22mm厚X80管線鋼試制1

鄭中 劉宏亮,2 黃健 姜育男 劉志璞 文小明 趙迪

(1.本鋼集團(tuán)有限公司,遼寧本溪 117000；2.東北大學(xué)材料與冶金學(xué)院,遼寧沈陽 110004)

22mm厚X80管線鋼試制1

鄭中1劉宏亮1,2黃健1姜育男1劉志璞1文小明1趙迪1

(1.本鋼集團(tuán)有限公司,遼寧本溪 117000；2.東北大學(xué)材料與冶金學(xué)院,遼寧沈陽 110004)

企業(yè)依托其2300mm熱軋機(jī)組設(shè)備優(yōu)勢，研制開發(fā)了第三代22mm厚規(guī)格X80管線鋼。研發(fā)初期低溫韌性(-15℃)DWTT偏低成為制約批量生產(chǎn)的瓶頸。分析發(fā)現(xiàn)，組織不均是引起DWTT性能不合格的主要因素，經(jīng)過對成分和軋制工藝等技術(shù)參數(shù)的調(diào)整，成功解決了韌性偏低的問題，并順利通過客戶的入場檢驗，進(jìn)行焊管試制。

管線鋼 厚規(guī)格 DWTT X80

隨著我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)定的增長，我國對能源的需求也與日俱增，過去十年，中國天然氣消費增長兩倍，未來十年仍將保持同樣的增長速度。隨著管道運輸?shù)陌l(fā)展，管線鋼向兩個方向發(fā)展，一方面要求管線鋼強(qiáng)度級別增加；而另一方面，則要求管線鋼厚度不斷增加。

本企業(yè)借助其2300mm熱軋機(jī)組設(shè)備試制22mm厚規(guī)格X80管線鋼板卷，產(chǎn)品的強(qiáng)度指標(biāo)超過標(biāo)準(zhǔn)要求，但韌性不穩(wěn)定，本研究重點對此進(jìn)行分析。

1 X80管線鋼的成分及工藝

對于厚規(guī)格X80管線鋼而言，既要考慮進(jìn)精軋前奧氏體晶粒尺寸的細(xì)化，又同時需要考慮采用較快冷卻速率保障心部組織[1-3]。因此，本研究一方面，添加較高的Nb和Cr進(jìn)行控制軋制，細(xì)化奧氏體晶粒尺寸，另一方面添加Mo等合金，發(fā)揮對相變的影響作用。具體試制鋼板的成分如表1所示。

圖1 管線鋼金相組織

圖2 系列沖擊功檢驗結(jié)果

圖3 DWTT斷口形貌

表1 試制鋼板的化學(xué)成分，質(zhì)量分?jǐn)?shù)%

表2 22mm厚規(guī)格X80標(biāo)準(zhǔn)要求

生產(chǎn)的工藝流程為：鐵水預(yù)處理→轉(zhuǎn)爐冶煉→爐外精煉→板坯連鑄機(jī)→蓄熱式加熱爐→2300mm熱連軋機(jī)組→控軋控冷→卷取包裝。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 試驗鋼組織

軋制后管線鋼組織以準(zhǔn)多邊形鐵素體、粒狀貝氏體以及少量貝氏體鐵素體為主，如圖2所示。該類型組織具有良好的強(qiáng)韌性，是X80鋼級管線鋼的典型金相組織。

2.2 拉伸試驗及分析

試驗的鋼板表面質(zhì)量良好，隨機(jī)抽取一卷頭部、中部、尾部通卷取樣分析，拉伸試樣取樣方向與軋制方向呈30°，結(jié)果表明，拉伸性能完全滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，并與標(biāo)準(zhǔn)要求相比有很大的富余量，通卷拉伸性能穩(wěn)定，屈服強(qiáng)度正585～615MPa之間，抗拉強(qiáng)度在685～710MPa之間，標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

2.3 試制鋼板的沖擊韌性

為檢驗試制鋼板不同位置沖擊性能的均勻性，同樣在鋼板頭部、中部、尾部的寬度1/4位置取夏比沖擊試樣，如表2所示。測試結(jié)果表明，沖擊韌性也相對穩(wěn)定280~370J，-20℃的沖擊功與標(biāo)準(zhǔn)要求相比有很大富余量。

制管后對管體取樣分析其韌脆轉(zhuǎn)變溫度，分別在管體橫向和縱向取樣，進(jìn)行不同溫度測試，結(jié)果如圖2所示，分析認(rèn)為韌脆轉(zhuǎn)變溫度為-20℃。

2.4 落錘性能測試結(jié)果

前期生產(chǎn)過程中出現(xiàn)DWTT不穩(wěn)定問題，部分試樣DWTT低至40，如圖3(a)所示，后期采用增加冷卻速率同時降低卷曲溫度的方式進(jìn)行生產(chǎn)，所得試樣DWTT獲得改善，滿足性能要求，如圖3(b)所示。

3 結(jié)語

以準(zhǔn)多邊形鐵素體、粒狀貝氏體以及少量貝氏體鐵素體為主的組織，止裂性能理想，是改善厚規(guī)格X80管線鋼DWTT性能的主要原因。卷曲溫度降低和冷卻速率增加有利于獲得上述混合組織，對DWTT性能影響明顯，是生產(chǎn)厚規(guī)格X80管線鋼的關(guān)鍵技術(shù)因素。盡管研發(fā)的厚規(guī)格X80滿足性能要求，但韌脆轉(zhuǎn)變溫度相對較高，還需進(jìn)一步進(jìn)行深入研究。

[1]C.J. Liu, H.L. Liu and M.F. Jiang, Effect of Rare Earth Elements on Transformation Behavior and Microstructure Characteristics in X80 Pipeline steels[J],Rare metal Materials and Engineering.2011,40(S3)：51-55.

[2]劉宏亮,劉承軍,王云盛 等.稀土管線鋼軋制工藝的模型研究[J].稀土,2011,32(3)：1-7.

[3]劉宏亮,劉承軍,姜茂發(fā).稀土對X80管線鋼中鈮元素賦存形式的影響[J].稀土,2011.32(5)：6-11.

劉宏亮(1982-)，遼寧省鐵嶺市，博士后,研究方向：微合金理論與軋鋼工藝研究。