X65M鋼溫度-變形軋制控制技術的生產實踐

李復磊

（山東鋼鐵集團日照有限公司中厚板廠，山東 日照276805）

1 前 言

厚規格止裂性能要求（DWTT）管線鋼生產中存在的主要難題是DWTT指標的實現，其關鍵控制點涉及窄成分設計、有效壓縮比、軋制過程中的溫度制度、壓下制度、水冷工序的開冷溫度、終冷溫度、冷速等關鍵工藝點的精準控制，從而實現最優的均勻細化的組織，以滿足鋼板的低溫韌性及止裂性能。以管線鋼X65M 生產為例，研究了溫度-變形軋制控制技術的應用。

2 X65M鋼軋制生產實踐

2.1 性能要求

29 mm厚-10 ℃DWTT指標標準，X65M鋼主要的性能要求為：屈服強度450～600 MPa、抗拉強度535～760 MPa、-20 ℃沖擊功≥120 J、延伸率≥24%、-10 ℃落錘撕裂試驗（DWTT）平均最小剪切面積百分數≥85%。此性能指標中存在控制難度的為低溫韌性（沖擊）和低溫止裂（DWTT）性能，需要從成分設計、工藝生產方面制定合理的方案并進行穩定地控制。

2.2 成分設計

成分設計以低碳成分設計為主，復合添加多種微量合金元素。針對厚規格X65級別管線鋼，主要以添加Nb、Ti 為主；為保證穩定的強塑性指標，添加微量的Mo確保淬透性能；同時P、S含量，對鋼種氣體元素、夾雜物進行控制，提高鑄坯內部質量水平，具體成分設計如表1所示。

表1 X65M鋼成分設計（質量分數） %

2.3 工藝設計

1）加熱控制。加熱工藝對管線鋼性能影響體現在合金元素的溶解和奧氏體晶粒尺寸的控制上。一般含Nb鋼在1 150 ℃左右Nb（C，N）開始大量溶解，隨著Nb（C，N）的溶解，奧氏體晶粒將發生突然長大，在鋼中加入微量Ti可以將奧氏體晶粒粗化溫度提高到1 250 ℃左右；加熱溫度過低，Nb（C，N）等合金碳氮化合物不能得到充分溶解，Nb等合金元素在隨后控軋中發揮不了擴大奧氏體未再結晶區的作用，在控冷時析出強化作用也減少。加熱溫度過高，奧氏體晶粒粗大，在相同控軋控冷條件下，最終組織晶粒也會粗化，對韌性不利。X65M加熱制度如下：嚴格控制在爐時間及出爐溫度，鋼坯出爐溫度控制在1 100～1 200 ℃，保證坯料加熱均勻，粗軋機前高壓水除鱗箱除鱗厚測量溫度控制在1 030～1 070 ℃。

2）粗軋階段控制。粗軋階段的變形量控制及溫度控制是這個管線鋼強韌性指標控制的核心，也是確保鋼板的落錘性能最關鍵控制環節，通過這一階段的控制，充分發揮軋制變形滲透對于鋼板組織性能的影響，尤其是縱軋階段的道次壓下量及壓下率的控制，是改善組織的關鍵因子，起到了整個管線鋼性能控制的核心作用。根據上述意見及實際生產情況，29 mm厚-10 ℃DWTT指標要求X65M采用250 mm 厚坯料進行生產，通過對中間坯厚度的調整及軋制參數的改變，在溫度條件不變的情況下，將粗軋縱軋階段的道次數進行壓縮，保證了1個道次20%的道次壓下率以上，其他道次也能達到較高的道次壓下率，具體如表2所示。

表2 軋制規程

3）精軋階段控制。根據經驗公式計算，在此成分固定情況下，得到鐵素體相變點溫度為763 ℃，精軋階段為未再結晶區軋制，理論上，在鐵素體相變點溫度以上溫度范圍內進行最大程度的累積變形量增加，晶粒最大程度得到變形，晶粒不僅被拉長，并且會出現比較多的變形帶，相變轉變后也可以最大程度得到細小均勻的組織，有利于鋼板強度指標、塑韌性指標及低溫止裂指標的改善。根據上述意見及實際生產情況，X65M采用105 mm的中間坯厚度，精軋階段壓下量可實現72%，采用低終軋溫度軋制，終軋溫度為780～790 ℃。

4）水冷工藝控制。根據經驗公式計算得到此鋼種的主要理論相變點溫度，如表3所示。

表3 鋼板理論相變點溫度 ℃

X65M 鋼采用了較多的合金元素，過冷奧氏體更加穩定，為得到強度、塑韌性及止裂性能較好的結合，需得到低溫塊狀鐵素體+針狀鐵素體+粒狀貝氏體相結合，并且組織細化均勻，這種組織邊界粗糙、不規則，晶粒相互交織、交錯，此組織有效抑制裂紋沿晶界擴展，起到增加韌性的作用。根據上述建議，水冷工藝設定如下：開冷溫度770～780 ℃，冷速15～22 ℃/s，終冷溫度450～500 ℃。

2.4 金相組織

對29 mm 規格X65M 取金相進行組織分析，整體組織以塊狀鐵素體+針狀鐵素體為主，母相與新相界面所在方向上是非共格的大角度晶界，邊界粗糙，不規則。鋼板沿厚度方向組織細化均勻，無明顯偏析及帶狀組織。

2.5 性能情況

29 mm 規格X65M 目前已穩定生產千余噸，工藝控制穩定，性能指標良好，屈服強度平均值510 MPa，抗拉強度平均值642 MPa，屈強比0.79，-10 ℃沖擊功287 J，-10 ℃落錘撕裂試驗（DWTT）平均最小剪切面積百分數89%。

3 結 語

溫度-變形軋制控制技術是生產管線鋼的基本軋制技術，也是實現鋼板性能的最重要的手段之一。在合理的成分設計下，通過對塑性加工及后續冷卻過程中變形量及溫度點的精準控制，得到穩定的相變組織。