天鐵管線鋼研制開發(fā)

李勇生（天津天鐵冶金集團(tuán)有限公司技術(shù)中心，河北涉縣 056404）

天鐵管線鋼研制開發(fā)

李勇生（天津天鐵冶金集團(tuán)有限公司技術(shù)中心，河北涉縣 056404）

闡述了天鐵管線鋼的研制開發(fā)過程，包括微合金化成分設(shè)計、管線鋼生產(chǎn)工藝流程確定和關(guān)鍵工序的控制內(nèi)容等，最終使產(chǎn)品性能符合標(biāo)準(zhǔn)和使用要求。天鐵研制開發(fā)的管線鋼系列產(chǎn)品性能優(yōu)良，已成功應(yīng)用于國內(nèi)外多條油氣管線建設(shè)工程。

管線鋼 強度 韌性 微合金化 純凈鋼 冶煉 控軋 控冷

1 前言

近幾年來，隨著國內(nèi)外管道工程的快速發(fā)展，帶動了管線用鋼產(chǎn)量的大幅度提高。20世紀(jì)90年代中期，我國管線鋼年總產(chǎn)量僅為30萬t，2010年已提高到800萬t。天鐵集團(tuán)為適應(yīng)市場需求變化，積極對管線鋼的生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行研制開發(fā)。經(jīng)過一年多的生產(chǎn)實踐，天鐵較好地掌握了管線鋼板卷的化學(xué)成分設(shè)計、生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品質(zhì)量保證等關(guān)鍵技術(shù)，并形成B－X70等不同等級的X系列管線鋼生產(chǎn)工藝體系。高級別管線鋼X70試制成功后，順利通過國家權(quán)威管材認(rèn)證機構(gòu)檢測，取得國家質(zhì)檢總局頒發(fā)的特種設(shè)備（材料）制造許可證。

2 管線鋼的成分設(shè)計

管線鋼主要用于輸油、氣管道，要求特性為高強度、高韌性；抗氫致裂紋和抗H2S腐蝕能力強；抗疲勞強度高；焊接性能好。為滿足管線鋼高強度、高韌性、良好的抗HIC、SCC性能及焊接性能，通常采用低碳高錳并采用Nb、Ti微合金化的合金成分設(shè)計方案，并與冶金技術(shù)和控軋控冷相結(jié)合。

針對管線鋼的性能要求，參考國內(nèi)外主要管線鋼生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)經(jīng)驗，結(jié)合天鐵的生產(chǎn)設(shè)備條件，自主設(shè)計出各鋼級管線鋼的化學(xué)成分，見表1。

表1 天鐵管線鋼設(shè)計成分/%

3 管線鋼的生產(chǎn)工藝

管線鋼對鋼材純凈度的要求很高，因此管線鋼冶煉技術(shù)的關(guān)鍵是使鋼純凈化，以使鋼的硫、磷、夾雜及氣體含量降到最低。目前天鐵生產(chǎn)管線鋼采用的工藝路線為：鐵水預(yù)處理→180 t氧氣頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐→LF精煉爐→RH精煉爐→R12 m直弧型雙流板坯連鑄機→鑄坯檢驗→蓄熱步進(jìn)梁式加熱爐→1 750 mm半連續(xù)式熱帶鋼軋機軋制→板卷檢驗→包裝出廠。

3.1 鐵水預(yù)處理工藝

采用噴吹鎂石灰法脫硫，要求鐵水預(yù)處理后硫含量≤0.005%，磷含量≤0.050%，鐵水表面渣扒凈。

3.2180 t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉工藝

轉(zhuǎn)爐副槍采用兩次取樣確認(rèn)成分，合格后方可出鋼。保證一次拉碳、溫度命中率，使磷含量控制在0.010%以內(nèi)。出鋼時間≥5 min，采用擋渣帽、擋渣標(biāo)雙擋渣出鋼，擋渣球補充擋渣，鋼包渣厚度控制在80 mm～100 mm。轉(zhuǎn)爐出鋼量達(dá)1/3時開始加入合金和渣料。出鋼時開始吹氬，出鋼結(jié)束后再吹氬3 min。

3.3 LF精煉爐工藝

LF精煉爐要求全程微正壓操作，防止空氣吸入，保證還原氣氛。鋼包到位給電升溫，同時加電石、鋁粒脫氧，并根據(jù)埋弧效果加入適量精煉埋弧渣，以便盡快形成黃白渣，并微調(diào)鋼水成分。鈣處理后加高堿度無碳大包覆蓋劑150～200 kg，軟吹8～10 min。

3.4 RH精煉爐工藝

經(jīng)過RH脫氣處理的鋼水，可以使鋼中氣體含量達(dá)到很低的水平：T[O]≤20×10-6，[N]≤30×10-6,[H]≤2× 10-6。氣體含量的降低能夠較大地改善鋼的機械性能等指標(biāo)。

3.5 連鑄工藝

連鑄機采用了大、中包稱重系統(tǒng)，避免大、中包澆注末期下渣，以提高鋼水純凈度。大、中包升降裝置保證水口浸入深度，避免中包和結(jié)晶器液面波動。增加中間包擋渣墻、擋渣壩，改變鋼水流動軌跡，減少夾雜物上浮距離，強化中間包冶金效果，利于鋼水中夾雜物上浮，提高鋼水純凈度。內(nèi)裝式結(jié)晶器浸入水口使用，避免了使用分體式水口時鋼水二次氧化的情況，減少鋼水中鋁的氧化消耗，保證鋼水的純凈度和流動性。塞棒系統(tǒng)，保證結(jié)晶器內(nèi)液面穩(wěn)定、恒拉速澆鋼。汽水霧化冷卻系統(tǒng)，保證二冷區(qū)鑄坯冷卻均勻，保證鑄坯表面和內(nèi)部質(zhì)量。結(jié)晶器電磁攪拌系統(tǒng)，可抑制凝固過程中的溶質(zhì)富集偏析。

3.6 軋制工藝

3.6.1 加熱爐工藝

加熱爐熱工熱度見表2。

表2 加熱爐熱工制度

3.6.2 粗軋

粗軋五道次拋鋼溫度（1 065±20）℃，按1 050～1 080℃控制。

3.6.3 精軋

保溫罩投用，精軋開軋溫度950～970℃。軋線全長、全數(shù)除鱗。

中間坯厚度及精軋軋制速度如下：

軋制厚度/mm：6～1；

中間坯厚度/mm：48、50；

精軋軋制速度/m·s-1：2.5～3。

機架間冷卻水投用，并按表3控制。

終軋、卷取溫度控制如下：

終軋溫度/℃：820～860；

卷取溫度/℃：510～550；

層冷控制方式：CTC前段快冷冷卻。

表3 機架間冷卻水投用機架及水量

3.6.4 卷取

卷取機工藝控制參數(shù)按表4設(shè)定，并可根據(jù)具體情況進(jìn)行調(diào)整。

表4 卷取機工藝控制參數(shù)設(shè)定

4 代表產(chǎn)品X70各項性能

4.1 力學(xué)性能

從卷板的外圈、中間、內(nèi)圈上分別在板寬1/2位置沿30°方向、縱向、橫向分別截取拉伸樣坯各3件，部分拉伸試驗結(jié)果見表5。

4.2 卷板導(dǎo)向彎曲性能

從卷板的外圈、中部、內(nèi)圈沿板寬1/4位置成90°方向處取彎曲試樣樣坯各2件，試驗結(jié)果見表6。

表5 天鐵管線鋼板卷拉伸數(shù)據(jù)表

表6 母材導(dǎo)向彎曲性能

4.3 夏比沖擊

對卷板的外圈、中間、內(nèi)圈進(jìn)行了-20℃溫度下的缺口沖擊試驗，結(jié)果見表7。

表7 -20℃下卷板沖擊性能

4.4 DWTT試驗

對卷板的外圈、中間、內(nèi)圈進(jìn)行了-15℃下DWTT試驗，試驗結(jié)果見表8。

表8 -15℃下的落錘撕裂性能

4.5 硬度、夾雜物、晶粒度、帶狀組織檢驗

檢驗的結(jié)果如表9所示。

4.6 顯微組織

圖1、2為透射電鏡分析的針狀鐵素體X70管線鋼顯微結(jié)構(gòu)，可見天鐵生產(chǎn)的X70管線鋼含有大量細(xì)小析出相和高密度位錯，使管線鋼板卷具有高強度和高韌性。

5 結(jié)束語

經(jīng)過一年多的努力，天鐵已掌握了B－X70級別管線鋼板卷的成分設(shè)計、工藝控制、質(zhì)量保證等關(guān)鍵技術(shù)。天鐵生產(chǎn)的較高級別的管線產(chǎn)品成功應(yīng)用于出口和國內(nèi)多個管線工程，其中：X52應(yīng)用在喀什-澤普線；X60應(yīng)用在西氣東輸二線管道工程及出口伊拉克。通過與國內(nèi)知名的制管企業(yè)沙市鋼管和寶雞鋼管等多家管線鋼用戶企業(yè)建立良好的合作關(guān)系，天鐵管線鋼業(yè)績與日俱增，市場認(rèn)同度正在迅速提高，生產(chǎn)領(lǐng)域的地位正在大幅提升。截止目前，天鐵各級別管線鋼產(chǎn)量累計已達(dá)到7萬余噸，優(yōu)良的產(chǎn)品質(zhì)量為企業(yè)創(chuàng)造了顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。

Research and Development of Pipeline Steel at Tiantie

Li Yongsheng

Theprocessofresearchanddevelopmentof pipeline steel at Tiantie is expounded in the paper,including micro alloying composition design,process flow determination and control items of crucial process.Since the product of pipeline series presents good properties and meets the demand by the standard and the customer,it has been applied successfully to the construction of oil and gas pipelines domestically and abroad.

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表9 硬度、夾雜物、晶粒度、帶狀組織檢驗

（收稿 2011-03-29責(zé)編崔建華）

李勇生，男，工程師，2002年畢業(yè)于內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)材料工程學(xué)院材料成型與控制專業(yè)，現(xiàn)在天鐵集團(tuán)技術(shù)中心從事新產(chǎn)品研發(fā)工作。