3500mm炉卷轧机管线钢柔性轧制技术开发_蔡茗宇.pdf

总第 328 期2023 年第 4 期HEBEI METALLUGYTotal No 3282023，Number 43 500 mm 炉卷轧机管线钢柔性轧制技术开发蔡茗宇(山东钢铁集团日照有限公司，山东 日照 276800)摘要:介绍了管线钢柔性轧制的工艺和关键技术。通过低碳设计，并采用 Nb、Ti 微合金化，设计了一种合理的、低成本的化学成分体系，结合大变形量卷轧+超快速冷工艺，充分利用位错强化、细晶强化、析出强化和相变强化等手段，以卷轧的方式使用一块板坯生产 6 16 mm 厚度规格、母板长度达 100 400 m的 X52、X56、X60、X65 四个级别管线钢钢板。产品组织均匀，尺寸合适，各项力学性能指标满足GB/T14164 2103 标准，落锤性能满足 0 30 落锤剪切面积85%的低温止裂韧性要求。此技术的应用明显减少了余坯和余材数量，组坯更灵活，降低运营成本，满足各类用户的需求。关键词:管线钢;柔性轧制;微合金化;低碳;落锤性能;卷轧;超快冷中图分类号:TG335 6文献标志码:B文章编号:1006 5008(2023)04 0045 04doidoi:10 13630/j cnki 13 1172 2023 0410DEVELOPMENT OF FLEXIBLEDEVELOPMENT OF FLEXIBLE OLLING TECHNOLOGYFOOLLING TECHNOLOGYFOPIPELINE STEEL INPIPELINE STEEL IN 3 5003 500 mm FUmm FU NACE COILNACE COIL OLLING MILLOLLING MILLCai Mingyu(Shandong Iron and Steel Group izhao Co，Ltd，izhao 276800，Hebei)AbstractAbstract:The process and key technologies of flexible rolling of pipeline steel are introduced Through low carbon design，and the use of Nb and Ti microalloying，a reasonable and low cost chemical compositionsystem is designed，combined with large deformation coiling+ultra fast cold process，making full use ofdislocation strengthening，fine grain strengthening，precipitation strengthening and phase change strengthe-ning，etc，using a slab to produce X52，X56，X60，X65 four grades of pipeline steel plate with a thicknessspecification of 6 16 mm and a mother plate length of 100 400 m in the form of coiling The product hasuniform structure，suitable size，various mechanical performance indicators meet GB/T14164 2103 standard，and the drop weight performance meets the low temperature crack relief toughness requirements of 0 30 drop weight shear area 85%The application of this technology significantly reduces the number ofblanks and leftovers，makes the preforms more flexible，reduces operating costs，and meets the needs of vari-ous usersKey wordsKey words:pipeline steel;flexible rolling;microalloying;low carbon;drop weight performance;coiling;super fast cold收稿日期:2022 12 27作者简介:蔡茗宇(1986 )，男，硕士，工程师，2017 年毕业于辽宁科技大学材料科学与工程专业，现在山东钢铁集团日照公司从事现场工艺技术和质量管控、新产品和新技术开发，E mail:caimingyu_mkk163 com0引言管道运输与铁路运输、公路运输、水路运输和航空运输并列为现代五大交通运输方式1 5，用于输送石油、天然气等能源。随着管道工程的发展，对管线钢强韧性的要求日益提高。由于服役地区和用途等方面有所不同，所以管线钢也是一类可以满足不同客户需求的特殊钢种，可根据客户需求单独进行化学成分设计、生产。化学成分的不同不可避免地造成多级别管线钢在炼钢工序不能合炉生产、连铸工序无法连续浇铸等问题，不利于生产组织。因此，设计一种合理的、低成本的、适用于多级别管线钢生产的化学成分体系6 8，实现利用一种管线钢化学成分体系能生产不同级别管线钢钢板，不仅使产品性能更稳定，还可以降低管线钢大订单生产组织难度，减少余坯和余材数量，54总第 328 期HEBEI METALLUGY降低运营成本，此外组坯更灵活，满足各类用户的需求。1成分设计及关键工序工艺技术1 1成分设计采用 150 mm 厚连铸坯料，化学成分(质量分数)如表1 所示。本设计采用低碳成分，添加适量的Nb、Ti 合金进行微合金化，取消了 Cr 元素，结合控轧控冷工艺，充分利用位错强化、细晶强化、析出强化和相变强化等机制，实现不同强度级别管线钢产品的生产，并使其具有优异的力学性能。表 1连铸料化学成分(质量分数)Tab 1Chemical composition of continuous castingswt%CSiMnPSNbTiAls其余0 06 0090 20 0351 45 1600 01200030030 00500008 00200020 0050Fe1 2关键工艺技术1 2 1加热工艺为保证低温韧性，需要控制加热温度和加热时间，不仅要避免晶粒过分长大，还要确保合金元素充分回溶。厚度8 mm 规格出炉温度为 1 180;厚度 8 mm 的薄规格钢板温降快，板型控制难度较大，需要较高的出炉温度，出炉温度为 1 200;加热时间均为 8 13 min/cm。1 2 2轧制工艺山钢日照公司 3 500 炉卷轧机最大轧制力90 000 kN，最大扭矩 5 600 kNm，可以在粗轧道次实现大压下量轧制，有利于细化晶粒。在轧至厚度75 mm 时，道次最大压下率不小于 20%，保证变形对心部组织的渗透，使组织更加均匀，奠定良好的内部组织基础9。设定合理的卷轧厚度及负荷分配，控温后平轧阶段的道次压下率不小于 30%，卷轧前 1 2 个道次压下率不小于 20%，最大程度地细化晶粒及产生位错;根据管线钢残余应变大的特点10，末道次压下率不大于 11%，保证板型。采用 11 道次轧制;厚度 8 mm 规格采用 7+4(或 6+5)道次轧制，其中 7(6)为粗轧道次，4(5)为卷轧精轧道次;厚度8 mm 规格采用4+4+3(或4+3+4)道次轧制，其中 4 为粗轧道次，4+3(或3+4)分别为平轧的精轧道次和卷轧道次。中间坯厚度均按大于 3 5 倍设计，保证精轧和卷轧道次的累积变形率。根据产品厚度，设置工艺参数及轧制模式如表2 所示。表 2工艺参数及轧制模式Tab 2Process parameters and rolling mode厚度/mm中间坯厚度/mm终轧温度/卷取炉温度/轧制模式终轧速度/(ms1)h 8850950不控温卷轧1812 h845 55820 850850 900控温卷轧16 1 816 h1255 60800 820800 850控温卷轧14 1 81 2 3飞剪工艺沿着整张母板从头至尾，将管线钢按照由低到高(或高到低)的级别进行分配。飞剪将整张母板分为若干段，每段长度50m，将同一级别管线钢分入同一分段中。飞剪分段后，通过辊道微加速控制，将前后板拉开 1 m 距离。1 2 4超快速冷却工艺超快速冷却系统中，具有超快速冷却模式的高压段 10 组，具有常规加速冷却模式的低压段 20 组;高压段和低压段分别可以进行 0 2 0 5 MPa、0 2 MPa的水压调节。冷却模式采用超快速冷却高压段与常规加速冷却低压段相结合的方式，冷速可达 30 60 /s;采用常规加速冷却低压模式，冷速可达 10 30 /s。根据每段管线钢的级别，在 PDI中分别对每段的终冷温度进行设定，超快冷的计算模型、自学习模型、物理材料模型会根据来料的温度自动计算需要开启的组数和流量。由于卷轧主要应用于厚度16 mm 的薄规格钢板，其对板型约束能力差，因此在数据库中设定基础流量为 75 m3/h;同时对流量上限进行限制，不超过 100 m3/h。在卷轧水冷模型中，水冷修正计算为流量乘以修正系数的模式(图1)，即组数固定，对流量进行调整。超快冷及检测原件布置如图 1 所示;Tb位于轧机出口，用于预计算的温度检测;T1位于飞剪前，用于修正计算的温度检测;T2位于超快冷前，用于开冷温度检测。图 1水冷再计算修正系数Fig 1The correction coefficient was calculated by water cooling64河北冶金2023 年第 4 期图 2超快冷设备及高温计布置Fig2Arrangement of ultra fast cooling equipment and pyrometer钢板头部经过 Tb高温计时，触发预计算;经过T1高温计时，进行第一段修正计算，将组数和流量固定;飞剪每剪切分段就会产生修正计算，并进行流量调整。前板与后板距离1 m，一级跟踪系统对每个分段均进行头、尾位置跟踪，因此执行机构根据头尾跟踪位置，在头部到达集管之前逐组进行水量调整。以上控制技术保证了同一板坯生产的不同级别管线钢的性能稳定，不会因水量或水组数的调整，使整张母板存在性能不稳定区。2生产实践2 1加热、轧制及水冷工艺采用 150 mm 厚度坯料生产10 mm 2 580 mm200 m 的 X52、X56、X60、X65 钢板，工艺见表 3。表 3生产工艺Tab 3Production process出炉温度/加热时间/(mincm1)道次中间坯厚度/mm上卷厚度/mm终轧温度/卷取温度/终轧速度/(ms1)分段数1 180105+3+35521820850164对飞剪所分的四段钢板设置终冷温度，从头至尾分别设定 650、620、580 和 540。Tb高温计将轧后的钢板温度发送给超快冷模型进行组数和流量的预计算，设定流量 75 m3/h，开启 13 组集管;钢板头部经过 T1高温计时，水冷模型进行修正计算，计算出第一段最终使用的组数和流量，分别为75 m3/h 和 10 组集管，并发送至一级执行;飞剪进行第一次剪切时，T1高温计将检测到的第二段钢板温度发送至水冷模型，对第二段流量进行修正计算，设定流量 80 m3/h，并下发至一级，执行机构根据头部的跟踪位置，将流量由 75 m3/h 逐组增加至80 m3/h(第三四段依次类推)。2 2力学性能及微观组织2 2 1力学性能对四个不同级别管线钢进行力学性能测试，结果如表 4 所示，四种不同级别管线钢的力学性能均符合要求。表 4管线钢力学性能Tab 4Mechanical properties of pipeline steel级别拉伸试验YS/MPaTS/MPaA/%屈强比冲击试验温度/冲击功平均值/J冲击纤维断面率平均值/%落锤试验温度/剪切面积平均值/%X52410488300841019010010100X56451531340 851020010010100X60478562310 85102451001096X655286213408510202100101002 2 2微观组织通过金相显微镜观察到的显微组织见图 1。由图 1 可以看出，X52 和 X56 为多边形铁素体加珠光体，X60 和 X65 为多边形铁素体和贝氏体。四个级别管线钢的金相组织分布均匀，管线钢级别越高，采用的冷却速度越高，晶粒尺寸越小。3结语设计了一种低碳，并添加适量 Nb、Ti 合金进行微合金化的成分体系，通过采用大变形量卷轧+超快速冷却工艺、充分利用位错强化、细晶强化、析出强化和相变强化等强化手段，实现了用一块板坯生产不同强度级别的管线钢。飞剪分段及辊道微加速技术、超快速冷却的头尾跟踪精确调整技术可以保证生产过程和产品性能稳定受控，得到的不同级别管线钢的力学性能符合要求，且管线钢级别越高，晶粒尺寸越小。74总第 328 期HEBEI METALLUGY图 1管线钢微观组织Fig 1Microstructure of pipeline steel参考文献 1张伟卫，熊庆人，吉玲康，等 我国管线钢生产应用现状及发展展望C 全国轧钢生产技术会议，2010 2姜敏，支玉明，刘卫东，等 我国管线钢的研发现状和发展趋势J 上海金属，2009，31(6):5 7 3岳喜春，范大伟 浅谈管道工程面临的挑战与管线钢的发展趋势J 城镇建设，2020(2):123 125 4程晓，张卫攀，刘红艳 高级别管线钢 X80 冶炼生产实践J 河北冶金，2022(2):41 44 5张超 西气东输工程用针状铁素体钢 X70 的试制J 轧钢，2005，22(4):50 50 6曹妍，闫波，宿成，等 2 250 mm 生产线 L290M/X42M 管线钢多样化设计 J 焊管，2016，39(10):4 6 7黄伟丽，杨志刚，陈四平 管线钢 L415MB 成分设计过程C 中国金属学会、河北省冶金学会、山东省金属学会、中国金属学会、河北省冶金学会、山东省金属学会，2013 8张卫攀，刘红艳，陈子刚，等 低屈强比高韧性 L485M 管线钢关键技术开发J 河北冶金，2020(11):13 15+61 9蔡茗宇，李维娟 3 500 mm 炉卷轧机轧制 5 mm 厚钢板生产实践 J 轧钢，2015，32(001):74 76 10张德丰，陆建生，吕建国，等 X65 管线钢板交替与连续控冷工艺的计算与比较 J 江苏大学学报:自然科学版，2012，33(2):57(上接第 21 页)5牛旭斐，王雪，朱长青，等 高品质盾构刀圈材料的开发J 河北冶金，2020(1):9 11+37 6並木邦夫 模具材料性能与应用M 北京:机械工业出版社，2014 7张俊喜，郭小汝 DC53 模具钢耐磨性能研究J 兰州工业学院学报，2016，23(02):80 83 8吴红庆，魏金龙，邓志鹏，等 碳含量对 Cr5 型冷作模具钢显微组织及性能的影响 J 机械工程材料，2020，44(S2):107 112 9 惠卫军，聂义宏，付书红，等 Cr Mo V 系高强度钢的疲劳断裂行为J 材料热处理学报，2007(05):37 41 10 曾芬 新型高性能冷作模具钢微观组织和力学性能研究D 西安建筑科技大学，2014 11钟群鹏，赵子华，张峥 断口学的发展及微观断裂机理研究J 机械强度，2005(03):358 370 12张亚军，赵春光，陈沛，等 列车制动系统用杠杆螺栓 S N 曲线试验研究 J 中国铁道科学，2021，42(04):129 13684