一种低成本、高韧性大壁厚双抗管线钢钢带及其生产方法技术

本发明专利技术公开了一种低成本、高韧性大壁厚双抗管线钢钢带及其生产方法，其化学成分组成及质量百分含量为：C≤0.05%，Si≤0.15%，Mn：1.20～1.40%，P≤0.015%，S≤0.015%，Als：0.015～0.045%，Nb：0.015～0.035%，Pcm：0.12～0.18%，余量为铁和不可避免的杂质。所述方法包括转炉冶炼、精炼、连铸、铸坯加热、轧制、冷却工序。本发明专利技术采取LF‑RH的短流程双联精炼工艺，低成本短流程的设计给企业带来了巨大的经济效益，同时标志着国内企业具备了批量生产大壁厚高低温韧性要求双抗管线钢的能力，开创双抗管线钢的国际品牌效应，社会效益显著。

A low cost, high toughness and large wall thickness double resistance pipeline steel strip and its production method

【技术实现步骤摘要】
一种低成本、高韧性大壁厚双抗管线钢钢带及其生产方法
本专利技术属于冶金
，具体涉及一种低成本、高韧性大壁厚双抗管线钢钢带及其生产方法。
技术介绍
制造石油、天然气集输和长输管或煤炭、建材浆体输送管等用的中厚板和带卷称为管线钢，近年来发展迅速。而随着石油和天然气工业的发展，一些富含H2S/CO2腐蚀介质的天然气资源被开采出来，腐蚀环境中产生的Ｈ原子向管线钢中的缺陷位置不断渗透、积聚，即使在较低输气压力下也会导致钢的腐蚀开裂，造成经济损失和环境污染，具有极大的危害性。因此，富含H2S/CO2腐蚀介质的油气输送应把抗氢致开裂（HIC）和硫化物应力腐蚀开裂（SSCC）性能放在首位。近几年，天然气的需求量日渐增加，因而需要开发遥远地带或自然环境严酷（例如西伯利亚冬季严寒的环境）的地区的天然气资源，这时对于远距离输送天然气的管线钢，除要求用于提高输送效率的厚壁之外，还要求能耐受在寒冷地带中使用的低温韧性，特别是天然气管线钢，由于内压高，裂纹的传播速度比破裂后的减压波的速度更快，因此需要具有优异的防脆性破坏的能力，大壁厚兼顾高韧性，给钢厂提出了新的难题。随着钢铁冶炼原材料价格的飞涨、能源物质的短缺以及冶炼技术的不断创新，钢铁企业的竞争日趋激烈。在这种形势下，低成本生产的优势就显得尤为重要。高韧性双抗管线钢生产主要难点在低碳的情况下要求硫、磷和杂质含量同时低，在轧制过程中要保证原始奥氏体晶粒尽可能扁平细小、最终产品组织细小弥散。现阶段国际通用的生产工艺流程为：转炉-RH-LF-RH，两次RH处理分别进行脱碳和脱气，并通过添加Ni、Cu等高成本合金元素来提高管线钢的双抗性能，使得双抗管线钢工序复杂及成本消耗极大，不符合竞争激烈的市场环境。另一方面，各钢铁企业在双抗管线钢钢带的生产过程中，轧制过程通常采用TMCP方法生产，对出炉温度、粗轧和精轧开轧温度、终轧温度、卷取温度的设定均有比较成熟的工艺设定，粗轧和精轧的压下量和压下分配研究较少，20mm以下产品一般可满足-10℃落锤撕裂试验（DWTT）合格，但当试验温度提高到-20℃、-25℃甚至更低时，其DWTT断口就会出现大面积脆性断裂区，出现低温韧性不合的情况，产品无法应用在高寒、偏远等特殊气候和环境条件下，无法满足工程项目的需要。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种低成本、高韧性大壁厚双抗管线钢钢带；本专利技术还提供了一种低成本、高韧性大壁厚双抗管线钢钢带的生产方法；本专利技术通过成分优化设计、工艺路线精简及工序参数调整，提供了一种短流程无Cu、Ni双抗管线钢的生产，实现双抗管线钢成本的最优控制；通过控制轧制和冷却工艺，使得管线钢中得到组织细小的铁素体+珠光体型组织，使钢带具有大壁厚的同时具有良好的低温韧性，达到低成本、高韧性大壁厚双抗管线钢钢带的生产。为解决上述技术问题，本专利技术采取的技术方案是：一种低成本、高韧性大壁厚双抗管线钢钢带，所述钢带化学成分组成及其质量百分含量为：C≤0.05%，Si≤0.15%，Mn：1.20～1.40%，P≤0.015%，S≤0.015%，Als：0.015～0.045%，Nb：0.015～0.035%，Pcm：0.12～0.18%，余量为铁和不可避免的杂质；Pcm=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B。成分设计中去除了高成本的Cu、Ni元素，通过对C、P、S和杂质气体元素的加严控制，特别是对S元素的加严控制，保证抗HIC和SSCC实验合格，从而实现了成本的最优控制，可实现吨钢降低成本200元左右。本专利技术所述的钢带厚度为14.3-17.5mm，组织为铁素体+珠光体，晶粒度10.5-12级。本专利技术所述钢带屈服强度392～457MPa，抗拉强度482～549MPa，延伸率A50≥24%，屈强比是0.77～0.84，钢板横向截面上维氏硬度150～200HV10，其-25℃落锤剪切面积为95-100%，-25℃冲击功为247～369J。本专利技术还提供了一种低成本、高韧性大壁厚双抗管线钢钢带的生产方法，所述方法包括转炉冶炼、精炼、连铸、铸坯加热、轧制、冷却工序；所述精炼工序，采取LF-RH双联工艺路线。本专利技术所述转炉冶炼工序，原料采用P≤0.12%、S≤0.04%的铁水和一级小粒白灰1.95-2.28kg/t钢，采用底吹氩模式，出钢至1/4时加入硅铁2.83-3.05kg/t钢、电解锰13.07-13.36kg/t钢，出钢1/2时加入活性石灰1.35-1.62kg/t钢，转炉终点氧含量≤900ppm，出钢时间≥5min；终点目标C≤0.03%，温度在1645-1670℃，加强滑板挡渣，严格控制转炉下渣量。本专利技术所述精炼工序，采取LF-RH双联工艺路线，没有采取成本和工时较高的RH-LF-RH工艺路线，单为了保证脱硫和脱气效果，对双联工艺进行了细化要求，极大的降低了生产成本；LF精炼时间≥40min，采用电解锰铁调整锰含量，进站后加入铌铁0.403-0.433kg/t钢，出站温度1600-1610℃，出站钢水要求S＜0.002%，全程微正压操作，严禁过程长时间大气量搅拌造成钢水增氮；RH炉处理时间≥35min，真空处理时间≥20min，处理过程全泵投入，真空度要求≤1mbar，保证纯脱气时间≥6min，钙处理后净吹时间≥6min，出站温度1560-1570℃。本专利技术所述连铸工序，采用保护浇注，辊缝偏差要求在±0.5mm之间；结晶器液面波动在±5mm之间，液相线温度为1521-1528℃；中间包目标温度1549℃，温度控制范围1535-1565℃；拉速控制范围0.9～1.4m/min，采用恒拉速操作；铸坯凝固采用动态轻压下。本专利技术所述铸坯加热工序，加热温度控制在1160-1200℃，保证在预热段燃气中残气含量在1～6%，加热时间大于50min；在加热段燃气中残气含量在1～6%，加热时间大于65min；在均热段燃气中残气含量在2～6%，加热时间大于65min；出炉时间保证大于180min；除鳞高压水全部打开，除鳞水压力为195-210bar。本专利技术所述轧制工序，包括粗轧和精轧，其中粗轧采用3+5道次轧制，对各道次的压下率和轧制温度均有明确规定，重点保证R2粗轧末道次的压下率≥25%，粗轧累计压下率在70～75%，以实现完全再结晶，粗轧温度控制在1070～1120℃，中间坯厚度在55-60mm；精轧过程开启7架轧机，在奥氏体再结晶区域轧制的前三道次采取大压下制度，每道次压下率≥18%，未再结晶区轧制时单道次压下率≤18%，精轧开轧温度<970℃，避开978-1023℃部分再结晶温区轧制，实际精轧各道次轧制温度为830～970℃；粗轧和精轧各道次压下率分配和轧制温度等参数如表1和表2所示。表1粗轧各道次压下率和轧制温度表2精轧各道次压下率和轧制温度本专利技术所述冷却工序，开始冷却温度为820-850℃，冷却结束温度为440-470℃，层流冷却速率控制在25-35℃/s；边部遮挡单侧行程为0-270mm；并采用组合式层流冷却模式：带钢上表面层流冷却水量为下表面的81-95%，采用密集型冷却模式，F7出口速度控制在2.1～2.5m/s，水量控制在8000-10000m3/h，热带头设定本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低成本、高韧性大壁厚双抗管线钢钢带，其特征在于，所述钢带化学成分组成及其质量百分含量为：C≤0.05%，Si≤0.15%，Mn：1.20～1.40%，P≤0.015%，S≤0.015%，Als：0.015～0.045%，Nb：0.015～0.035%，Pcm：0.12～0.18%，余量为铁和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种低成本、高韧性大壁厚双抗管线钢钢带，其特征在于，所述钢带化学成分组成及其质量百分含量为：C≤0.05%，Si≤0.15%，Mn：1.20～1.40%，P≤0.015%，S≤0.015%，Als：0.015～0.045%，Nb：0.015～0.035%，Pcm：0.12～0.18%，余量为铁和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的一种低成本、高韧性大壁厚双抗管线钢钢带，其特征在于，所述钢带厚度为14.3-17.5mm，组织为铁素体+珠光体，晶粒度10.5-12级。3.根据权利要求1所述的一种低成本、高韧性大壁厚双抗管线钢钢带，其特征在于，所述钢带屈服强度392～457MPa，抗拉强度482～549MPa，延伸率A50≥24%，屈强比是0.77～0.84，钢板横向截面上维氏硬度150～200HV10，其-25℃落锤剪切面积为95-100%，-25℃冲击功为247～369J。4.基于权利要求1-3任意一项所述的一种低成本、高韧性大壁厚双抗管线钢钢带的生产方法，其特征在于，所述方法包括转炉冶炼、精炼、连铸、铸坯加热、轧制、冷却工序；所述精炼工序，采取LF-RH双联工艺路线。5.根据权利要求4所述的一种低成本、高韧性大壁厚双抗管线钢钢带的生产方法，其特征在于，所述转炉冶炼工序，原料采用P≤0.12%、S≤0.04%的铁水和一级小粒白灰1.95-2.28kg/t钢，采用底吹氩模式，出钢至1/4时加入硅铁2.83-3.05kg/t钢、电解锰13.07-13.36kg/t钢，出钢1/2时加入活性石灰1.35-1.62kg/t钢，转炉终点氧含量≤900ppm，出钢时间≥5min；终点目标C≤0.03%，温度在1645-1670℃。6.根据权利要求4所述的一种低成本、高韧性大壁厚双抗管线钢钢带的生产方法，其特征在于，所述精炼工序，采取LF-RH双联工艺路线，LF精炼时间≥40min，采用电解锰铁调整锰含量，进站后加入铌铁0.403-0.433kg/t钢，出站温度1600-1610℃，出站钢水要求S＜0.002%；RH炉处理时间≥35min，真空处理时间≥20min，处理过程全...

【专利技术属性】
技术研发人员：许斌，李冠楠，贾改风，李强，赵林林，张志鸿，孙毅，王朔阳，
申请(专利权)人：河钢股份有限公司邯郸分公司，
类型：发明
国别省市：河北,13