高強(qiáng)度X70管線鋼熱軋帶鋼TMCP工藝優(yōu)化

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1、高強(qiáng)度X70管線鋼熱軋帶鋼TMCP工藝優(yōu)化黃浩東沙孝春關(guān)菊楊旭黃國(guó)建任毅(鞍鋼集團(tuán)熱軋帶鋼廠鞍鋼技術(shù)中心)摘要通過對(duì)X70卷板應(yīng)用條件的分析，確立針狀鐵素體為X70卷扳的理想組織結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步分析了各化學(xué)元素的作用，確定X70卷板合理化學(xué)成分設(shè)計(jì)。并制定理想的TMCP軋制工藝。應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)，確定相關(guān)性，并進(jìn)一步優(yōu)化TMCP工藝。通過工藝優(yōu)化得到了性能優(yōu)良的XT0卷板產(chǎn)品。穩(wěn)定的工藝控制，使得X70微觀組織結(jié)構(gòu)細(xì)小、亞結(jié)構(gòu)板條狀體素體明顯、二相粒子細(xì)小彌散分布。關(guān)鍵詞X70卷板成分設(shè)過TMCP工藝設(shè)計(jì)TMCP工藝優(yōu)位X70卷板的性能水平X70卷板的顯微組織結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1

2、、前言隨著我國(guó)西部大開發(fā)以及調(diào)整能源結(jié)構(gòu)等重大戰(zhàn)略決策的實(shí)現(xiàn)，近兩年石油天然氣行業(yè)迅速發(fā)展。據(jù)專家估計(jì)我國(guó)能源以煤炭業(yè)為主的形勢(shì)將轉(zhuǎn)入以石油天然氣為主，為此石油天然氣占能源的比例將由耳前的2．2％提高到6．296。在不遠(yuǎn)的將來達(dá)到全球平均22％的水平。近10--15年內(nèi)將要投入建設(shè)天然氣管線、成品油管線、原油管線，需用各類鋼級(jí)的管線鋼900萬噸左右。管線行業(yè)的發(fā)展帶動(dòng)了冶金行業(yè)的快速發(fā)展，高新技術(shù)采用和加快設(shè)備的更新改造，適時(shí)地滿足了管線工程要求的高壓力(最高達(dá)14Mpa)、高鋼級(jí)(目前達(dá)X70)、高品質(zhì)(沖擊韌性大于19叮)要求。近些年鞍鋼投入了大板坯連鑄機(jī)、鋼質(zhì)純凈

3、化設(shè)備(LF爐精煉、VD精煉、RH精煉)、寬厚板軋機(jī)、以及世界先進(jìn)水平的1780熱軋帶鋼軋機(jī)，尤其1780機(jī)組投產(chǎn)兩年來，生產(chǎn)各類管線錒近10萬噸，其中包括X42、X46、X52、X60、X65、X70。成功地生產(chǎn)了“西氣東輸”工程用14．6*1550mmX70卷板。表明鞍鋼冶煉、軋鋼的實(shí)際水平達(dá)到國(guó)內(nèi)外同行業(yè)先進(jìn)水平。2、X70管線鋼成分工藝設(shè)計(jì)2．1管線鋼的應(yīng)用條件及要求X70管線工程用于低溫高壓的天然氣輸送，承受壓力10MPa，因此要求管線鋼安全系數(shù)大、強(qiáng)度高，韌性、成型性好，焊接性能、耐腐蝕性能優(yōu)良，三維性能均勻。2．2X70鋼的組織結(jié)構(gòu)要求根據(jù)管線鋼的性能要求

4、及鞍鋼目前的具體生產(chǎn)條件，選用針狀鐵索體組織做為高強(qiáng)度管線鋼XT0鋼級(jí)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。一115—針狀鐵素體組織是新發(fā)現(xiàn)的組織結(jié)構(gòu)，目前沒有明確的定義，大致認(rèn)為鐵素體晶粒內(nèi)有高密度位錯(cuò)聚集、鐵素體亞結(jié)構(gòu)呈明顯的板條束的特征。該組織是現(xiàn)代冶金技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，其特點(diǎn)是晶粒細(xì)小、位錯(cuò)強(qiáng)化明顯，滿足X70的各項(xiàng)性能要求，因此具有高韌性、制管過程低的包辛格效應(yīng)。2．3X70管線鋼成份設(shè)計(jì)原則抗拉強(qiáng)度500～600MPa鋼級(jí)的鋼，必須采用Nb、V、Ti復(fù)合微合金強(qiáng)化，同時(shí)結(jié)合熱機(jī)械處理工藝(控軋控冷工藝)，得到極細(xì)針狀鐵素體組織。滿足強(qiáng)度要求的同時(shí)必須滿足高韌性要求和優(yōu)良的抗腐蝕性能要求，

5、因此采用純凈化鋼種，其中P、S、H、N、O、夾雜物必須嚴(yán)格控制。3、各元素在x70管線鋼中的冶金物理作用3．1微量元素鈦(Ti)在管線鋼中的作用由于Ti與N的親和力極強(qiáng)，形成TiN顆粒，并且這種顆粒在1150℃以上就開始形成，是高溫析出產(chǎn)物。連鑄坯的冷卻過程、鋼坯的再加熱、鋼坯的粗軋區(qū)軋制等一系列過程。TiN顆粒均已析出，并能阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大，細(xì)化晶粒，鋼坯加熱的奧化體粗化溫度明顯提高。微量Ti元素的加入還有下列作用：①Ti固定了N，對(duì)鋼板時(shí)效性能有好處。②提高焊接性能。3．2微量元素鈮(Nb)在管線鋼中的作用。微量元素鈮(Nb)在管線鋼中的作用尤為重要，Nb是管線鋼

6、的核心元素，Nb在管線鋼中的析出溫度為900～1200'C，900℃幾乎全部析出，以碳、氮化物形式存在于鋼中。因此設(shè)計(jì)looO～110012溫度區(qū)間，為X70粗軋機(jī)軋制的溫度區(qū)間，可以充分利用Nb(cN)顆粒析出阻止奧氏體在粗軋過程的反復(fù)再結(jié)晶過程的晶粒長(zhǎng)大，同時(shí)誘變形核，促進(jìn)晶粒細(xì)化。由于Nb的固溶和在粗軋區(qū)軋制時(shí)的集中析出，推遲了奧化體再結(jié)晶的進(jìn)行，最終抑制再結(jié)晶的進(jìn)行，使奧化體再結(jié)晶溫度提高了50～100℃，也就是說擴(kuò)大了奧化體非再結(jié)晶區(qū)溫度區(qū)間，奧化體非再結(jié)晶區(qū)窗口增加，為精軋機(jī)實(shí)現(xiàn)非再結(jié)晶區(qū)控軋?zhí)峁┝吮匾獥l件。3．3微量元素釩(V)在管線鋼中的作用v是低溫析出

7、產(chǎn)物，一般在小于850℃的溫度范圍析出，即在帶鋼軋后及卷取后的自回火過程，析出碳化釩的細(xì)小的顆粒，其在晶粒內(nèi)均勻彌散分布。提高鋼板強(qiáng)度，使鋼板性能趨于均勻。3．4鉬(MO)元素在管線鋼中的作用Mo元素除了具有固溶強(qiáng)化作用，最重要作用是提高A3點(diǎn)，使相圖的7相區(qū)縮小。使CCT曲線上移，使得鋼種在盡可能高的條件下冷卻，得到針狀鐵素體組織，保證得到X70管線鋼的基本組織要求。3．5鎳(Ni)、銅(Cu)元素在管線鋼中的作用一116—Ni與Fe互溶形式存在n和7相中，使之強(qiáng)化，并能細(xì)化晶粒，提高低溫韌性。Cu元素加入，使管線的腐蝕過程。形成致密隔