CN100408211C - 低压缩比高级别管线钢生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及高强度低合金钢生产工艺，是低压缩比高级别管线钢生产工艺，包括工序：冶炼、精炼、板坯连铸、板坯加热、除磷、热轧、轧后冷却、平整矫直。冶炼工序采用纯净钢、极低磷、极低硫的冶金工艺；板坯连铸工序中连铸坯的疏松和偏析小于B0.5级；板坯加热工序中，钒+铌+钛≤0.15%、镍+铬+铜≤0.50%时，加热温度为1180～1220℃；热轧工序在第一阶段再结晶轧制过程中，变形温度1070～1000℃，变形量40～60%，轧制速度1.5～2.5m/s；在第二阶段未再结晶区轧制过程中，压力200～400MPa，轧制速度5～1.5m/s，变形量为60～75%；轧后冷却工序中层流冷却速度为15℃/s～25℃/s。本发明使原本铸坯厚度较小的生产线能生产较厚规格的管线钢。
Description
技术领域
本发明涉及高强度低合金钢的生产工艺，具体的说是一种低压缩比高级别管线钢生产工艺。
背景技术
天然气资源多集中于海洋、山丘、沙漠、高原以至高寒地带，远离消费市场。为降低运气成本，增强市场竞争力，管道设计、建设必然向大口径、高钢级、厚管壁、高输送压力的方向发展。随着长距离输气管线的建设，对管线安全性、用材高质量要求的认识越来越深刻。一般来说，长距离输气管线往往伴随着大口径、高压输送、厚壁的特性，相应对板卷提出诸如高韧性、高强度要求，尤其对钢板或钢卷的强韧性的要求越来越高。
为达到上述目的，保证未再结晶区的累积变形量、低温轧制和控制冷却技术等是必不可少的。从传统概念上来说，管线钢的生产必须保证大于10的压缩比，在这种情况下，连铸坯较薄的生产线就没有生产厚规格管线钢的能力，例如想要得到合格的厚度为20mm以上的成品板，就要具备连铸坯厚度200mm以上的连铸生产线，这对于一些不具备条件的生产线都是很大的难题。
发明内容
本发明的目的在于提出一种可使原本铸坯厚度较小的生产线能生产较厚规格的管线钢的低压缩比高级别管线钢生产工艺。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
低压缩比高级别管线钢生产工艺，主要包括工序：冶炼、精炼、板坯连铸、板坯加热、除磷、热轧、轧后冷却、平整矫直，冶炼工序中，采用纯净钢、极低磷、极低硫的冶金工艺；板坯连铸工序中，连铸坯的疏松和偏析小于B 0.5级；板坯加热工序中，微合金元素的含量在钒+铌+钛≤0.15％、镍+铬+铜≤0.50％的范围内时，加热温度在1180～1220℃之间；热轧工序中，在第一阶段再结晶轧制过程中，变形温度为1070～1000℃，变形量为40～60％，轧制速度为1.5～2.5m/s；在第二阶段未再结晶区轧制过程中，压力为200～400MPa，轧制速度为5～1.5m/s，变形量为60～75％；轧后冷却工序中，采用层流冷却，层流冷却的冷却速度为15℃/s～25℃/s。
本发明的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现：
前述的低压缩比高级别管线钢生产工艺，其中所述纯净钢、极低磷、极低硫的冶金工艺中，纯净钢中氮、氢、氧、硫、磷含量总和小于100ppm，磷的含量小于70ppm，硫的含量小于6ppm。
前述的低压缩比高级别管线钢生产工艺，其中所述板坯连铸工序中，连铸坯采取堆冷的冷却方式。
前述的低压缩比高级别管线钢生产工艺，其中所述板坯加热工序中，铌的含量为0.04～0.06％时，加热温度范围为1180～1220℃。
前述的低压缩比高级别管线钢生产工艺，其中所述板坯加热工序中，均热段温度为1180～1200℃，均热时间大于30分钟，总加热时间大于等于150分钟。
前述的低压缩比高级别管线钢生产工艺，其中所述板坯加热工序中，同块板坯的温度偏差小于等于10℃。
前述的低压缩比高级别管线钢生产工艺，其中所述板坯加热工序中，板坯出炉温度为1180～1200℃，温度均匀性小于等于10℃。
前述的低压缩比高级别管线钢生产工艺，其中所述热轧工序中，第一阶段开轧温度：1040～1070℃，终轧温度：990～1020℃，共轧制4道次，待温坯厚度：56～76mm，总变形量：50％～60％。
前述的低压缩比高级别管线钢生产工艺，其中所述热轧工序中，第二阶段开轧温度：840～940℃，终轧温度：790～820℃，轧制道次为9道次，总变形量为68％～72％。
前述的低压缩比高级别管线钢生产工艺，其中所述层流冷却时，水量大小为400～1000m3/h，上下水比为1∶2。
本发明的优点为：传统概念中生产管线钢必须保证压缩比大于10，在这种情况下，连铸坯较薄的生产线就没有生产厚规格管线钢的能力，例如想要得到合格的厚度为20mm以上的成品板，就要具备连铸坯厚度200mm以上的连铸生产线，这对于一些不具备条件的生产线都是很大的难题。本发明中通过低压缩比的管线钢生产工艺，对生产过程中各个环节进行严格的控制，在压缩比较低的情况下得到综合性能优异的成品板，使一些连铸坯较薄的生产线也具有生产厚规格管线钢的能力，对于高钢级厚规格管线钢的生产具有至关重要的意义。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
图2为实施例一成品板的典型组织图。
图3为实施例二成品板的典型组织图。
具体实施方式
本发明是一种低压缩比高级别管线钢生产工艺，特别是对原本铸坯厚度较小的生产线进行厚规格的管线钢生产具有非常重要的作用。由于压缩比较低，总变形量相对较小，因此必须通过严格控制生产过程中的各个环节来达到以往大变形量下细化晶粒，强化组织的效果。从连铸开始，经过板坯再加热阶段，进行两阶段控制轧制，轧后用层流冷却的方式控制冷却，最终得到综合性能优异的成品板。
本发明流程图如图1所示，包括工序：冶炼、精炼、板坯连铸、板坯加热、除磷、热轧、轧后冷却、平整矫直。
冶炼工序采用纯净钢(一般指N、H、O、S、P含量总和低于100ppm或更低)，低磷(P含量低于70ppm)、极低硫(S含量低于6～8ppm)的冶金工艺，保证连铸坯的组织均匀性。
板坯连铸工序中，严格控制铸坯的缺陷，连铸坯的疏松和偏析小于B 0.5级；连铸坯采取堆冷的冷却方式，降低连铸坯中氢的含量，尽量减少由连铸坯冷却时带来的内应力。
板坯加热工序中，再加热过程中必须保证微合金元素如Nb、Ti等的碳氮化物能够充分固溶，且原始奥氏体晶粒没有长大。因此，加热温度的具体范围应由所生产管线钢中Nb、Ti等微合金元素的含量来确定，例如对含Nb约0.04～0.06％的X70管线钢通常加热的温度范围为：1180～1220℃。同时，为保证以后的变形均匀，钢板在加热过程中应尽量保证同块钢板的温度均匀性较好，如同块板坯的温度偏差应不超过10℃。
热轧工序中，实行两阶段控制轧制：在第一阶段再结晶轧制过程中，控制合适的变形温度、变形量及轧制速度，保证动态再结晶的充分进行，轧后静态再结晶过程中晶粒不会因为停留时间过长而长大；在第二阶段未再结晶区轧制过程中，应保证足够的压下量使奥氏体晶粒能够充分细化，为以后的相变过程提供细小的奥氏体晶粒以及大量的变形带以促进铁素体的形核，并在最后的几道次控制合适的变形量以保证良好的板形。其中轧制规程的具体参数，如道次变形温度、轧制速度、变形量等参数需要根据具体的钢种、轧机负荷能力等因素共同确定。
轧后冷却工序中，采用层流冷却，由于管线钢要求的冷却速度比较精确，层流冷却过程中应控制合适的冷却水温度、水量，保证适宜的冷却速度和返红温度，最终得到理想的组织与性能，例如对针状铁素体组织的X70管线钢，应保证层流冷却的冷却速度在15℃/s～20℃/s范围内；同时还要注意调整水量的大小及上下水量的配比关系，尽量保证上下水比达到1∶2，冷却水的开启应保证前后的连续性，避免钢板瓢曲，保证良好的板形。具体参数可以根据所生产的钢种、层流冷却的设备条件等共同确定。
实施例一
本实施例为压缩比为6.9的管线钢X70的具体生产工艺。所选工艺适用于炉卷轧机生产X70管线钢，铸坯厚度为150mm，成品板厚度为21～21.5mm，压缩比范围为6.9～7.1，总变形量≤85％。
冶炼：采用纯净钢、超低P、极低S的冶金工艺，保证连铸坯的组织均匀性，钢的主要的化学成分设计范围见表1：
表1X70管线钢成分设计(wt％)
| C | Si | Mn | P | S | Nb | Ti | Mo |
| 0.03~0.06 | 0.15-0.3 | 1.55~1.65 | ＜0.01 | ＜0.002 | 0.03~0.05 | 0.015~0.025 | 0.15-0.25 |
冶炼后进行精炼钢。板坯连铸严格控制铸坯的缺陷，如疏松和偏析应控制在B 0.5级以下。连铸坯采取堆冷的冷却方式，降低连铸坯中氢的含量，尽量减少由连铸坯冷却时带来的内应力。
板坯加热：再加热过程中必须保证微合金元素如Nb、Ti等的碳氮化物能够充分固溶，且原始奥氏体晶粒没有长大。因此，加热温度的具体范围应由所生产管线钢中Nb、Ti等微合金元素的含量来确定，对本实例中含Nb约0.04～0.06％的X70管线钢通常加热的温度范围为：1180～1220℃，均热段温度：1180～1200℃，均热时间≥30分钟，总加热时间≥150分钟。同时，为保证以后的变形均匀，钢板在加热过程中应尽量保证同块钢板的温度均匀性较好，同块板坯的温度偏差应不超过8℃。再加热结束，出炉温度为1180～1200℃，温度均匀性≤10℃。板坯加热后对板坯进行除磷。
热轧：实行两阶段控制轧制：钢坯出炉后，经过一道高压水除磷，进行第一阶段轧制。第一阶段开轧温度：1040～1070℃，终轧温度：990～1020℃，共轧制4道次，待温坯厚度：68～76mm，总变形量：50％～55％。在第一阶段再结晶轧制过程中，控制合适的变形温度、变形量及轧制速度，保证动态再结晶的充分进行，轧后静态再结晶过程中晶粒不会因为停留时间过长而长大。
经过一定时间的冷却，钢板温度达到合适的第二阶段开轧温度时进行第二阶段未再结晶区的轧制。第二阶段开轧温度：840～860℃，终轧温度：790～810℃，轧制道次为9道次，总变形量为68％～72％。在第二阶段未再结晶区轧制过程中，应保证足够的压下量使奥氏体晶粒能够充分细化，为以后的相变过程提供细小的奥氏体晶粒以及大量的变形带以促进铁素体的形核，并在最后的几道次控制合适的道次变形量以保证良好的板形。
轧后冷却：冷却速率的大小对最终的组织和性能具有决定性的作用。由于管线钢要求的冷却速度比较精确，层流冷却过程中应控制合适的冷却水温度、水量，保证适宜的冷却速度和返红温度，最终得到理想的组织与性能。同时还要注意调整水量的大小及上下水量的配比关系，尽量保证上下水比达到1∶2，冷却水的开启应保证前后的连续性，避免瓢曲，保证良好的板形。
对本实例中针状铁素体组织的X70管线钢，钢板入水温度为：790～800℃，最终的返红温度为：520～550℃，保证了层流冷却的冷却速度在15℃/s～20℃/s范围内，这也是获得针状铁素体组织的比较合适的冷却速率范围。在层流冷却过程中，可以根据钢板的实际温度、冷却水温度以及环境温度等情况对水量进行调整，同时调整侧吹水的大小，保证最终钢板在出层流冷却时表面的冷却水能够吹扫干净，避免板形瓢曲。轧后冷却后，对钢板进行平整矫直。
由以上成分设计和工艺设计得到的最终成品板的典型组织如图2所示。X70管线钢成品板典型的最终性能见表2：
表2X70管线钢成品板典型的最终性能(实施例1)
由典型的管线钢X70的扫描组织可以看出，针状铁素体的特征比较明显，铁素体晶粒的晶界呈犬牙交错，组织细小，晶界上和晶粒内部弥散分布着细小的MA岛。从最终的典型的性能上来看，虽然压缩比很小(≤7)，但最终的屈服强度、抗拉强度、屈强比、延伸率、夏比冲击功以及DWTT都非常好，这充分说明，即使在压缩比较小的情况下，仍然可以通过对生产过程中各环节的严格控制最终获得性能优异的成品板。
实施例二
本实施例为压缩比为8.5左右的管线钢X70的具体生产工艺。所选工艺适用于炉卷轧机生产X70管线钢，铸坯厚度为150mm左右，成品板厚度为17～17.5mm左右，压缩比范围为8.2～8.6，总变形量≤89％。
冶炼：采用纯净钢、超低P、极低S的冶金工艺，保证连铸坯的组织均匀性，主要的化学成分设计范围见表3：
表3X70管线钢成分设计(wt％)
| C | Si | Mn | P | S | Nb | Ti | Mo |
| 0.03~0.06 | 0.15-0.3 | 1.55~1.65 | ＜0.01 | ＜0.002 | 0.03~0.05 | 0.015~0.025 | 0.15-0.25 |
冶炼后进行精炼钢。板坯连铸严格严格控制铸坯的缺陷，如疏松和偏析应控制在B 0.5级以下。连铸坯采取堆冷的冷却方式，降低连铸坯中氢的含量，尽量减少由连铸坯冷却时带来的内应力。
板坯加热：再加热过程中必须保证微合金元素如Nb、Ti等的碳氮化物能够充分固溶，且原始奥氏体晶粒没有长大。因此，加热温度的具体范围应由所生产管线钢中Nb、Ti等微合金元素的含量来确定，对本实例中含Nb约0.04～0.06％的X70管线钢通常加热的温度范围为：1180～1220℃，均热段温度：1180～1200℃，均热时间≥30分钟，总加热时间≥150分钟。同时，为保证以后的变形均匀，钢板在加热过程中应尽量保证同块钢板的温度均匀性较好，同块板坯的温度偏差应不超过8℃。再加热结束，出炉温度为1180～1200℃，温度均匀性≤10℃。板坯加热后对板坯进行除磷。
热轧：实行两阶段控制轧制：钢坯出炉后，经过一道高压水除磷，进行第一阶段轧制。第一阶段开轧温度：1040～1070℃，终轧温度：990～1020℃，共轧制4道次，待温坯厚度：56～62mm，总变形量：59％～60％。在第一阶段再结晶轧制过程中，控制合适的变形温度、变形量及轧制速度，保证动态再结晶的充分进行，轧后静态再结晶过程中晶粒不会因为停留时间过长而长大。经过一定时间的冷却，钢板温度达到合适的第二阶段开轧温度时进行第二阶段未再结晶区的轧制。第二阶段开轧温度：920～940℃，终轧温度：800～820℃，轧制道次为9道次，总变形量为68％～72％。在第二阶段未再结晶区轧制过程中，应保证足够的压下量使奥氏体晶粒能够充分细化，为以后的相变过程提供细小的奥氏体晶粒以及大量的变形带以促进铁素体的形核，并在最后的几道次控制合适的道次变形量以保证良好的板形。
轧后冷却：冷却速率的大小对最终的组织和性能具有决定性的作用。由于管线钢要求的冷却速度比较精确，层流冷却过程中应控制合适的冷却水温度、水量，保证适宜的冷却速度和返红温度，最终得到理想的组织与性能。同时还要注意调整水量的大小及上下水量的配比关系，尽量保证上下水比达到1∶2，冷却水的开启应保证前后的连续性，避免瓢曲，保证良好的板形。
对本实例中针状铁素体组织的X70管线钢，钢板入水温度为：790～800℃，最终的返红温度为：520～550℃，保证了层流冷却的冷却速度在15℃/s～20℃/s范围内，这也是获得针状铁素体组织的比较合适的冷却速率范围。在层流冷却过程中，可以根据钢板的实际温度、冷却水温度以及环境温度等情况对水量进行调整，同时调整侧吹水的大小，保证最终钢板在出层流冷却时表面的冷却水能够吹扫干净，避免板形瓢曲。轧后冷却后，对钢板进行平整矫直。
由以上成分设计和工艺设计得到的最终成品板的典型组织如图3所示。由上图典型的管线钢X70的扫描组织可以看出，针状铁素体的特征比较明显，铁素体晶粒的晶界呈犬牙交错，组织细小，晶界上和晶粒内部弥散分布着细小的MA岛。从最终的典型的性能上来看，虽然压缩比较小(≤8.6)，但最终的屈服强度、抗拉强度、屈强比、延伸率、夏比冲击功以及DWTT都非常好，这充分说明，即使在压缩比较小的情况下，仍然可以通过对生产过程中各环节的严格控制最终获得性能优异的成品板。成品板典型的最终性能见表4：
表4X70成品板典型的最终性能(实施例2)
本发明还可以有其它实施方式，凡采用同等替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。
Claims (10)
1. 低压缩比高级别管线钢生产工艺，主要包括工序：冶炼、精炼、板坯连铸、板坯加热、除磷、热轧、轧后冷却、平整矫直，其特征在于：所述的冶炼工序中，采用纯净钢、极低磷、极低硫的冶金工艺；所述板坯连铸工序中，连铸坯的疏松和偏析小于B 0.5级；所述板坯加热工序中，微合金元素的含量在钒+铌+钛≤0.15％、镍+铬+铜≤0.50％的范围内时，加热温度在1180～1220℃之间；所述热轧工序中，在第一阶段再结晶轧制过程中，变形温度为1070～1000℃，变形量为40～60％，轧制速度为1.5～2.5m/s；在第二阶段未再结晶区轧制过程中，压力为200～400MPa，轧制速度为5～1.5m/s，变形量为60～75％；所述轧后冷却工序中，采用层流冷却，所述层流冷却的冷却速度为15℃/s～25℃/s。
2. 如权利要求1所述的低压缩比高级别管线钢生产工艺，其特征在于：所述纯净钢、极低磷、极低硫的冶金工艺中，纯净钢中氮、氢、氧、硫、磷含量总和小于100ppm，磷的含量小于70ppm，硫的含量小于6ppm。
3. 如权利要求1所述的低压缩比高级别管线钢生产工艺，其特征在于：所述板坯连铸工序中，连铸坯采取堆冷的冷却方式。
4. 如权利要求1所述的低压缩比高级别管线钢生产工艺，其特征在于：所述板坯加热工序中，铌的含量为0.04～0.06％时，加热温度范围为1180～1220℃。
5. 如权利要求1所述的低压缩比高级别管线钢生产工艺，其特征在于：所述板坯加热工序中，均热段温度为1180～1200℃，均热时间大于30分钟，总加热时间大于等于150分钟。
6. 如权利要求1所述的低压缩比高级别管线钢生产工艺，其特征在于：所述板坯加热工序中，同块板坯的温度偏差小于等于10℃。
7. 如权利要求1所述的低压缩比高级别管线钢生产工艺，其特征在于：所述板坯加热工序中，板坯出炉温度为1180～1200℃，温度均匀性小于等于10℃。
8. 如权利要求1所述的低压缩比高级别管线钢生产工艺，其特征在于：所述热轧工序中，第一阶段开轧温度：1040～1070℃，终轧温度：990～1020℃，共轧制4道次，待温坯厚度：56～76mm，总变形量：50％～60％。
9. 如权利要求1所述的低压缩比高级别管线钢生产工艺，其特征在于：所述热轧工序中，第二阶段开轧温度：840～940℃，终轧温度：790～820℃，轧制道次为9道次，总变形量为68％～72％。
10. 如权利要求1所述的低压缩比高级别管线钢生产工艺，其特征在于：所述层流冷却时，水量大小为400～1000m3/h，上下水比为1∶2。
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