一种卷取炉生产低成本、超低温条件下使用的X65抗酸管线钢板的方法

摘要

本发明涉及一种卷取炉生产低成本、超低温条件下使用的X65抗酸管线钢板的方法，流程：KR铁水预处理(提前脱硫)—BOF冶炼—RH真空脱气—LF精炼—RH真空脱气—连铸成150mm厚的连铸坯—连铸坯加罩缓冷—连铸坯检查清理—铸坯再加热—高压水除鳞—轧制‑飞剪分段—ACC冷却—矫直—钢板剪切—检验入库。钢板屈服强度为460～600MPa，抗拉强度为550～700MPa，延伸率为≥30％，屈强比Rt0.5/Rm≤0.90，产品能够达到‑60℃夏比冲击功≥100J和‑50℃落锤剪切面积≥85％的超低温及酸性服役条件下使用要求。

权利要求

1.一种卷取炉生产低成本、超低温条件下使用的X65抗酸管线钢板的方法，其特征在于：包括如下步骤(1)钢水冶炼：按照质量百分比：C 0.02～0.04％，Si 0.15～0.30％，P≤0.008％；S≤

0.0008％；Mn 1.35～1.50％；Al 0.02～0.04％；Nb 0.02～0.04％；V≤0.10％；Cr+Cu：0.25～0.35％；Mo+Ni：0.20～0.30％；Ti：0.01～0.02％；Ceq≤0.39，Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15；余量为Fe及不可避免的杂质的元素组分冶炼钢水；

(2)将钢水铸造成连铸坯，将缓冷后的连铸坯入炉再加热到1050～1180℃，让组织完全奥氏体化，出炉后准备轧制；

(3)第一阶段轧制，在再结晶区轧制，开轧温度980‑1050℃，累计总压下率≥65％，中间坯厚度为2.5‑4.5倍于钢板的生产厚度；

(4)第二阶段轧制，在未再结晶区轧制，开轧温度按照回归公式：精轧开轧温度＝‑69+

3.57×Ar3‑0.00288Ar3×Ar3，为了避免精轧在两相区轧制必须保证终轧温度≥Ar3，其中Ar3＝910‑310C‑80Mn‑20Cu‑15Cr‑55Ni+0.35(h‑8),h为钢板的生产厚度，根据生产厚度不断对精轧的开轧和终轧温度调整，累计总压下率≥55％；

(5)精轧后3‑5道次采用卷轧，卷轧的累计总压下率≥35％，轧制钢板生产厚度，卷取炉温度根据精轧的终轧温度设置，根据经验公式，卷取炉炉温和精轧终轧温度的温差控制在

5‑6℃/mm板厚，由此可避免钢板在卷轧过程中因轧制温降导致钢板表面和心部产生温差；

(6)轧后钢板进入ACC在线快速冷却，冷速控制在5‑15℃/s，出水温度480‑580℃，出水后空冷。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(2)连铸坯的厚度为150mm以上，管线钢板的生产厚度为6‑16mm，生产长度为200‑300m。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤(4)中，Ar3为760～790℃，精轧的开轧温度：950‑980℃。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(5)中，卷取炉炉温参照精轧终轧温度范围的下限值设置，既能防止终轧温度降低导致两相区轧制，又能防止终轧温度过高影响组织性能。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：步骤(5)中，卷取炉的炉温：700℃‑760℃。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(1)中，钢水的冶炼过程包括KR铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、RH真空脱气。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(2)中，连铸坯采用加罩堆缓冷，缓冷时间为≥72小时。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所制得的钢板屈服强度为460～600MPa，抗拉强度为550～700MPa，延伸率为≥30％，屈强比Rt0.5/Rm≤0.90，产品能够达到‑60℃夏比冲击功≥100J和‑50℃落锤剪切面积≥85％的超低温及酸性服役条件下使用要求。

说明书

一种卷取炉生产低成本、超低温条件下使用的X65抗酸管线钢

板的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及X65MS抗酸管线钢及其制造方法，尤其涉及该钢板的更薄更长规格产品的制造方法。

背景技术

[0002] 能源的供给关系发生了变化会引导新的石油天然气管道工程的建设，带动了管线钢市场需要量的攀升。但是随着石油，天然气不断的发展，优质、易开采的石油和天然气在不断减少，许多处在严寒地区或需要途径严寒地区，且带有腐蚀性气体的石油，天然气的开采则呈现逐年上升的趋势。如今，新发现的油田大都在边远地区、气候条件恶劣的地带，如西伯利亚气田，北阿拉斯加气田等。随着极地油气田、海上油气田和酸性油气田等开采环境恶劣的油气田的开发，许多管线需要穿越严寒地带，这就对管线钢的低温性能、强度、耐腐蚀性等提出了更高的要求。满足低温及抗酸条件下使用的管线钢是石油天然气用钢中性能质量要求最为严格、生产难度最大的一类品种，因其使用环境的特殊性，对钢的成分设计、冶炼技术、轧制工艺及冶金装备均提出十分严格的要求。其中，薄规格的低温及抗酸条件下使用的管线钢板恰恰是建设城市管网不可或缺的重要材料，而且这种材料的需求呈现逐年上升的趋势。

[0003] 目前针对这种用卷取炉生产的低成本和超低温条件下使用的X65MS抗酸管线钢板研究的比较少，首先配备卷取炉的轧钢厂比较少，其次由于薄规格的抗酸管线钢生产难度大、低温性能难以保证。这种用卷取炉生产的低成本和超低温条件下使用的X65MS抗酸管线钢板，对坯料、卷取炉的炉温控制、卷轧及控轧控冷工艺要求极高。

[0004] 现在有些X65MS抗酸管线钢板也采用低碳+微合金复合添加的成分设计，但难以同时保证采用卷轧的低成本、超低温和抗酸性能的要求，如专利公告号CN108265225A的专利文献公开了一种抗酸性腐蚀X65MS管线钢及其制备方法，非卷轧低成本工艺，且该专利C含量在0.04‑0.06％之间，难以保证薄规格抗酸钢板的超低温性能及抗HIC的性能；如专利公告号CN109047694A的专利文献公开了一种TMCP交货的经济型抗HIC管线钢板X65MS及其制造方法，非卷轧工艺，该专利C含量在0.06‑0.10％之间，难以保证在超低温环境中使用；如专利号CN102699022A的专利文献公开了一种单机架炉卷轧机热轧极限规格钢卷控制方法，生产超薄规格的管线钢板，但从公开的化学成分来看属于非抗酸钢板。

发明内容

[0005] 本申请的目的是要提高一种薄规格、低成本及超低温条件下使用的X65MS抗酸管线钢板，采用炉卷轧机来生产，一方面炉卷轧机基本上用于生产大压缩比的薄规格钢板，而大压缩比的钢板由于不可避免的会累积C、Mn、P、S等元素的中心偏析，容易使钢板的HIC抗力降低。

[0006] 本发明提出了一种用卷取炉生产的低成本和超低温条件下使用的X65MS抗酸管线钢板及制造方法，采用超低C、微合金复合添加、结合卷轧和控轧控冷生产出钢板长度200～300m、厚度6～16mm、满足‑60℃夏比冲击功≥100J和‑50℃落锤剪切面积(SA)≥85％的超低温及酸性服役条件下使用要求。落锤剪切面积是落锤撕裂试验(简称DWTT)的评定结果，是指测量净截面上的剪切面积百分数。被广泛应用于对管线钢管的断裂进行控制和预测，并作为衡量管线钢管抵抗脆性开裂能力的韧性指标之一。

[0007] 本发明的技术方案为：一种卷取炉生产低成本、超低温条件下使用的X65抗酸管线钢板的方法，包括如下步骤，

[0008] (1)钢水冶炼：按照质量百分比：C 0.02～0.04％，Si 0.15～0.30％，P≤0.008％；S≤0.0008％；Mn 1.35～1.50％；Al 0.02～0.04％；Nb 0.02～0.04％；V≤0.10％；Cr+Cu：
0.25～0.35％；Mo+Ni：0.20～0.30％；Ti：0.01～0.02％；Ceq≤0.39；余量为Fe及不可避免的杂质的元素组分冶炼钢水，钢水的冶炼过程包括KR铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、RH真空脱气；

[0009] (2)将钢水铸造成连铸坯，将缓冷后的连铸坯入炉再加热到1050～1180℃，让组织完全奥氏体化，出炉后准备轧制；

[0010] (3)第一阶段轧制，在再结晶区轧制，开轧温度980‑1050℃，累计总压下率≥65％，中间坯厚度为2.5‑4.5倍于钢板的生产厚度；

[0011] (4)第二阶段轧制，在未再结晶区轧制，开轧温度按照回归公式：精轧开轧温度＝‑69+3.57×Ar3‑0.00288Ar3×Ar3进行推算，为了避免精轧在两相区轧制必须保证终轧温度≥Ar3，其中Ar3＝910‑310C‑80Mn‑20Cu‑15Cr‑55Ni+0.35(h‑8)进行推算,h为钢板的生产厚度，根据生产厚度不断对精轧的开轧和终轧温度调整，累计总压下率≥55％；

[0012] (5)精轧后3‑5道次采用卷轧，卷轧的累计总压下率≥35％，轧制钢板生产厚度，卷取炉温度根据精轧的终轧温度设置，根据经验公式，卷取炉炉温和精轧终轧温度的温差控制在5‑6℃/mm板厚，由此可避免钢板在卷轧过程中因轧制温降导致钢板表面和心部产生温差；

[0013] (6)轧后钢板进入ACC在线快速冷却，冷速控制在5‑15℃/s，出水温度480‑580℃，出水后空冷。

[0014] 作为本发明的实施方式之一，步骤(2)连铸坯的厚度为150mm以上，管线钢板的生产厚度为6‑16mm，生产长度为200‑300m。

[0015] 优选地，步骤(4)中，Ar3为760～790℃，精轧的开轧温度：950‑980℃。

[0016] 优选地，步骤(5)中，卷取炉炉温一般参照精轧终轧温度范围的下限值设置，既能防止终轧温度降低导致两相区轧制，又能防止终轧温度过高影响组织性能。这样，卷取炉的炉温：700℃‑760℃。

[0017] 优选地，步骤(2)中，连铸坯采用加罩堆缓冷，缓冷时间为≥72小时。

[0018] 本申请针对X65MS采用超低C+(Nb、Cr、Cu、Mo、Ni、Ti)等微合金元素的元素成分设计，通过采用超低C来显著降低碳当量，改善焊接性能，复合添加微合金来提高钢的抗酸、焊接及超低温性能。本发明中所含有的各元素成分作用及其含量设置理由具体说明如下：

[0019] C：钢中增加C含量可以显著增加屈服和抗拉强度，但对钢的冲击韧性、落锤、焊接及抗酸性能带来不利影响，例如：C过高，冲击韧性、落锤、焊接及抗酸性能变差；综合考虑，本发明C含量选择范围为0.02‑0.04％。

[0020] Si：在炼钢过程中Si作为还原剂和脱氧剂，一般镇定钢含有0.15‑0.30％的硅，但是Si使钢中的过热敏感性、裂纹倾向增大。综合考虑，本发明Si含量的范围确定为0.15‑0.30％。

[0021] Mn：锰在炼钢过程中是良好的脱氧剂和脱硫剂，能提高钢的韧性，降低韧脆转变温度，锰也是提高钢的淬透性元素。考虑到检验过程中发现Mn偏析对抗酸管线钢的抗酸性能和韧性产生不利影响，同时兼顾到钢板强度的要求，本发明中Mn含量设计在1.35～1.50％范围。

[0022] Al：脱氧元素，可通过形成AlN起到细化晶粒的作用。本发明Al含量的选择范围为0.02‑0.04％。

[0023] Nb：铌能细化晶粒和降低钢的过热敏感性，提高强度而不损害韧性，但Nb的成本较高，同时有资料和试验检测显示Nb过高会使钢板的焊接性能下降，综合考虑，本发明Nb含量的选择范围为0.02‑0.04％。

[0024] Cr、Cu：Cr能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀能力，但同时降低冲击韧性；Cu可以改善材料的耐腐蚀性能，但加入Cu过多后，钢有热脆倾向，综合考虑，本发明采用Cr、Cu复合添加，二者总含量的范围确定为0.25～0.35％。

[0025] Mo、Ni：钼能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性，但过多会导致强度上升，韧性下降；镍能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性，镍有良好的耐腐蚀能力，但镍资源稀缺，价格昂贵，综合考虑，本发明采用Mo、Ni复合添加，总含量的范围确定为0.20～0.30％。

[0026] Ti：固氮元素，0.02％的Ti就可以固定钢中60ppm以下的N，并通过形成TiN起到析出强化和细晶强化的作用，有效细化晶粒。但Ti含量过多容易出现粗大的析出相，对韧性不利，综合考虑，本发明Ti含量的选择范围为0.01‑0.02％。

[0027] 结合元素设置本申请采用控制控冷+卷轧相结合的成型工艺，卷轧安排在精轧的未再结晶区的末几道次完成。对于薄规格且较长规格的轧制成型，每道次轧制都会造成温度的显著降低，较长规格的钢板首尾容易出现温差，通过卷轧两侧的卷取炉可以解决钢板首尾温差的难题，但若卷取炉的温度设置不当，过低会发生非预想的相变导致错晶，过高会造成钢板近表面温度明显高于心部温度的现象，且这种现象与钢板生产厚度息息相关，生产厚度越小该现象越明显，所以，卷取炉炉温设置还应当考虑钢板的生产厚度，本申请发明人基于大量实践，从众多试验数据中总结出卷取炉炉温设置的经验公式用于指导生产：通过卷取炉炉温和精轧终轧温度的温差控制在5‑6℃/mm板厚，由此可避免钢板表面和心部的温差，该经验公式尤其适用于3‑5道次的卷轧。

[0028] 同样地，卷轧之前的精轧的终轧温度在设置时也应当考虑薄规格钢板的厚度的影响，本申请中，精轧终轧温度应不低于Ar3,

[0029] Ar3＝910‑310C‑80Mn‑20Cu‑15Cr‑55Ni+0.35(h‑8),h为钢板成品厚度,本申请Ar3的优选范围在760～790℃，钢板的生产的当前温度再根据当前钢板的生产厚度和实际元素进行精确继续。

[0030] 由精轧终轧温度再结合精轧压下率推算出精轧开轧温度的回归公式：精轧开轧温度＝‑69+3.57×Ar3‑0.00288Ar3×Ar3，本申请精轧开轧温度优选范围：950‑980℃，精轧累计道次压下率≥55％，确保变形能够深入到钢板中心及获得更加细化的晶粒。

[0031] 第一阶段轧制的开轧温度的下限温度＝精轧开轧温度+5道次粗轧*6℃温降/道次，上限温度根据连铸坯再加热出炉温度经过高压水初除磷温大约降≥130℃确定。中间坯厚度采用2.5h～4.5h，h为钢板成品厚度，该中间坯厚度能够保证卷取炉的加热效果及保证精轧有5～9道轧制道次；第一阶段累计压下率≥65％，能够保证奥氏体晶粒彻底破碎，为精轧未再结晶区轧制提供超细晶粒。

[0032] 与现有技术相比，本发明的优点在于：采用卷取炉来生产长度200～300m，且达到‑50℃落锤剪切面积≥85％的超低温及酸性服役条件下使用要求的X65MS高等级管线钢板；
针对此类薄规格的超长板(轧制时温降快)首次采用逆向和回归法来精准推定各阶段的温度和轧制工艺，这样既能保证钢板的终轧温度和ACC的入水温度，又能保证晶粒组织的细化，组织的均匀性，使钢板最终获得优良的超低温及抗酸性能。

附图说明

[0033] 图1为本发明7.5mm厚度钢板的落锤断口照片；

[0034] 图2为本发明15.6mm厚度钢板的落锤断口照片；

[0035] 图3为本发明7.5mm厚度钢板的抗HIC试样截面裂纹情况；

[0036] 图4为本发明15.6mm厚度钢板的抗HIC试样截面裂纹情况；

[0037] 图5为本发明7.5mm规格沿板厚方向1/2处的显微组织照片，金相为多边形和针状铁素体为主+少量游离态珠光体；

[0038] 图6为本发明15.6mm规格沿板厚方向1/2处的显微组织照片，金相为多边形和针状铁素体为主+少量游离态珠光体。

具体实施方式

[0039] 以下结合附图对本发明作进一步详细描述，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

[0040] 实施例1‑2：

[0041] X65MS管线钢板的制造流程：KR铁水预处理(提前脱硫)—BOF冶炼—RH真空脱气—LF精炼—RH真空脱气—连铸成150mm厚的连铸坯—连铸坯加罩缓冷—连铸坯检查清理—铸坯再加热—高压水除鳞—轧制‑飞剪分段—ACC冷却—矫直—钢板剪切—检验入库，制造超低温条件下使用的X65MS抗酸管线钢板。

[0042] 上述加热、轧制、冷却的具体工艺为：将150mm厚度连铸坯加热至1180℃，均热段保温50min(实施例1)或150mm厚度连铸坯加热至1180℃，均热段保温40min(实施例2)，连铸坯出炉后使用高压水除鳞；然后进行两阶段轧制，第一阶段开轧温度1020‑1050℃，累计综合压下率≥79.5％，中间坯厚度30mm(实施例1)或第一阶段开轧温度990‑1030℃，累计综合压下率≥68％，中间坯厚度45mm(实施例2)；第二阶段精轧开轧温度为970℃，卷取炉炉温730℃‑760℃，精轧累计道次压下率75％，卷取炉累计道次压下率48％(实施例1)或第二阶段精轧开轧温度960℃，卷取炉炉温700℃‑730℃，精轧累计道次压下率65.5％，卷取炉累计道次压下率40.5％(实施例2)，最终钢板厚度为7.5mm(实施例1)和15.6mm(实施例2)；轧后进行快速冷却，冷速6℃/s，出水温度550℃(实施例1)和冷速9℃/s，出水温度490℃(实施例2)；然后热矫直；热矫直后钢板进行空冷。

[0043] 试验钢板的化学成分见表1，力学和抗酸性能见表2和表3；钢板的落锤断口情况见图片1和图2；HIC裂纹情况见图3，图4；显微组织见图5和图6所示。

[0044] 表1实施例1和2中抗酸管线用钢板的化学成分(wt.％)

[0045]实施例 C Si Mn P S Al Nb Ti Cr+Cu Mo+Ni Ceq
1 0.03 0.25 1.36 0.003 0.0005 0.031 0.38 0.013 0.32 0.28 0.33
2 0.03 0.24 1.37 0.002 0.0004 0.032 0.39 0.014 0.33 0.27 0.34

[0046] 注：Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15。

[0047] 表2实施例1和2中抗酸管线用钢板的抗酸性能

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[0049] 表3实施例1和2中抗酸管线用钢板的力学性能

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