L290M管線鋼不同工藝對大板均勻性的影響

吳長柏

摘 要：本文對現場高溫軋制與低溫軋制生產的L290M進行分析，討論不同軋制工藝制度下產品性能的均勻性。結果表明：高溫軋制全長均勻性保證能力更強，軋制效率更高;高溫軋制可取消頭尾切舍量，提高綜合成材率。

關鍵詞：低溫軋制;高溫軋制;屈服強度;顯微組織;微觀硬度

中圖分類號：TG142.1;TG335.11 文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2020）31-0036-04

Effects of Different Processes of L290M Pipeline Steel

on the Uniformity of Mother Plate

WU Changbai

（Baogang Zhanjiang Steel Co.， Ltd.，Zhanjiang Guangdong 524000）

Abstract： This paper analyzed L290M produced by high temperature rolling and low temperature rolling， and discussed the uniformity of product properties under different rolling processes. The results show that the high temperature rolling can guarantee the uniformity of the whole length and the rolling efficiency is higher; the cutting amount of the head and tail can be cancelled and the comprehensive yield can be improved.

Keywords： low temperature rolling;high temperature rolling;yield strength;micro structure;micro-hardness

隨著石油與天然氣管道應用量增加，埋弧直縫焊鋼管市場需求攀升。為提高輸送效益，管線工程向著大管徑、高壓方向發展[1]，對管線鋼的強度、低溫韌性、焊接性等綜合性能的要求也越來越高[2]。根據市場調研發現，以中俄管線項目為例，在未來5年內計劃投用約3 500 km長埋弧直縫管。目前，國內外油氣輸送管所適用的標準規范對管線鋼的強度下限和上限都有明確規定，必須保證全長性能均勻，使強度等指標保持穩定，以獲得優良的產品質量。

國內某鋼廠接訂L290M管線鋼合同約2 000 t用于地方支線輸氣，尺寸為18.3 mm×3 735 mm×12 090 mm。在采用低溫軋制工藝時，出現屈服強度超上限且全長性能不均勻的現象;在采用高溫度軋制時，韌性與低溫軋制相比無下降趨勢，且全長屈服強度更均勻。

本文針對現場高溫軋制與低溫軋制生產的L290M進行分析，討論不同軋制工藝制度下性能均勻性，為軋制工藝優化提供參考。

1 技術要求

1.1 熔煉成分及成品成分要求

用戶技術協議對生產的L290M成分體系要求如表1所示。

1.2 機械性能要求

用戶技術協議對生產的L290M力學性能要求如表2所示。

2 一貫制工藝設計

2.1 成分工藝設計

根據L290M牌號屬性及用戶對成分及性能要求，一貫制成分設計如表3所示。

2.2 軋制工藝設計

根據L290M牌號屬性及用戶對成分及性能要求，分別設計低溫軋制與高溫軋制兩種工藝，各項工藝設計如表4所示。

2.3 一貫制設計分析

2.3.1 合金添加方案分析。微量元素Nb的影響主要表現在固溶于奧氏體中，在加熱過程中阻礙奧氏體晶粒長大，在軋制中會在位錯、亞晶界、晶界上沉淀析出鈮的碳氮化物，阻礙奧氏體再結晶，同時加大再結晶開始和終了臨界變形量，使奧氏體更穩定[4];最后擴大未再結晶區，通過控軋使鐵素體晶粒細化。

2.3.2 高溫軋制與低溫軋制工藝對比分析。根據成分設計，第一次試制廠內用低溫軋制，熱機械軋制經驗Ar3溫度范圍755～805 ℃，根據控軋原理，終軋溫度設定在Ar3線以上，模型計算低溫開軋800～860 ℃。由顯微組織觀察可知，頭尾鐵素體晶粒發生變形，可能由于軋制溫度低誘導鐵素體相變造成鐵素體的硬化，同時再結晶溫度以下金屬材料在塑性變形時，發生位錯滑移出現位錯的纏結，使晶粒拉長、破碎，金屬內部產生硬化等[4]。第二次試制廠內調整為高溫軋制，終軋溫度810～870 ℃，模型計算開軋溫度900～960 ℃。

3 性能分析

3.1 常規性能分析

對全長板拉、-10 ℃下沖擊與落錘、宏觀硬度、彎曲、晶粒度等級進行分析，低溫軋制工藝的1#鋼板頭尾拉伸超上限，高溫軋制工藝的2#鋼板頭尾性能下降明顯且整板屈服強度趨于穩定，兩種軋制工藝沖擊、落錘具有相同的保證能力。兩種工藝機械性能對比見表5。

3.2 韌脆轉變分析

對兩種軋制工藝制度鋼板頭部沖擊功及落錘剪切斷面率韌脆轉變溫度進行對比，兩種工藝在-50 ℃下沖擊功無明顯轉變且落錘韌脆轉變溫度均低于-15 ℃。對比結果詳見圖1至圖2。

3.3 顯微組織分析

由于兩種工藝頭部拉伸相差較大，在鋼板頭部取全厚度為20 mm×20 mm試樣，編號1#、2#，經過研磨、拋光、腐蝕工序在500X下進行顯微組織對比。兩種工藝頭部試樣顯微組織均為鐵素體+珠光體，低溫軋制工藝1#試樣頭部鐵素體組織發生變形呈長條狀，高溫軋制工藝2#試樣頭部鐵素體組織呈扁平，晶粒略粗。工藝顯微組織對比結果詳見圖3。

3.4 微觀硬度分析

對兩種工藝的1#、2#試樣進行厚內位置鐵素體微觀硬度（HV10）分析，試驗發現，1#試樣鐵素體硬度高于2#試樣;由于鐵素體硬度與屈服強度呈正相關，初步斷定第一次調試性能偏高與組織形態有關。鐵素體微觀硬度對比詳見圖4。

3.5 電子背散射衍射對比

采用牛津Symmetry探測器，后期數據選擇HKL的Chanel 5軟件進行取向差及織構的分析，在二次電子圖像上選擇掃描區域，設置掃描步長為0.3 μm。為了確定1#、2#試樣晶粒及晶界角度的關系，使用HKL公司的Tango軟件對兩塊試樣進行了取向差角度的計算，1#試樣中小角度晶界為主要晶界類型，2#試樣大角度晶界為主要晶界類型（45°呈現峰值），其中存在少量的小角度晶界。晶粒間的取向差決定了位錯的密度[5]，位錯密度高導致屈服強度高。具體結果詳見圖5。

3.6 軋制效率對比

根據現場情況，低溫軋制待溫時間長，鋼板內金屬流動性降低，軋制速度下降。低溫軋制工藝軋制一塊大板約3.5 min，小時產量約17塊;高溫軋制工藝軋制一塊大板約3 min，小時產量約20塊，高溫軋制有助于提升產能。

3.7 批量性驗證

根據圖6可知，低溫軋制個別鋼板屈服強度不合格且穩定性差，高溫軋制屈服強度全部合格且穩定性明顯提升。

4 結論

第一，降低Nb含量，縮小奧氏體相區，根據現有的軋制水平及工藝設計可保證性能均勻穩定;第二，高溫軋制全長均勻性保證能力更強，軋制效率更高;第三，高溫軋制可取消頭尾切舍量，提高綜合成材率。

參考文獻：

[1]王儀康.高壓輸氣管線材料和相關問題[J].焊管，2000（3）：84-90.

[2]江海濤，康永林，于浩，等.國內外高鋼級管線鋼的開發與應用[J].管道技術與設備，2005（2）：21-24.

[3]彭建，楊春楣.加熱工藝對微合金鋼Ti、Nb固溶及奧氏體晶粒長大的影響[J].金屬成形工藝，2003（3）：51-52，55.

[4]王亞男.材料科學基礎[M].北京：冶金工業出版社，2012.

[5]孟楊，任群，鞠新華.利用局域取向差衡量變形金屬中的位錯密度[J].材料熱處理學報，2014（11）：122-128.