天铁X70管线钢的研制开发

罗继锋

（天津天铁冶金集团热轧板有限公司，河北涉县 056404）

天铁X70管线钢的研制开发

罗继锋

（天津天铁冶金集团热轧板有限公司，河北涉县 056404）

介绍了天铁热轧板公司X70管线钢的研制开发过程，阐述了微合金化的成分设计、控轧控冷工艺对钢的微观组织及力学性能的影响。实验表明天铁热轧生产的X70管线钢具有优良的微观组织、稳定的力学性能，良好的低温冲击韧性及优异的焊接性能，满足了西气东输二线输气管道工程用X70热轧板卷技术要求。

管线钢；微合金化；针状铁素体；控轧控冷

1 引言

天铁热轧板公司为了适应市场发展，利用1 750mm热轧机组成功研制开发了X70级管线用钢。该产品采用低C-Mn-Mo-Nb系的成分设计，通过控轧控冷的工艺手段，得到针状铁素体组织。经检验，天铁热轧生产的X70管线钢具备高的强度和较低的屈强比，高的韧性，低的脆性转变温度，高的动态撕裂剪切面积，高的抗H2S腐蚀性能，低的“分离”断口倾向，具有良好的焊接性能。

2 工艺流程及成分设计

2.1 工艺流程

铁水预处理→180t顶底复吹转炉冶炼→LF精炼→连铸→板坯加热→粗轧→精轧→层流冷却→卷取→板卷检验→打包出厂。

2.2 成分设计

天铁X70管线钢以西气东输二线输气管道工程用X70热轧板卷技术条件要求为依据，钢种选用针状铁素体组织型管线钢，化学成分以低碳、低硫磷和Nb、V、Ti、Mo等微合金化的成分设计。为了得到针状铁素体型组织，根据设备能力，应保证Mn、Mo等合金元素的最小添加量。其关键成分控制如下：

2.2.1 碳

研究表明，当w（C）≥0.06%时，钢板在轧后冷却过程中直接由γ转变为各种形态的F，而不发生γ向F+Fe3C的两相转变。当w（C）≤0.06%时，更易得到AF，而AF具有极佳的韧性和极佳的可焊性[1]。因此，将天铁X70碳含量设计为w（C）≤0.06%。

2.2.2 锰

锰是低合金高强度钢的基础元素，可起到固溶强化的作用。高Mn促进针状铁素体形核，高Mn/C比可提高屈服强度和冲击韧性，因此降低析出碳化物尺寸，促进沉淀强化效应。

2.2.3 钼

钼使铁素体和珠光体区域右移，降低奥氏体向铁素体转变温度，抑制多边形铁素体和珠光体形核，促进高密度位借亚结构的针状铁素体的形成；在轧后冷却过程中可避免形成马氏体，而形成微细结构的贝氏体和针状铁素体，从而导致良好的延性；抵消包辛格效应，提高管材屈服强度。

2.2.4 铌

起到晶粒细化和沉淀强化作用，从而获得高强度与高韧性的力学性能合理匹配，提高再结晶温度，实现高温轧制。

2.2.5 铜和镍

在合金元素中，唯有Cu对氢致裂纹的作用最明显。将w（Cu）≤0.40%加入管线钢中，能明显提高钢的抗HIC（氢致裂纹）能力[2]。Ni可显著提高管线钢的低温韧性，同时与Cu配合使用，当Cu/Ni≤1时，可防止Cu脆的发生。

根据上述元素的作用并结合X70管线钢的性能组织要求，设计了X70管线钢的化学成分，见表1。

表1 天铁X70管线钢化学成分 /%

3 生产工艺及控制

3.1 冶炼与连铸工艺

铁水脱硫预处理环节使 [S]≤0.005%～0.010%，扒净脱硫渣。铁水带渣＜0.5%，要求废钢为优质废钢，[S]≤0.050%；转炉冶炼过程采用单渣操作，要求早化渣，化好渣，避免中后期返干严重。初期造渣剂加入量为总渣量1/2，初期渣R=1.6～1.8，禁止前期“冷行”操作，二批料少量多批加入。保证前期早化渣，中期渣不返干，末期（底吹）强搅拌，造好高碱度、高FeO炉渣充分去P；保证下限温度出钢，出钢时做好挡渣出钢，防止下渣回P。转炉要求一次倒炉，避免补吹和过氧化。控制出钢时间不大于5 min。LF炉造好高碱度还原性白渣，并保持足够时间。精炼结束后，必须保证Als≥0.03%；LF结束喂入Si-Ca线2.5～3 m/t钢，喂线结束后“软吹”时间≥15 min。

连铸浇钢过程中,稳定拉速是关键。为了避免结晶器液面波动过大导致的卷渣，采用结晶器液面自动控制技术，使液面波动在±5 mm范围内；同时，为了控制钢液中的气体含量，浇铸全程采用保护浇铸技术，并利用动态轻压下技术，改善板坯中心偏析。此外，还采用中间包冶金措施，深熔池、双挡墙加湍流控制器，并加碱性中间包覆盖剂。严格禁止中间包低溶剂液面操作。结晶器采用弱冷却：结晶器进水温度≥25℃；进出水温差为8～10℃；结晶器采用包晶钢或低碳钢专用保护渣；优化结晶器流场，结晶器液面采用自动控制，防止结晶器卷渣；结晶器振动频率采用高频小振幅；采用低过热度浇注，其过热度值为15～25℃。

对管线钢中有害夹杂物的控制，主要是通过控制钢中硫及全氧含量来实现的，并通过喂钙线进行夹杂物改质。同时对炉衬、钢包、中间包等耐材进行监控，避免外来的大块夹杂物进入钢水。还要注意控制钢液中的气体含量，避免钢水二次氧化。总之，在板坯生产过程中重点控制有害的非金属元素及气体元素，保证钢液洁净。

3.2 控制轧制与控制冷却工艺

3.2.1 加热工艺

X70管线钢的加热过程是钢坯奥氏体化的过程，也是合金元素固溶的过程。加热时不但要保证合金元素的充分固溶，同时要控制钢坯中奥氏体晶粒的大小。按固溶度积式：

当 Nb%=0.049，C%=0.04，N%=0.006 2，计算Nb全溶解所需的加热温度为1 150℃以上。有关资料表明[3]，在此成分区间，当加热温度在1 100℃以下时，钢坯中奥氏体晶粒细小，奥氏体晶粒尺寸随加热温度升高而增长较慢。当加热温度继续升高时，钢坯中奥氏体晶粒尺寸逐渐长大，钢坯温度在1 200℃以下时，晶粒尺寸相对均匀，而钢坯温度超过1 200℃后，奥氏体晶粒中出现较为粗大的晶粒。因此，天铁X70管线钢的出炉温度定为1 160～1 200℃。同时要求一定的均热时间，使得合金元素充分固溶。

3.2.2 控轧控冷工艺

天铁X70管线钢轧制试验时，采用五道次粗轧，七道次精轧连轧工艺。为了有效控制X70管线钢的组织性能，粗轧开轧温度为1 150℃，此时钢坯处于奥氏体再结晶区。经过五道次粗轧以后，板坯由230mm轧制成49 mm的中间坯。粗轧过程中通过对粗化的高温奥氏体进行连续形变，利用奥氏体再结晶区形变对细化晶粒的作用，使粗轧后的高温奥氏体晶粒更加均匀细小，为奥氏体向铁素体转变时得到细小均匀的铁素体创造条件。

当中间坯进入精轧区域时，控制其开轧温度在980℃以下，并通过负荷分配调整，有意识地加大后五架轧机的负荷，确保精轧总压下率的70%在后五架轧机上完成。这样精轧阶段的大部分形变就处于奥氏体未再结晶区。从而保证精轧阶段奥氏体变形过程中不发生动态再结晶，得到扁平状且有高位错密度的变形奥氏体。这种高位错密度的变形奥氏体使相变后的铁素体晶粒更加细小。

为了进一步提高X70管线钢的强度和韧性，通过降低终轧温度，可以使得奥氏体在形变过程中产生的大量位错得以保留，进而提高最终转化产物的位错密度。但终轧温度要高于Ar3,避免两相区轧制产生的混晶现象。

为了获得针状铁素体的最终组织，对X70管线钢的卷取温度和冷却速度及冷却模式进行严格控制。根据相关文献[4]，低碳微合金管线钢以获得针状铁素体组织为主，卷取温度应控制在400～550℃，冷却速度应该控制在15～30℃/s，并采用前冷急冷的冷却模式。天铁X70管线钢温度制度见表2。

表2 天铁X70管线钢温度制度

4 金相组织与性能

4.1 金相组织

金相检验表明，天铁X70管线钢组织结构为均匀细小的针状铁素体组织。其晶粒度为12.0级，夹杂物控制水平较高，ABCD类夹杂物均小于1.0级，带状0.5级。X70金相组织见图1、图2。

图1 X70横向金相组织

图2 X70纵向金相组织

4.2 性能检验

经检验，天铁X70管线钢屈服强度、抗拉强度、延伸率、屈强比、冲击韧性、DWTT等各项指标均满足西气东输二线输气管道工程用X70热轧板卷技术要求。

天铁X70各项性能指标见表3。

表3 天铁X70管线钢各项性能

5 结束语

天铁热轧X70管线钢采用低C-Mn-Mo-Nb系的成分设计，通过控轧控冷的工艺手段，得到针状铁素体组织。经检验，各项理化指标满足西气东输二线输气管道工程用X70热轧板卷技术要求。

Research and Development of Tiantie X70Pipeline Steel

LUO Ji-feng

(Hot Rolling Plate Company,Tianjin Tiantie Metallurgical Group,She County,Hebei Province056404,China)

The paper introduces the developing process of X70pipeline steel at Tiantie Hot Rolling Plate Company and expounds the influence of micro alloying composition design and controlled rolling and controlled cooling process on steel microstructure and mechanical properties.Experiment showed that X70pipeline steel produced by Tiantie Hot Rolling presented satisfying microstructure and stable mechanical properties,good low temperature impact toughness and excellent welding performance,meeting the technical requirement of the second line of west-east natural gas transmission project on X70hot rolling coil.

pipeline steel;micro alloying;acicular ferrite;controlled rolling and controlled cooling

10.3969/j.issn.1006-110X.2014.03.004

2014-01-10

2014-02-05

罗继峰（1980—），男，工程师，主要从事品种钢研发及轧钢工艺研究工作。