一种提高X70抗大变形管线钢韧性的工艺方法

技术领域

本发明属于轧钢技术领域，具体涉及一种提高X70抗大变形管线钢韧性的工艺方法。

背景技术

目前，我国天然气、石油资源大多产自地震活泼带、海洋、冻土层、山体滑坡区以及荒漠等环境非常恶劣的边远地区，管道运输是天然气、石油最合理、最经济的运输方式，为降低管线建设的运行成本。管线钢的强度和压力在逐渐提高。但单一考虑强度已不能满足管道运输的安全需要，更要考虑在特殊地质条件下的运行安全。因此在永久冻土层、泥石流及地震多发区输送天然气、石油等，地面位移容易诱发大应变，管线需要更高的抗压缩和拉伸应变的性能。管道的设计要充分考虑应变能力的设计和应力设计两个方面，所用的管线钢壁厚较大，对于低温韧性、强度、焊接性能和抗大变形能力等均有较高要求，属于高附加值产品。而且，随着我国基础设施建设的增加，抗大变形管线钢的需求量也将持续增加。

一般来说，抗大变形管线钢具有以下特点：具有良好的落锤性能和低温冲击韧性；要有较大的均匀延伸率和加工硬化指数；拉伸曲线没有屈服平台，应具有连续屈服的圆屋顶形状。该类大变形管线钢的性能主要取决于：一是成分设计中所添加的合金元素和含量配比；二是硬相和软相在显微组织中所占的比例；三是钢板经过轧制后晶粒的形态和尺寸。

现有技术中，中国专利CN102534377A公布了“韧性优良的X70级抗大变形管线钢板及其制备方法”，该合金配方采用C0.03～0.08％、Nb0.01～0.05％、Ti0.004～0.014％，还含有Mo0～0.30％、Ni0～0.30％、Cr0～0.30％、Cu0～0.30％中的1～4种；该合金配比采用是低碳，添加钼、镍和铌等贵重合金，该合金设计对于组织转变和性能提高有利，但合金价格高、生产成本较高。中国专利CN101456034B公开了“一种生产X80级抗大变形管线钢中厚板的方法”，该合金配方采用的成分设计为：C0.02～0.05％、Ni0.2～0.4％、Nb0.05～0.1％、Cr0.2～0.5％，采用是低碳、添加大量贵重合金元素，该合金设计有利于组织转变和提高性能，但价格昂贵、生产成本较高。中国专利CN101962733A公布了“一种低成本、高强韧X80抗大变形管线钢及生产方法”，该合金设计采用C0.02～0.08％、Mo0.10～0.30％，钢坯均热温度为1200～1250℃，组织中铁素体的含量为20～40％，较高的加热温度和组织中铁素体含量偏低对低温韧性不利，-20℃夏比冲击韧性偏低仅250J左右。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明通过“弛豫+控轧+强冷”工艺技术，生产一种高韧性的具有大变形X70管线钢，以克服现有技术添加大量合金Nb、Mo、V和Ni等导致的成本较高，均匀伸长率较低，屈强比较高的问题。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种提高X70抗大变形管线钢韧性的工艺方法，包括顶底复吹转炉冶炼、炉外精炼、大板坯连铸、加热、控制轧制(弛豫)、控制冷却等工序，所述方法包括如下技术方案：

①连铸坯拉速为0.9～1.2m/min，连铸坯厚度为230～250mm。

采用230～250mm厚板坯连铸，通过优化铸机拉速1.0～1.2m/min，有利于改善连铸坯心部质量，减少铸坯中心偏析级别，提高材料的抗大变形能力，提高铸坯组织和成分均匀性；低温加热制度的目的是在保证合金充分溶入的前提下，可有效地阻止原始奥氏体晶粒的生长，有利于改善材料的低温冲击性能。

②连铸坯采用低温加热工艺，加热温度为1130～1160℃，加热时间1.5～2.0h；

③连铸坯分阶段进行轧制，采用“弛豫+控轧+强冷”工艺技术。第一阶段弛豫待温，控轧开始温度1100～1120℃，采用“0+7”轧制，弛豫待温时间1min10s～1min40s，当温度达到960℃以下进入精轧机组，精轧压缩比≥3.0；第二阶段控制轧制阶段，精轧开始温度940～960℃，结束温度830～850℃；第三阶段超快速冷却阶段，控轧开始温度为810～830℃，出F7后采用前5组超快速冷却，冷却速率为40～50℃/S；终冷温度380～400℃。通过超快速冷却工艺，控制最终产品金相组织组成、晶粒尺寸及百分含量。

通过采用“弛豫+控轧+强冷+缓冷”工艺，一方面可以充分细化原始奥氏体晶粒，另一方面精确控制终轧温度在810℃以上，为后续的相变做准备。出精轧F7后采用前5组超快速冷却工艺，冷却速率为40～50℃/S，一方面为铁素体的析出提供充分时间，并抑制铁素体晶粒的长大；获得贝氏体、马氏体等硬相组织，得到圆屋顶型拉伸曲线，并获得较高的均匀延伸率UEL和较低的屈强比。

一种通过上述工艺方法制备的抗大变形X70管线钢的化学成分质量百分比为C0.02～0.05％，Si0.20～0.30％，Mn1.8～2.0％，P≤0.015％，S≤0.003％，Alt0.02～0.035％，N≤0.0030％，H≤0.0002％，O≤0.0015％；在所述化学成分中还含有Cr0.50～0.80％，Cu0.30～0.60％，Mo0.40～0.60％中的至少1种，余量为铁和不可避免的杂质。

化学成分配比的依据是：以C、Mn作为固溶强化元素，能够有效地提高珠光体含量，将钢中的碳含量控制在0.02～0.05％范围内，保证材料强度的同时，降低材料的屈强比，使碳当量、韧脆转变温度降低。Mn在1.80～2.0％范围内，通过相变强化与固溶强化相结合提高材料的强度，降低屈强比，提高材料的抗大变形能力。

进一步的，上述抗大变形X70管线钢由针状铁素体构成第一相，包含贝氏体、M-A组分为第二相；第一相所占比例为70～80％。

进一步的，上述抗大变形管线钢X70钢板的横向-20℃夏比冲击功KV2≥320J，落锤(DWTT)剪切面积≥95％。钢板拉伸性能达到：屈服强度480～550MPa，抗拉强度600～680MPa，屈强比≤0.78，均匀延伸率UEL≥12％，R

一种上述抗大变形管线钢X70钢板在地震多发区地面滑移变形，永冻层引起的地面液化沉降和海底铺设管线等易发生大塑性变形的管道工程中的应用。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

①本发明提供了一种提高X70级抗大变形管线钢韧性化学成分配方设计，通过控制成分、连铸、加热、轧制、冷却等工艺方法，得到理想的力学性能和组织形态。

②该钢含有由针状铁素体构成的第一相，和包含贝氏体、M-A组分的第二相；其中，第一相所占比例为70～80％。

③所述的抗大变形管线钢X70钢板横向-20℃夏比冲击功KV2≥350J，落锤(DWTT)剪切面积≥95％。钢板拉伸性能达到：屈服强度480～550MPa，抗拉强度600～680MPa，屈强比≤0.78，均匀延伸率UEL≥12％，R

附图说明

图1为实施例1制备的X70级抗大变形管线钢板的金相组织图；

图2为实施例1制备的X70级抗大变形管线钢板的扫描电镜组织图；

图3为实施例1制备的X70级抗大变形管线钢板的拉伸性能曲线。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不以任何方式限制本发明。为免赘述，以下实施例中原材料若无特别说明则均为市售产品，所用方法若无特别说明则均为常规方法。

根据本发明的一种提高X70抗大变形管线钢韧性的工艺方法，在180吨顶底复吹转炉上冶炼，在2300mm热连轧机组进行控轧控冷生产。下面通过实施例1-5对本发明作进一步的描述。实施例中钢板化学成分见表1，实施例的工艺制度见下面描述。

表1实施例X70抗大变形管线钢板的化学成分(wt％)

实施例1

一种提高X70级抗大变形管线钢板韧性的工艺方法：

产品规格：21.4mm×1550mm的钢板，连铸坯厚度250mm，拉速1.0m/min，采用动态轻压下技术，板坯加热温度1155℃，加热时间2h，第一阶段弛豫待温阶段，控轧开始温度为1118℃，初轧采用“0+7”轧制，中间坯厚度为65mm，弛豫待温1min40s，此时铸坯温度达到960℃，进入精轧机组；第二阶段控制轧制阶段，控轧开始温度958℃，机架间冷却水投入，控轧结束温度850℃；第三阶段强制冷却阶段，控轧开始温度为830℃，出F7后采用前5组超快速冷却，冷却速率为48℃/S，控制相变，终冷温度395℃。通过超快速冷却工艺，控制最终产品金相组织、晶粒尺寸及百分含量。实施例1制备钢板的金相组织如图1所示，扫描电镜组织如图2所示，钢板的拉伸性能曲线呈圆屋顶形，如图3所示；钢板综合力学性能如表2所示。

实施例2

一种提高X70级抗大变形管线钢板韧性的工艺方法：

产品规格：18.4mm×1500mm的钢板，连铸坯厚度235mm，拉速1.1m/min，采用动态轻压下技术，板坯加热温度1142℃，加热时间1h50min，第一阶段弛豫待温阶段，控轧开始温度为1115℃，初轧采用“0+7”轧制，中间坯厚度为60mm，弛豫待温1min35s，此时铸坯温度达到954℃，进入精轧机组；第二阶段控制轧制阶段，控轧开始温度950℃，投入机架间冷却水，控轧结束温度846℃；第三阶段强制冷却阶段，控轧开始温度为832℃，出F7后采用前5组超快速冷却，冷却速率为45℃/S，控制相变，终冷温度390℃。通过超快速冷却工艺，控制最终产品金相组织、晶粒尺寸及百分含量。钢板综合力学性能如表2所示。

实施例3

一种提高X70级抗大变形管线钢板韧性的工艺方法：

产品规格：21.4mm×1500mm的钢板，连铸坯厚度250mm，拉速1.0m/min，采用动态轻压下技术，板坯加热温度1145℃，加热时间1h45min，第一阶段弛豫待温阶段，控轧开始温度为1112℃，初轧采用“0+7”轧制，中间坯厚度为63mm，弛豫待温1min30s，此时铸坯温度达到952℃，进入精轧机组；第二阶段控制轧制阶段，控轧开始温度950℃，机架间冷却水投入，控轧结束温度842℃；第三阶段强制冷却阶段，控轧开始温度为828℃，出F7后采用前5组超快速冷却，冷却速率为43℃/S，控制相变，终冷温度389℃。通过超快速冷却工艺，控制最终产品金相组织、晶粒尺寸及百分含量。钢板综合力学性能如表2所示。

实施例4

一种提高X70级抗大变形管线钢板韧性的工艺方法：

产品规格：18.4mm×1500mm的钢板，连铸坯厚度235mm，拉速1.10m/min，采用动态轻压下技术，板坯加热温度1135℃，加热时间1h40min，第一阶段弛豫待温阶段，控轧开始温度为1108℃，初轧采用“0+7”轧制，中间坯厚度为60mm，弛豫待温1min20s，此时铸坯温度达到952℃，进入精轧机组；第二阶段控制轧制阶段，控轧开始温度958℃，机架间冷却水投入，控轧结束温度850℃；第三阶段强制冷却阶段，控轧开始温度为819℃，出F7后采用前5组超快速冷却，冷却速率为42℃/S，控制相变，终冷温度385℃。通过超快速冷却工艺，控制最终产品金相组织、晶粒尺寸及百分含量。钢板综合力学性能如表2所示。

实施例5

一种提高X70级抗大变形管线钢板韧性的工艺方法：

产品规格：21.4mm×1550mm的钢板，连铸坯厚度250mm，拉速1.20m/min，采用动态轻压下技术，板坯加热温度1130℃，加热时间1h35min，第一阶段弛豫待温阶段，控轧开始温度为1105℃，初轧采用“0+7”轧制，中间坯厚度为65mm，弛豫待温1min15s，此时铸坯温度达到950℃，进入精轧机组；第二阶段控制轧制阶段，控轧开始温度935℃，机架间冷却水投入，控轧结束温度835℃；第三阶段超快速冷却阶段，控轧开始温度为815℃，出F7后采用前5组超快速冷却，冷却速率为40℃/S，控制相变，终冷温度380℃。通过超快速冷却工艺，控制最终产品金相组织、晶粒尺寸及百分含量。钢板综合力学性能如表2所示。

表2实施例1-5钢板力学性能

本发明一种提高X70级抗大变形管线钢板韧性的工艺方法，采用该方法生产的X70抗大变形管线钢板的金相组织为铁素体构成的第一相，贝氏体、马奥岛组成的第二相，第一相所占的比例为70～80％。通过采用优化的合金配方和相应的制备工艺，得到细化的相变组织，最终获得铁素体和贝氏体、马氏体等硬相组分的组织形态，充分提高了X70抗大变形管线钢的均匀延伸率和韧性，屈强比较低，提高变形抗力和抗大变形能力。

实施例制备的X70级抗大变形管线钢板-20℃夏比冲击韧性达到350J以上，落锤(DWTT)剪切面积达到95％以上，钢板拉伸性能达到：屈服强度480～550MPa，抗拉强度600～680MPa，屈强比≤0.78，均匀延伸率UEL≥12％，R

对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应仍属于本发明技术方案保护的范围内。