厚规格X80管线钢的生产方法与流程

本发明涉及管线钢的生产技术领域，尤其是一种厚规格x80管线钢的生产方法。

背景技术：

x80管线钢主要用于石油天然气主管道铺设，主管道的输送压力、钢管管径、钢管壁厚要求高，这就要求x80管线钢同时具有高强度和高韧性，才能满足主管道的使用要求。厚规格x80管线钢通常用在要求较高的主管道上，厚规格x80管线钢指的是厚度不小于18mm的钢板，现有的生产出厚规格x80管线钢金相组织为铁素体和珠光体，导致不是所有的生产出厚规格x80管线钢都满足高强度和低温高韧性的要求。

cn105088096b公开了一种高应力比高止裂韧性的x80管线钢及其制备方法与应用，通过添加0.015-0.025％zr，促进先共析铁素体析出，控制s、p、o、n、h的总量小于150ppm，层流冷却采用两阶段冷却，第一阶段以25℃/s的冷速冷却至530℃，第二阶段以15℃/s的冷速冷却至230℃。但是，该发明对s、p、o、n、h总量的限制过于苛刻，其实施例表2中对应的元素总量都达到152ppm，超过要求范围，另外，该发明中第一段冷却终冷温度530℃略高，控制不当可能会导致先共析铁素体过多，引起韧性性能的降低。

cn103225047b公开了一种厚度≥26.5mm的x80管线用钢及其生产方法，采用两段粗轧、精轧、快速冷却、矫直的工艺获得了厚度≥26.5mm，-15℃落锤撕裂试验落锤剪切面积≥85％的x80管线钢，但是其快速冷却工序终冷温度设计较低，为小于200℃，可能造成硬度偏高，马奥岛比例增加，在后续焊接制管及现场环焊过程中可能导致焊接开裂。

综上所述，厚规格x80管线钢的高强度和高韧性性能控制是钢铁产品开发的技术难题。亟需针对如何提高厚规格x80管线钢的高强度和高韧性性能。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种强度高、低温韧性高的厚规格x80管线钢的生产方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：厚规格x80管线钢的生产方法，所述厚规格x80管线钢的厚度不小于18mm，包括如下步骤：

a、选取板坯，所述板坯的厚度不小于200mm；

b、将步骤a中选取的板坯在加热炉中进行加热，板坯的出炉温度在1160-1220℃之间；

c、对加热后的板坯进行粗轧，粗轧采用5-6道次轧制，单道次压下量≥20％，粗轧出口温度≥980℃，粗轧后得到厚度≥58mm的中间坯；

d、将得到的中间坯冷却到930℃以下，再输送至精轧机中进行精轧，精轧采用6-7道次轧制，精轧出口温度为770-830℃，精轧后得到厚度≥18mm的钢板；

e、将得到的钢板进行冷却，首先以20-50℃/s的冷却速率冷却至350-500℃，然后空冷1-5s，最后以5-10℃/s的冷却速率冷却至320-480℃；

f、对冷却后的钢板进行卷取。

进一步的是，在步骤b中，加热炉为蓄热式步进加热炉，蓄热式步进加热炉包括一加热段、二加热段、均热段，二加热段温度≤1200℃。

进一步的是，板坯在加热炉的时间为200-400min，且在均热段时间≥40min。

进一步的是，在步骤d中，中间坯冷却方式为高压除磷水冷却、空冷或者在超快冷设备中进行。

进一步的是，在步骤d中，通过冷却水对中间坯进行冷却。

进一步的是，在步骤e中，冷却采用层流冷却的方式，层流冷却水温度≤31℃，g1-g3层流冷却集管采用全段集中开水模式，且g3层流冷却集管后设置至少2组侧喷冷却水进行冷却。

本发明的有益效果是：本发明对厚规格x80管线钢的生产方法所涉及的工序进行了优化，首先对板坯进行均匀再加热并严格控制加热温度及加热时间，然后对板坯进行粗轧，粗轧的次数、单道次压下量、温度，粗轧后得到的中间坯厚度均进行了严格控制，再然后将中间坯降温至临界再结晶温度以下，并对中间坯进行精轧获得钢板，精轧的次数、温度，精轧后得到的钢板厚度也进行了严格控制，最后对钢板进行冷却，并对冷却水温、冷却速率、终冷温度等进行准确控制，冷却后再对钢板进行卷取，从而获得成品x80管线钢。在零下20℃对成品x80管线钢进行落锤撕裂试验，落锤剪切面积比大于85％，低温韧性良好；通过检测厚规格成品x80管线钢的金相组织为细小均匀的针状铁素体组织，针状铁素体组织具有晶粒细小、位错密度高、晶界呈锯齿状、大角度晶界比例高的特点，能够显著提高x80管线钢的强度和低温韧性。

附图说明

图1是实施例1所得到厚规格x80管线钢的金相组织图；

图2是实施例2所得到厚规格x80管线钢的金相组织图；

图3是实施例3所得到厚规格x80管线钢的金相组织图；

图4是对比例1所得到厚规格x80管线钢表面的金相组织图；

图5是对比例2所得到厚规格x80管线钢的金相组织图；

图6是对比例2所得到厚规格x80管线钢的金相组织图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

本发明厚规格x80管线钢的生产方法，所述厚规格x80管线钢的厚度不小于18mm，其特征在于，包括如下步骤：

a、选取板坯，所述板坯的厚度不小于200mm；

b、将步骤a中选取的板坯在加热炉中进行加热，板坯的出炉温度在1160-1220℃之间；

c、对加热后的板坯进行粗轧，粗轧采用5-6道次轧制，单道次压下量≥20％，粗轧出口温度≥980℃，粗轧后得到厚度≥58mm的中间坯；

d、将得到的中间坯冷却到930℃以下，再输送至精轧机中进行精轧，精轧采用6-7道次轧制，精轧出口温度为770-830℃，精轧后得到厚度≥18mm的钢板；

e、将得到的钢板进行冷却，首先以20-50℃/s的冷却速率冷却至350-500℃，然后空冷1-5s，最后以5-10℃/s的冷却速率冷却至320-480℃；

f、对冷却后的钢板进行卷取。

在步骤a中，板坯通过铁水脱硫、转炉冶炼复合吹炼、脱氧、合金化、炉后小平台补喂al线、lf精炼加热、rh真空精炼、连铸、冷却工艺得到。由于生产的厚规格x80管线钢的厚度不小于18mm，为保证轧制压缩比，所以所述板坯的厚度不小于200mm。

在步骤b中，对板坯进行加热的主要目的是便于后续轧制，保证合金元素充分固溶，以及避免钢板过烧导致组织粗大。由于加热在加热炉中进行，出炉温度偏低、在炉时间偏短、均热段时间偏短易导致板坯受热不均匀，进而导致合金元素未充分固溶、金相组织不均匀；而出炉温度偏高、加热段温度偏高、在炉时间过长易导致钢板过烧，引起成品钢组织粗大。为了保证加热温度得到精确控制，加热炉优选为蓄热式步进加热炉，蓄热式步进加热炉包括一加热段、二加热段、均热段，通过大量实践和试验中得出，二加热段温度≤1200℃，板坯在加热炉的时间为200-400min，且在均热段时间≥40min。

在步骤c中，粗轧的主要目的在于使加热后的板坯晶粒充分破碎，进而在轧制过程中动态再结晶重新形核，新形核的晶粒在后续轧制中进一步再结晶形核，通过这种动态循环的过程细化奥氏体晶粒。动态再结晶过程的主要因素为轧制压下量和轧制温度，由于粗轧过程中的动态再结晶是在每个道次循环进行的，因此要求每个道次压下量均大于20％的临界值。动态再结晶过程还必须对粗轧温度进行限定，只有在粗轧温度大于奥氏体再结晶终止温度时才会发生稳定的动态再结晶，否则轧制温度偏低时会进入不完全动态再结晶区，形成混晶组织，x80管线钢的奥氏体再结晶终止温度在940-960℃之间，所以将粗轧出口温度限定在≥980℃。更进一步，对粗轧速度的限定也是为了方便轧制压下量和轧制温度的稳定控制，实现在较低温度、较大变形量的粗轧过程，因此将粗轧出口速度限定在2-3m/s之间。

在步骤d中，精轧的主要目的在于使粗轧动态再结晶获得的细化奥氏体组织扁平化，为后续相变提供大量形核点，从而促进最终组织细化。x80管线钢精轧过程要求进行完全非再结晶区轧制，其主要影响因素在于精轧开始温度、精轧出口温度、精轧累积变形量。非再结晶区轧制对奥氏体组织的扁平化程度主要取决于累积变形量，因此要求较厚的中间坯厚度，中间坯厚度越大，奥氏体扁平化程度越高，就能形成越多的相变形核点，成品组织就越细小，因此，将中间坯厚度限定在≥58mm的范围。同时，为保证精轧在完全非再结晶区轧制，就要求精轧开始温度低于奥氏体再结晶临界温度，x80管线钢的再结晶临界温度位于940-960℃之间，因此将精轧开始温度控制930℃以下，否则，精轧开始温度偏高，会导致精轧进入部分再结晶区，形成混晶组织。上文说明了粗轧出口温度要求≥980℃，从粗轧工序到精轧工序之间中间坯有50℃以上的温降，为使中间坯冷却，提高生产效率，本发明提供了三种中间坯冷却方式，采用其中任意一种即可：中间坯冷却方式为高压除磷水冷却、空冷或者在超快冷设备中进行。另外，精轧出口温度对成品钢的金相组织也有影响，如果精轧出口温度低于760℃，精轧后一两道次可能会在两相区轧制，形成表面铁素体变形带，且表面金相组织粗化，从而影响成品钢的韧性性能；如果精轧出口温度过高，则可能导致成品钢组织晶粒粗大，也会影响成品钢的韧性性能，因此，将精轧出口温度限定在770-830℃的范围内。

在步骤e中，对钢板进行冷却，冷却采用层流冷却的方式，并且层流冷却水温度≤31℃，g1-g3层流冷却集管采用全段集中开水模式，且g3层流冷却集管后设置至少2组侧喷冷却水进行冷却。x80管线钢板的相变过程发生在层流冷却工序，为了得到x80管线钢板的组织类型为针状铁素体，针状铁素体是中温转变组织，其相变温度介于珠光体和马氏体之间，具体值在300-500℃之间，为使相变顺利的在针状铁素体的中温转变区进行，必须对层流冷却水温、层流冷却开水强度进行严格控制。如果层流冷却水温偏高、层流冷却前段g1-g3层流冷却集管未采用集中强冷，进而导致前段冷却终冷温度偏高，会造成冷却强度不足，导致相变过程一部分进入铁素体-珠光体转变区，形成粗大的先共析铁素体组织，将明显降低成品钢的性能，因此将层流冷却水温限定在≤31℃的范围内，将g1-g3层冷集管限定为全段集中开水模式，将前段冷却速率限定在20-50℃/s范围内，将前段冷却终冷温度限定在350-500℃范围内。同时，由于前段冷却水量较大，易造成钢板表面大量积水，积水水温逐渐升高，且在钢板表面形成空气膜，影响钢板表面与冷却水的热交换，因此，在本发明在g3层流冷却集管后投用至少2组强力侧喷水，吹扫表面积水，促进冷却水大量蒸发，带走钢板的热量，提高钢板的冷却效果。另外，第二段冷却终冷温度，即卷取温度对成品钢组织性能的影响主要体现在：如果卷取温度偏高，则可能导致针状铁素体亚结构中相变温度略高的准多边形铁素体比例增加，降低成品钢的落锤性能；如果卷取温度偏低，则可能导致针状铁素体亚结构中相变温度偏低的马奥岛比例增加，增加成品钢的硬度，并影响成品x80管线钢制管焊接、以及现场环焊的焊接性能。因此，将第二段冷却速率限定在5-10℃/s，卷取温度限定在320-480℃。

综上所述，本发明对厚规格x80管线钢的生产方法所涉及的工序进行了优化，首先对板坯进行均匀再加热并严格控制加热温度及加热时间，然后对板坯进行粗轧，粗轧的次数、单道次压下量、温度，粗轧后得到的中间坯厚度均进行了严格控制，再然后将中间坯降温至临界再结晶温度以下，并对中间坯进行精轧获得钢板，精轧的次数、温度，精轧后得到的钢板厚度也进行了严格控制，最后对钢板进行冷却，并对冷却水温、冷却速率、终冷温度等进行准确控制，冷却后再对钢板进行卷取，从而获得成品x80管线钢。在零下20℃对成品x80管线钢进行落锤撕裂试验，落锤剪切面积比大于85％，低温韧性良好；通过检测厚规格成品x80管线钢的金相组织为细小均匀的针状铁素体组织，针状铁素体组织包括准多边形或块状铁素体(qf)，贝氏体铁素体(bf)，针状化铁素体(af)，粒状贝氏体(gb)，以及马氏体-奥氏体岛状物(m/a)，针状铁素体组织具有晶粒细小、位错密度高、晶界呈锯齿状、大角度晶界比例高的特点，显著提高x80管线钢的强度和低温韧性。

实施例1

厚规格x80管线钢的生产方法，包括如下步骤：

a、选取板坯，所述板坯的厚度为230mm；

b、将步骤a中选取的板坯在蓄热式步进加热炉中进行加热，蓄热式步进加热炉的二加热段温度为1181℃，在炉时间为213min，均热段时间为49min，板坯的出炉温度为1176℃；

c、对加热后的板坯进行粗轧，粗轧采用5道次轧制，各道次压下率分别为20％、22％、25％、23％、27％，粗轧出口温度为988℃，粗轧后得到厚度为59mm的中间坯；

d、将得到的中间坯冷却到923℃，再输送至精轧机中进行精轧，精轧采用7道次轧制，各道次压下率分别为23％、17％、16％、13％、10％、8％、6％，精轧出口速度2.1m/s，精轧出口温度为770℃，精轧后得到厚度为21.4mm的钢板；

e、将得到的钢板进行冷却，冷却采用层流冷却的方式，层流冷却水温度为29.8℃，g1-g3层流冷却集管采用全段集中开水模式，且g3层流冷却集管后设置2组侧喷冷却水进行冷却；冷却时，首先以27℃/s的冷却速率冷却至450℃，然后空冷4s，最后以5℃/s的冷却速率冷却至340℃；

f、对冷却后的钢板进行卷取。

在零下20℃对成品x80管线钢进行落锤撕裂试验，落锤剪切面积比为94％，低温韧性良好；厚规格成品x80管线钢的金相组织为细小均匀的针状铁素体组织，如图1所示。

实施例2

厚规格x80管线钢的生产方法，包括如下步骤：

a、选取板坯，所述板坯的厚度为230mm；

b、将步骤a中选取的板坯在蓄热式步进加热炉中进行加热，蓄热式步进加热炉的二加热段温度为1172℃，在炉时间为317min，均热段时间为71min，板坯的出炉温度为1176℃；

c、对加热后的板坯进行粗轧，粗轧采用5道次轧制，各道次压下率分别为21％、21％、23％、22％、29％，粗轧出口温度为982℃，粗轧后得到厚度为59mm的中间坯；

d、将得到的中间坯冷却到923℃，再输送至精轧机中进行精轧，精轧采用7道次轧制，各道次压下率分别为19％、22％、16％、13％、10％、8％、6％，精轧出口速度2.1m/s，精轧出口温度为810℃，精轧后得到厚度为21.4mm的钢板；

e、将得到的钢板进行冷却，冷却采用层流冷却的方式，层流冷却水温度为29.2℃，g1-g3层流冷却集管采用全段集中开水模式，且g3层流冷却集管后设置2组侧喷冷却水进行冷却；冷却时，首先以30℃/s的冷却速率冷却至460℃，然后空冷4s，最后以5℃/s的冷却速率冷却至360℃；

f、对冷却后的钢板进行卷取。

在零下20℃对成品x80管线钢进行落锤撕裂试验，落锤剪切面积比为88％，低温韧性良好；厚规格成品x80管线钢的金相组织为细小均匀的针状铁素体组织，如图2所示。

实施例3

厚规格x80管线钢的生产方法，包括如下步骤：

a、选取板坯，所述板坯的厚度为230mm；

b、将步骤a中选取的板坯在蓄热式步进加热炉中进行加热，蓄热式步进加热炉的二加热段温度为1194℃，在炉时间为402min，均热段时间为64min，板坯的出炉温度为1185℃；

c、对加热后的板坯进行粗轧，粗轧采用5道次轧制，各道次压下率分别为20％、21％，23％、22％、30％，粗轧出口温度为984℃，粗轧后得到厚度为60mm的中间坯；

d、将得到的中间坯冷却到915℃，再输送至精轧机中进行精轧，精轧采用7道次轧制，各道次压下率分别为18％、16％、16％、15％、13％、11％、7％，精轧出口速度2.1m/s，精轧出口温度为800℃，精轧后得到厚度为18.4mm的钢板；

e、将得到的钢板进行冷却，冷却采用层流冷却的方式，层流冷却水温度为29.2℃，g1-g3层流冷却集管采用全段集中开水模式，且g3层流冷却集管后设置2组侧喷冷却水进行冷却；冷却时，首先以33℃/s的冷却速率冷却至425℃，然后空冷4s，最后以5℃/s的冷却速率冷却至320℃；

f、对冷却后的钢板进行卷取。

在零下20℃对成品x80管线钢进行落锤撕裂试验，落锤剪切面积比为100％，低温韧性良好；厚规格成品x80管线钢的金相组织为细小均匀的针状铁素体组织，如图3所示。

对比例1

a、选取板坯，所述板坯的厚度为230mm；

b、将步骤a中选取的板坯在蓄热式步进加热炉中进行加热，蓄热式步进加热炉的二加热段温度为1194℃，在炉时间为402min，均热段时间为64min，板坯的出炉温度为1185℃；

c、对加热后的板坯进行粗轧，粗轧采用5道次轧制，各道次压下率分别为20％、22％、24％、24％、27％，粗轧出口温度为974℃，粗轧后得到厚度为59mm的中间坯；

d、将得到的中间坯冷却到930℃，再输送至精轧机中进行精轧，精轧采用7道次轧制，各道次压下率分别为20％、18％、16％、14％、10％、9％、6％，精轧出口速度2.1m/s，精轧出口温度为755℃，精轧后得到厚度为21.4mm的钢板；

e、将得到的钢板进行冷却，冷却采用层流冷却的方式，层流冷却水温度为28.9℃，g1-g3层流冷却集管采用全段集中开水模式，且g3层流冷却集管后设置2组侧喷冷却水进行冷却；冷却时，首先以21℃/s的冷却速率冷却至520℃，然后空冷4s，最后以6℃/s的冷却速率冷却至334℃；

f、对冷却后的钢板进行卷取。

在零下20℃对成品x80管线钢进行落锤撕裂试验，落锤剪切面积比为12％，低温韧性差；厚规格成品x80管线钢的钢表面存在铁素体变形组织，如图4所示。对比例1成品x80管线钢组织异常、低温韧性差的原因主要为：精轧出口温度较低，精轧后几道次进入两相区轧制，精轧过程中发生铁素体相变，形成的铁素体在轧制变形条件下延伸，且形成混晶组织，造成表面组织粗大，组织异常，引起低温韧性性能低。

对比例2

a、选取板坯，所述板坯的厚度为230mm；

b、将步骤a中选取的板坯在蓄热式步进加热炉中进行加热，蓄热式步进加热炉的二加热段温度为1199℃，在炉时间为333min，均热段时间为97min，板坯的出炉温度为1176℃；

c、对加热后的板坯进行粗轧，粗轧采用5道次轧制，各道次压下率分别为19％、21％、23％、22％、30％，粗轧出口温度为989℃，粗轧后得到厚度为60mm的中间坯；

d、将得到的中间坯冷却到925℃，再输送至精轧机中进行精轧，精轧采用7道次轧制，各道次压下率分别为20％、17％、17％、14％、11％、9％、6％，精轧出口速度2.1m/s，精轧出口温度为810℃，精轧后得到厚度为21.4mm的钢板；

e、将得到的钢板进行冷却，冷却采用层流冷却的方式，层流冷却水温度为36.2℃，g1-g3层流冷却集管采用全段集中开水模式，且g3层流冷却集管后设置1组侧喷冷却水进行冷却；冷却时，首先以29℃/s的冷却速率冷却至480℃，然后空冷4s，最后以7℃/s的冷却速率冷却至310℃；

f、对冷却后的钢板进行卷取。

在零下20℃对成品x80管线钢进行落锤撕裂试验，落锤剪切面积比为33％，低温韧性较差；厚规格成品x80管线钢中存在高温相变的先共析铁素体组织，如图5所示。对比例2成品x80管线钢组织异常、低温韧性较差的原因主要为：层流冷却水温偏高，前段冷却区间冷却效率不足，造成x80管线钢无法迅速进入中温转变区形成针状铁素体，而在高温转变区形成粗大的先共析铁素体，该组织位错密度低，为钢中的软相，在进行落锤撕裂试验时易开裂导致落锤面积偏低。

对比例3

a、选取板坯，所述板坯的厚度为230mm；

b、将步骤a中选取的板坯在蓄热式步进加热炉中进行加热，蓄热式步进加热炉的二加热段温度为1216℃，在炉时间为421min，均热段时间为39min，板坯的出炉温度为1208℃；

c、对加热后的板坯进行粗轧，粗轧采用5道次轧制，各道次压下率分别为119％、23％、26％、19％、29％，粗轧出口温度为997℃，粗轧后得到厚度为59mm的中间坯；

d、将得到的中间坯冷却到930℃，再输送至精轧机中进行精轧，精轧采用7道次轧制，各道次压下率分别为26％、21％、16％、15％、11％、10％、6％，精轧出口速度2.1m/s，精轧出口温度为806℃，精轧后得到厚度为18.4mm的钢板；

e、将得到的钢板进行冷却，冷却采用层流冷却的方式，层流冷却水温度为33℃，g1-g3层流冷却集管采用全段集中开水模式，且g3层流冷却集管后设置1组侧喷冷却水进行冷却；冷却时，首先以27℃/s的冷却速率冷却至490℃，然后空冷4s，最后以4℃/s的冷却速率冷却至350℃；

f、对冷却后的钢板进行卷取。

在零下20℃对成品x80管线钢进行落锤撕裂试验，落锤剪切面积比为20％，低温韧性较差；厚规格成品x80管线钢中原始奥氏体晶粒粗大，且成品组织中准多边形铁素体尺寸大、比例高，如图6所示。对比例3成品x80管线钢组织异常、低温韧性较差的原因主要为：钢坯再加热工序中，二加热段温度偏高，总在炉时间过长，造成钢坯过烧，导致钢中原始奥氏体晶粒粗大，在后续轧制过程中也未能充分细化。另外层流冷却水温偏高，前段冷却区间侧喷水未及时吹扫，导致钢板表面大量积水，影响冷却效率，是造成x80管线钢未能快速冷却形成针状铁素体，反而形成大尺寸准多边形铁素体的原因，从而导致落锤面积偏低。