管線鋼X70工藝研究與應用

李敬民，李文剛

（五礦營口中板有限責任公司，遼寧 營口 115000）

近年來，隨著世界各國對石油、天然氣需求量的不斷增長，管線鋼在能源建設中發揮著重要的作用，2018年中俄簽署30年天然氣供應協議，能源逐漸由內陸開發輸送轉移到深海、極寒地區開發輸送，所以對管線建設要求更高，大寬厚比、高強度、低溫韌性、耐侯性等成為管線鋼發展的重點。X70管線鋼是在傳統的鐵素體-珠光體管線鋼的基礎上降C，提Mn,加Mo而形成的，含有Nb、V、Ti等微合金元素，因為針狀鐵素體具有高密度位錯和亞結構，晶粒細小，所以具有高強度和高韌性[1]。依托五礦營鋼5000mm軋制線及東北大學軋制技術及連軋自動化國家重點實驗室研發的以超快速冷卻為核心的新一代TMCP控冷技術，利用細晶強化、相變強化、析出強化等多種強化手段作用[2]，采用快速高溫入水、低溫水冷工藝控制，成功開發寬度4600mmX70管線鋼。

1 合金成分設計

管線鋼具有高強度、高韌性、抗HIC及H2S腐蝕、良好焊接性[3]，以此特點對X70管線鋼合金成分進行了優化設計。采用低碳-錳-鈮-鉬-鉻系為基礎。再適量添加其他的合金元素。根據HIC敏感性及抗H2S應力腐蝕，C含量基本控制在0.6%~0.8%之間；Mn作為基礎合金元素，起到固溶強化作用，在提高強度韌性的同時，降低脆性轉變溫度；Nb是管線鋼種重要的合金元素，微量的鈮元素可以提高奧氏體的再結晶溫度，能夠有效阻止奧氏體的回復和再結晶；Mo用來擴大γ相區，推遲先共析鐵素體和珠光體的轉變，降低BS點，成分設計如表1所示。

表1 成分設計

2 生產工藝設計

2.1 工藝路線

鐵水預處理—轉爐冶煉—LF精煉—RH爐—連鑄—鑄坯堆垛緩冷—加熱—軋制—超快冷—鋼板堆垛緩冷—探傷—精整—檢驗—入庫。

2.2 加熱工藝

連鑄坯厚度為250mm，加熱制度采用三段式加熱制度，在爐時間≥1.2T，目標≥1.3T，在爐中充分奧氏體化再進行軋制，具體加熱溫度曲線如圖1。

圖1 加熱溫度曲線

2.3 軋制工藝

采用兩階段控制軋制，粗軋階段進行多道次大變形量軋制，并直接展寬，展寬道次5~6道，縱軋2道，縱軋道次壓下率≥15%，細化晶粒，并使鋼坯芯部的疏松、縮孔、偏析等缺陷壓合，根據相變轉變溫度如表2，控制精軋階段在Tnr~Ac3階段開始，Ar3溫度以上結束，精軋開軋溫度≤890℃；精軋終軋溫度820±20℃；一般中間坯厚度75mm~80mm，除鱗道次為第1，第4，末1放走道次整體除鱗，控制軋制工藝如表3。

表2 軋制工藝表

表3 冷卻工藝

2.4 控冷工藝

傳統的以層流冷卻為主的ACC裝置，冷卻強度低、均勻性差，冷后板型及性能難以保證，因此采用新一代TMCP控冷工藝為核心的超快冷設備進行生產。該超快冷設備具有頭尾遮蔽、輥道微加速、橫向水凸度控制和邊部遮蔽等功能，對鋼板邊部冷卻強度進行控制，冷卻均勻性提升，板形更加容易控制。冷卻水水壓控制在0.5MPa,采用縫隙噴嘴加高密噴嘴組合式進行冷卻，較高的冷卻水水壓有利于冷卻水沖破鋼板表面水層，顯著提高換熱效率和冷卻均勻性。返紅溫度控制在500±20℃，冷速要求在25℃/s以上，控冷工藝參數如表4。

圖2 出水及冷床板形

3 試制結果

3.1 組織分析

通過觀察金相組織相片，可以看到晶粒細小且分布均勻，組織以針狀鐵素體為主，具有強度高、韌性好的特點，有利于提高管線鋼的性能表現。

圖3 金相組織

3.2 性能分析

通過試樣屈服、抗拉、拉伸彎曲、硬度、夏比沖擊試驗和DWTT實驗的各項性能檢測，該工藝路線下得到的X70管線鋼均滿足目標性能要求。X70性能如表4。圖4為X70M系列溫度沖擊試驗。圖5為X70M系列溫度DWTT試驗。

表4 X70性能

圖4 X70M系列溫度沖擊試驗

圖5 X70M系列溫度DWTT試驗

4 結論

通過精細控制冶煉過程、軋制過程，依托東北大學軋后冷卻系統，可穩定得到符合應用標準和需求的X70管線鋼。并且已經大批量供貨，提升企業競爭力，得到客戶的認可。