管線鋼X70工藝研究與應(yīng)用

李敬民，李文剛

（五礦營口中板有限責(zé)任公司，遼寧 營口 115000）

近年來，隨著世界各國對石油、天然氣需求量的不斷增長，管線鋼在能源建設(shè)中發(fā)揮著重要的作用，2018年中俄簽署30年天然氣供應(yīng)協(xié)議，能源逐漸由內(nèi)陸開發(fā)輸送轉(zhuǎn)移到深海、極寒地區(qū)開發(fā)輸送，所以對管線建設(shè)要求更高，大寬厚比、高強度、低溫韌性、耐侯性等成為管線鋼發(fā)展的重點。X70管線鋼是在傳統(tǒng)的鐵素體-珠光體管線鋼的基礎(chǔ)上降C，提Mn,加Mo而形成的，含有Nb、V、Ti等微合金元素，因為針狀鐵素體具有高密度位錯和亞結(jié)構(gòu)，晶粒細(xì)小，所以具有高強度和高韌性[1]。依托五礦營鋼5000mm軋制線及東北大學(xué)軋制技術(shù)及連軋自動化國家重點實驗室研發(fā)的以超快速冷卻為核心的新一代TMCP控冷技術(shù)，利用細(xì)晶強化、相變強化、析出強化等多種強化手段作用[2]，采用快速高溫入水、低溫水冷工藝控制，成功開發(fā)寬度4600mmX70管線鋼。

1 合金成分設(shè)計

管線鋼具有高強度、高韌性、抗HIC及H2S腐蝕、良好焊接性[3]，以此特點對X70管線鋼合金成分進行了優(yōu)化設(shè)計。采用低碳-錳-鈮-鉬-鉻系為基礎(chǔ)。再適量添加其他的合金元素。根據(jù)HIC敏感性及抗H2S應(yīng)力腐蝕，C含量基本控制在0.6%~0.8%之間；Mn作為基礎(chǔ)合金元素，起到固溶強化作用，在提高強度韌性的同時，降低脆性轉(zhuǎn)變溫度；Nb是管線鋼種重要的合金元素，微量的鈮元素可以提高奧氏體的再結(jié)晶溫度，能夠有效阻止奧氏體的回復(fù)和再結(jié)晶；Mo用來擴大γ相區(qū)，推遲先共析鐵素體和珠光體的轉(zhuǎn)變，降低BS點，成分設(shè)計如表1所示。

表1 成分設(shè)計

2 生產(chǎn)工藝設(shè)計

2.1 工藝路線

鐵水預(yù)處理—轉(zhuǎn)爐冶煉—LF精煉—RH爐—連鑄—鑄坯堆垛緩冷—加熱—軋制—超快冷—鋼板堆垛緩冷—探傷—精整—檢驗—入庫。

2.2 加熱工藝

連鑄坯厚度為250mm，加熱制度采用三段式加熱制度，在爐時間≥1.2T，目標(biāo)≥1.3T，在爐中充分奧氏體化再進行軋制，具體加熱溫度曲線如圖1。

圖1 加熱溫度曲線

2.3 軋制工藝

采用兩階段控制軋制，粗軋階段進行多道次大變形量軋制，并直接展寬，展寬道次5~6道，縱軋2道，縱軋道次壓下率≥15%，細(xì)化晶粒，并使鋼坯芯部的疏松、縮孔、偏析等缺陷壓合，根據(jù)相變轉(zhuǎn)變溫度如表2，控制精軋階段在Tnr~Ac3階段開始，Ar3溫度以上結(jié)束，精軋開軋溫度≤890℃；精軋終軋溫度820±20℃；一般中間坯厚度75mm~80mm，除鱗道次為第1，第4，末1放走道次整體除鱗，控制軋制工藝如表3。

表2 軋制工藝表

表3 冷卻工藝

2.4 控冷工藝

傳統(tǒng)的以層流冷卻為主的ACC裝置，冷卻強度低、均勻性差，冷后板型及性能難以保證，因此采用新一代TMCP控冷工藝為核心的超快冷設(shè)備進行生產(chǎn)。該超快冷設(shè)備具有頭尾遮蔽、輥道微加速、橫向水凸度控制和邊部遮蔽等功能，對鋼板邊部冷卻強度進行控制，冷卻均勻性提升，板形更加容易控制。冷卻水水壓控制在0.5MPa,采用縫隙噴嘴加高密噴嘴組合式進行冷卻，較高的冷卻水水壓有利于冷卻水沖破鋼板表面水層，顯著提高換熱效率和冷卻均勻性。返紅溫度控制在500±20℃，冷速要求在25℃/s以上，控冷工藝參數(shù)如表4。

圖2 出水及冷床板形

3 試制結(jié)果

3.1 組織分析

通過觀察金相組織相片，可以看到晶粒細(xì)小且分布均勻，組織以針狀鐵素體為主，具有強度高、韌性好的特點，有利于提高管線鋼的性能表現(xiàn)。

圖3 金相組織

3.2 性能分析

通過試樣屈服、抗拉、拉伸彎曲、硬度、夏比沖擊試驗和DWTT實驗的各項性能檢測，該工藝路線下得到的X70管線鋼均滿足目標(biāo)性能要求。X70性能如表4。圖4為X70M系列溫度沖擊試驗。圖5為X70M系列溫度DWTT試驗。

表4 X70性能

圖4 X70M系列溫度沖擊試驗

圖5 X70M系列溫度DWTT試驗

4 結(jié)論

通過精細(xì)控制冶煉過程、軋制過程，依托東北大學(xué)軋后冷卻系統(tǒng)，可穩(wěn)定得到符合應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)和需求的X70管線鋼。并且已經(jīng)大批量供貨，提升企業(yè)競爭力，得到客戶的認(rèn)可。