[发明专利]一种提高大壁厚管线钢边部和心部组织均匀性的方法

说明书

技术领域

本发明属于微合金高强度管线钢生产技术领域，特别是涉及一种提高大壁厚管线钢边部和心部组织均匀性的方法，提高了30～40mm壁厚管线钢边部和心部组织均匀性。

背景技术

为了提高石油和天然气管道工程的输送流量和输送效率，长距离管道输送的压力和管径不断增加，为了确保管道输送的稳定性和安全性，世界上的油气输送管线都在向着高钢级、大壁厚方向发展。例如，我国2002年的“西气东输一线”工程输送压力为10MPa，钢级X70，最大壁厚达到30.2mm；2007年的“西气东输二线”工程输送压力为12MPa，钢级X80，最大壁厚达到33mm；2010～2020年中石油西部管道规划中的“西四、五、六线”，X80最大壁厚有可能达到38mm；而且伴随着国际油气发展不断向深海推进，大壁厚海底管线的需求量正逐步增加，管线钢的最大厚度规格增加到了40mm。因此，大壁厚管线钢具有良好的市场前景。

现代冶金技术的进步和微合金化管线钢的发展，使生产具有高强度、高韧性和良好焊接性能的管线钢成为可能，但是同时要满足高钢级、大壁厚却有较大的难度。生产大壁厚管线钢的主要难点在于保证管线钢的低温韧性，其主要原因是钢板厚度方向边部和心部的组织差异性所致。一般而言，对于壁厚25mm以下的管线钢，多数钢铁企业通过控轧控冷工艺，都能满足产品的技术要求，但当管线钢壁厚大于30mm时，称为大壁厚管线钢，很难保证钢板厚度方向心部组织与边部组织的均匀性和一致性，由此带来性能的不合，尤其是低温韧性指标，因此给钢铁企业带来巨大经济损失，给管道工程带来巨大安全隐患。

由于大壁厚管线钢新近兴起，从目前管线钢已有的专利技术来看，还没有关于壁厚30-40mm的管线钢的相关资料，随着钢板壁厚增加，容易造成以下两个方面的问题：(1)轧机能力小，钢坯不能完全轧透，轧制变形不能充分渗透到钢坯心部，钢坯表层通过再结晶行为奥氏体晶粒得到充分细化，钢坯心部由于再结晶不充分，奥氏体晶粒相对粗大。(2)心部冷却能力不足，由于钢板壁厚较厚，在冷却过程中，钢板心部冷却能力较差，往往造成边部过冷，而心部弱冷，造成钢板边部和心部组织不均。为解决这两个问题，多数钢铁企业选择更先进的轧机，通过更大的轧制力，提高心部变形能力，或者通过添加更多的合金元素，提高厚板的淬透性，改善钢板厚度方向的组织均匀性。这两种方法，可以有效地改善厚板的组织均匀性问题，但同时带来的是生产成本的大幅度提升。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高大壁厚管线钢边部和心部组织均匀性的方法，在不改变现有产品化学成分的前提下，对连铸坯尺寸和轧制工艺进行优化，通过大压缩比、小宽展比的坯型设计以及近似正态分布轧制工艺，解决壁厚30～40mm的管线钢边部和心部组织均匀性的问题。

通过本发明制备出的壁厚30～40mm的管线钢，其夏比冲击韧性：-20℃，全尺寸10×10×55mm V型缺口试样，钢板厚度方向心部冲击功不低于边部冲击功的百分之九十，心部韧性优良；落锤性能：-15℃，全壁厚试样落锤剪切面积(DWTT SA)≥85％。其生产工艺具体如下：

(1)连铸工序采用厚板坯连铸，连铸坯厚度300～400mm，连铸坯拉速为0.60～0.80m/min，中间包过热度为10～25℃。

(2)连铸坯厚度/成品钢板厚度为10.0～13.5，成品钢板宽度/连铸坯宽度为1.0～1.55。

(3)热轧工序采用两阶段轧制，粗轧展宽阶段总压下率为0～36％，粗轧展宽后纵轧总压下率为50～75％，粗轧纵轧阶段压下率逐道次增加，粗轧最后一道次压下率为20～30％；精轧阶段总压下率为65～75％，精轧阶段压下率逐道次减少，精轧最后一道次压下率为10～15％；

两阶段轧制过程道次压下率呈近似正态分布。

本发明内容的构成要点立足于以下认识：采用厚板坯连铸，通过优化铸机拉速和控制中包过热度，有利于降低厚板坯中心偏析程度，改善铸坯心部质量，提高铸坯成分和组织均匀性；利用大压缩比(≥10)和小展宽比(≤1.55)技术，有利于使变形充分渗透到心部，细化心部晶粒，改善边部和心部组织均匀性。

热轧工序生产工艺的主要依据是：采用两阶段轧制，通过小宽展比(≤1.55)技术，弱化第一阶段展宽总压下率，强化展宽后纵轧总压下率，尤其是强化纵轧最后一道次的压下率(≥20％)，有利于使变形充分渗透到心部，细化心部晶粒。第二阶段轧制道次压下率逐步降低，并保证最后一道次压下率≥10％，两阶段轧制道次压下率如图1所示，呈近似正态分布，有利于变形渗透到心部，改善组织均匀性。