熱軋X70管線鋼卷的研制*

朱延山(山東鋼鐵集團有限公司)

熱軋X70管線鋼卷的研制*

朱延山(山東鋼鐵集團有限公司)

研究了濟鋼ASP產線X70管線鋼的生產工藝及性能。研究表明:將管線鋼的C控制在0.07%以內，并適當添加Nb、Ti等微合金元素，P、S控制在0.010%和0.005%以下，采用TMCP工藝，可以獲得高強韌的針狀鐵素體性管線鋼卷，各項力學性能指標均達到標準要求。

微觀組織 性能 X70管線鋼卷 ASP Nb微合金化

0 引言

近年來隨著石油天熱氣用量的增大，管線的輸送壓力及輸送管徑也不斷增加，對管線用鋼的高強韌性要求越來越高［1］。且隨著冶金技術及設備的發展，采用傳統熱連軋工藝已成功軋制了X65－X80高等級管線鋼，并得到了大規模的應用。然而，由于ASP工藝采用中薄板坯，與傳統熱連軋工藝相比冶金動力學發生了改變，壓縮比較傳統熱連軋也小得多，所以ASP工藝軋制高等級管線鋼時成分工藝均發生了較大的改變。

自2006年始，濟鋼熱軋產線即進行了含Nb管線鋼X70研制開發。結合ASP的產線特點，進行了一系列成分工藝的研究，并詳細研究X70管線鋼的相變規律。通過研究，濟鋼ASP熱連軋產線成功研制X70管線鋼卷，經用戶使用各項性能均符合標準要求。

1 X70管線鋼卷的技術要求特點

管線鋼因為使用條件的特殊性，不但要求較高的強韌性配比，而且對碳當量、DWTT落錘撕裂面積、V型沖擊功、硬度、帶狀組織、夾雜物及化學成分等方面均有要求，西氣東輸工程大量使用X70管線鋼作為城市管網作為主干線，具有廣闊的市場前景。

西氣東輸二線隊管線鋼卷的技術條件見表1、表2、表3及表4。

從西氣東輸二線的技術要求可以看出，X70管線鋼卷不但要求較低的磷硫含量，而且對碳當量也有要求，要求較高的鋼質純凈度。X70管線鋼卷采用TMCP工藝軋制，適當添加Nb、V、Ti微合金元素細化晶粒，同時添加Mo、Cr等易淬透性合金元素，以便得到針狀貝氏體組織。

表1 熔煉分析和產品分析要求(max) wt%

表2 在－20℃ 下夏比沖擊韌性要求

表3 拉伸性能

表4DWTT(落錘撕裂試驗)剪切面積要求

2 生產工藝流程

X70管線鋼卷在濟鋼1700ASP軋機上進行試制，結合西氣東輸二線的技術要求及濟鋼的實際冶煉水平，X70管線鋼的成分設計采用低C、低P、低S和Nb、Ti微合金化的原則。同時根據含Nb管線鋼的特點，合理設計加熱軋制溫度，增加Nb的固溶含量，并避免混晶區軋制［2］，如圖1所示。

圖1 ASP產線Nb微合金鋼軋制原則

具體生產工藝流程:KR鐵水預處理→頂底復吹轉爐冶煉→CAS→LF精煉→RH→ASP連鑄→板坯檢驗→加熱→高壓水除鱗→粗軋→精軋→層流冷卻→卷取→檢驗→入庫。

3 試制結果及分析

3.1 X70管線鋼卷的成分

為了保證X70管線鋼的強度、落錘及焊接性能，成分設計采用了低碳成分設計，并適當添加了Nb、V、Ti等微合金元素，P控制在0.010%以下，S控制在0.005%以下。管線鋼卷X70的熔煉成分見表5。

表5 管線鋼卷X70熔煉成分wt%

對實際生產過程中熔煉成分的進行了統計分析，結果如圖2所示。

圖2 X70實際冶煉成分

由圖2可以看出，P、S的都控制在較低的水平，P控制在0.010%以下，S大部分控制在0.005%以下，C控制在0.06%～0.08%范圍內，冶煉較為穩定。

3.2 X70管線鋼卷的性能

3.2.1 力學性能

濟鋼ASP工藝生產的管線鋼卷X70的試制生產過程中的200個批次的機械性能統計分析，結果見表6，其性能正態分布圖如圖3所示。

表6 管線鋼卷X70的機械性能

圖3 X70管線鋼性能分布

由表6、圖3可以看出，濟鋼ASP工藝生產的X70管線鋼卷屈服強度大部分集中在530 MPa～560 MPa左右，抗拉強度集中在590 MPa～630 MPa之間，延伸率基本都在40%以上，屈強比控制在0.90以下，力學性能均達到標準要求。

沿長度方向在不同位置取樣后測試的性能如圖4所示。由圖4可以看出，X70鋼卷的屈服強度在530 MPa～580 MPa左右，抗拉強度在610 MPa～630 MPa之間，整卷抗拉強度差小于20 MPa，強度分布均勻，說明此工藝生產的管線鋼卷沿長度方向性能穩定。

圖4 鋼卷不同位置的強度

3.2.2 沖擊性能

濟鋼ASP工藝生產的X70鋼卷的夏比沖擊和落錘(DWTT)的性能結果見表7。

表7 落錘及沖擊性能

因為采用低C、低P、S的成分設計及采用控制軋制與控制冷卻工藝，X70鋼卷具有較好的低溫沖擊韌性，在沖擊溫度－20℃時，沖擊功超過240 J;系列低溫沖擊實驗表明(如圖5所示)，在－40℃下的夏比沖擊功大于200 J。因而，采用ASP工藝生產的X70鋼卷低溫沖擊性能指標優異，滿足標準要求。

圖5 系列低溫沖擊試驗

3.2.3 落錘性能

－15℃時1號試樣落錘SEM圖像如圖6所示。

圖6 －15℃的落錘斷口及微觀組織

由圖6可以看出，落錘剪切斷口為典型的韌性斷裂，斷口呈現大量韌窩，韌窩尺寸較小，比較淺，總體上比較均勻，DWTT性能較好。－15℃時DWTT剪切面積大于90%。

3 X70管線鋼卷微觀組織分析

X70管線鋼為了保證低溫韌性及焊接性能，采用低C成分設計，通過添加合金元素及控制軋制及控制冷卻工藝，獲得細小均勻的針狀鐵素體組織，從而得到良好的強韌性能。X70管線鋼卷的金相組織如圖7所示。

圖7 X70管線鋼卷微觀組織

由圖7可以看出，X70管線鋼卷為不規則非等軸晶粒，晶界不明顯，粒度大小不一，呈典型針狀鐵素體組織［3－4］。

X70管線鋼的顯微結構TEM形貌如圖8所示，利用萃取復型方法觀察X70鋼卷中析出相TEM形貌如圖9所示。

圖8 X70顯微組織

圖9 X70析出相TEM圖片

由圖8可以看出，X70管線鋼的為非平行的、長短不一的板條束，取向比較 雜亂，板條內部具有細微亞結構及高密度位錯。板條束之間分布有細小的M－A島。由圖9可以看出X70管線鋼卷中的析出物呈橢圓形、圓形或方形粒子，尺寸范圍在30nm～200nm不等，這些析出相粒子彌散分布。析出物的能譜圖如圖10所示。

圖10 X70管線鋼卷的微觀組織及TEM照片集能譜

由圖10能譜可以看出，其主要化學成分為Nb、Ti析出物或Nb、Ti的復合析出物。大量彌散析出的NbC、TiC析出相，抑制了X70管線鋼晶粒的長大，使其金相組織非常細小，同時針狀鐵素體內部高密度位錯亞結構都有效的提高了X70管線鋼的強度。金相分析表明，X70管線鋼卷的晶粒度達到11～11.5級，保證了鋼卷具有良好的強度和韌性。

4 結論

1)濟鋼1700 mm產線采用ASP工藝研制開發的X70管線鋼卷，成分穩定，潔凈度高，P、S分別控制在0.010%和0.005%以下。

2)ASP工藝生產的X70鋼卷顯微組織以針狀鐵素體為主，并有少量的M－A組織。鋼卷具有良好的強度和韌性，滿足X70標準要求;整卷性能穩定，同卷強度差小于20 MPa。

［1］李鶴林.天然氣輸送鋼管研究與應用中的幾個熱點問題［J］.焊管，2000，23(3):43 －48.

［2］黃國建，張英慧，黃明浩等.經濟型X70管線鋼熱軋厚卷板的研制［J］.鋼鐵研究學報，2010，18(5)，51 －54.

［3］ZP Zhao，ZM Wang，HM Zhang，LF Qiao.Effect of deformation and cooling rate on the transformation behavior and microstructure of X70 steels.Journal of University of Science and Technology Beijing，Mineral，Metallurgy，Material，14(5)(2007)410 －413.

［4］SY Shin，BC Hwang，S Kim，S Lee.Fracture toughness analysis in transition temperature region of API X70 pipeline steel.Materials Science and Engineering，A429(2006)196 －204.

RESEARCH AND DEVELOPMENT OF HOT－ROLLED X70 PIPELINE STEEL

Zhu Yanshan
(Shandong Iron and Steel Group Co.，Ltd)

The production technology and mechanical properties of X70 pipeline strip produced by ASP continuous casting and rolling line in Jinan Steel was introduced.The results showed that C content was below 0.07%，P and S contents were respectively below 0.010%and 0.005%，Nb and Ti etc microalloying elements were added reasonably.Acicular ferrite pipe coil with high toughness could be achieved from TMCP process and various mechanical properties met the standard requirements.

microstructure property X70 pipe coilASP Nb microalloying

2012—3—14