一种X80管线钢宽厚板的生产方法

摘要

一种X80管线钢宽厚板的生产方法，钢板厚度≥19mm，宽度≥3800mm。钢的化学组成质量百分比为：C=0.04~0.05%，Si≤0.10%，Mn=1.20~1.80%，P≤0.015%，S≤0.002%，Als=0.02~0.06%，Nb=0.02~0.08%，Ti=0.010~0.025%，Cr≤0.3%，Mo≤0.3%，Ni≤0.3%，Cu≤0.3%，B≤0.0005%，Ca=0.001~0.002%，Cr+Mo≥0.3%，Cu/Ni≤1.0，Pcm≤0.20%，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明钢板横纵向微观组织均匀，‑30℃横纵向全厚度DWTT剪切面积均≥85%。本发明方法不仅能提高大壁厚大口径高钢级管线钢的低温落锤止裂性能，同时使轧制时板形易于控制。

说明书

技术领域

本发明属于低合金钢生产技术领域，特别是涉及一种X80管线钢宽厚板的生产方法。

背景技术

提高输送压力，加大管道口径，是石油天然气管道运输降低运营成本的基本途径，高钢级、大壁厚、大口径管线钢的开发和安全运行已成为目前国际上长距离管道工程建设的重要需求。然而，对于大壁厚高钢级X80管线钢，板厚尺寸效应对落锤止裂性能DWTT的影响非常显著。根据API Spec 5L标准，钢板厚度为19.0~22.2mm时，将厚度减薄至19.0mm，DWTT试验温度要降低6℃；钢板厚度为22.2~28.6mm时，将厚度减薄至19.0mm，DWTT试验温度要降低11℃；钢板厚度为28.6~39.7mm时，将厚度减薄至19.0mm，DWTT试验温度要降低17℃。而对大口径高钢级X80管线钢，由于钢板宽度较宽，将增加钢板轧制时板形控制的难度。

众所周知，管线钢是高技术含量和高附加值产品，对成分设计和生产工艺要求严格，大壁厚大口径高钢级管线钢更是如此，需要精细调控微观组织结构，从成分以及冶炼、连铸、加热轧制、冷却等工艺进行系统性思维、窄窗口控制。本发明根据钢铁企业现有生产装备实际，以进一步提高大壁厚高钢级管线钢的低温落锤止裂性能、改善大口径高钢级管线钢轧制时的板形控制为出发点，进行大壁厚大口径高钢级管线钢的生产实践，取得突破性的成果。

发明内容

本发明旨在提供一种低温落锤止裂性能优异的、兼顾轧制时板形易于控制的大壁厚大口径高钢级X80管线钢的生产方法。钢板厚度≥19mm，宽度≥3800mm；钢板横纵向微观组织均匀，-30℃横纵向全厚度DWTT剪切面积均≥85%。

本发明的技术方案：

一种X80管线钢宽厚板的生产方法，钢板厚度≥19mm，宽度≥3800mm，钢的化学组成质量百分比为C=0.04~0.05%，Si≤0.10%，Mn=1.20~1.80%，P≤0.015%，S≤0.002%，Als=0.02~0.06%，Nb=0.02~0.08%，Ti=0.010~0.025%，Cr≤0.3%，Mo≤0.3%，Ni≤0.3%，Cu≤0.3%，B≤0.0005%，Ca=0.001~0.002%，Cr+Mo≥0.3%，Cu/Ni≤1.0，Pcm≤0.20%，余量为Fe和不可避免的杂质；关键工艺步骤为：

（1）冶炼：转炉炼钢，出钢温度1610~1650℃，终点[C]=0.03~0.05%，终点[O]=600~900ppm；出钢后吹氩强搅拌，搅拌时间≥15min，搅拌后钢水温度≥1535℃，[C]≤0.03%；然后进LF炉升温精炼，脱氧合金化，再进RH炉真空处理；LF和RH出站时分别进行Ca处理，LF炉后[Si]≤0.05%；

（2）连铸：低过热度10~20℃，二冷段弱冷，比水量≤0.60L/kg，动态轻压下量5%~8%。板坯堆冷至室温；

（3）加热：加热炉炉膛温度≤1200℃，均热温度1160±10℃，均热时间45~90min；

（4）轧制：横轧展宽，纵轧成形，压缩比=9~11，展宽比=1.8~2.4，中间坯厚度=2.5~3.2×钢板厚度；采用两阶段控制轧制，粗轧采用高温轧制，轧制温度≥1100℃，精轧采用低温低速低道次压下率轧制，终轧温度750~730℃，轧制速度≤4m/s，道次压下率≤10%；

（5）冷却：采用前段快冷后段慢冷的冷却方式，前12m水冷区与后12m水冷区水量比1.2:1，水冷区平均冷速为12~16℃/s，返红温度为320~380℃。

发明原理：

化学组成的控制：严格控制碳含量，碳含量0.06%时，对韧性开始有一定影响，碳含量低于0.04%时，一方面影响贝氏体基体强度和NbC的析出，对晶粒细化和析出强化不利，另一方面更重要的是转炉脱碳能力有限，若进一步追求更低碳含量，将给设备带来损害，也难以稳定控制，或者需要更复杂的冶炼工序，增加成本。因此碳含量控制在0.04~0.05%。硅是非碳化物形成元素，有强烈阻止过饱和铁素体脱溶的作用，能够滞缓贝氏体转变，促进M/A的形成，提高粒状贝氏体的尺寸。因此，本发明采用极少量的硅含量，以减少M/A量，降低M/A岛和粒状贝氏体的尺寸，对DWTT性能极为有利。此外，本发明采用低碳低硅的成分设计，转炉终点钢水氧性强，为此需要采用较多的Al和Ca，进行脱氧、脱硫、控制A类和B类夹杂物、以及改善钢水的可浇性；本发明加入适当的Mn、Cr、Mo、Ni、Cu等合金元素控制过冷奥氏体的相变，其中，Mn含量上限为1.80%，主要是考虑Mn容易中心偏析、易生成带状组织的不利因素，Cr+Mo≥0.3%是为了避免珠光体的出现，Cu/Ni≤1.0是为了消除Cu的热脆的危害。

关键工艺参数的设定：采用转炉+炉后吹氩的脱碳方式，充分利用氩气泡上浮的动力，吸附CO逸出，并加速钢水中C和O的物质传递和化学反应；采用低碳低硅的成分设计，充分考虑精炼和连铸过程中的涨碳和回硅的现象；LF炉后Ca处理是为了B类夹杂物聚集上浮，RH炉后Ca处理是为了对A类夹杂物改性；依据低碳低硅钢的特性，采用低过热度和二冷段弱冷，以及大的轻压下量以改善中心偏析；通过板坯堆冷便于氢的逸出，同时因冷却和加热过程中的相变，改善铸坯组织形态；采用均匀化加热，对炉膛温度以及均热温度和时间进行设定，主要是考虑Nb的充分固溶和均匀化，同时得到较细小均匀的奥氏体化初始晶粒；采用较大的展宽比、合适的压缩比和中间坯厚度以及粗轧阶段高温、精轧阶段减小道次压下率增加道次数等，是为了更有利于获得横纵向上的均匀组织；采用低速低道次压下率精轧，是利用回复过程，形成较多的亚结构，有利于冷却相变组织的细化，尤其是粒状贝氏体的细化，同时有利于低温轧制时板形的控制；终轧温度较低，是使钢板表面能够获得一定比例的多边形铁素体组织；本发明采用前段快冷后段慢冷的冷却方式，是避免珠光体的产生，以及减少板条状贝氏体和M/A岛数量。

本发明的有益效果：1）在洁净钢冶炼的基础上，采用低碳低硅的成分设计，配以较大的动态轻压下量，获得低倍质量优异的连铸坯；2）采用均匀化加热、并设计合适的板坯、中间坯和钢板尺寸、通过高温粗轧和低温低速低道次压下率精轧的轧制规程以及分段冷却方式等工艺，精细调控钢板的微观组织结构，特别是获得横纵向上的均匀组织，使钢板横纵向性能非常均匀；3）生产的大壁厚大口径高钢级X80管线钢，其低温落锤止裂性能，尤其是横向低温落锤止裂性能取得突破，-30℃全厚度DWTT剪切面积≥85%；4）不仅提高了低温落锤止裂性能，同时钢板轧制时板形易于控制，这为大壁厚大口径高钢级X80管线钢的大规模生产和应用，甚至对今后管线钢在钢级、壁厚、口径上的进一步提升都有着重要意义。

附图说明

图1为实施例1钢板厚度1/4处横纵向金相组织的比较图。

图2为实施例1钢板系列温度横纵向全厚度落锤剪切面积图。

图3为实施例1钢板-30℃横纵向全厚度落锤断口照片。

具体实施方式

下面结合实施例进一步说明本发明的内容。

实施例1：X80管线钢宽厚板的生产方法，钢板厚度30.8mm，钢板宽度4350mm。

钢的化学组成质量百分比为：C=0.04%，Si=0.07%，Mn=1.73%，P=0.009%，S=0.0012%，Als=0.039%，Nb=0.062%，Ti=0.016%，Cr=0.18%，Mo=0.17%，Ni=0.19%，Cu=0.13%，B=0.0003%，Ca=0.0012%，Pcm=0.16%，余量为Fe和不可避免的杂质；

关键工艺步骤及参数为：

（1）冶炼：转炉出钢温度1623℃，终点[C]=0.045%，终点[O]=680ppm；出钢后吹氩强搅拌，搅拌时间31min，搅拌后钢水温度1557℃，[C]=0.025%；然后进LF炉升温精炼，脱氧合金化，再进RH炉真空处理；LF出站喂入纯Ca线200m，RH出站喂入纯Ca线150m；LF炉后[Si]=0.04%。

（2）连铸：过热度15~17℃，二冷段弱冷，比水量0.45L/kg，动态轻压下量18mm。浇注成300mm×2270mm断面板坯，然后堆冷至室温。

（3）加热：加热炉炉膛温度≤1200℃，均热温度1160℃，均热时间55min。

（4）轧制：横轧展宽，纵轧成形；压缩比约为9.7，边部余量80mm，展宽比约为1.95，中间坯厚度90mm；采用两阶段控制轧制，粗轧采用高温轧制，粗轧终轧温度1115℃，精轧采用低温低速低道次压下率轧制，终轧温度750~730℃，精轧道次数13次，最大轧制速度3.87m/s，最大道次压下率9.1%，精轧终轧道次压下率5.1%。

（5）冷却：采用前段快冷后段慢冷的冷却方式，前12m水冷区与后12m水冷区水量分别为24L/s/m²和20L/s/m²，水冷区平均冷速为14~16℃/s，返红温度为320~360℃。

对实施例1钢板进行金相组织观察，钢板厚度1/4处横纵向金相组织如图1所示，由图比较可知，钢板横纵向上组织均匀；检测实施例1钢板的落锤止裂性能，图2示出了系列温度横纵向全厚度落锤剪切面积，图3示出了-30℃横纵向全厚度落锤断口照片。检测结果表明，钢板横纵向上落锤止裂性能均匀，-30℃纵向全厚度DWTT剪切面积为87%，-30℃横向全厚度DWTT剪切面积85%，全厚度横纵向DWTT断口FATT85在-30℃~-35℃之间。

实施例2：X80管线钢宽厚板的生产方法，钢板厚度25.7mm，钢板宽度4365mm。

钢的化学组成质量百分比为：C=0.04%，Si=0.06%，Mn=1.71%，P=0.008%，S=0.0010%，Als=0.032%，Nb=0.055%，Ti=0.018%，Cr=0.25%，Mo=0.11%，Ni=0.25%，Cu=0.13%，B=0.0002%，Ca=0.0015%，Pcm=0.16%，余量为Fe和不可避免的杂质；

关键工艺步骤及参数为：

（1）冶炼：转炉出钢温度1632℃，终点[C]=0.05%，终点[O]=651ppm；出钢后吹氩强搅拌，搅拌时间39min，搅拌后钢水温度1545℃，[C]=0.02%；然后进LF炉升温精炼，脱氧合金化，再进RH炉真空处理；LF出站喂入纯Ca线200m，RH出站喂入纯Ca线150m；LF炉后[Si]=0.04%。

（2）连铸：过热度15~19℃，二冷段弱冷，比水量0.52L/kg，动态轻压下量15mm。浇注成260mm×2070mm断面板坯，然后堆冷至室温。

（3）加热：加热炉炉膛温度≤1200℃，均热温度1165℃，均热时间50min。

（4）轧制：横轧展宽，纵轧成形；压缩比约为10.1，边部余量80mm，展宽比约为2.15，中间坯厚度80mm；采用两阶段控制轧制，粗轧采用高温轧制，粗轧终轧温度1110℃，精轧采用低温低速低道次压下率轧制，终轧温度750~730℃，精轧道次数13次，最大轧制速度3.65m/s，最大道次压下率9.4%，精轧终轧道次压下率4.2%。

（5）冷却：采用前段快冷后段慢冷的冷却方式，前12m水冷区与后12m水冷区水量分别为21L/s/m²和17.5L/s/m²，水冷区平均冷速为13~15℃/s，返红温度为340~380℃。

经金相组织观察和落锤止裂性能检测，实施例2钢板横纵向上的组织均匀，落锤止裂性能均匀，-30℃纵向全厚度DWTT剪切面积为88%，-30℃横向全厚度DWTT剪切面积87%，全厚度横纵向DWTT断口FATT85约为-35℃。