天鐵熱軋X60管線鋼的開發(fā)

王體勝 柏娟 布和 （天津天鐵冶金集團(tuán)熱軋板有限公司，河北涉縣 056404)

天鐵熱軋X60管線鋼的開發(fā)

王體勝 柏娟 布和 （天津天鐵冶金集團(tuán)熱軋板有限公司，河北涉縣 056404)

介紹了天鐵熱軋1 750 mm機(jī)組管線鋼X60的開發(fā)過程，通過控制加熱溫度、道次變形量、終軋溫度和卷取溫度等工藝參數(shù)，成功生產(chǎn)出了高質(zhì)量X60管線鋼，經(jīng)檢驗(yàn)各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到預(yù)定目標(biāo),表明了天鐵熱軋已經(jīng)具備生產(chǎn)高等級(jí)管線鋼的能力。

管線鋼 溫度 晶粒 強(qiáng)度 開發(fā)

1 前言

天鐵熱軋1 750 mm生產(chǎn)線于2007年投產(chǎn)至今，管線鋼系列生產(chǎn)主要以低牌號(hào)X42、X52為主。隨著市場(chǎng)對(duì)高級(jí)別管線鋼的需求量增加，天鐵熱軋為適應(yīng)市場(chǎng)的發(fā)展，在1 750 mm機(jī)組生產(chǎn)線進(jìn)行了X60管線鋼的生產(chǎn)試驗(yàn)，產(chǎn)品規(guī)格為12.70 mm×1 550 mm，為后續(xù)大批量生產(chǎn)X60管線鋼打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2 生產(chǎn)工藝路線

X60級(jí)管線鋼生產(chǎn)工藝流程為：鐵水預(yù)處理→轉(zhuǎn)爐（180 t氧氣頂?shù)讖?fù)吹)冶煉→爐外精煉（LF爐)→連鑄機(jī)→蓄熱式步進(jìn)梁加熱爐→爐后除鱗→粗軋軋制→保溫罩→精軋軋制→層流冷卻→卷取→剪切取樣→鋼卷檢查→記錄入庫(kù)。在熱軋過程中，通過控制加熱爐加熱溫度、道次變形量、終軋溫度和卷取溫度等工藝參數(shù)，以獲得最終成品的針狀鐵素體組織。

3 化學(xué)成分分析

3.1 碳（C)

C元素是固溶元素，若含量過高，會(huì)惡化焊接和沖擊韌性;若含量過低，鋼的屈強(qiáng)比將上升。合理的含碳量既能保證固溶強(qiáng)化效果，使鋼控軋后獲得低的屈強(qiáng)比，又不會(huì)降低焊接性能和低溫韌性。本次軋制采用C含量小于0.07%的低C含量設(shè)計(jì)。

3.2 錳（Mn)

Mn是管線鋼中的主要元素，起到固溶強(qiáng)化，提高鋼的強(qiáng)度作用。由于Mn容易中心偏析，對(duì)抗HIC腐蝕性能非常不利，所以Mn不宜過高。

3.3 鈮（Nb)、釩（V)、鈦（Ti)

3.3.1 Nb是目前微合金化管線鋼中最主要的元素之一，其主要作用為提高再結(jié)晶溫度，細(xì)化晶粒，提高強(qiáng)韌性。但Nb含量過高會(huì)使屈強(qiáng)比上升，因此應(yīng)控制在0.05%以下。

3.3.2 V的作用同Nb，與Nb復(fù)合加入更有利，主要作用為沉淀強(qiáng)化，提高強(qiáng)度。

3.3.3 Ti可以提高鋼的晶粒粗化溫度，促進(jìn)晶粒細(xì)化，提高強(qiáng)度和韌性，同時(shí)有利于焊接時(shí)熱影響區(qū)的晶粒控制。

同時(shí)，對(duì)于管線鋼，控制鋼的潔凈度十分重要，S、P含量必須控制在較低的范圍內(nèi)，并采用Ca質(zhì)處理控制硫化物形貌。根據(jù)上述元素的作用，結(jié)合管線鋼的性能，經(jīng)過幾次試生產(chǎn)和性能檢驗(yàn)，確定X60熔煉成分控制范圍見表1。

表1 管線鋼成分 (質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%)

4 X60管線鋼的軋制工藝控制

見圖1。

圖1顯示了軋件在熱軋生產(chǎn)過程中奧氏體晶粒的變化過程。從整個(gè)圖示過程不難得出結(jié)論：在生產(chǎn)中，從加熱溫度、軋制變形量（粗軋)、終軋溫度、卷取溫度四個(gè)工藝要點(diǎn)對(duì)X60管線鋼軋制加以控制，可以增加奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變時(shí)的形核點(diǎn)，以此來充分細(xì)化晶粒，從而獲得更高強(qiáng)度和韌性的管線鋼產(chǎn)品[1]。

4.1 加熱溫度的控制

板坯在加熱爐中的加熱溫度決定了合金元素的固溶程度以及奧氏體的原始晶粒度，并且能直接影響到產(chǎn)品的最終性能。加熱溫度與微合金元素固溶的變化見表2。

表2顯示出了固溶Nb、Ti含量隨加熱溫度的變化，其固溶量變化較大，所以準(zhǔn)確控制加熱溫度和加熱時(shí)間，能使Nb、V、Ti元素充分溶解。在保證性能的情況下，適當(dāng)提高加熱溫度，兼顧微合金元素在加熱時(shí)的阻礙奧氏體粗化及軋制時(shí)的晶粒長(zhǎng)大的作用，采用的加熱溫度為1 265～1 275℃。

圖1 軋制工藝示意圖

表2 加熱溫度與微合金元素固溶的變化

4.2 軋制變形量

圖2 終軋溫度命中率

板坯在粗軋階段屬于奧氏體再結(jié)晶軋制過程，因此要求軋件在粗軋軋制階段每道次的壓下率應(yīng)該大于臨界變形率，在反復(fù)再結(jié)晶過程中細(xì)化晶粒[2]。結(jié)合板坯厚度230 mm，成品厚度12.7 mm以及粗軋機(jī)和精軋機(jī)的實(shí)際軋制能力綜合考慮，將中間坯厚度設(shè)定為49 mm，粗軋機(jī)采用五道次軋制，1、3、5奇道次除磷，粗軋階段各道次壓下率數(shù)據(jù)見表3。

表3 粗軋各道次數(shù)據(jù)

4.3 終軋溫度的控制

精軋入口溫度設(shè)定為≤950℃，終軋溫度設(shè)定值為820℃，精軋區(qū)機(jī)架間冷卻水全部投用，在保證終軋溫度的同時(shí)，控制了在鐵素體區(qū)軋制，終軋溫度命中率見圖2。

本次共軋制14塊，從圖2可以看出本次軋制終軋溫度命中率達(dá)到了較高的控制水平。

4.4 卷取溫度的控制

卷取溫度的控制主要在于層流冷卻，從鋼的組織上分析，在相同的變形條件下，X60管線鋼隨著冷卻速率的提高，晶粒會(huì)變細(xì)，從而提高鋼的強(qiáng)度;相反，冷卻速率過大，將導(dǎo)致鋼的韌性下降。綜合考慮，本次軋制冷卻速率設(shè)定為99℃/（m/s)，卷取溫度設(shè)定550℃，卷取溫度命中率見圖3。

圖3 卷取溫度命中率

從圖3可以看出本次軋制卷取溫度命中率較低，且波動(dòng)很大，有待進(jìn)一步提高。

5 檢驗(yàn)結(jié)果

5.1 機(jī)械性能試驗(yàn)

5.1.1 要求的拉伸性能

見表4。

表4 要求達(dá)到的拉伸性能

根據(jù)本次試軋的管線鋼機(jī)械性能進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，屈服強(qiáng)度為 460～475 MPa，抗拉強(qiáng)度為 530～545 MPa，屈強(qiáng)比在0.84～0.89之間，斷后延伸率為27%～32%，結(jié)果證明此批次管線鋼機(jī)械性能全部合格。

5.1.2 冷彎性能

垂直于軋制方向取樣做180°彎曲試驗(yàn)，彎芯直徑為2.0 t（t為公稱厚度12.7 mm)，在所有試樣彎曲后未在外表面出現(xiàn)裂紋，此次軋制的X60冷彎性能良好。

5.1.3 在-20℃下夏比沖擊韌性要求

見表5。

表5 在-20℃下夏比沖擊韌性要求

通過試驗(yàn)結(jié)果得出，夏比沖擊功Ak為243～271 J，夏比沖擊剪切面積SA為95%～100%，均符合要求。

5.1.4 DWTT（落錘撕裂試驗(yàn))

DWTT的要求為：試驗(yàn)溫度為-5℃;單個(gè)試樣最小值≥70%;兩個(gè)試樣的平均值≥85%。

14塊試樣剪切面積的最小百分?jǐn)?shù)均在93.5～100之間，數(shù)據(jù)證明本次軋制的X60韌性較好。

5.2 金相組織分析

見圖4。

從圖4金相照片中可以看出X60管線鋼的金相組織為典型的針狀鐵素體，特征為不規(guī)則的鐵素體塊。統(tǒng)計(jì)結(jié)果為各塊試樣晶粒度均在11～13級(jí)之間。6 結(jié)束語

圖4 X60管線鋼的顯微組織

通過各項(xiàng)檢驗(yàn)證明，本次軋制的X60管線鋼各項(xiàng)性能指標(biāo)均合格，滿足制管的要求，表明了此次試軋成分設(shè)計(jì)和軋制工藝設(shè)計(jì)的合理可行性，嚴(yán)格控制加熱溫度、軋制變形量、終軋溫度、卷取溫度四個(gè)工藝要點(diǎn)對(duì)軋制高質(zhì)量的管線鋼起到?jīng)Q定性的作用，其最終體現(xiàn)在鋼中組織的形態(tài)和晶粒大小上，此次軋制的X60管線鋼顯微組織含有較多的針狀鐵素體，不僅有利于鋼材韌性的提高，而且也大幅提高了鋼材的強(qiáng)度。同時(shí)，此次試軋的成功也表明天鐵熱軋1 750 mm生產(chǎn)線已具備批量生產(chǎn)X60管線鋼的能力。

[1]鄭瑞，李鐵軍.我國(guó)管線鋼的生產(chǎn)與發(fā)展[J].重型機(jī)械科技，2003（3)：37-41．

[2]郭振，溫永紅，胡水平，等.針狀鐵素體鋼的組織類型及對(duì)性能的影響[J].材料開發(fā)與應(yīng)用，2007，20（4)：3-6．

Development of Pipeline Steel X60 at Tiantie Hot Rolling Mill

Wang Tisheng,Bai Juan,Bu He

The developing process of pipeline steel X60 on 1 750 mm Hot Rolling Mill,Tiantie,is introduced.High quality pipeline steel X60 was successfully produced by controlling process parameters of heating temperature,pass deformation rate,final rolling temperature and coiling temperature.Inspection results proved that the produced steel reached all targets in all properties and Tiantie Hot Rolling Mill possessed the ability of producing high grade pipeline steel.

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（收稿 2011-11-12 責(zé)編 潘娜)

王體勝，2005年畢業(yè)于遼寧科技大學(xué)，現(xiàn)主要從事軋制工藝及新產(chǎn)品開發(fā)研究方面的工作。