熱軋管線鋼X70開發(fā)

龍訓(xùn)均

（柳州鋼鐵集團(tuán)公司熱軋板帶廠，廣西 柳州 545000）

過去幾年，我國重點(diǎn)建設(shè)了西氣東輸、峽京二線、蘭成渝成品油管道等重點(diǎn)輸油氣管道工程初步形成油氣管輸網(wǎng)絡(luò)，預(yù)計(jì)到2020年，我國天然氣管道總里程將達(dá)到5萬km，油氣管道總里程將達(dá)到8萬km。即使這樣，也僅為美國目前水平的四十分之一。為了降低成本，目前用于制造大口徑、厚壁、高強(qiáng)度管線用鋼管越來越受歡迎，但對(duì)管線鋼的強(qiáng)度及焊接接頭韌性要求特別高。

目前，已經(jīng)管線鋼X70級(jí)別（厚度≤16 mm）已經(jīng)開發(fā)成功。本文主要針對(duì)熱軋廠2032生產(chǎn)線的X70管線鋼控軋控冷工藝與組織性能進(jìn)行了研究。

1 成分設(shè)計(jì)

管線鋼X70的高強(qiáng)度、低溫韌性及可焊接性的獲得主要通過如何控制化學(xué)成分和軋制工藝來取得所需要的性能，每一種元素的加入都是為特定的需求，典型的化學(xué)成分見表1。

表1 X70的化學(xué)成分表

1.1 碳元素

為改善焊接熱影響區(qū)性能，C含量設(shè)計(jì)在0.06 %左右，在這個(gè)范圍對(duì)管線鋼的韌性和焊接性不會(huì)產(chǎn)生太大影響；

1.2 鈦元素

Ti－Nb微合金化方案用來在熱軋時(shí)細(xì)化奧氏體顯微組織。加鈦用于防止加熱時(shí)和道次間可能發(fā)生再結(jié)晶的粗軋時(shí)的晶粒長大。這部分來自于 Ti（C，N）對(duì)析出強(qiáng)化的貢獻(xiàn)。還有，可以認(rèn)為，Ti通過與N及C作用，幫助在軋鋼時(shí)將Nb保留在固溶體中，從而加強(qiáng)Nb在相變組織的析出強(qiáng)化作用。但高Ti含量對(duì)焊接性能是有害的，Ti通?？刂圃诖蠹s0.015～0.020 %水平。

1.3 鈮元素

鈮通過三種機(jī)制影響最終顯微組織，在精軋時(shí)Nb（C，N）析出抑制再結(jié)晶產(chǎn)生餅狀?yuàn)W氏體顯微組織，此工藝已經(jīng)很好確認(rèn)為細(xì)化鋼的最終顯微組織的方法。在精軋后保留在固溶體中的鈮會(huì)抑制奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變。卷取后 Nb（C，N）在相變組織中的析出產(chǎn)生顯著的析出強(qiáng)化效應(yīng)。

1.4 P、S元素

P、S元素對(duì)焊接性也有不良影響，顯著降低鋼的塑性和韌性，均嚴(yán)加控制。

1.5 N元素

嚴(yán)格控制N元素≤60 PPm。

2 軋制工藝確定

2.1 主要生產(chǎn)工藝流程

鋼坯連鑄→步進(jìn)梁式加熱爐→粗軋除鱗箱→R0四輥可逆水平軋機(jī)→6機(jī)架精軋機(jī)組→管式層流冷卻→全液壓三助卷輥地下張力卷取機(jī)→檢驗(yàn)取樣→打捆、稱重→鋼卷發(fā)貨。

2.2 加熱工藝確定

為確保在加熱時(shí) Nb的溶解，在三加～均熱段的加熱溫度控制應(yīng)超過 1 200 ℃。加熱溫度過低，將存在部分未溶微合金碳氮化物；加熱溫度過高，則使奧氏體晶粒粗化。在一定的盧氣溫度范圍內(nèi)應(yīng)保持一定的時(shí)間

2.3 粗軋工藝確定

2.3.1 粗軋道次及中間坯厚度確定

2.1 基本情況 本次共調(diào)查6～24月齡嬰幼兒2 100例，進(jìn)入統(tǒng)計(jì)分析2 047例，其中男性1 054例，占51.5%，女性993例，占48.5%；漢族593例，占29.0%，回族1 454例，占71.0%；6～11月齡組占26.3%，12～17月齡組占38.1%，18～24月齡占35.6%。

中間坯厚度主要受飛剪能力的限制，目前飛剪能切頭中間坯厚度最厚為34 mm。因此，結(jié)合設(shè)備能力，確定各道次輥縫及壓下率的分配見表2。

表2 各道次輥縫及壓下率

2.3.2 粗軋溫度的確定

因精軋控溫的能力相對(duì)較差，粗軋溫度主要為精軋出口溫度命中做好準(zhǔn)備條件，同時(shí)，為使奧氏體晶粒充分破碎，保持粗軋的結(jié)束溫度處于完全再結(jié)晶區(qū)，不能進(jìn)入部分再結(jié)晶區(qū)，以避免產(chǎn)生混晶組織。一般管線鋼粗軋出口溫度設(shè)定在950～980 ℃。

2.4 熱卷箱工藝

考慮X70強(qiáng)度較高，精軋出口溫度較低，受熱卷箱電機(jī)能力的限制，成卷后開卷較難控制，軋制時(shí)，不投入熱卷箱。

2.5 精軋工藝確定

2.5.1 精軋機(jī)架的選擇

因受中間坯厚度的限制，為增加壓縮比例，提高落錘的性能，在精軋機(jī)處優(yōu)化機(jī)架的投入；分別選擇5機(jī)架及6機(jī)架軋制進(jìn)行比較，具體的壓下率見表3。

經(jīng)過試驗(yàn)對(duì)比，5機(jī)架軋制與6機(jī)架軋制落錘性能無明顯變化，同時(shí)，因軋制溫度低，5機(jī)架軋制軋制工況的穩(wěn)定性比6機(jī)架軋制差，因設(shè)備限制，部分規(guī)格也只能采用6機(jī)架軋制。因此，為確保軋制的穩(wěn)定性，選擇6機(jī)架軋制。

表3 各機(jī)架壓下率

2.5.2 精軋出口溫度的確定

圖1 精軋出口溫度與屈服強(qiáng)度的關(guān)系

圖2 精軋出口溫度與抗拉強(qiáng)度的關(guān)系

精軋出口溫度為810 ℃的強(qiáng)度明顯比精軋出口溫度為830 ℃的強(qiáng)度高，因此，最終工藝設(shè)定為精軋出口溫度為810 ℃左右。

2.6 層冷工藝

為獲得針狀鐵素體，試驗(yàn)了層流溫度 400 ℃～570 ℃；同時(shí)，為保證一定的冷卻速率，冷卻方式全部采用前段快冷。

2.6.1 金相組織變化

圖3 層流溫度570 ℃的金相牌號(hào)：X70 500倍

圖4 層流溫度400 ℃的金相 牌號(hào)：X70 500倍

層流溫度為570 ℃組織不均勻，有部分大晶粒；存在針狀鐵素體和長條鐵素體聚集。層流溫度為400 ℃組織均勻，鐵素體晶粒度為12～13.5級(jí)，存在部分針狀鐵素體。

2.6.2 落錘值對(duì)比

層流溫度為570 ℃的落錘值較差，試驗(yàn)0 ℃時(shí)，落錘值為32；試制層流溫度為400 ℃時(shí)，落錘值為96 %，低溫卷取的落錘較好，但受設(shè)備能力限制，層流溫度不能做進(jìn)一步降低試驗(yàn)。工藝設(shè)定為層流溫度400 ℃，冷卻方式：前段快冷，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 力學(xué)性能結(jié)果

3.1 拉伸性能結(jié)果

表4 力學(xué)性能

3.2 夏比沖擊性能

表5 沖擊功

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 14164－2005的要求0 ℃沖擊≥63 J，實(shí)際值－60 ℃的沖擊平均值為196 J；沖擊值的性能較好。

3.3 落錘（DWTT）性能

落錘試樣剪切面積的大小比沖擊功更能直接反映管線鋼的韌性，X70級(jí)管線鋼要求落錘撕裂試驗(yàn)剪切面積大于85 %，單個(gè)≥70 %；實(shí)際平均值為96 %，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求見表6。

表6 落錘值

3.4 硬度

表7 鋼板的硬度檢測結(jié)果

3.5 金相組織情況

表8 金相組織

圖5 橫向四分之一500倍

圖6 縱向向四分之一500倍

4 結(jié)束語

第一，通過成分及軋制工藝的優(yōu)化，熱軋廠已經(jīng)具備管線鋼X70級(jí)別的生產(chǎn)；已經(jīng)通過管線鋼X70（S485）級(jí)別（厚度≤16 mm）的認(rèn)證。

第二，降低層流溫度可獲得管線鋼所需的針狀鐵素體組織。

[1]孔萃敏，蔡慶伍，余偉.X70管線鋼中析出相的分析[J]，材料與冶金學(xué)報(bào)，2004（01）：67.

[2]王春明，昊杏芳，等.X70針狀鐵素體管線鋼析出相[J].北京科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2006（03）：253.