高级别厚规格X80管线钢研制开发_陈勇

2012年第1期新疆钢铁总121期陈勇，张爱梅，邱双全，吾塔（宝钢集团八钢公司制造管理部）

CHENYong，ZHANGAi-mei，QIUShuang-quan，WUTA(ManufacturingManagementDepartment,BayiIron&SteelCo.,BaosteelGroup)

Abstract:DevelopmentofhotrolledstripforX80pipelineconveyingoilbyusingofthelowcarboncompositionsandTMCPtechnique.Theacicularferriteandbainitestructureobtainedbythecompositiondesignoflowcarbonmicroalloystrengthening,controlmoltensteelcleanlinessandsegregationofslab,reasonabletwo-stagecontrolledrollingandcon-trolledcoolingtechnology.Testresultsshowthatstrengthandlowtemperaturetoughnessetc.ofmechanicalpropertiesareexcellet,thetestresultsaccordwithtechnicalconditionofPetro-China“westsecondline”pipelineprojecthotrolledstrip.everytestiswellaftermakingpipe.Keywords:X80pipelinesteel；acicularferrite；lowcarbonmicroalloystrengthening；highstrength

高级别厚规格X80管线钢研制开发摘要:介绍了采用低碳成分设计和TMCP工艺开发X80钢级石油输送管用热轧卷板的关键控制技术和工艺路线。通过低碳多合金强化等微合金化的成分设计、控制钢水的纯净度和板坯的偏析，采用合理的两阶段控制轧制及控制冷却工艺，可以得到针状铁素体+贝氏体组织。检测指标表明：强度指标和低温韧性等各项力学性能良好，满足中石油“西二线”管道工程用热轧卷板技术条件，制管后管体取样各项指标良好。关键词:X80管线钢；针状铁素体；低碳微合金强化；高强度中图分类号：TG376.1文献标识码：A文章编号：1672—4224（2012）01—0006—05

DevelopmentofHighGradeandHeavyGaugeX80PipelineSteel

联系人：陈勇，男，43岁，本科，轧钢高级工程师，乌鲁木齐（830022）宝钢集团八钢公司制造管理部E-mail：chenyong@bygt.com.cn

近年来随着国家经济的发展，能源利用和开发日显重要。石油工业是国家的支柱产业，随着“西二线”的竣工，大大缓解了长三角等经济发达地区的能源短缺，为经济发展增添了活力。为了满足不断增长的油气需求，能源的开发向偏远地区延伸，油气管线运输距离加大，面临的地质和气候条件更加复杂，地震和永久冻土层区的管线要经受大塑性变形，需要加工性和抗酸腐蚀性更强的高强度管线钢。管线压缩变形过程中，临界失效表现为压曲，因此管线足够的抗压曲能力，钢管直径与壁厚比为D/t，随着D/t的增大会降低压曲应变，为提高抗压曲能力，势必提高钢管的壁厚，随着长距离的输送管道建设相应的输送压力从20世纪60年代的4.5MPa提高到目前的15MPa，钢级从X42提升到X70、X80或更高，长距离输送管线向着高钢级厚壁发展。随着“西一线”的投入使用，标志我国在石油管道建设领域跨入世界先进行业，并极大刺激了钢铁企业研发进度。上世纪末国内几大钢铁企业已经拥有成熟的X70钢级的生产技术，随着“西二线”的工程建设，国内几大钢铁企业对X80钢级或更高钢级的研究和生产控制技术的掌握逐步成熟，X80钢级国产化率逐步提高。近期中国与俄罗斯及中亚等国就油气引进达成多项战略合作协议，“西三线”设计已经完成，“西四线”的前期工作已经展开，较“西二线”三线的运输更远，气源来自中亚五国，压力设计更大，运输距离和地质条件更加苛刻，管体材料以X80钢级为主。八钢在掌握X70生产技术并成熟批量供货的背景下着手研究X80钢级石油钢管用热轧卷板，满足西北地区的需求日显重要。

62012年第1期新疆钢铁总121期

文章主要介绍了X80钢级管线的实验研究和试制过程，并对材料组织与性能的关系进行讨论。1高强度高韧性X80卷板及技术要求八钢高钢级管线的工艺流程：高炉铁水———铁水预处理———氧气底吹转炉———LF精炼———RH精炼———板坯连铸———坯料精整———加热———除鳞———轧制———层流冷却———卷取主要生产设备：公称容量120t底吹转炉；120tLF钢包精炼炉；双工位RH真空处理；单流板坯连铸机；1750mm热连轧；密集层流冷却装置。主要检测设备：电子万能试验机5589型（600kN）；ZBC-500型夏比冲击试验机；ZCJ2404落锤试验机。X80钢级热轧卷板的试制采用中石油“西二线”管道工程用的热轧卷板技术条件（Q/SYGJX0101-2010），对原料的强度和韧性提出了较为苛刻的要求。强度指标高，而且对材料的韧性，屈强比、硬度、DWTT指标等都有严格的规定。为达到其要求，从炼钢、连铸、控制轧制及冷却等方面要采取一系列措施。业内为了提高钢板的韧性和DWTT指标不断

地探索降低碳含量，造成的强度损失通过采用多种微合金的添加和进行弥补细化晶粒、改善碳氮化合物的沉淀效果等技术来实现。强化控制相变功能，同时提高板坯的内质质量，通过RH和LF炉精炼降低夹杂物的含量和变性处理，对连铸的浇注温度、拉速及采用轻压下技术控制板坯的偏析程度等。X80钢产品成分见表1，力学性能需求见表2。

表1X80钢级卷板产品成分质量分数（ωt，%，不大于）

2化学成分设计传统的控轧铁素体———珠光体型管线钢，又称少珠光体型钢，是20世纪70年代初发展完善的第一代管线钢，由于该钢在保证高韧性和良好的焊接性能条件下，强度极限水平为500～550MPa，因此主要用于X70以下级别的钢。针状铁素体型管线钢则是20世纪80年代后期发展完善的第二代，是X80钢的典型组织。这种钢具有比铁素体一珠光体型钢更好的焊接性能(Pcm≤0.20%)，抗HIC性能和相当高的冲击韧性，制管成型时由于迅速加工硬化抵消了包辛格效应，屈服强度下降幅度小或不发生下降。同时它具有相当优越的焊接性能，非常有利于焊管和

现场铺设管线工程。管线钢的发展是不断降低碳含量的过程，碳含量的降低一方面有助于提高钢的韧性，另一方面可改善钢的焊接性能。合金成分设计围绕着性能指标和组织结构的要求进行。针状铁素体具有不规则的铁素体晶粒，基体中分布着高密度的位错，通过在多边形铁素体和贝氏体转变温度之间的温度区间奥氏体分解形成。从钢铁的化学成分看，Mn是一种最廉价的抑制多边形铁素体形成元素，Mo是进一步支持此种效应的元素。为了获得高的韧性，可通过添加Nb使奥氏体晶粒尽量细化，C的质量分数应该保持在0.06％或更低一些，因此，针状铁素体型X80级管线钢宜采用低碳Mn-Mo-Nb微合金化系设计，具体成分见表3。

注：（1）碳含量比规定最大碳含量每降低0.01％，锰含量则允许比规定最大锰含量提高0.05％，但最高含量不允许超过1.95％；（2）Nb＋V+Ti≤0.15％。表2X80钢级卷板力学性能要求

72012年第1期新疆钢铁总121期表3试制钢卷的化学成分质量分数ωt，%

3钢质纯净度的控制试制钢卷成品磷质量分数控制在0.015%以下，以减少磷偏析的影响，原料磷要求在一定的含量以下。冶炼过程采用转炉脱磷工艺，严格控制终渣碱度，为减少回磷，出钢过程中采用挡渣操作，严格控制下渣量，硫控制在0.004%以下，减少硫化物的含量，以控制硫化物造成的板坯偏析。钢种硫含量控制主要是控制铁水硫含量，并通过铁水脱硫预处理、控制转炉回硫、LF炉精炼深脱硫来实现，需控制转炉硫的含量，否则会加大LF炉的负荷，造成时间过长钢水增氮。连铸环节重点控制液面波动，液面波动过大会造成非金属夹杂物的卷入，保持恒拉速和浇注温度的控制是减少板坯偏析的有效手段，轻压下的有效投入对保证板坯偏析有利。

4TMCP工艺试制采用220mm的板坯，轧制成15.3mm的钢卷，首先选择合理的加热制度，考虑微合金的固溶。固溶在奥氏体中的Nb与奥氏体中的缺陷交互作用，阻止晶界迁移，推迟了再结晶，使未再结晶区扩大；未再结晶区应变诱导Nb(CN)充分析出，抑制奥氏体再结晶使钢中形成大量饼状晶粒，可在冷却后转变为细小的铁素体。同时钒在铁素体相变期间和相变后析出，起到强化铁素体基体的作用，因而尽可能在加热过程中使这些合金元素更多地溶解在奥氏体中，以保证得到预定组织。制定加热制度时考虑不同微合金元素的溶解温度是关键。控制未再结晶区的总压缩比和开轧温度是得到弥散细小铁素体晶粒的必要条件，对于X80管线钢一般在950℃进入精轧，可增加奥氏体晶粒中的滑移带和位错密度，增大晶界有效面积，为铁素体相变形核创造条件，精轧区域的总压缩比根据设备装机能力和精轧区域的温降能力进行考虑，因为终轧温度是非常关键的参数，它不仅直接影响到轧后钢的组织状态，一般稍高于Ar3温度。轧后层流冷却采用前段强制冷却方式，抑制奥氏体晶粒的轧后长大，抑制或减轻二次带状的生成，在Ar3以上温度加速冷却可以提高针状铁素体相比

例增大，珠光体消失或减少，得到一定比例的贝氏体进行强化。

5试制X80管线钢热轧板卷的组织和性能5.1组织对X80管线钢板卷按ASTME45A方法检测钢中A,B,C,D类非金属夹杂物级别检验，各类夹杂物均小于2级，钢质纯净。满足技术条件的要求。X80管线钢显微组织有针状铁素体+少量不规则等轴铁素体+少量MA组元构成，且无珠光体带状组织，呈典型的针状铁素体管线钢特征。图1、2为X80管线钢板卷的光学显微金相组织和带状组织。

图1金相组织图2带状组织5.2力学性能5.2.1拉伸性能为检测钢卷不同方向的拉伸性能，在钢卷尾部进行同一钢板上采用与轧制方向成30°方向和90°方向的对比试验，具体检测指标见表4，屈服强度的取值均为Rt0.5，标距50.8mm,取样位置为板卷宽度1/4。指标显示：强度在90°方向显示较强的明显趋势，各批次均显示其较30°方向屈服和抗拉均高30～40MPa。

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