一种25.4mm热连轧极限规格管线钢板卷及其制造方法与流程

1.本发明涉及热轧管线钢领域，具体涉及一种25.4mm热连轧极限规格管线钢板卷及其制造方法。


背景技术：

2.为提升油气管道输送能力，管道设计越来越向高压、大口径发展，进而要求管道用材具备更高钢级、更大厚度规格，并保证良好低温韧性。
3.现有技术中，常规热连轧产线最大板坯厚度普遍为230mm，轧制厚规格板卷时，整体压缩比较低，导致形变再结晶细化效果不显著；且厚度方向形变和组织不均，尤其板厚中心晶粒粗化显著。
4.因而，上述问题会导致厚规格管线钢板卷低温韧性控制难度增大，且板卷厚度越厚，低温韧性控制难度越大。而25.4mm热连轧极限规格管线钢则是管线钢板卷产品的极致。
5.中国专利(公开日：2015年07月22日、公开号：cn104789887a)公开了一种超厚规格抗hic及抗ssccx65管线钢板及其制造方法，中国专利(公开日：2016年06月15日、公开号：cn105665443a)公开了一种宽厚板轧机生产极限规格管线钢的轧制工艺，中国专利(公开日：2019年09月06日、公开号：cn110205553a)公开了一种低温dwtt性能优异的厚规格x70级管线钢生产方法，上述专利均涉及宽厚板产线生产厚规格管线钢钢板的成分和生产工艺。但由于宽厚板产线和热连轧产线在装备上的差异，其成分、工艺和最终的组织设计均有不同，因而其成分和工艺设计并不适用于热连轧产线用于厚规格管线钢板卷的生产。
6.中国专利(公开日：2020年02月11日、公开号：cn110777296a)公开了一种超厚规格x52管线钢热轧卷板及其生产方法，其厚度规格达到24mm，拉伸、冲击等满足x52级管线钢性能需求，但其成分(相对较高的c含量等)和工艺(高温卷取、低速冷却等)设计，无法保证dwtt性能合格。
7.中国专利(公开日：2016年10月26日、公开号：cn106048181a)公开了一种适用于热连轧产线的低温厚规格管线钢制备方法，该工艺方法适用于批量生产12
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18mm厚度规格管线钢板卷，但在生产极限规格管线钢板卷时，dwtt性能不足。


技术实现要素：

8.本发明的目的就是针对上述技术的不足，提供一种25.4mm热连轧极限规格管线钢板卷及其制造方法，获得了组织超细化和均匀化的25.4mm热连轧极限规格管线钢板卷，并具备良好的低温韧性。
9.为实现上述目的，本发明所设计的25.4mm热连轧极限规格管线钢板卷，其化学成分的质量百分比为：c：0.029～0.051％，si：0.13～0.27％，mn：1.08～1.63％，p：≤0.012％，s：≤0.0015％，mo：0.07～0.15％，nb：0.037～0.059％，ti：0.013～0.024％，al：0.011～0.037％，mg：0.0003～0.0011％，o：0～0.0015％，n：≤0.0045％，其余为fe及不可避免杂质。
10.优选的，其化学成分还包括：cu、ni、cr、b、v、ca中的至少一种，质量百分比为满足cu：≤0.30％，ni：≤0.30％，cr：≤0.30％，b：≤0.0005％，v：≤0.030％，ca：≤0.0020％。
11.优选的，c含量为0.029～0.045％时，mn的含量为1.42～1.63％。
12.优选的，c含量为0.046～0.051％时，mn的含量为1.08～1.41％。
13.优选的，p：≤0.010％，s：≤0.0010％，n：≤0.0040％。
14.优选的，其组织特征为针状铁素体 细化的粒状贝氏体或准多变形铁素体，板厚1/4位置针状铁素体比例不低于75％，细化的粒状贝氏体或准多变形铁素体比例不超过25％，且尺寸不超过6μm；板厚1/2位置针状铁素体比例不低于50％，细化的粒状贝氏体或准多变形铁素体比例不超过50％，且尺寸不超过8μm。
15.本发明的化学成分设计中：
16.碳(c)：最经济的强化元素，通过间隙固溶强化提升钢的强度，同时大幅提升钢的淬透性，利于低温相变。对于极限规格管线钢板卷，为获得理想的组织性能，需要采用较高冷速冷却，c含量过高时，易导致材料板厚方向组织性能严重不均，增大冷弯开裂倾向、以及dwtt性能不合；c太低时降低钢的强度。c的适宜添加量为0.029～0.051％。
17.硅(si)：主要起固溶强化作用，有益于辅助冶炼过程中脱硫。si的适宜添加量为0.13～0.27％。
18.锰(mn)：可提高钢的淬透性，并显著提升钢的屈服和抗拉强度。但mn属于易偏析元素，会增加偏析部位奥氏体稳定性，相变过程中进一步加剧c往偏析部位的扩散，最终形成脆硬的马氏体相，对材料的韧性不利；尤其在板厚中心的严重偏析往往都是断口分离的重要原因，mn的适宜添加量为1.08～1.63％。
19.磷、硫、氮(p、s、n)：p、s、n在管线钢中均为有害元素，应尽量控制其含量。
20.钼(mo)：强淬透性元素，显著提升奥氏体稳定性，推迟高温铁素体相变，有益于针状铁素体的形成；且mo在钢中偏析程度很低，合金及工艺设计得当情况下，不会加剧材料组织性能的不均匀性。但对于极限规格管线钢板卷，适宜的mo添加，能显著改善板厚方向组织均匀性，改善钢板的低温韧性；但mo含量过高时，易导致马氏体岛的尺寸和比例过高，反而不利于板卷dwtt性能。mo的适宜添加量为0.07～0.15％。
21.铌、钛(nb、ti)：微合金化元素，可显著细化晶粒并起到析出强化作用，同时可显著提高钢的奥氏体再结晶温度，扩大未再结晶区范围，利于未再结晶区增加累积应变，促进控冷过程中的针状铁素体相变。nb、ti的适宜添加量分别为0.037～0.059％、0.013～0.024％。
22.铝、镁(al、mg)：均为钢中的脱氧元素，通过al、mg的复合添加，形成弥散化的镁铝尖晶石复合夹杂(大尺寸夹杂物显著减少，2μm以下夹杂物大幅增加)，在连铸过程中起到细化晶粒的作用，以及成为促进针状铁素体形核的质点，并有益于提升焊接性能。al、mg的适宜添加量分别为0.011～0.037％和0.0003～0.0011％。
23.氧(o)：钢的冶炼过程中不可避免残余的元素。与al、mg结合，在钢中形成弥散化氧化物夹杂。但o含量应严格限制，o含量过高时，夹杂物尺寸和数量均大幅增加，对钢的低温韧性不利。o含量适宜控制在0.0015％以内。
24.铜、镍(cu、ni)：cu具有一定的固溶强化作用，以及提升钢的耐蚀性能，但cu不宜单独添加；ni可以提升材料的低温韧性，且能改善因cu导致的表面脆性。cu、ni的适宜添加量
均为≤0.30％。
25.铬(cr)：提高钢的淬透性，以及固溶强化作用。但cr含量过高时，对焊接性能不利；且其偏析程度与mn接近，对材料组织均匀性控制不利。cr的适宜添加量为≤0.30％。
26.钒(v)：微合金化元素，在管线钢生产工艺条件下难以析出，主要起固溶强化作用，尤其能显著提升抗拉强度，降低屈强比，但钒的含量过高时会降低钢的冲击韧性。v的适宜添加量为≤0.030％。
27.钙(ca)：在二次精炼过程中对钢进行钙处理，可以改善钢中的夹杂物形态，提高钢冲击韧性，但加入过量，易降低钢的洁净度，对钢的低温韧性不利；尤其本发明中采用了mg处理，具有类似的效果，ca的添加量过多易导致铝酸钙的形成，反而不利于夹杂物弥散化。ca的适宜添加量为≤0.0020％。
28.硼(b)：同其他元素共同作用下，显著提升钢的淬透性。对于极限规格管线钢，b的加入反而不利于材料的组织性能均匀性。应严格限制钢中b的含量。
29.一种所述25.4mm热连轧极限规格管线钢板卷的制造方法，包括如下步骤：
30.a)冶炼铸造：按照成分进行冶炼、精炼和连铸，制得板坯，所述板坯的厚度为230mm；
31.b)板坯冷却：将所述板坯冷却至420℃以下，使所述板坯完全相变，通过该措施，所述板坯冷却过程中完成奥氏体
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铁素体相变，并在随后的板坯加热过程中发生铁素体
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奥氏体相变，确保获得细小的板坯初始奥氏体晶粒，如板坯装炉温度过高，则易加剧板坯奥氏体晶粒粗大和不均，对最终板卷的dwtt性能不利；
32.c)板坯加热：将冷却后的所述板坯加热，加热过程中加热炉气温度全程不超过1200℃，所述板坯出炉温度为1130～1170℃，且在1130℃以上保温90～120min，所述板坯加热过程中，随加热温度提升或保温时间增加，晶粒尺寸增大，其中前者影响更为显著，且该过程不可逆，因此，必须将加热炉气温度全程控制在适宜范围；同时，为避免保温过程中晶粒过度长大，同时确保板坯温度均匀，板坯保温温度和保温时间也应控制在适宜范围；
33.d)粗轧：轧制所述步骤c)出炉的所述板坯，轧制道次为5～6道次，粗轧终轧温度为930～990℃，粗轧结束所述板坯厚度为58～62mm，粗轧每道次进入轧机时，开启高压水除鳞，降低表面温度，增加板坯厚度方向变形抗力梯度，以增大心部形变效果，改善板厚方向组织均匀性，末两道次的轧制速度为3～4m/s，同时，粗轧过程中尽可能降低轧制速度，以降低轧制负荷及提高形变再结晶效果；
34.e)精轧：将所述步骤d)粗轧后的所述板坯通过7机架连轧机组精轧，采用5～6道次精轧，开轧温度低于930℃，终轧温度为780～820℃，通过减少精轧道次，可提高道次形变压下率，提升板厚心部形变效果，增加板厚方向组织性能均匀性；同时，低的开轧和终轧温度，利于增加奥氏体晶粒畸变，为随后冷却过程中针状铁素体均匀形核创造有利条件；
35.f)控制冷却：以25～45℃/s冷却至250～370℃后卷取，通过高速冷却，可避开高温铁素体和珠光体相变的同时，对大尺寸粒状贝氏体的形成具有良好的抑制作用，但冷速超过45℃/s时，板厚方向的组织性能均匀性差异过大，对冷弯和dwtt性能不利，通过采用较低的终冷温度，使得板厚心部在整个贝氏体相变区都能获得较高的冷速，进而抑制大尺寸粒状贝氏体的形成，同样对改善材料的低温韧性具有重要作用。
36.优选的，所述步骤a)中，mg处理在rh真空处理之后，并且以al
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mg合金线方式加入，
以提升夹杂物弥散化处理效果。
37.优选的，所述步骤d)中，粗轧末两道次的道次压下率不低于23％。
38.优选的，所述步骤e)中，第4～5机架或第4机架虚设。
39.本发明与现有技术相比，具有以下优点：
40.1、通过采用超低c
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mn、低mo
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nb、ti微合金化设计，结合mg处理夹杂物弥散化技术，以及各种组织细化和均匀化控制工艺措施，获得了组织超细化和均匀化的25.4mm热连轧极限规格管线钢板卷，并具备良好的低温韧性；
41.2、显微组织为针状铁素体 细化的粒状贝氏体或准多变形铁素体，拉伸性能达到x65或x70钢级，
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20℃夏比冲击性能均值≥300j，
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15℃落锤性能剪切面积均值≥85％。
具体实施方式
42.下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
43.一种25.4mm热连轧极限规格管线钢板卷，其化学成分的质量百分比为：c：0.029～0.051％，si：0.13～0.27％，mn：1.08～1.63％，p：≤0.012％，s：≤0.0015％，mo：0.07～0.15％，nb：0.037～0.059％，ti：0.013～0.024％，al：0.011～0.037％，mg：0.0003～0.0011％，o：0～0.0015％，n：≤0.0045％，其余为fe及不可避免杂质。
44.其化学成分还包括：cu、ni、cr、b、v、ca中的至少一种，质量百分比为满足cu：≤0.30％，ni：≤0.30％，cr：≤0.30％，b：≤0.0005％，v：≤0.030％，ca：≤0.0020％。
45.其中，当c含量为0.029～0.045％时，mn的含量为1.42～1.63％当c含量为0.046～0.051％时，mn的含量为1.08～1.41％。为取得更优的效果，p：≤0.010％，s：≤0.0010％，n：≤0.0040％。
46.另外，该25.4mm热连轧极限规格管线钢板卷，其组织特征为针状铁素体 细化的粒状贝氏体或准多变形铁素体，板厚1/4位置针状铁素体比例不低于75％，细化的粒状贝氏体或准多变形铁素体比例不超过25％，且尺寸不超过6μm；板厚1/2位置针状铁素体比例不低于50％，细化的粒状贝氏体或准多变形铁素体比例不超过50％，且尺寸不超过8μm。
47.本发明25.4mm热连轧极限规格管线钢板卷的制造方法，包括如下步骤：
48.a)冶炼铸造：按照成分进行冶炼、精炼和连铸，制得板坯，所述板坯的厚度为230mm，mg处理在rh真空处理之后，并且以al
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mg合金线方式加入；
49.b)板坯冷却：将所述板坯冷却至420℃以下；
50.c)板坯加热：将冷却后的所述板坯加热，加热过程中加热炉气温度全程不超过1200℃，所述板坯出炉温度为1130～1170℃，且在1130℃以上保温90～120min；
51.d)粗轧：轧制所述步骤c)出炉的所述板坯，轧制道次为5～6道次，第4～5机架或第4机架虚设，粗轧终轧温度为930～990℃，粗轧结束所述板坯厚度为58～62mm，粗轧每道次进入轧机时，开启高压水除鳞，末两道次的轧制速度为3～4m/s，粗轧末两道次的道次压下率不低于23％；
52.e)精轧：将所述步骤d)粗轧后的所述板坯通过7机架连轧机组精轧，采用5～6道次精轧，开轧温度低于930℃，终轧温度为780～820℃；
53.f)控制冷却：以25～45℃/s冷却至250～370℃后卷取。
54.按照化学成分的质量百分比设置x65级实施例1、x65级实施例2、x65级实施例3、
x65级实施例4、x70级实施例1、x70级实施例2、x70级实施例3、x70级实施例4以及对比例1、对比例2、对比例3和对比例4。具体成分取值如下表：
55.表1本发明各实施例和对比例的成分取值列表(wt，％)
[0056][0057]
将上述各实施例和对比例按照下表的工艺参数进行制造：
[0058]
表2本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表
[0059]
[0060][0061]
制得的各实施例和对比例主要性能如下：
[0062]
表3本发明各实施例和对比例主要性能
[0063][0064]
从表1～3可已看出，本发明各实施例的厚度达到25.4mm，
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20℃cvn≥300j，
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15℃dwtt
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sa≥85％，性能远优于对比例。
[0065]
本发明25.4mm热连轧极限规格管线钢板卷及其制造方法，通过采用超低c
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mn、低mo
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nb、ti微合金化设计，结合mg处理夹杂物弥散化技术，以及各种组织细化和均匀化控制工艺措施，获得了组织超细化和均匀化的25.4mm热连轧极限规格管线钢板卷，并具备良好的低温韧性；显微组织为针状铁素体 细化的粒状贝氏体或准多变形铁素体，拉伸性能达到x65或x70钢级，
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20℃夏比冲击性能均值≥300j，
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15℃落锤性能剪切面积均值≥85％；且本制造方法还可以向22
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25.4mm特厚规格热连轧管线钢拓展应用。