CN115198181A - 一种无边裂的355Mpa级厚规格制管用热轧卷板及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无边裂的355Mpa级厚规格制管用热轧卷板及其制造方法，属于热连轧板带生产技术领域。本发明的热轧卷板，其化学成分质量百分比为：C：0.05～0.07；Si：0.15～0.25；Mn：1.10～1.30；P≤0.015；S≤0.008；Ti：0.025～0.045；Nb：0.010～0.020；Al：0.020～0.040；N≤0.006，其余为Fe和不可避免杂质。其生产工艺包括转炉冶炼、RH真空脱气、连铸、加热、TMCP、冷却、卷取。采用本发明的技术方案能够有效保证所得热轧卷板，尤其是制管用热轧卷板的基础性能，如强、韧、塑及焊接性能的同时，进一步提升其角部抗裂纹敏感性，生产所得铸坯不易产生角部裂纹缺陷，也无需后续进行清理，可热装热送轧制，从而显著节约了生产成本。
Description
技术领域
本发明属于热连轧板带生产技术领域，更具体的说，涉及一种无边裂的355Mpa级厚规格制管用热轧卷板及其制造方法。
背景技术
16～25.4mm规格的355Mpa级厚规格低合金钢卷广泛应用于制管用途，如建筑、桥梁等各类结构用管、低压流体输送管线等。而用于制管钢特别是高频电阻焊制管的对钢材的边部质量要求十分严格。
经检索，目前，制造厚规格355Mpa级制管用钢一般有两类成分设计：
一类是较高C，Mn含量，微Ti处理成分，以固溶强化作为主要强化方式的设计，如中国专利申请号为：201310585644.7，发明创造名称为：一种低成本X52管线钢的生产方法及管线钢。该申请案中的管线钢，其主要成分(质量百分比)为：C：0.08～0.12、Si：≤0.35、Mn：1.10～1.40、Ti：0.010～0.020。又如，中国专利申请号为：201210586741.3，发明创造名称为：一种新型低成本Q345A/B/C低合金钢板及其生产方法。该申请案中的钢板，其主要成分为C：0.13～0.18、Si：0.20～0.40、Mn：0.90～1.10、Als：0.010～0.040、Ti：0.010～0.030。上述两个申请案中的C含量均处于包晶转变范围(C：0.09～0.17wt％)，可以预见的是连铸坯角裂比较严重。
另一类是较低C、较高Mn、添加Nb合金作为强韧化元素的设计，如，中国专利申请号：CN201010243258.6，发明创造名称为：一种X52管线钢及其生产方法，该申请案中的管线钢，其主要强化元素为C：0.070～0.090、Si：0.15～0.30、Mn：1.10～1.30、Nb：0.020～0.040，Ti0.010～0.020。又如，中国专利申请号为：201910949817.6，发明创造名称为：一种超厚规格X52管线钢热轧卷板及其生产方法。该申请案中的管线钢，其主要强化元素为C：0.060～0.070、Si：0.15～0.25、Mn：1.40～1.50、Nb：0.034～0.050、Ti：0.008～0.022、Cr：0.11～0.17、Al：0.015～0.045，上述两个发明虽然C含量避开了包晶反应区，但铸坯冷却时、由于Nb的碳氮化物析出相导致晶界催化，恶化钢的高温塑性，特别是钢中氮的质量分数较高时，会在晶界生成细小、密实分布的碳、氮化物，显著提高铸坯的裂纹敏感性，提高角裂风险。
综上所述，现有技术中，关于管线钢的以上成分设计都不可避免的会产生铸坯角部裂纹，造成热卷边部裂纹缺陷。而在现有生产过程中，通常是采取铸坯角部火焰清理的方式进行处理，来避免热卷边裂，但是采用该方法不仅容易造成人力物力的浪费，而且会使其不能采取热装热送工艺，从而制约组产，延长产品交货期。
发明内容
1.要解决的问题
本发明的目的在于解决目前制管用钢在生产时容易产生铸坯角部裂纹缺陷、制造成本较高的不足，提供了一种屈服强度355Mpa级别、用于制管的厚规格热轧钢卷及其生产方法。采用本发明的技术方案能够有效解决上述问题，从而在不提高制造成本、且所得产品具有良好的强韧性能基础上，显著降低了角部裂纹缺陷的产生，有效满足了热装热送轧制需求。
2.技术方案
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
其一，本发明提供了一种无边裂的355Mpa级厚规格制管用热轧卷板，其化学成分质量百分比为：C：0.05～0.07；Si：0.15～0.25；Mn：1.10～1.30；P≤0.015；S≤0.008；Ti：0.025～0.045；Nb：0.010～0.020；Al：0.020～0.040；N≤0.006，其余为Fe和不可避免杂质。本发明通过对组分的配比进行优化设计，从而能够有效保证所得热轧卷板，尤其是制管用热轧卷板的基础性能，如韧、塑及焊接性能的同时，进一步提升其角部抗裂纹敏感性，所得铸坯不易产生角部裂纹缺陷，无需后续进行清理，从而显著节约生产成本。
更进一步的，为了进一步减少所得铸坯角部裂纹缺陷，控制Ti和N的含量关系满足Ti/N≥5，经过大量研究，控制在此范围内，便于生产得到满足本发明要求的制管用热轧卷板。
更进一步的，显微组织为多边形铁素体+珠光体，其中，铁素体比例达到90％以上。
更进一步的，本发明所得热轧卷板，其厚度16.0～25.4mm，屈服强度ReL≥355MPa，抗拉强度Rm≥470MPa，延伸率A≥20％，V形缺口冲击功≥100J(0℃)。
其二，本发明提供了上述无边裂的355Mpa级厚规格制管用热轧卷板的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、转炉冶炼；
步骤二、RH真空脱气；
步骤三、连铸；
步骤四、加热；
步骤五、TMCP；
步骤六、冷却、卷取。
更进一步的，步骤一中，采用自循环废钢并控制废钢加入量，减少废钢中N元素的影响；严格控制转炉下渣量；步骤二中，采用深处理模式，真空处理时间15～30min,保证脱气效果。
更进一步的，步骤三中，连铸过程做好开浇前中包充氩和浇注过程中保护浇注，减少连铸增氮，增氮控制≤5ppm，中间包温度控制目标液相线温度以上10～25℃，铸坯厚度230mm。
更进一步的，步骤四中，采用板坯直装工艺，板坯装炉温度400℃以上，均热温度1230℃～1280℃；出炉温度设定为1210～1250℃，在炉时间180～210min，保证Ti元素充分固溶。
更进一步的，步骤五中，两阶段控制轧制，多道次粗轧+大压下精轧，粗轧在奥氏体再结晶区采用3+5道次进行反复轧制，保证获得均匀细小的高温奥氏体晶粒；中间坯厚度设定为60mm，精轧开轧温度设定为1000～1050℃，终轧温度设定为840～870℃。
更进一步的，步骤六中，冷却时，层流冷却采用前段密集冷却方式，冷却速度为30～50℃/S；卷取温度设定为580～620℃。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明的一种无边裂的355Mpa级厚规格制管用热轧卷板，通过对其组分进行优化设计，严格控制各组分之间的配比，并利用各组分间的协同配合，相比传统的同级别制管低合金钢，本发明的板卷在不提高制造成本、以及在保证良好的强韧性能基础上，通过独特的成分设计，配合后续适合的制造工艺，生产所得产品具有无需铸坯角部清理、无边部裂纹缺陷、可热装热送轧制的特点。所得产品厚度为16～25.4mm，屈服强度ReL≥355MPa，抗拉强度Rm≥470MPa，延伸率A≥20％，V形缺口冲击功≥100J(0℃，冲击试样尺寸：10*10*55mm)的产品，具有良好的机械性能。
(2)本发明的一种无边裂的355Mpa级厚规格制管用热轧卷板，通过独特的化学成分设计，具有以下有点：1、铸坯裂纹敏感性较低，无需铸坯清理，即可满足制管钢严格的边部质量要求，节省人力物力；2、C含量较低、较好的焊接性能；3、良好的工艺性能。
(3)本发明的一种无边裂的355Mpa级厚规格制管用热轧卷板，通过对Ti的含量、Ti及N的含量进行严格控制，本发明中Ti除了可以起到细化晶粒和沉淀强化作用以外，还可以代替一部分Nb或Mn的强化作用，而Ti合金成本远低于Nb或Mn，显著降低了合金成本，从而进一步降低制管用热轧卷板的制造成本。
(4)本发明的一种无边裂的355Mpa级厚规格制管用热轧卷板的制造方法，采用本发明的组分，匹配工艺，并对各工艺参数进行优化设计，生产得到满足本发明要求的产品，具有优良的经济效益。
附图说明
图1为实施例1的金相照片；典型显微组织为多边形铁素体+珠光体+少量贝氏体；
图2为实施例1的铸坯角部样照片；
图3为对比例1的铸坯角部质量；
图4为对比例2的铸坯角部质量；
图5为对比例3的铸坯角部质量。
经比较图2-图5可知，实施例1的铸坯角度质量较好，无角部裂纹缺陷，而对比例1-2存在明显的角部横裂纹，对比例3中存在细小的角部裂纹，通常需要人工清理去除。
具体实施方式
本发明的一种无边裂的355Mpa级厚规格制管用热轧卷板，其化学成分质量百分比为：C：0.05～0.07；Si：0.15～0.25；Mn：1.10～1.30；P≤0.015；S≤0.008；Ti：0.025～0.045；Nb：0.010～0.020；Al：0.020～0.040；N≤0.006，其余为Fe和不可避免杂质。
为解决现有管线钢生产时极易在铸坯角部产生裂纹缺陷的问题，申请人通过大量实践研究，通过对现有制管用热轧板卷的组分范围进行优化设计，尤其是提高Ti含量，并对Ti和N的含量关系进行设计，控制Ti/N≥5，不仅可以显著降低铸坯角部裂纹缺陷，还能够进一步保证制管用热轧板卷的基础性能，本发明的产品，其屈服强度ReL≥355MPa，抗拉强度Rm≥470MPa，延伸率A≥20％，V形缺口冲击功≥100J(0℃，冲击试样尺寸：10*10*55mm)的产品，具有良好的机械性能。
需要说明的是，本发明通过对各元素的含量进行精确控制，其中，C是钢中最基础的固溶强化元素，可以显著提高强度，特别是抗拉强度，但是，当C在0.09～0.17％时，处于包晶反应区，能够显著提高铸坯的裂纹敏感性，从而影响钢材的韧、塑性和焊接性能。因此，本发明中C含量的设计不仅要避开包晶反应区，而且还要保证钢材的焊接性能、韧性及塑性，控制在0.05～0.07，有效满足的产品需求。Mn是固溶强化元素，可以在提高钢板的强度的同时不显著的影响钢材的塑性，Mn在提高强度的同时，还可以提高钢的韧性，降低钢的韧脆转变温度，在本发明中在C含量较低的情况下，需要较多的Mn提供钢材强度，同时考虑到制造成本，将Mn设计为1.10～～1.30。
Al是脱氧元素，添加适量的铝可形成细小弥散的AlN粒子，有利于细化晶粒，提高钢的强韧性能，但连铸过程中AlN粒子会提高铸坯裂纹敏感性，因此不宜过多，设计为0.02～0.04为宜。需要说明的是，本发明中添加的Ti，除了可以起到细化晶粒和沉淀强化作用以外，本发明中Ti还能起到另外一个独特的作用：在连铸冷却时，由于Ti比Nb、Al对N的亲和力更大，TiN会优先于NbN、AlN析出，这样一是可以降低钢种游离N的含量，从而显著减少NbN、AlN的析出量，二是TiN在高温下形成质点较大，不会钉扎晶界，因此钢水中添加Ti可以有效减轻Nb、Al对铸坯的热塑性的危害。经过充分实践，当满足Ti/N≥5时，兼顾成本和性能，达到最优。但由于Ti元素的沉淀析出物Ti(C、N)会形成裂纹源，对钢材的冲击韧性有损害作用，因此Ti的含量不宜过多，经过申请人综合考虑及大量实践验证，Ti的含量在0.025-0.045为佳。
同时，由于Ti元素的析出Ti(C、N)对钢材韧性有损害作用，在制管钢需要有良好的韧性的前提下，由于热连轧机组生产厚规格板卷压下量的不足，因此往往造成韧性不足，需要加入少量Nb以进一步细化晶粒改善钢材韧性。但Nb的添加会显著提高制造成本，且增加铸坯角裂的风险，因此不宜多，经综合考虑及大量实践，Nb的含量控制在0.010-0.020为宜。由于N与在连铸过程Al、Nb形成NbN、AlN损害钢材的热塑性，造成铸坯裂纹，因此N在本钢种中属于有害元素，结合实际控制水平，N≤0.0060。
此外，P对钢材的焊接性能影响较大，且具冷脆性，在本钢种中属于有害元素，应控制的尽量低。S易形成MnS类夹杂物，具有一定的热脆性，在本钢种中属于有害元素，应控制的尽量低。
本发明通过对组分的配比进行优化设计，从而能够有效保证所得热轧卷板，尤其是制管用热轧卷板的基础性能，如强、韧、塑及焊接性能的同时，进一步提升其角部抗裂纹敏感性，所得铸坯不易产生角部裂纹缺陷，无需后续进行清理，从而显著节约生产成本。
本发明的上述热轧卷板的制造方法，包括以下步骤：
步骤一、转炉冶炼；采用自循环废钢并控制废钢加入量，减少废钢中N元素的影响；严格控制转炉下渣量。
步骤二、RH真空脱气；采用深处理模式，真空处理时间15～30min，保证脱气效果。
步骤三、连铸；连铸过程做好开浇前中包充氩和浇注过程中保护浇注，减少连铸增氮，增氮控制≤5ppm，中间包温度控制目标液相线温度以上10～25℃，铸坯厚度230mm。
步骤四、加热；采用板坯直装工艺，板坯装炉温度400℃以上，均热温度1230℃～1280℃；出炉温度设定为1210～1250℃，在炉时间180～210min，保证Ti元素充分固溶。
步骤五、TMCP；两阶段控制轧制，多道次粗轧+大压下精轧，粗轧在奥氏体再结晶区采用3+5道次进行反复轧制，保证获得均匀细小的高温奥氏体晶粒；中间坯厚度设定为60mm，精轧开轧温度设定为1000～1050℃，终轧温度设定为840～870℃。
步骤六、冷却、卷取；冷却时，层流冷却采用前段密集冷却方式，冷却速度为30～50℃/S；卷取温度设定为580～620℃。
下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
实施例1
本实施例的一种无边裂的355Mpa级厚规格制管用热轧卷板，其化学成分为C：0.062；Si：0.20；Mn：1.15；P：0.011；S：0.006；Al：0.037；Ti：0.028；Nb：0.0157；N：0.0038，其余为Fe和不可避免杂质。
采用转炉冶炼+RH真空精炼+常规连铸方法将其浇铸成230mm厚的连铸板坯，RH真空处理时间25min，保证脱气效果；连铸增氮控制≤5ppm，中间包温度控制目标液相线温度以上20℃，铸坯厚度230mm，连铸板坯角部质量试样如图2所示。
板坯经加热至1230℃后进行3+5道次粗轧，其中，板坯均热温度为1250℃，在炉时间为200min；粗轧后中间坯厚度为60mm，其后经过7道次精轧，精轧开轧温度设定为1025℃，精轧成品厚度16.0mm，其终轧温度为855℃，精轧后经过层流冷却，以32℃/S的冷却速度冷至605℃卷取。
所得产品的金相照片如图1所示，典型显微组织为多边形铁素体+珠光体+少量贝氏体，其力学性能屈服强度441MPa，抗拉强度537MPa，延伸率25％，V形缺口冲击功(试样尺寸10*10*55mm，温度0℃)232/245/218J。
实施例2
本实施例的一种无边裂的355Mpa级厚规格制管用热轧卷板，其化学成分为C:0.057；Si：0.19；Mn：1.12；P：0.010；S：0.002；Al：0.036；Ti：0.035；Nb：0.0159；N：0.0035其余为Fe和不可避免杂质；
采用转炉冶炼+RH精炼+常规连铸方法将其浇铸成230mm厚的连铸板坯，RH真空处理时间20min，保证脱气效果；连铸增氮控制≤5ppm，中间包温度控制目标液相线温度以上15℃，铸坯厚度230mm，连板坯角部质量基本如图2，角部基本无裂纹缺陷。
板坯经加热至1235℃后进行3+5道次粗轧，其中，板坯均热温度为1260℃，在炉时间为190min；粗轧后中间坯厚度为60mm，其后经过7道次精轧，精轧开轧温度设定为1030℃，精轧成品厚度25.4mm，其终轧温度为860℃，精轧后经过层流冷却，以35℃/S的冷却速度冷至598℃卷取。
所得产品力学性能屈服强度393MPa，抗拉强度540MPa，延伸率27％，V形缺口冲击功(试样尺寸10*10*55mm，温度0℃)212/197/216J。
实施例3
本实施例的一种无边裂的355Mpa级厚规格制管用热轧卷板，其化学成分为C：0.05；Si：0.25；Mn：1.10；P：0.010；S：0.008；Al：0.036；Ti：0.045；Nb：0.01；N：0.006其余为Fe和不可避免杂质；
采用转炉冶炼+RH精炼+常规连铸方法将其浇铸成230mm厚的连铸板坯，RH真空处理时间15min，保证脱气效果；连铸增氮控制≤5ppm，中间包温度控制目标液相线温度以上25℃，铸坯厚度230mm，连板坯角部质量基本如图2，其角部基本无裂纹缺陷。
板坯经加热至1210℃后进行3+5道次粗轧，其中，板坯均热温度为1230℃，在炉时间为210min；粗轧后中间坯厚度为60mm，其后经过7道次精轧，精轧开轧温度设定为1050℃，精轧成品厚度20mm，其终轧温度为840℃，精轧后经过层流冷却，以30℃/S的冷却速度冷至620℃卷取。
所得产品力学性能屈服强度383MPa，抗拉强度512MPa，延伸率29％，V形缺口冲击功(试样尺寸10*10*55mm，温度0℃)235/213/218J。
实施例4
本实施例的一种无边裂的355Mpa级厚规格制管用热轧卷板，其化学成分为C：0.07；Si：0.15；Mn：1.30；P：0.015；S：0.002；Al：0.036；Ti：0.025；Nb：0.02；N：0.0035其余为Fe和不可避免杂质；
采用转炉冶炼+RH精炼+常规连铸方法将其浇铸成230mm厚的连铸板坯，RH真空处理时间30min，保证脱气效果；连铸增氮控制≤5ppm，中间包温度控制目标液相线温度以上10℃，铸坯厚度230mm，连板坯角质量基本如图2，其角部基本无裂纹缺陷。
板坯经加热至1250℃后进行3+5道次粗轧，其中，板坯均热温度为1280℃，在炉时间为180min；粗轧后中间坯厚度为60mm，其后经过7道次精轧，精轧开轧温度设定为1000℃，精轧成品厚度25mm，其终轧温度为870℃，精轧后经过层流冷却，以大于50℃/S的冷却速度冷至580℃卷取。
所得产品力学性能屈服强度425MPa，抗拉强度545MPa，延伸率23％，V形缺口冲击功(试样尺寸10*10*55mm，温度0℃)158/162/182J。
对比例1
本对比例的制管用热轧板卷，其化学成分为C:0.151；Si：0.24；Mn：1.45；P：0.012；S：0.002；Al：0.039；Ti：0.023；N：0.0044。其余为Fe和不可避免杂质。采用与实施例1相同的炼钢、连铸工艺生产为相同厚度的钢卷，其产品力学性能屈服强度357MPa，抗拉强度531MPa，延伸率26％，V形缺口冲击功(试样尺寸10*10*55mm，温度0℃)248/238/237J。本对比例的铸坯角部质量如图3所示，与实施例1相比，两者力学性能相当，但本对比例的角部裂纹缺陷明显。
对比例2
本对比例的制管用热轧板卷，其化学成分为C:0.08；Si：0.26；Mn：1.43；P：0.012；S：0.003；Al：0.030；Ti：0.017；Nb：0.022，N：0.0048。其余为Fe和不可避免杂质。采用与实施例2相同的炼钢、连铸工艺生产为相同厚度的钢卷，其产品力学性能屈服强度392MPa，抗拉强度511MPa，延伸率23.5％，V形缺口冲击功(试样尺寸10*10*55mm，温度0℃)283/269/290J。本对比例的铸坯角部质量如图4所示。本对比例与实施例2相比，两者的力学性能相当，但本对比例的角部裂纹缺陷明显。
对比例3
本对比例的制管用热轧板卷，其化学成分为C:0.063；Si：0.25；Mn：1.14；P：0.012；S：0.005；Al：0.037；Ti：0.026；Nb：0.0157；N：0.0055，Ti/N＜5，其余为Fe和不可避免杂质；用转炉冶炼+RH真空精炼+常规连铸方法将其浇铸成230mm厚的连铸板坯；连铸板坯角部试样如图5所示。板坯经加热至1230℃后进行3+5道次粗轧，粗轧后中间坯厚度为60mm，其后经过7道次精轧，精轧成品厚度16.0mm，其终轧温度为868℃，精轧后经过层流冷却，以大于30℃/S的冷却速度冷至607℃卷取。
所得产品力学性能屈服强度408MPa，抗拉强度517MPa，延伸率26％，V形缺口冲击功(试样尺寸10*10*55mm，温度0℃)181/170/190J，其理化性能良好，但铸坯仍存在细小角部裂纹。
Claims (10)
1.一种无边裂的355Mpa级厚规格制管用热轧卷板，其特征在于：其化学成分质量百分比为：C：0.05～0.07；Si：0.15～0.25；Mn：1.10～1.30；P≤0.015；S≤0.008；Ti：0.025～0.045；Nb：0.010～0.020；Al：0.020～0.040；N≤0.006，其余为Fe和不可避免杂质。
2.根据权利要求1所述的一种无边裂的355Mpa级厚规格制管用热轧卷板，其特征在于：Ti和N的含量关系满足Ti/N≥5。
3.根据权利要求1所述的一种无边裂的355Mpa级厚规格制管用热轧卷板，其特征在于：其显微组织为多边形铁素体+珠光体，其中，铁素体比例达到90％以上。
4.根据权利要求1所述的一种无边裂的355Mpa级厚规格制管用热轧卷板，其特征在于：其厚度为16.0～25.4mm，屈服强度ReL≥355MPa，抗拉强度Rm≥470MPa，延伸率A≥20％，0℃下V形缺口冲击功≥100J。
5.一种如权利要求1-4中任一项所述的无边裂的355Mpa级厚规格制管用热轧卷板的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、转炉冶炼；
步骤二、RH真空脱气；
步骤三、连铸；
步骤四、加热；
步骤五、TMCP；
步骤六、冷却、卷取。
6.根据权利要求5所述的一种无边裂的355Mpa级厚规格制管用热轧卷板的制造方法，其特征在于：步骤一中，采用自循环废钢并控制废钢加入量，减少废钢中N元素的影响；严格控制转炉下渣量；步骤二中，采用深处理模式，真空处理时间15～30min,保证脱气效果。
7.根据权利要求5所述的一种无边裂的355Mpa级厚规格制管用热轧卷板的制造方法，其特征在于：步骤三中，连铸过程做好开浇前中包充氩和浇注过程中保护浇注，减少连铸增氮，增氮控制≤5ppm，中间包温度控制目标液相线温度以上10～25℃，铸坯厚度230mm。
8.根据权利要求5所述的一种无边裂的355Mpa级厚规格制管用热轧卷板的制造方法，其特征在于：步骤四中，采用板坯直装工艺，板坯装炉温度400℃以上，均热温度1230℃～1280℃；出炉温度设定为1210～1250℃，在炉时间180～210min，保证Ti元素充分固溶。
9.根据权利要求5所述的一种无边裂的355Mpa级厚规格制管用热轧卷板的制造方法，其特征在于：步骤五中，两阶段控制轧制，多道次粗轧+大压下精轧，粗轧在奥氏体再结晶区采用3+5道次进行反复轧制，保证获得均匀细小的高温奥氏体晶粒；中间坯厚度设定为60mm，精轧开轧温度设定为1000～1050℃，终轧温度设定为840～870℃。
10.根据权利要求5所述的一种无边裂的355Mpa级厚规格制管用热轧卷板的制造方法，其特征在于：步骤六中，冷却时，层流冷却采用前段密集冷却方式，冷却速度为30～50℃/S；卷取温度设定为580～620℃。
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