專利名稱：一種低成本生產x65管線鋼的方法
技術領域：
本發明屬于合金鋼生產技術領域，特別涉及采用電爐薄板坯連鑄連軋流程低成本生產X65管線用熱軋鋼板和鋼帶的方法。
背景技術：
管線用鋼一直以來在金屬材料領域中占有重要的地位，目前世界上絕大多數國家輸送石油、天然氣用鋼管均遵循美國石油協會API Spec 5L規范，或以此為基礎并根據具體的管線工程需要提出補充要求。對于制造此類焊管用的熱軋板卷通常稱之為管線鋼。管線鋼對綜合性能有特殊要求，表現在強度高、韌性高、韌脆轉變溫度低、焊接性能好、具有一定的耐蝕性等。目前幾乎所有的管線鋼均采用Nb微合金鋼或復合微合金鋼。X65在管線鋼系列產品中屬于中高強度級別的鋼。目前，主要用于支線和城市管網的工程建設中。在滿足強度要求的同時要求較高的韌性，以確保使用的安全性。
在傳統厚板坯流程，X42～X65級別管線鋼生產技術已經成熟。但是對于薄板坯連鑄連軋流程，由于其冶金特點不同，管線鋼產品的研發工作才剛剛起步，尤其是X65、X70高鋼級管線鋼。國外權威專家認為[1]，電爐薄板坯連鑄連軋Nb微合金化鋼生產時在鑄坯上沉淀析出大量尺度為幾百納米、甚至達到微米級的大顆粒含Nb星狀析出物，這部分析出物對抑制奧氏體再結晶以及組織細化沒有作用，因而，這部分Nb被稱之為“無效Nb”，與傳統流程相比，欲生產相同級別的鋼帶，必須多添加20～30％的Nb或額外添加其他微合金元素才能保證鋼帶的性能。因此，在電爐薄板坯連鑄連軋流程開發生產X65鋼級管線鋼，美國人采用添加V或Mo的方法，同時Nb的含量也較高，主要成分見表1。采用這種方法生產的鋼，成本高是其致命的缺陷。
表1 美國Nucor鋼鐵公司X65管線鋼產品主要成分，％

注表中空格表示未提供目前，還沒有文獻報道采用電爐薄板坯連鑄連軋流程研制、生產單一Nb微合金化、Nb含量0.045～0.050％(Wt.％)、微Ti處理、低成本的X65管線鋼。

發明內容
本發明的目的是提供一種基于電爐薄板坯連鑄連軋流程低成本生產X65管線鋼的方法，本發明可在滿足API Spec 5L規范對X65管線鋼性能要求的基礎上，降低生產成本。
為達上述目的，本發明提供了一種低成本生產X65管線鋼的方法，該方法采用薄板坯連鑄連軋流程，具體包括電爐冶煉、LF爐精煉、薄板坯連鑄、連鑄坯均熱、高壓水除鱗、控制軋制、控制冷卻、卷取工藝過程，針對的鋼水化學成分范圍為C0.046～0.060％，Si0.15～0.30％，Mn1.40～1.60％，P0.006～0.015％，S0.001～0.008％，Nb0.045～0.050％，Ti0.015～0.025％，N0.005～0.007％。
上述方案中，薄板坯連鑄工藝參數為拉坯速度4.0～4.8m/min，鑄坯入爐溫度980～1050℃；控軋控冷工藝參數為出爐溫度為1170～1200℃，開軋溫度為1080～1130℃，終軋溫度為840～880℃，強冷卻模式，卷取溫度為540～620℃。
本發明通過合理的冶金成分設計，采用EAF+LF煉鋼技術，應用LCR為60mm的連鑄機，通過6機架熱連軋機組再結晶區+未再結晶區的控制軋制以及控制冷卻技術，可低成本生產厚度6.0～10.0mm、符合API Spec 5L規范的X65管線鋼熱軋板卷。
本發明的技術特點包括以下幾方面(1)解決了“無效Nb”問題電爐冶煉帶來的問題之一是鋼水N含量高，一般在0.008％～0.012％范圍。根據Nb(C，N)的固溶度積，可知連鑄過程中Nb(C，N)依附已形成的TiN外延生長，形成尺度為幾百納米、甚至達到微米級的大顆粒含Nb星狀析出物。而薄板坯連鑄連軋流程鑄坯均熱溫度較傳統流程低、均熱時間短，這部分Nb不能完全溶解，從而導致部分Nb不能起到細晶強化的作用。
本發明通過控制鋼水中N含量、添加微量Ti以固定鋼中大部分的N、高拉速、高均熱溫度，消除了鑄坯中的大顆粒含Nb星狀析出物，從而解決了“無效Nb”問題，提高了Nb的利用率。本發明采用單一的Nb微合金化技術、使用低的Nb含量，生產出滿足API Spec 5L規范的X65管線鋼。
(2)充分利用Nb微合金化技術通過Nb微合金化可有效控制再加熱奧氏體晶粒尺寸、再結晶奧氏體晶粒尺寸和未再結晶變形奧氏體向鐵素體相形核的有效晶界面積，從而獲得細晶組織以提高鋼板或鋼帶的強度和韌性。為了提高鋼的強度和韌性，必須充分利用Nb微合金化技術。
本發明采用以下工藝充分發揮Nb微合金化作用采用高連鑄拉速、高入爐溫度和高均熱溫度，使Nb在熱軋前充分固溶以最大限度地發揮Nb的微合金化作用；提高開軋溫度和連軋前序機架的變形量，促進變形奧氏體再結晶，從而解決了含Nb鋼的組織均勻性問題；終軋后，采用強冷卻工藝，促使鐵素體晶粒細化。
(3)采用微Ti處理技術TiN沉淀析出溫度明顯高于Nb(C，N)沉淀析出溫度，甚至在N含量較高的情況下可以發生TiN液析。因此，在含Nb鋼中加入一定量的Ti，可以抑制部分Nb的高溫析出；同時，TiN是高溫難溶粒子，細小TiN粒子可以有效的抑制均熱過程中奧氏體晶粒長大，可阻止熱影響區晶粒長大，改善鋼的焊接性能，尤其改善焊縫熱影響區的沖擊韌性；此外，TiN粒子的析出降低了鋼中固溶N含量，有利于改善鋼的韌性和應變時效性能。
因此，為了充分發揮Nb的微合金化作用和改善鋼的焊接性能、韌性及應變時效性能，本發明在采用Nb微合金金化技術的基礎上，同時采用了微Ti處理技術。
綜上所述，本發明具有以下優點(1)成本低。本發明采用了單一的Nb微合金化技術，且使用的Nb元素含量與美國人生產的X65管線鋼基本相當或略低；而美國人生產X65鋼級管線鋼，額外加入Mo或V等金屬，詳見表1。盡管本發明的成分設計中采用了高Mn、微Ti處理技術，但由此造成的成本增加遠低于額外添加Mo或V引起的成本增加。本發明實現了電爐薄板坯連鑄連軋流程低成本生產X65管線鋼。
(2)鋼帶綜合性能優異。利用Nb微合金化技術同時提高鋼的強度和韌性，從而滿足X65管線鋼對高強度和高韌性的要求；采用微Ti處理技術，使Nb的微合金化作用充分發揮，并改善鋼的焊接性能、韌性和應變時效性能。因此，采用本發明方法可生產綜合性能優異的X65鋼帶。


圖1為本發明實施例1的鋼帶組織圖；圖2為本發明實施例2的鋼帶組織圖；圖3為本發明實施例3的鋼帶組織圖。
具體實施例方式
以下列舉具體實施例對本發明進行說明。實施例只用于對本發明作進一步說明，不代表本發明的保護范圍，其他人根據本發明做出的非本質的修改和調整，仍屬于本發明的保護范圍。
實施例1工藝路線電爐冶煉→LF爐精煉→薄板坯連鑄(鑄坯厚度60mm)→連鑄坯均熱→高壓水除鱗→控制軋制→控制冷卻→卷取。
鋼水化學成分C0.046％，Si0.30％，Mn1.40％，P0.015％，S0.008％，Nb0.045％，Ti0.025％，N0.007％。
連鑄及熱軋工藝連鑄拉速4.8m/min，鑄坯入爐溫度1050℃，出爐溫度1170℃，開軋溫度1080℃，終軋溫度880℃，強冷卻模式，卷取溫度620℃。
鋼帶的組織見圖1，鋼帶的晶粒度和性能見表1。
表1實施例1鋼帶的晶粒度和性能

注拉伸、冷彎、沖擊均為橫向取樣；沖擊試樣尺寸為5.0×10×55mm；沖擊試驗溫度為-10℃。
實施例2工藝路線電爐冶煉→LF爐精煉→薄板坯連鑄(鑄坯厚度60mm)→連鑄坯均熱→高壓水除鱗→控制軋制→控制冷卻→卷取。
鋼水化學成分C0.053％，Si0.20％，Mn1.50％，P0.012％，S0.005％，Nb0.048％，Ti0.020％，N0.006％。
連鑄及熱軋工藝連鑄拉速4.5m/min，鑄坯入爐溫度990℃，出爐溫度1180℃，開軋溫度1110℃，終軋溫度860℃，強冷卻模式，卷取溫度580℃。鋼帶的組織見圖2，鋼帶的晶粒度和性能見表2。
表2實施例2鋼帶的晶粒度和性能

注拉伸、冷彎、沖擊均為橫向取樣；沖擊試樣尺寸為5.0×10×55mm；沖擊試驗溫度為-10℃。
實施例3工藝路線電爐冶煉→LF爐精煉→薄板坯連鑄(鑄坯厚度60mm)→連鑄坯均熱→高壓水除鱗→控制軋制→控制冷卻→卷取。
鋼水化學成分C0.060％，Si0.15％，Mn1.60％，P0.006％，S0.001％，Nb0.050％，Ti0.015％，N0.005％。
連鑄及熱軋工藝連鑄拉速4.0m/min，鑄坯入爐溫度980℃，出爐溫度1200℃，開軋溫度1130℃，終軋溫度840℃，強冷卻模式，卷取溫度540℃。
鋼帶的組織見圖3，鋼帶的晶粒度和性能見表3。
表3實施例3鋼帶的晶粒度和性能

注拉伸、冷彎、沖擊均為橫向取樣；沖擊試樣尺寸為5.0×10×55mm；沖擊試驗溫度為-10℃。
權利要求
1.一種低成本生產X65管線鋼的方法，該方法采用薄板坯連鑄連軋流程，具體包括電爐冶煉、LF爐精煉、薄板坯連鑄、連鑄坯均熱、高壓水除鱗、控制軋制、控制冷卻、卷取工藝過程，其特征在于針對的鋼水化學成分范圍為C0.046～0.060％，Si0.15～0.30％，Mn1.40～1.60％，P0.006～0.015％，S0.001～0.008％，Nb0.045～0.050％，Ti0.015～0.025％，N0.005～0.007％。
2.根據權利要求1所述的低成本生產X65管線鋼的方法，其特征在于薄板坯連鑄工藝參數為拉坯速度4.0～4.8m/min，鑄坯入爐溫度980～1050℃。
3.根據權利要求1所述的低成本生產X65管線鋼的方法，其特征在于控軋控冷工藝參數為出爐溫度為1170～1200℃，開軋溫度為1080～1130℃，終軋溫度為840～880℃，強冷卻模式，卷取溫度為540～620℃。
全文摘要
本發明公開了一種低成本生產X65管線鋼的方法，該方法針對電爐薄板坯連鑄連軋流程特點進行了合理的冶金成分設計，并采用EAF+LF煉鋼技術、薄板坯高效連鑄、熱連軋機組再結晶區+未再結晶區的控制軋制以及控制冷卻技術。其中鋼水化學成分范圍(Wt.％)C0.046～0.060％，Si0.15～0.30％，Mn1.4～1.60％，P0.006～0.015％，S0.001～0.008％，Nb0.045～0.050％，Ti0.015～0.025％，N0.005～0.007％。通過使用本發明方法可在電爐薄板坯連鑄連軋流程低成本生產厚度6.0～10.0mm、符合API Spec 5L規范的X65管線鋼熱軋板卷。
文檔編號B22D11/16GK101082106SQ20071002817
公開日2007年12月5日 申請日期2007年5月24日 優先權日2007年5月24日
發明者毛新平, 莊漢洲, 李春艷, 王進步, 李軻新 申請人:廣州珠江鋼鐵有限責任公司