超细化X70中厚板生产技术研究

超细化X70中厚板生产技术研究

李少坡1姜中行1王文军1白学军2刘海龙2

（1．首钢技术研究院；2．秦皇岛首秦金属材料有限公司）

摘要本文对厚度17.5毫米高韧性X70中厚板的生产技术进行了研究，包括控制轧制和控制冷却工艺。研究结果表明：通过强化粗轧最后一道次和精轧最后一道次的压下率分别达到20%和10%以上，可以充分细化和均匀化奥氏体晶粒尺寸；通过控制终冷温度和冷却速率等工艺参数，最终得到由均匀的超细化针状铁素体加少量M/A岛第二相组织。超细化的AF型X70钢板通过JCOE制管过程后，屈服强度呈上升趋势，为产品降成本提供了可能，实现了无Mo无Ni的低成本X70中厚板生产。关键词超细化；X70；控轧控冷；低成本

引言

管线钢是一类特殊的产品，制管过程由于包申格效应和形变强化效应的相互作用，一般力学性能会发生变化。其中X70 钢级管线钢在工程中的应用最多，约占管道需求量的65%左右[1]，各家钢厂均在不断优化合金设计和生产技术，以寻求经济化生产。因此，了解钢板和钢管间的性能变化趋势是十分重要的，其目的是保证最终钢管的力学性能应满足用户的要求。

目前管线钢按其组织状态划分，主要可分为铁素体+珠光体型和针状铁素体型两大类。针状铁素体钢与铁素体+珠光体钢相比，具有明显不同的应力-应变特征。材料的应力-应变曲线是否存在屈服平台和屈服伸长的程度对材料的形变强化能力有重要影响。由于针状铁素体中存在高密度的可移动位错而易于实现多滑移，因而针状铁素体具有连续的屈服行为和较高的形变强化能力，从而可补偿和抵消包申格效应所引起的强度损失。

材料的组织形态，需要通过多种有效的手段来实现，比如通过轧制压下量的控制、加速冷却终点的精确控制、加速冷却路径的控制等等，有了这一系列技术，即可实现奥氏体硬化状态的控制和硬化状态下奥氏体相变过程的控制，完全可以达到TMCP 控制组织形态的目标。本文针对X70管线钢，介绍了首秦公司17.5毫米超细

化X70中厚板的生产技术，为管线钢制造企业降成本提供参考。

1. 工装设备条件

首秦17.5mmX70中厚板的生产工序包括：铁水脱硫预处理、转炉冶炼、炉外精炼（LF和RH）、板坯连铸、双机架4300mm中厚板轧机和UFC加速冷却系统。（1）双机架4300mm轧机

首秦公司双机架4300mm中厚板轧线由德国西马克和西门子联合技术总承包，采用全流程自动轧钢等核心技术。设计生产能力：180万吨/年（双机架）。其中，四辊可逆轧机额定轧制力最高92000kN，轧机刚度8500KN/mm；液压AGC板形控制技术，液压弯辊，弯辊力每侧400t。

（2）加速冷却系统

首秦公司UFC超快速冷却装置，布置在精轧机后与层流冷却设备之间，由9组狭缝式喷嘴、高密双联喷嘴组成。该设备可满足控制冷却钢板的厚度为15～40mm之间，冷却速度达到20~50℃/s，钢板纵向全长90%以上的温度控制精度达到±25℃，冷却后钢板同板温度差控制在50℃之内。

2. X70中厚板生产技术

2.1化学成分

面临严峻的钢铁形势，同时又要满足大口径、高压输送管线钢的安全性，高性能管线钢应以超细化针状铁素体组织为特征，使之在具有高强度、高韧性和良好焊接性能的同时具有较高的抗动态撕裂性能。首秦17.5mmX70中厚板采用了经济型的成分设计，并根据工装设备情况进行了生产工艺优化，包括控轧制度和控冷制度。

17.5mmX70中厚板的具体成分见下表1。

表1 17.5mmX70中厚板化学成分(质量分数)

X70 C Si Mn P S Alt Nb、Ti、Cr etc

17.5mm≤0.09≤0.35≤1.75 0.010 0.002 0.035 添加

由表1可以看出，17.5mmX70中厚板采取了比较经济的成分设计，经过优化的控轧和控冷工艺后，得到满足工程应用要求的产品，其对应的力学性能见下表2。

表 2 17.5mm X70 管线钢力学性能

X70 屈服强度 抗拉强度 屈强比 -20℃夏比冲击功 -15℃落锤性能

17.5m m

≥485MPa ≥570Mpa ≤0.90

≥180J ≥85% 2.2控轧制度 通过形变控制使钢的晶粒尺寸得到显著细化、组织结构得到控制，从而使钢材具有优良的综合性能[2]。首秦17.5mmX70中厚板的控轧工艺，重点围绕粗轧最后一道次和精轧最后一道次的压下率进行优化， 充分细化和均匀化原始奥氏体晶粒尺寸，有效提高钢板低温韧性[3-4]。

本文对比了两种不同的控轧制度对17.5mmX70中厚板力学性能和低温韧性的影响，并观察了其心部奥氏体晶粒细化程度。两种不同的控轧制度，主要体现在粗轧最后一道次和精轧最后一道次的压下率，见下图1。

图1 两种控轧制度的不同道次变形工艺

由图 1 可见，两种不同控轧制度的道次变形工艺存在很大差别，第 1# 工艺道次变形率主要强调粗轧最后1个道次和精轧最后1个道次，粗轧道次变形率越来越大，呈上升趋势，最后1道次达到20%以上。精轧最后1道次变形率控制在10%以上；而第 2# 工艺道次变形率主要体现在粗轧阶段的前几个道次，粗轧最后2个道次和精轧最后2个道次变形率均较小。

观察两种不同控轧制度道次变形率条件下钢板心部的奥氏体组织，下图 2 显示

D e f o r m a t i o n /%Control rolling pass

了两种变形工艺条件下17.5mmX70中厚板厚度中心的奥氏体晶粒细化情况。

1# 2#

图2 不同变形条件下X70中厚板心部奥氏体晶粒

由图 2 可见，第1# 变形工艺条件下钢板心部的奥氏体晶粒明显比第2# 变形条件下钢板更扁更均匀，第2# 变形工艺的钢板中粗大不均的奥氏体晶粒对X70中厚板的低温韧性有较大的负面影响。两种工艺对应的机械性能见下表3。

表3 不同变形工艺条件对应的机械性能

变形工艺屈服强度/MPa 抗拉强度/MPa -15℃落锤DWTT -40℃落锤DWTT 1# 540 620 98% 90%

2# 520 615 90% 75%

从表 3 可见，第1# 变形工艺条件下钢板的机械性能明显比第2# 变形条件下更优异，尤其是低温落锤性能。

2.3控冷工艺

钢材经过控轧后快速进入水冷区域，通过强化水冷工艺，控制组织类型及M/A 组元，提高钢板落锤性能[5]。其中终冷温度和冷却速率是控制冷却工艺的极重要的工艺参数，分别以不同的冷却速率冷却到不同的终冷温度，观察不同控冷条件下的显微组织，如图3所示，分析不同控冷工艺对力学性能的影响。