低成本X80M管線鋼生產(chǎn)實(shí)踐

供稿|金世銓，吳剛，劉志璞 / JIN Shi-quan， WU Gang， LIU Zhi-pu

低成本X80M管線鋼生產(chǎn)實(shí)踐

供稿|金世銓，吳剛，劉志璞 / JIN Shi-quan， WU Gang， LIU Zhi-pu

內(nèi)容導(dǎo)讀

為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的降本增效，進(jìn)一步對(duì)X80M管線鋼的成分和生產(chǎn)工藝進(jìn)行了優(yōu)化。在保證管線鋼性能的前提下，通過降低鋼中的鈮含量達(dá)到降低成本的目的。生產(chǎn)實(shí)踐表明，優(yōu)化后的X80M管線鋼的產(chǎn)品質(zhì)量大大提升，各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到制管與使用要求，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

隨著我國(guó)油氣行業(yè)的快速發(fā)展，輸氣量逐漸增加，對(duì)管線鋼的要求不斷提高。高鋼級(jí)、大直徑已成為管線鋼的發(fā)展趨勢(shì)。本鋼2008年研發(fā)成功X80M管線鋼，屬于管線鋼系列產(chǎn)品中高附加值產(chǎn)品。開發(fā)初期各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到要求，但在成分和軋制工藝等方面還存在優(yōu)化空間。為保證良好的強(qiáng)韌性匹配和落錘實(shí)驗(yàn)性能，在鋼中添加了鈮、鉬和鈦等，優(yōu)化了其化學(xué)成分和各項(xiàng)性能，成功地通過了權(quán)威機(jī)構(gòu)認(rèn)證，已應(yīng)用于大型工程，實(shí)現(xiàn)批量供貨。目前，已完成X80M管線鋼合同10萬t，并獲得用戶的好評(píng)和充分認(rèn)可。但在目前嚴(yán)峻的鋼鐵市場(chǎng)形勢(shì)下，優(yōu)化工藝、降低成本，對(duì)提高X80M管線鋼市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，具有十分重要的意義，開發(fā)研制低成本X80M是今后發(fā)展的主要方向。

成分設(shè)計(jì)

X80M管線鋼化學(xué)成分設(shè)計(jì)一般采取Mn-Mo-Nb系為基礎(chǔ)，再適量添加其他合金元素的方法［1］。盡量減小C對(duì)韌性的不利影響，管線鋼中C的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在0.025%～0.12%，通常根據(jù)強(qiáng)度級(jí)別的選擇，C含量降低帶來的強(qiáng)度損失由增加Mn含量和合金化彌補(bǔ)［2］。添加Mn保證低碳含量下的高強(qiáng)韌性。添加微量Mo使中溫轉(zhuǎn)變時(shí)珠光體區(qū)和貝氏體區(qū)分離，抑制先共析鐵素體產(chǎn)生，快速冷卻后促進(jìn)針狀鐵素體型混合組織的形成。加入微量Nb和Ti細(xì)化晶粒，延遲再結(jié)晶，并利用其析出和沉淀強(qiáng)化進(jìn)一步提高強(qiáng)度。管線鋼中雜質(zhì)元素S、P、O、H等必須嚴(yán)格控制，以保證抗HIC能力、焊接性能，防止鋼放生冷脆［3］?；瘜W(xué)成分設(shè)計(jì)見表1。

在早期生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，對(duì)X80M的化學(xué)成分進(jìn)行了優(yōu)化，C含量降低了0.02%，鈮含量降低了0.04%；軋制工藝方面，降低了20℃的終軋溫度，提高冷卻速率，使其目標(biāo)值達(dá)到20～30℃/s。同時(shí)，采用高溫快速加熱，使合金元素充分融解于奧氏體中，粗軋Rl機(jī)架間投入高壓除鱗水，確保最大程度的清除表面氧化鐵皮，嚴(yán)格控制精軋溫度和卷取溫度。觀察優(yōu)化后X80M的拉伸性能、沖擊性能、金相組織等變化與原工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

化學(xué)成分

在前期實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)X80M的化學(xué)成分進(jìn)行了優(yōu)化，在其他成分未變的前提下，降低了鈮含量（Nb質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0.09%減少到0.05%），觀察X80M的拉伸性能、沖擊性能、金相組織等變化。

力學(xué)性能

優(yōu)化前、后X80M拉伸性能和維氏硬度檢驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比見表2。通過數(shù)據(jù)分析，與原工藝X80M相比，優(yōu)化后的力學(xué)性能、屈強(qiáng)比均滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求。而且，優(yōu)化后屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度比原數(shù)值有不同程度的降低，斷后伸長(zhǎng)率有所提高。屈強(qiáng)比要比原工藝低0.03，更符合低屈強(qiáng)比的質(zhì)量要求。

優(yōu)化前后X80M管線鋼卷板的夏比沖擊實(shí)驗(yàn)和DWTT 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表3。分析數(shù)據(jù)可得，X80M管線鋼卷板的夏比沖擊功和DWTT實(shí)驗(yàn)結(jié)果完全符合標(biāo)準(zhǔn)要求，且優(yōu)化前后水平相當(dāng)。

金相組織

在生產(chǎn)過程中，按標(biāo)準(zhǔn)每爐抽取一支試樣進(jìn)行金相檢驗(yàn)。試樣經(jīng)侵蝕后用金相顯微鏡觀察微觀結(jié)構(gòu)和顆粒尺寸，保證鐵素體晶粒度大于ASTM 10或好于 ASTM E112。其中，晶粒度為12.5級(jí)，金相組織為B+F少量，A、B、C、D夾雜最高0.5級(jí)。生產(chǎn)過程中檢驗(yàn)的優(yōu)化后X80M管線鋼金相組織見圖1。

在保證各項(xiàng)性能合格的前提下，通過優(yōu)化成分與冶煉軋制工藝，Nb含量從0.09%降為0.05%，合金成本降低了44%。而且產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)異，各項(xiàng)性能良好，得到了用戶的認(rèn)可和好評(píng)，經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益顯著。

表1　X80M管線鋼的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）

表2　X80M力學(xué)性能和屈強(qiáng)比

表3　X80M沖擊性能和DWTT性能

生產(chǎn)實(shí)踐

通過對(duì)最佳加熱溫度、終軋溫度和卷取溫度的探索，以及粗軋和精軋各道次壓下率的摸索，形成了獨(dú)具特色的X80M管線鋼工藝技術(shù)。同時(shí)合理控制M/A 的數(shù)量、尺寸、分布和形態(tài)，獲得不同相比例的針狀鐵素體（AF）復(fù)相組織，探索出一套高強(qiáng)韌性X80M 管線鋼的組織控制技術(shù)。

通過優(yōu)化冶煉軋制工藝，降低了X80M屈強(qiáng)比，提高了管線鋼鋼的應(yīng)變硬化能力，管道抗側(cè)向彎曲能力，極限塑性變形能力，使管道結(jié)構(gòu)的安全服役得到良好的保障。

通過優(yōu)化冶煉軋制工藝，在保證產(chǎn)品質(zhì)量與各項(xiàng)性能合格的前提下，合金成本降低了44%，獲得了廣泛的好評(píng)，創(chuàng)造了極大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

圖1　X80M金相組織圖片

［1］ 黃開文. X80和X100鋼級(jí)管線鋼的合金化原理和生產(chǎn)要點(diǎn). 軋鋼，2004，21（6）：55

［2］ 趙明純，肖福仁，單以銀，等. 超低針狀鐵素體管線鋼的顯微特征及強(qiáng)韌性行為. 金屬學(xué)報(bào)，2002，38（3）：283

［3］ 王立濤，李正邦，張喬英. 高級(jí)別管線鋼的性能要求與元素控制.鋼鐵研究，2004（4）：13

Low Cost X80M Pipeline Steel Production Practice

10.3969/j.issn.1000-6826.2016.05.13

金世銓（1986—），男，工程師，畢業(yè)于遼寧科技大學(xué)材料科學(xué)與技術(shù)學(xué)院冶金工程系，在本鋼產(chǎn)品研究院從事熱軋高強(qiáng)鋼研發(fā)，E-mail：jsqdtxz@163.com。

攝影 陳廷琨

本鋼板材股份有限公司產(chǎn)品研究院，遼寧 本溪 117000