热轧X70管线钢卷的研制*

朱延山(山东钢铁集团有限公司)

热轧X70管线钢卷的研制*

朱延山(山东钢铁集团有限公司)

研究了济钢ASP产线X70管线钢的生产工艺及性能。研究表明:将管线钢的C控制在0.07%以内，并适当添加Nb、Ti等微合金元素，P、S控制在0.010%和0.005%以下，采用TMCP工艺，可以获得高强韧的针状铁素体性管线钢卷，各项力学性能指标均达到标准要求。

微观组织 性能 X70管线钢卷 ASP Nb微合金化

0 引言

近年来随着石油天热气用量的增大，管线的输送压力及输送管径也不断增加，对管线用钢的高强韧性要求越来越高［1］。且随着冶金技术及设备的发展，采用传统热连轧工艺已成功轧制了X65－X80高等级管线钢，并得到了大规模的应用。然而，由于ASP工艺采用中薄板坯，与传统热连轧工艺相比冶金动力学发生了改变，压缩比较传统热连轧也小得多，所以ASP工艺轧制高等级管线钢时成分工艺均发生了较大的改变。

自2006年始，济钢热轧产线即进行了含Nb管线钢X70研制开发。结合ASP的产线特点，进行了一系列成分工艺的研究，并详细研究X70管线钢的相变规律。通过研究，济钢ASP热连轧产线成功研制X70管线钢卷，经用户使用各项性能均符合标准要求。

1 X70管线钢卷的技术要求特点

管线钢因为使用条件的特殊性，不但要求较高的强韧性配比，而且对碳当量、DWTT落锤撕裂面积、V型冲击功、硬度、带状组织、夹杂物及化学成分等方面均有要求，西气东输工程大量使用X70管线钢作为城市管网作为主干线，具有广阔的市场前景。

西气东输二线队管线钢卷的技术条件见表1、表2、表3及表4。

从西气东输二线的技术要求可以看出，X70管线钢卷不但要求较低的磷硫含量，而且对碳当量也有要求，要求较高的钢质纯净度。X70管线钢卷采用TMCP工艺轧制，适当添加Nb、V、Ti微合金元素细化晶粒，同时添加Mo、Cr等易淬透性合金元素，以便得到针状贝氏体组织。

表1 熔炼分析和产品分析要求(max) wt%

表2 在－20℃ 下夏比冲击韧性要求

表3 拉伸性能

表4DWTT(落锤撕裂试验)剪切面积要求

2 生产工艺流程

X70管线钢卷在济钢1700ASP轧机上进行试制，结合西气东输二线的技术要求及济钢的实际冶炼水平，X70管线钢的成分设计采用低C、低P、低S和Nb、Ti微合金化的原则。同时根据含Nb管线钢的特点，合理设计加热轧制温度，增加Nb的固溶含量，并避免混晶区轧制［2］，如图1所示。

图1 ASP产线Nb微合金钢轧制原则

具体生产工艺流程:KR铁水预处理→顶底复吹转炉冶炼→CAS→LF精炼→RH→ASP连铸→板坯检验→加热→高压水除鳞→粗轧→精轧→层流冷却→卷取→检验→入库。

3 试制结果及分析

3.1 X70管线钢卷的成分

为了保证X70管线钢的强度、落锤及焊接性能，成分设计采用了低碳成分设计，并适当添加了Nb、V、Ti等微合金元素，P控制在0.010%以下，S控制在0.005%以下。管线钢卷X70的熔炼成分见表5。

表5 管线钢卷X70熔炼成分wt%

对实际生产过程中熔炼成分的进行了统计分析，结果如图2所示。

图2 X70实际冶炼成分

由图2可以看出，P、S的都控制在较低的水平，P控制在0.010%以下，S大部分控制在0.005%以下，C控制在0.06%～0.08%范围内，冶炼较为稳定。

3.2 X70管线钢卷的性能

3.2.1 力学性能

济钢ASP工艺生产的管线钢卷X70的试制生产过程中的200个批次的机械性能统计分析，结果见表6，其性能正态分布图如图3所示。

表6 管线钢卷X70的机械性能

图3 X70管线钢性能分布

由表6、图3可以看出，济钢ASP工艺生产的X70管线钢卷屈服强度大部分集中在530 MPa～560 MPa左右，抗拉强度集中在590 MPa～630 MPa之间，延伸率基本都在40%以上，屈强比控制在0.90以下，力学性能均达到标准要求。

沿长度方向在不同位置取样后测试的性能如图4所示。由图4可以看出，X70钢卷的屈服强度在530 MPa～580 MPa左右，抗拉强度在610 MPa～630 MPa之间，整卷抗拉强度差小于20 MPa，强度分布均匀，说明此工艺生产的管线钢卷沿长度方向性能稳定。

图4 钢卷不同位置的强度

3.2.2 冲击性能

济钢ASP工艺生产的X70钢卷的夏比冲击和落锤(DWTT)的性能结果见表7。

表7 落锤及冲击性能

因为采用低C、低P、S的成分设计及采用控制轧制与控制冷却工艺，X70钢卷具有较好的低温冲击韧性，在冲击温度－20℃时，冲击功超过240 J;系列低温冲击实验表明(如图5所示)，在－40℃下的夏比冲击功大于200 J。因而，采用ASP工艺生产的X70钢卷低温冲击性能指标优异，满足标准要求。

图5 系列低温冲击试验

3.2.3 落锤性能

－15℃时1号试样落锤SEM图像如图6所示。

图6 －15℃的落锤断口及微观组织

由图6可以看出，落锤剪切断口为典型的韧性断裂，断口呈现大量韧窝，韧窝尺寸较小，比较浅，总体上比较均匀，DWTT性能较好。－15℃时DWTT剪切面积大于90%。

3 X70管线钢卷微观组织分析

X70管线钢为了保证低温韧性及焊接性能，采用低C成分设计，通过添加合金元素及控制轧制及控制冷却工艺，获得细小均匀的针状铁素体组织，从而得到良好的强韧性能。X70管线钢卷的金相组织如图7所示。

图7 X70管线钢卷微观组织

由图7可以看出，X70管线钢卷为不规则非等轴晶粒，晶界不明显，粒度大小不一，呈典型针状铁素体组织［3－4］。

X70管线钢的显微结构TEM形貌如图8所示，利用萃取复型方法观察X70钢卷中析出相TEM形貌如图9所示。

图8 X70显微组织

图9 X70析出相TEM图片

由图8可以看出，X70管线钢的为非平行的、长短不一的板条束，取向比较 杂乱，板条内部具有细微亚结构及高密度位错。板条束之间分布有细小的M－A岛。由图9可以看出X70管线钢卷中的析出物呈椭圆形、圆形或方形粒子，尺寸范围在30nm～200nm不等，这些析出相粒子弥散分布。析出物的能谱图如图10所示。

图10 X70管线钢卷的微观组织及TEM照片集能谱

由图10能谱可以看出，其主要化学成分为Nb、Ti析出物或Nb、Ti的复合析出物。大量弥散析出的NbC、TiC析出相，抑制了X70管线钢晶粒的长大，使其金相组织非常细小，同时针状铁素体内部高密度位错亚结构都有效的提高了X70管线钢的强度。金相分析表明，X70管线钢卷的晶粒度达到11～11.5级，保证了钢卷具有良好的强度和韧性。

4 结论

1)济钢1700 mm产线采用ASP工艺研制开发的X70管线钢卷，成分稳定，洁净度高，P、S分别控制在0.010%和0.005%以下。

2)ASP工艺生产的X70钢卷显微组织以针状铁素体为主，并有少量的M－A组织。钢卷具有良好的强度和韧性，满足X70标准要求;整卷性能稳定，同卷强度差小于20 MPa。

［1］李鹤林.天然气输送钢管研究与应用中的几个热点问题［J］.焊管，2000，23(3):43 －48.

［2］黄国建，张英慧，黄明浩等.经济型X70管线钢热轧厚卷板的研制［J］.钢铁研究学报，2010，18(5)，51 －54.

［3］ZP Zhao，ZM Wang，HM Zhang，LF Qiao.Effect of deformation and cooling rate on the transformation behavior and microstructure of X70 steels.Journal of University of Science and Technology Beijing，Mineral，Metallurgy，Material，14(5)(2007)410 －413.

［4］SY Shin，BC Hwang，S Kim，S Lee.Fracture toughness analysis in transition temperature region of API X70 pipeline steel.Materials Science and Engineering，A429(2006)196 －204.

RESEARCH AND DEVELOPMENT OF HOT－ROLLED X70 PIPELINE STEEL

Zhu Yanshan
(Shandong Iron and Steel Group Co.，Ltd)

The production technology and mechanical properties of X70 pipeline strip produced by ASP continuous casting and rolling line in Jinan Steel was introduced.The results showed that C content was below 0.07%，P and S contents were respectively below 0.010%and 0.005%，Nb and Ti etc microalloying elements were added reasonably.Acicular ferrite pipe coil with high toughness could be achieved from TMCP process and various mechanical properties met the standard requirements.

microstructure property X70 pipe coilASP Nb microalloying

2012—3—14