專利名稱：一種低成本生產(chǎn)x65管線鋼的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于合金鋼生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及采用電爐薄板坯連鑄連軋流程低成本生產(chǎn)X65管線用熱軋鋼板和鋼帶的方法。
背景技術(shù)：
管線用鋼一直以來在金屬材料領(lǐng)域中占有重要的地位，目前世界上絕大多數(shù)國家輸送石油、天然氣用鋼管均遵循美國石油協(xié)會API Spec 5L規(guī)范，或以此為基礎(chǔ)并根據(jù)具體的管線工程需要提出補(bǔ)充要求。對于制造此類焊管用的熱軋板卷通常稱之為管線鋼。管線鋼對綜合性能有特殊要求，表現(xiàn)在強(qiáng)度高、韌性高、韌脆轉(zhuǎn)變溫度低、焊接性能好、具有一定的耐蝕性等。目前幾乎所有的管線鋼均采用Nb微合金鋼或復(fù)合微合金鋼。X65在管線鋼系列產(chǎn)品中屬于中高強(qiáng)度級別的鋼。目前，主要用于支線和城市管網(wǎng)的工程建設(shè)中。在滿足強(qiáng)度要求的同時要求較高的韌性，以確保使用的安全性。
在傳統(tǒng)厚板坯流程，X42～X65級別管線鋼生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)成熟。但是對于薄板坯連鑄連軋流程，由于其冶金特點(diǎn)不同，管線鋼產(chǎn)品的研發(fā)工作才剛剛起步，尤其是X65、X70高鋼級管線鋼。國外權(quán)威專家認(rèn)為[1]，電爐薄板坯連鑄連軋Nb微合金化鋼生產(chǎn)時在鑄坯上沉淀析出大量尺度為幾百納米、甚至達(dá)到微米級的大顆粒含Nb星狀析出物，這部分析出物對抑制奧氏體再結(jié)晶以及組織細(xì)化沒有作用，因而，這部分Nb被稱之為“無效Nb”，與傳統(tǒng)流程相比，欲生產(chǎn)相同級別的鋼帶，必須多添加20～30％的Nb或額外添加其他微合金元素才能保證鋼帶的性能。因此，在電爐薄板坯連鑄連軋流程開發(fā)生產(chǎn)X65鋼級管線鋼，美國人采用添加V或Mo的方法，同時Nb的含量也較高，主要成分見表1。采用這種方法生產(chǎn)的鋼，成本高是其致命的缺陷。
表1 美國Nucor鋼鐵公司X65管線鋼產(chǎn)品主要成分，％

注表中空格表示未提供目前，還沒有文獻(xiàn)報道采用電爐薄板坯連鑄連軋流程研制、生產(chǎn)單一Nb微合金化、Nb含量0.045～0.050％(Wt.％)、微Ti處理、低成本的X65管線鋼。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于電爐薄板坯連鑄連軋流程低成本生產(chǎn)X65管線鋼的方法，本發(fā)明可在滿足API Spec 5L規(guī)范對X65管線鋼性能要求的基礎(chǔ)上，降低生產(chǎn)成本。
為達(dá)上述目的，本發(fā)明提供了一種低成本生產(chǎn)X65管線鋼的方法，該方法采用薄板坯連鑄連軋流程，具體包括電爐冶煉、LF爐精煉、薄板坯連鑄、連鑄坯均熱、高壓水除鱗、控制軋制、控制冷卻、卷取工藝過程，針對的鋼水化學(xué)成分范圍為C0.046～0.060％，Si0.15～0.30％，Mn1.40～1.60％，P0.006～0.015％，S0.001～0.008％，Nb0.045～0.050％，Ti0.015～0.025％，N0.005～0.007％。
上述方案中，薄板坯連鑄工藝參數(shù)為拉坯速度4.0～4.8m/min，鑄坯入爐溫度980～1050℃；控軋控冷工藝參數(shù)為出爐溫度為1170～1200℃，開軋溫度為1080～1130℃，終軋溫度為840～880℃，強(qiáng)冷卻模式，卷取溫度為540～620℃。
本發(fā)明通過合理的冶金成分設(shè)計(jì)，采用EAF+LF煉鋼技術(shù)，應(yīng)用LCR為60mm的連鑄機(jī)，通過6機(jī)架熱連軋機(jī)組再結(jié)晶區(qū)+未再結(jié)晶區(qū)的控制軋制以及控制冷卻技術(shù)，可低成本生產(chǎn)厚度6.0～10.0mm、符合API Spec 5L規(guī)范的X65管線鋼熱軋板卷。
本發(fā)明的技術(shù)特點(diǎn)包括以下幾方面(1)解決了“無效Nb”問題電爐冶煉帶來的問題之一是鋼水N含量高，一般在0.008％～0.012％范圍。根據(jù)Nb(C，N)的固溶度積，可知連鑄過程中Nb(C，N)依附已形成的TiN外延生長，形成尺度為幾百納米、甚至達(dá)到微米級的大顆粒含Nb星狀析出物。而薄板坯連鑄連軋流程鑄坯均熱溫度較傳統(tǒng)流程低、均熱時間短，這部分Nb不能完全溶解，從而導(dǎo)致部分Nb不能起到細(xì)晶強(qiáng)化的作用。
本發(fā)明通過控制鋼水中N含量、添加微量Ti以固定鋼中大部分的N、高拉速、高均熱溫度，消除了鑄坯中的大顆粒含Nb星狀析出物，從而解決了“無效Nb”問題，提高了Nb的利用率。本發(fā)明采用單一的Nb微合金化技術(shù)、使用低的Nb含量，生產(chǎn)出滿足API Spec 5L規(guī)范的X65管線鋼。
(2)充分利用Nb微合金化技術(shù)通過Nb微合金化可有效控制再加熱奧氏體晶粒尺寸、再結(jié)晶奧氏體晶粒尺寸和未再結(jié)晶變形奧氏體向鐵素體相形核的有效晶界面積，從而獲得細(xì)晶組織以提高鋼板或鋼帶的強(qiáng)度和韌性。為了提高鋼的強(qiáng)度和韌性，必須充分利用Nb微合金化技術(shù)。
本發(fā)明采用以下工藝充分發(fā)揮Nb微合金化作用采用高連鑄拉速、高入爐溫度和高均熱溫度，使Nb在熱軋前充分固溶以最大限度地發(fā)揮Nb的微合金化作用；提高開軋溫度和連軋前序機(jī)架的變形量，促進(jìn)變形奧氏體再結(jié)晶，從而解決了含Nb鋼的組織均勻性問題；終軋后，采用強(qiáng)冷卻工藝，促使鐵素體晶粒細(xì)化。
(3)采用微Ti處理技術(shù)TiN沉淀析出溫度明顯高于Nb(C，N)沉淀析出溫度，甚至在N含量較高的情況下可以發(fā)生TiN液析。因此，在含Nb鋼中加入一定量的Ti，可以抑制部分Nb的高溫析出；同時，TiN是高溫難溶粒子，細(xì)小TiN粒子可以有效的抑制均熱過程中奧氏體晶粒長大，可阻止熱影響區(qū)晶粒長大，改善鋼的焊接性能，尤其改善焊縫熱影響區(qū)的沖擊韌性；此外，TiN粒子的析出降低了鋼中固溶N含量，有利于改善鋼的韌性和應(yīng)變時效性能。
因此，為了充分發(fā)揮Nb的微合金化作用和改善鋼的焊接性能、韌性及應(yīng)變時效性能，本發(fā)明在采用Nb微合金金化技術(shù)的基礎(chǔ)上，同時采用了微Ti處理技術(shù)。
綜上所述，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)成本低。本發(fā)明采用了單一的Nb微合金化技術(shù)，且使用的Nb元素含量與美國人生產(chǎn)的X65管線鋼基本相當(dāng)或略低；而美國人生產(chǎn)X65鋼級管線鋼，額外加入Mo或V等金屬，詳見表1。盡管本發(fā)明的成分設(shè)計(jì)中采用了高M(jìn)n、微Ti處理技術(shù)，但由此造成的成本增加遠(yuǎn)低于額外添加Mo或V引起的成本增加。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了電爐薄板坯連鑄連軋流程低成本生產(chǎn)X65管線鋼。
(2)鋼帶綜合性能優(yōu)異。利用Nb微合金化技術(shù)同時提高鋼的強(qiáng)度和韌性，從而滿足X65管線鋼對高強(qiáng)度和高韌性的要求；采用微Ti處理技術(shù)，使Nb的微合金化作用充分發(fā)揮，并改善鋼的焊接性能、韌性和應(yīng)變時效性能。因此，采用本發(fā)明方法可生產(chǎn)綜合性能優(yōu)異的X65鋼帶。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的鋼帶組織圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例2的鋼帶組織圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例3的鋼帶組織圖。
具體實(shí)施例方式
以下列舉具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行說明。實(shí)施例只用于對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，不代表本發(fā)明的保護(hù)范圍，其他人根據(jù)本發(fā)明做出的非本質(zhì)的修改和調(diào)整，仍屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
實(shí)施例1工藝路線電爐冶煉→LF爐精煉→薄板坯連鑄(鑄坯厚度60mm)→連鑄坯均熱→高壓水除鱗→控制軋制→控制冷卻→卷取。
鋼水化學(xué)成分C0.046％，Si0.30％，Mn1.40％，P0.015％，S0.008％，Nb0.045％，Ti0.025％，N0.007％。
連鑄及熱軋工藝連鑄拉速4.8m/min，鑄坯入爐溫度1050℃，出爐溫度1170℃，開軋溫度1080℃，終軋溫度880℃，強(qiáng)冷卻模式，卷取溫度620℃。
鋼帶的組織見圖1，鋼帶的晶粒度和性能見表1。
表1實(shí)施例1鋼帶的晶粒度和性能

注拉伸、冷彎、沖擊均為橫向取樣；沖擊試樣尺寸為5.0×10×55mm；沖擊試驗(yàn)溫度為-10℃。
實(shí)施例2工藝路線電爐冶煉→LF爐精煉→薄板坯連鑄(鑄坯厚度60mm)→連鑄坯均熱→高壓水除鱗→控制軋制→控制冷卻→卷取。
鋼水化學(xué)成分C0.053％，Si0.20％，Mn1.50％，P0.012％，S0.005％，Nb0.048％，Ti0.020％，N0.006％。
連鑄及熱軋工藝連鑄拉速4.5m/min，鑄坯入爐溫度990℃，出爐溫度1180℃，開軋溫度1110℃，終軋溫度860℃，強(qiáng)冷卻模式，卷取溫度580℃。鋼帶的組織見圖2，鋼帶的晶粒度和性能見表2。
表2實(shí)施例2鋼帶的晶粒度和性能

注拉伸、冷彎、沖擊均為橫向取樣；沖擊試樣尺寸為5.0×10×55mm；沖擊試驗(yàn)溫度為-10℃。
實(shí)施例3工藝路線電爐冶煉→LF爐精煉→薄板坯連鑄(鑄坯厚度60mm)→連鑄坯均熱→高壓水除鱗→控制軋制→控制冷卻→卷取。
鋼水化學(xué)成分C0.060％，Si0.15％，Mn1.60％，P0.006％，S0.001％，Nb0.050％，Ti0.015％，N0.005％。
連鑄及熱軋工藝連鑄拉速4.0m/min，鑄坯入爐溫度980℃，出爐溫度1200℃，開軋溫度1130℃，終軋溫度840℃，強(qiáng)冷卻模式，卷取溫度540℃。
鋼帶的組織見圖3，鋼帶的晶粒度和性能見表3。
表3實(shí)施例3鋼帶的晶粒度和性能

注拉伸、冷彎、沖擊均為橫向取樣；沖擊試樣尺寸為5.0×10×55mm；沖擊試驗(yàn)溫度為-10℃。
權(quán)利要求
1.一種低成本生產(chǎn)X65管線鋼的方法，該方法采用薄板坯連鑄連軋流程，具體包括電爐冶煉、LF爐精煉、薄板坯連鑄、連鑄坯均熱、高壓水除鱗、控制軋制、控制冷卻、卷取工藝過程，其特征在于針對的鋼水化學(xué)成分范圍為C0.046～0.060％，Si0.15～0.30％，Mn1.40～1.60％，P0.006～0.015％，S0.001～0.008％，Nb0.045～0.050％，Ti0.015～0.025％，N0.005～0.007％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低成本生產(chǎn)X65管線鋼的方法，其特征在于薄板坯連鑄工藝參數(shù)為拉坯速度4.0～4.8m/min，鑄坯入爐溫度980～1050℃。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低成本生產(chǎn)X65管線鋼的方法，其特征在于控軋控冷工藝參數(shù)為出爐溫度為1170～1200℃，開軋溫度為1080～1130℃，終軋溫度為840～880℃，強(qiáng)冷卻模式，卷取溫度為540～620℃。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種低成本生產(chǎn)X65管線鋼的方法，該方法針對電爐薄板坯連鑄連軋流程特點(diǎn)進(jìn)行了合理的冶金成分設(shè)計(jì)，并采用EAF+LF煉鋼技術(shù)、薄板坯高效連鑄、熱連軋機(jī)組再結(jié)晶區(qū)+未再結(jié)晶區(qū)的控制軋制以及控制冷卻技術(shù)。其中鋼水化學(xué)成分范圍(Wt.％)C0.046～0.060％，Si0.15～0.30％，Mn1.4～1.60％，P0.006～0.015％，S0.001～0.008％，Nb0.045～0.050％，Ti0.015～0.025％，N0.005～0.007％。通過使用本發(fā)明方法可在電爐薄板坯連鑄連軋流程低成本生產(chǎn)厚度6.0～10.0mm、符合API Spec 5L規(guī)范的X65管線鋼熱軋板卷。
文檔編號B22D11/16GK101082106SQ20071002817
公開日2007年12月5日 申請日期2007年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月24日
發(fā)明者毛新平, 莊漢洲, 李春艷, 王進(jìn)步, 李軻新 申請人:廣州珠江鋼鐵有限責(zé)任公司