级别管线钢钢板的头中尾性能差异较大等问题，本发明提供一种采用多阶段冷却工艺生产X80M管线钢的冷却方法，以解决上述问题。本发明通过对轧后钢板空气冷却、缝隙冷却、层流冷却、二次空冷四个阶段的精准控制，实现X80M管线钢的稳定生产，同时可以保证钢板性能均匀性，降低生产成本。
本发明技术方案如下：
一种采用多阶段冷却工艺生产X80M管线钢的冷却方法，包括以下步骤：(1)成分设计；(2)轧制工艺控制；(3)多阶段冷却工艺控制。
所述多阶段冷却工艺控制包括：(i)第一阶段空气冷却；(ii)第二阶段缝隙冷却；(iii)第三阶段层流冷却；(iv)第四阶段二次空冷。所述多阶段冷却工艺利用ADCOS-PM水冷设备进行。所述ADCOS-PM水冷设备由34组集管组成，有效冷却区域28m，最大冷却宽度3500mm。其中1～4组为缝隙集管，5～34组为高密快冷集管，每组集管包含上下两套喷嘴。配备高温计等检测设备，通过对水流密度、上下集管水量比例、辊道速度及加速度、头尾遮蔽等参数的设置，可实现钢板过程跟踪、温度路径、冷却速度、纵向均匀性的控制。
优选的，所述X80M管线钢的化学成分包括质量百分比的如下成分：C：0.04％～0.10％，Si：0.10％～0.40％，Mn：1.50％～1.90％，P≤0.018％，S≤0.005％，Cu：0.10％～0.40％，Nb：0.04％～0.07％，Cr：0.10％～0.40％，Mo：0.10％～0.40％，Ti：0.01％～0.03％，余量为Fe及不可避免的杂质。
优选的，所述步骤(2)为：铸坯缓冷48h后进行再加热轧制，铸坯出炉温度1160℃～1200℃，除鳞后表面温度测量值1040～1080℃；中间坯厚度设定需大于成品厚度的3.0倍；轧制设备为四辊轧机，其中带压下量的最后道次轧制过程中钢板表面测量温度范围800℃～840℃，最后道次轧制速度不低于2.5m/s。
优选的，所述第一阶段空气冷却为：经四辊轧机轧制结束后，10～25mm厚度规格的X80M钢板由输送辊道送至ADCOS-PM水冷设备，在此阶段经由空气冷却将钢板温度由800℃～840℃缓慢冷却至750℃～790℃。
优选的，所述第二阶段缝隙冷却为：当钢板表面温度降至750℃～790℃后进入ADCOS-PM水冷设备，首先进入缝隙冷却区域，选择性开启第1～4组缝隙集管，利用缝隙喷嘴强大的单位冷却强度，使钢板表面温度迅速降低，在钢板内部和表面形成很大的温度梯度，同时为进一步冷却提供条件。
优选的，所述第三阶段层流冷却为：钢板进入层流冷却区域，选择性开启第5组至第34组高密快冷集管，辊道速度设置为1.3m/s，加速度为0.004m/s2。利用高密快冷喷嘴进一步降低钢板表面温度，保持钢板内部和表面温度梯度，精准控制钢板出水冷设备过程中测量钢板表面温度在260℃～300℃，钢板冷却速率控制在20～30℃/s。
优选的，所述第四阶段二次空冷为：钢板出ADCOS-PM水冷设备后通过二次空气冷却，使钢板温度由260℃～300℃缓慢冷却至室温。
本发明的有益效果为：
(1)本发明中的多阶段冷却工艺过程稳定可控，有利于X80M管线钢的大规模批量生产。
(2)本发明中采用的多阶段冷却工艺适用于10～25mm的多厚度规格范围的X80M管线钢的生产，具有普适性，有利于工厂的生产组织，提高了生产效率。
(3)本发明生产的X80M管线钢组织及性能均匀，有效地改善了控轧控冷工艺生产时所带来的钢板性能不均匀问题，同时促进了产品质量提升及生产成本的降低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1本发明实施例1制备的钢板头部金相组织图。
图2本发明实施例1制备的钢板中部金相组织图。
图3本发明实施例1制备的钢板尾部金相组织图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1
1.成分设计
X80M管线钢强度要求高，屈服强度下限要求555MPa，同时低温韧性要求高，-20℃冲击功≥150J，-10℃落锤均值≥85％。综合考虑钢板的强韧性要求，采用低PCM成分体系设计，添加Nb、Cr、Mo、Cu、Ti等合金元素，具体设计成分如下：C：0.05％～0.07％，Si：0.25％～0.35％，Mn：1.65％～1.75％，P≤0.012％，S≤0.003％，Cu：0.15％～0.17％，Nb：0.055％～0.065％，Cr：0.16％～0.18％，Mo：0.15％～0.17％，Ti：0.02％～0.03％，PCM≤0.23％，余量为Fe。
2.生产步骤如下：
KR脱硫→转炉冶炼→LF→RH→CCM→铸坯切割定尺→缓冷48h→板坯加热→高压水除鳞→轧制→多阶段冷却→矫直→探伤→切割→检验、喷号→入库。
3.轧制工艺控制
铸坯缓冷48h后进行再加热轧制，铸坯出炉温度控制在1170℃～1180℃，除鳞后表面温度测量值1050℃～1060℃；轧制设备为四辊轧机，轧制不限单双道次，其中第一阶段轧制保证一道次以上压下率＞20％，中间坯厚度设定值为成品厚度的3.5倍；轧机带压下量的最后道次轧制过程中表面测量温度范围820℃～830℃，最后道次的轧制速度为2.5m/s。
4.多阶段冷却工艺控制
(1)第一阶段空气冷却：经四辊轧机轧制结束后，20mm厚的X80M钢板通过输送辊道送至ADCOS-PM水冷设备，在此空冷阶段，控制辊道速度为2.7m/s，时间不超过50s，钢板表面温度由820℃～830℃缓慢冷却至760℃～770℃。
(2)第二阶段缝隙冷却：当钢板表面温度降至760℃～770℃后进入ADCOS-PM水冷设备，首先进入缝隙冷却区域，开启第2组缝隙集管，利用缝隙喷嘴强大的单位冷却强度，使钢板表面温度迅速降低，在钢板内部和表面形成很大的温度梯度，同时为进一步冷却提供条件。
(3)第三阶段层流冷却：钢板进入层流冷却区域，开启第7组至第27组高密快冷集管，辊道速度设置为1.3m/s，加速度为0.004m/s2。利用高密快冷喷嘴进一步降低钢板表面温度，保持钢板内部和表面温度梯度，精准控制钢板出水冷设备过程中测量钢板表面温度在270℃～280℃，钢板冷却速率控制在24～25℃/s。
(4)第四阶段二次空冷：钢板出ADCOS-PM水冷设备后通过二次空冷，使钢板温度由270℃～280℃缓慢冷却至室温。
对制备的20mm规格X80M钢板的力学性能和金相组织进行测试，结果如下表2：
(1)钢板力学性能
试验结果显示，钢板的屈服强度和抗拉强度富裕量较大，钢板的头中尾性能均匀性良好，同板强度差不超过30MPa；-30℃冲击功均值均在250J以上，远高于技术要求，-15℃落锤实绩均为100％，低温韧性优异。
表2～测试结果
Figure BDA0003550066570000051
(2)钢板金相组织
钢板头部、中部、尾部的组织细小均匀，金相组织为针状铁素体+板条贝氏体，具体详见附图1～3。
尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求所述的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种采用多阶段冷却工艺生产X80M管线钢的冷却方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)成分设计；(2)轧制工艺控制；(3)多阶段冷却工艺控制；
所述多阶段冷却工艺控制包括：(i)第一阶段空气冷却；(ii)第二阶段缝隙冷却；(iii)第三阶段层流冷却；(iv)第四阶段二次空冷；
第一阶段空气冷却为：经四辊轧机轧制结束后，10～25mm厚度规格的X80M钢板送至ADCOS-PM水冷设备，在此阶段经由空气冷却将钢板温度由800℃～840℃缓慢冷却至750℃～790℃；
第二阶段缝隙冷却为：当钢板表面温度降至750℃～790℃后，进入ADCOS-PM水冷设备，首先进入缝隙冷却区域，选择性开启第1～4组缝隙集管，使钢板表面温度迅速降低；
第三阶段层流冷却为：钢板进入层流冷却区域，选择性开启第5组至第34组高密快冷集管，辊道速度设置为1.3m/s，加速度为0.004m/s2；控制钢板出水冷设备过程中测量钢板表面温度在260℃～300℃，钢板冷却速率控制在20～30℃/s；
第四阶段二次空冷为：钢板出ADCOS-PM水冷设备后通过二次空气冷却，使钢板温度由260℃～300℃缓慢冷却至室温。
2.如权利要求1所述的一种采用多阶段冷却工艺生产X80M管线钢的冷却方法，其特征在于，所述多阶段冷却工艺利用ADCOS-PM水冷设备进行；所述ADCOS-PM水冷设备由34组集管组成，有效冷却区域28m，最大冷却宽度3500mm；其中1～4组为缝隙集管，5～34组为高密快冷集管，每组集管包含上下两套喷嘴。
3.如权利要求1所述的一种采用多阶段冷却工艺生产X80M管线钢的冷却方法，其特征在于，所述X80M管线钢包括质量百分比的以下成分：C：0.04％～0.10％，Si：0.10％～0.40％，Mn：1.50％～1.90％，P≤0.018％，S≤0.005％，Cu：0.10％～0.40％，Nb：0.04％～0.07％，Cr：0.10％～0.40％，Mo：0.10％～0.40％，Ti：0.01％～0.03％，余量为Fe及不可避免的杂质。
4.如权利要求1所述的一种采用多阶段冷却工艺生产X80M管线钢的冷却方法，其特征在于，所述步骤(2)为：铸坯缓冷48h后进行再加热轧制，铸坯出炉温度1160℃～1200℃，中间坯厚度设定大于成品厚度的3.0倍；轧制设备为四辊轧机，其中带压下量的最后道次轧制过程中，钢板表面测量温度范围800℃～840℃，最后道次轧制速度不低于2.5m/s。
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