天铁热轧X60管线钢的开发

王体胜 柏娟 布和 （天津天铁冶金集团热轧板有限公司，河北涉县 056404)

天铁热轧X60管线钢的开发

王体胜 柏娟 布和 （天津天铁冶金集团热轧板有限公司，河北涉县 056404)

介绍了天铁热轧1 750 mm机组管线钢X60的开发过程，通过控制加热温度、道次变形量、终轧温度和卷取温度等工艺参数，成功生产出了高质量X60管线钢，经检验各项性能指标均达到预定目标,表明了天铁热轧已经具备生产高等级管线钢的能力。

管线钢 温度 晶粒 强度 开发

1 前言

天铁热轧1 750 mm生产线于2007年投产至今，管线钢系列生产主要以低牌号X42、X52为主。随着市场对高级别管线钢的需求量增加，天铁热轧为适应市场的发展，在1 750 mm机组生产线进行了X60管线钢的生产试验，产品规格为12.70 mm×1 550 mm，为后续大批量生产X60管线钢打下了坚实的基础。

2 生产工艺路线

X60级管线钢生产工艺流程为：铁水预处理→转炉（180 t氧气顶底复吹)冶炼→炉外精炼（LF炉)→连铸机→蓄热式步进梁加热炉→炉后除鳞→粗轧轧制→保温罩→精轧轧制→层流冷却→卷取→剪切取样→钢卷检查→记录入库。在热轧过程中，通过控制加热炉加热温度、道次变形量、终轧温度和卷取温度等工艺参数，以获得最终成品的针状铁素体组织。

3 化学成分分析

3.1 碳（C)

C元素是固溶元素，若含量过高，会恶化焊接和冲击韧性;若含量过低，钢的屈强比将上升。合理的含碳量既能保证固溶强化效果，使钢控轧后获得低的屈强比，又不会降低焊接性能和低温韧性。本次轧制采用C含量小于0.07%的低C含量设计。

3.2 锰（Mn)

Mn是管线钢中的主要元素，起到固溶强化，提高钢的强度作用。由于Mn容易中心偏析，对抗HIC腐蚀性能非常不利，所以Mn不宜过高。

3.3 铌（Nb)、钒（V)、钛（Ti)

3.3.1 Nb是目前微合金化管线钢中最主要的元素之一，其主要作用为提高再结晶温度，细化晶粒，提高强韧性。但Nb含量过高会使屈强比上升，因此应控制在0.05%以下。

3.3.2 V的作用同Nb，与Nb复合加入更有利，主要作用为沉淀强化，提高强度。

3.3.3 Ti可以提高钢的晶粒粗化温度，促进晶粒细化，提高强度和韧性，同时有利于焊接时热影响区的晶粒控制。

同时，对于管线钢，控制钢的洁净度十分重要，S、P含量必须控制在较低的范围内，并采用Ca质处理控制硫化物形貌。根据上述元素的作用，结合管线钢的性能，经过几次试生产和性能检验，确定X60熔炼成分控制范围见表1。

表1 管线钢成分 (质量分数/%)

4 X60管线钢的轧制工艺控制

见图1。

图1显示了轧件在热轧生产过程中奥氏体晶粒的变化过程。从整个图示过程不难得出结论：在生产中，从加热温度、轧制变形量（粗轧)、终轧温度、卷取温度四个工艺要点对X60管线钢轧制加以控制，可以增加奥氏体向铁素体转变时的形核点，以此来充分细化晶粒，从而获得更高强度和韧性的管线钢产品[1]。

4.1 加热温度的控制

板坯在加热炉中的加热温度决定了合金元素的固溶程度以及奥氏体的原始晶粒度，并且能直接影响到产品的最终性能。加热温度与微合金元素固溶的变化见表2。

表2显示出了固溶Nb、Ti含量随加热温度的变化，其固溶量变化较大，所以准确控制加热温度和加热时间，能使Nb、V、Ti元素充分溶解。在保证性能的情况下，适当提高加热温度，兼顾微合金元素在加热时的阻碍奥氏体粗化及轧制时的晶粒长大的作用，采用的加热温度为1 265～1 275℃。

图1 轧制工艺示意图

表2 加热温度与微合金元素固溶的变化

4.2 轧制变形量

图2 终轧温度命中率

板坯在粗轧阶段属于奥氏体再结晶轧制过程，因此要求轧件在粗轧轧制阶段每道次的压下率应该大于临界变形率，在反复再结晶过程中细化晶粒[2]。结合板坯厚度230 mm，成品厚度12.7 mm以及粗轧机和精轧机的实际轧制能力综合考虑，将中间坯厚度设定为49 mm，粗轧机采用五道次轧制，1、3、5奇道次除磷，粗轧阶段各道次压下率数据见表3。

表3 粗轧各道次数据

4.3 终轧温度的控制

精轧入口温度设定为≤950℃，终轧温度设定值为820℃，精轧区机架间冷却水全部投用，在保证终轧温度的同时，控制了在铁素体区轧制，终轧温度命中率见图2。

本次共轧制14块，从图2可以看出本次轧制终轧温度命中率达到了较高的控制水平。

4.4 卷取温度的控制

卷取温度的控制主要在于层流冷却，从钢的组织上分析，在相同的变形条件下，X60管线钢随着冷却速率的提高，晶粒会变细，从而提高钢的强度;相反，冷却速率过大，将导致钢的韧性下降。综合考虑，本次轧制冷却速率设定为99℃/（m/s)，卷取温度设定550℃，卷取温度命中率见图3。

图3 卷取温度命中率

从图3可以看出本次轧制卷取温度命中率较低，且波动很大，有待进一步提高。

5 检验结果

5.1 机械性能试验

5.1.1 要求的拉伸性能

见表4。

表4 要求达到的拉伸性能

根据本次试轧的管线钢机械性能进行统计，屈服强度为 460～475 MPa，抗拉强度为 530～545 MPa，屈强比在0.84～0.89之间，断后延伸率为27%～32%，结果证明此批次管线钢机械性能全部合格。

5.1.2 冷弯性能

垂直于轧制方向取样做180°弯曲试验，弯芯直径为2.0 t（t为公称厚度12.7 mm)，在所有试样弯曲后未在外表面出现裂纹，此次轧制的X60冷弯性能良好。

5.1.3 在-20℃下夏比冲击韧性要求

见表5。

表5 在-20℃下夏比冲击韧性要求

通过试验结果得出，夏比冲击功Ak为243～271 J，夏比冲击剪切面积SA为95%～100%，均符合要求。

5.1.4 DWTT（落锤撕裂试验)

DWTT的要求为：试验温度为-5℃;单个试样最小值≥70%;两个试样的平均值≥85%。

14块试样剪切面积的最小百分数均在93.5～100之间，数据证明本次轧制的X60韧性较好。

5.2 金相组织分析

见图4。

从图4金相照片中可以看出X60管线钢的金相组织为典型的针状铁素体，特征为不规则的铁素体块。统计结果为各块试样晶粒度均在11～13级之间。6 结束语

图4 X60管线钢的显微组织

通过各项检验证明，本次轧制的X60管线钢各项性能指标均合格，满足制管的要求，表明了此次试轧成分设计和轧制工艺设计的合理可行性，严格控制加热温度、轧制变形量、终轧温度、卷取温度四个工艺要点对轧制高质量的管线钢起到决定性的作用，其最终体现在钢中组织的形态和晶粒大小上，此次轧制的X60管线钢显微组织含有较多的针状铁素体，不仅有利于钢材韧性的提高，而且也大幅提高了钢材的强度。同时，此次试轧的成功也表明天铁热轧1 750 mm生产线已具备批量生产X60管线钢的能力。

[1]郑瑞，李铁军.我国管线钢的生产与发展[J].重型机械科技，2003（3)：37-41．

[2]郭振，温永红，胡水平，等.针状铁素体钢的组织类型及对性能的影响[J].材料开发与应用，2007，20（4)：3-6．

Development of Pipeline Steel X60 at Tiantie Hot Rolling Mill

Wang Tisheng,Bai Juan,Bu He

The developing process of pipeline steel X60 on 1 750 mm Hot Rolling Mill,Tiantie,is introduced.High quality pipeline steel X60 was successfully produced by controlling process parameters of heating temperature,pass deformation rate,final rolling temperature and coiling temperature.Inspection results proved that the produced steel reached all targets in all properties and Tiantie Hot Rolling Mill possessed the ability of producing high grade pipeline steel.

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（收稿 2011-11-12 责编 潘娜)

王体胜，2005年毕业于辽宁科技大学，现主要从事轧制工艺及新产品开发研究方面的工作。