专利名称：一种低成本生产x65管线钢的方法
技术领域：
本发明属于合金钢生产技术领域，特别涉及采用电炉薄板坯连铸连轧流程低成本生产X65管线用热轧钢板和钢带的方法。
背景技术：
管线用钢一直以来在金属材料领域中占有重要的地位，目前世界上绝大多数国家输送石油、天然气用钢管均遵循美国石油协会API Spec 5L规范，或以此为基础并根据具体的管线工程需要提出补充要求。对于制造此类焊管用的热轧板卷通常称之为管线钢。管线钢对综合性能有特殊要求，表现在强度高、韧性高、韧脆转变温度低、焊接性能好、具有一定的耐蚀性等。目前几乎所有的管线钢均采用Nb微合金钢或复合微合金钢。X65在管线钢系列产品中属于中高强度级别的钢。目前，主要用于支线和城市管网的工程建设中。在满足强度要求的同时要求较高的韧性，以确保使用的安全性。
在传统厚板坯流程，X42～X65级别管线钢生产技术已经成熟。但是对于薄板坯连铸连轧流程，由于其冶金特点不同，管线钢产品的研发工作才刚刚起步，尤其是X65、X70高钢级管线钢。国外权威专家认为[1]，电炉薄板坯连铸连轧Nb微合金化钢生产时在铸坯上沉淀析出大量尺度为几百纳米、甚至达到微米级的大颗粒含Nb星状析出物，这部分析出物对抑制奥氏体再结晶以及组织细化没有作用，因而，这部分Nb被称之为“无效Nb”，与传统流程相比，欲生产相同级别的钢带，必须多添加20～30％的Nb或额外添加其他微合金元素才能保证钢带的性能。因此，在电炉薄板坯连铸连轧流程开发生产X65钢级管线钢，美国人采用添加V或Mo的方法，同时Nb的含量也较高，主要成分见表1。采用这种方法生产的钢，成本高是其致命的缺陷。
表1 美国Nucor钢铁公司X65管线钢产品主要成分，％
注表中空格表示未提供目前，还没有文献报道采用电炉薄板坯连铸连轧流程研制、生产单一Nb微合金化、Nb含量0.045～0.050％(Wt.％)、微Ti处理、低成本的X65管线钢。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于电炉薄板坯连铸连轧流程低成本生产X65管线钢的方法，本发明可在满足API Spec 5L规范对X65管线钢性能要求的基础上，降低生产成本。
为达上述目的，本发明提供了一种低成本生产X65管线钢的方法，该方法采用薄板坯连铸连轧流程，具体包括电炉冶炼、LF炉精炼、薄板坯连铸、连铸坯均热、高压水除鳞、控制轧制、控制冷却、卷取工艺过程，针对的钢水化学成分范围为C0.046～0.060％，Si0.15～0.30％，Mn1.40～1.60％，P0.006～0.015％，S0.001～0.008％，Nb0.045～0.050％，Ti0.015～0.025％，N0.005～0.007％。
上述方案中，薄板坯连铸工艺参数为拉坯速度4.0～4.8m/min，铸坯入炉温度980～1050℃；控轧控冷工艺参数为出炉温度为1170～1200℃，开轧温度为1080～1130℃，终轧温度为840～880℃，强冷却模式，卷取温度为540～620℃。
本发明通过合理的冶金成分设计，采用EAF+LF炼钢技术，应用LCR为60mm的连铸机，通过6机架热连轧机组再结晶区+未再结晶区的控制轧制以及控制冷却技术，可低成本生产厚度6.0～10.0mm、符合API Spec 5L规范的X65管线钢热轧板卷。
本发明的技术特点包括以下几方面(1)解决了“无效Nb”问题电炉冶炼带来的问题之一是钢水N含量高，一般在0.008％～0.012％范围。根据Nb(C，N)的固溶度积，可知连铸过程中Nb(C，N)依附已形成的TiN外延生长，形成尺度为几百纳米、甚至达到微米级的大颗粒含Nb星状析出物。而薄板坯连铸连轧流程铸坯均热温度较传统流程低、均热时间短，这部分Nb不能完全溶解，从而导致部分Nb不能起到细晶强化的作用。
本发明通过控制钢水中N含量、添加微量Ti以固定钢中大部分的N、高拉速、高均热温度，消除了铸坯中的大颗粒含Nb星状析出物，从而解决了“无效Nb”问题，提高了Nb的利用率。本发明采用单一的Nb微合金化技术、使用低的Nb含量，生产出满足API Spec 5L规范的X65管线钢。
(2)充分利用Nb微合金化技术通过Nb微合金化可有效控制再加热奥氏体晶粒尺寸、再结晶奥氏体晶粒尺寸和未再结晶变形奥氏体向铁素体相形核的有效晶界面积，从而获得细晶组织以提高钢板或钢带的强度和韧性。为了提高钢的强度和韧性，必须充分利用Nb微合金化技术。
本发明采用以下工艺充分发挥Nb微合金化作用采用高连铸拉速、高入炉温度和高均热温度，使Nb在热轧前充分固溶以最大限度地发挥Nb的微合金化作用；提高开轧温度和连轧前序机架的变形量，促进变形奥氏体再结晶，从而解决了含Nb钢的组织均匀性问题；终轧后，采用强冷却工艺，促使铁素体晶粒细化。
(3)采用微Ti处理技术TiN沉淀析出温度明显高于Nb(C，N)沉淀析出温度，甚至在N含量较高的情况下可以发生TiN液析。因此，在含Nb钢中加入一定量的Ti，可以抑制部分Nb的高温析出；同时，TiN是高温难溶粒子，细小TiN粒子可以有效的抑制均热过程中奥氏体晶粒长大，可阻止热影响区晶粒长大，改善钢的焊接性能，尤其改善焊缝热影响区的冲击韧性；此外，TiN粒子的析出降低了钢中固溶N含量，有利于改善钢的韧性和应变时效性能。
因此，为了充分发挥Nb的微合金化作用和改善钢的焊接性能、韧性及应变时效性能，本发明在采用Nb微合金金化技术的基础上，同时采用了微Ti处理技术。
综上所述，本发明具有以下优点(1)成本低。本发明采用了单一的Nb微合金化技术，且使用的Nb元素含量与美国人生产的X65管线钢基本相当或略低；而美国人生产X65钢级管线钢，额外加入Mo或V等金属，详见表1。尽管本发明的成分设计中采用了高Mn、微Ti处理技术，但由此造成的成本增加远低于额外添加Mo或V引起的成本增加。本发明实现了电炉薄板坯连铸连轧流程低成本生产X65管线钢。
(2)钢带综合性能优异。利用Nb微合金化技术同时提高钢的强度和韧性，从而满足X65管线钢对高强度和高韧性的要求；采用微Ti处理技术，使Nb的微合金化作用充分发挥，并改善钢的焊接性能、韧性和应变时效性能。因此，采用本发明方法可生产综合性能优异的X65钢带。
图1为本发明实施例1的钢带组织图；图2为本发明实施例2的钢带组织图；图3为本发明实施例3的钢带组织图。
具体实施例方式
以下列举具体实施例对本发明进行说明。实施例只用于对本发明作进一步说明，不代表本发明的保护范围，其他人根据本发明做出的非本质的修改和调整，仍属于本发明的保护范围。
实施例1工艺路线电炉冶炼→LF炉精炼→薄板坯连铸(铸坯厚度60mm)→连铸坯均热→高压水除鳞→控制轧制→控制冷却→卷取。
钢水化学成分C0.046％，Si0.30％，Mn1.40％，P0.015％，S0.008％，Nb0.045％，Ti0.025％，N0.007％。
连铸及热轧工艺连铸拉速4.8m/min，铸坯入炉温度1050℃，出炉温度1170℃，开轧温度1080℃，终轧温度880℃，强冷却模式，卷取温度620℃。
钢带的组织见图1，钢带的晶粒度和性能见表1。
表1实施例1钢带的晶粒度和性能
注拉伸、冷弯、冲击均为横向取样；冲击试样尺寸为5.0×10×55mm；冲击试验温度为-10℃。
实施例2工艺路线电炉冶炼→LF炉精炼→薄板坯连铸(铸坯厚度60mm)→连铸坯均热→高压水除鳞→控制轧制→控制冷却→卷取。
钢水化学成分C0.053％，Si0.20％，Mn1.50％，P0.012％，S0.005％，Nb0.048％，Ti0.020％，N0.006％。
连铸及热轧工艺连铸拉速4.5m/min，铸坯入炉温度990℃，出炉温度1180℃，开轧温度1110℃，终轧温度860℃，强冷却模式，卷取温度580℃。钢带的组织见图2，钢带的晶粒度和性能见表2。
表2实施例2钢带的晶粒度和性能
注拉伸、冷弯、冲击均为横向取样；冲击试样尺寸为5.0×10×55mm；冲击试验温度为-10℃。
实施例3工艺路线电炉冶炼→LF炉精炼→薄板坯连铸(铸坯厚度60mm)→连铸坯均热→高压水除鳞→控制轧制→控制冷却→卷取。
钢水化学成分C0.060％，Si0.15％，Mn1.60％，P0.006％，S0.001％，Nb0.050％，Ti0.015％，N0.005％。
连铸及热轧工艺连铸拉速4.0m/min，铸坯入炉温度980℃，出炉温度1200℃，开轧温度1130℃，终轧温度840℃，强冷却模式，卷取温度540℃。
钢带的组织见图3，钢带的晶粒度和性能见表3。
表3实施例3钢带的晶粒度和性能
注拉伸、冷弯、冲击均为横向取样；冲击试样尺寸为5.0×10×55mm；冲击试验温度为-10℃。
权利要求
1.一种低成本生产X65管线钢的方法，该方法采用薄板坯连铸连轧流程，具体包括电炉冶炼、LF炉精炼、薄板坯连铸、连铸坯均热、高压水除鳞、控制轧制、控制冷却、卷取工艺过程，其特征在于针对的钢水化学成分范围为C0.046～0.060％，Si0.15～0.30％，Mn1.40～1.60％，P0.006～0.015％，S0.001～0.008％，Nb0.045～0.050％，Ti0.015～0.025％，N0.005～0.007％。
2.根据权利要求1所述的低成本生产X65管线钢的方法，其特征在于薄板坯连铸工艺参数为拉坯速度4.0～4.8m/min，铸坯入炉温度980～1050℃。
3.根据权利要求1所述的低成本生产X65管线钢的方法，其特征在于控轧控冷工艺参数为出炉温度为1170～1200℃，开轧温度为1080～1130℃，终轧温度为840～880℃，强冷却模式，卷取温度为540～620℃。
全文摘要
本发明公开了一种低成本生产X65管线钢的方法，该方法针对电炉薄板坯连铸连轧流程特点进行了合理的冶金成分设计，并采用EAF+LF炼钢技术、薄板坯高效连铸、热连轧机组再结晶区+未再结晶区的控制轧制以及控制冷却技术。其中钢水化学成分范围(Wt.％)C0.046～0.060％，Si0.15～0.30％，Mn1.4～1.60％，P0.006～0.015％，S0.001～0.008％，Nb0.045～0.050％，Ti0.015～0.025％，N0.005～0.007％。通过使用本发明方法可在电炉薄板坯连铸连轧流程低成本生产厚度6.0～10.0mm、符合API Spec 5L规范的X65管线钢热轧板卷。
文档编号B22D11/16GK101082106SQ20071002817
公开日2007年12月5日 申请日期2007年5月24日 优先权日2007年5月24日
发明者毛新平, 庄汉洲, 李春艳, 王进步, 李轲新 申请人:广州珠江钢铁有限责任公司