技术领域
[0001] 本
发明属于管线钢生产技术领域，特别是涉及一种低温止裂性能优异的大壁厚X80管线钢的生产方法。
背景技术
[0002] 纵向裂纹的快速扩展是管线事故中最严重的事故之一，因此延性断裂的止裂性是
天然气输送管线设计中一个极为重要的方面。由于DWTT落锤撕裂试验结果与管道实物爆破试验结果有很好的相关性，且试验结果受试验条件、试样加工方法、试样几何尺寸的影响较小，试验和试样加工成本低，结果稳定可靠，因此在管道行业得到了广泛的应用。由DWTT落锤断口剪切面积与管道实物爆破裂纹扩展速率的关系，考虑天然气的减压
波速度在250~400m/s之间，所以通常要求DWTT落锤断口剪切面积平均为85%。
[0003] 随着对环境保护要求的不断提高，人们正在极地、
冰川、荒漠、海洋等地区寻找和开发新的油气田，与此相配的管道多是在
气候恶劣、人烟稀少、地质
地貌条件及其复杂的地区建设，管线钢将面临更为严酷的高寒、高压等恶劣环境的挑战。然而低温高压服役条件下，随管线钢强度级别的提升，壁厚的增加，DWTT落锤止裂性能已成为制约高钢级、大输量管线钢工程应用的
瓶颈。目前，已经建成的天然气高压长输管道，在钢级、壁厚、低温止裂性能等方面，国际上的代表性管道工程是俄罗斯巴法联科-乌恰天然气管道，陆上段钢级为K65（X80），钢管壁厚最大为33.4mm，其DWTT试验
温度为-20℃。在中国，西气东输三线干线采用X80管线钢，其最大壁厚为26.4mm，DWTT试验温度为-15℃；正在建设中的中俄东线管道由于要穿越极寒之地，对低温性能要求将更为严格，其钢级为X80，最大壁厚为30.8mm，DWTT试验温度为-20℃。这些指标代表了当代天然气长距离输送管道的最高
水平。
[0004]
连铸具有成材率高、能耗少、产能高、流程短、大批量、自动化和机械化程度高等优点。因此，随着
连铸机的逐渐发展和成熟，现今大多钢
铁企业的宽厚
板坯料由连铸产出，管线钢也是如此。目前，也已有大量的由连
铸坯生产大壁厚X80管线钢的公开文献，如欧洲
专利EP2105513B1、日本专利JP2006307324A、中国专利CN105112815B、CN101845596B等。然而，相对于连铸，模铸具有压缩比大、组织致密、无中心偏析、夹杂物多集中于模
铸锭头尾易去除、属静态
凝固不易产生裂纹等优势，从而能够为大壁厚管线钢的生产奠定高内部
质量的
基础，有利于改善钢板厚度方向上的组织均匀性，提高大壁厚管线钢的低温DWTT落锤止裂性能。
发明内容
[0005] 本发明旨在提供一种低温止裂性能优异的大壁厚X80管线钢的生产方法，该管线钢采用模铸锭，通过二火成材，获得均匀细小的软硬相合适的具有高裂纹扩展阻
力的微观组织，其钢板厚度≥30mm，-40℃全厚度DWTT落锤断口剪切面积≥85%。
[0006] 本发明的技术方案：
[0007] 一种大壁厚X80管线钢的生产方法，生产工序包括洁净钢
冶炼、模铸、一火
轧制、一火坯精整、二火轧制、钢板精整，钢的化学组成质量百分比为C≤0.07，Si≤0.30，Mn≤1.80，P≤0.015，S≤0.005，Als=0.015 0.045，Nb=0.040 0.080，Ti=0.008 0.025，V≤0.030，Cr≤~ ~ ~0.30，Mo≤0.30，Ni≤0.30，Cu≤0.30，B≤0.0005，余量为Fe和不可避免的杂质；关键工艺步骤及参数为：
[0008] （1）模铸：采用下注法保护浇铸成扁锭，上大下小，锭重20 50t，宽厚比2.0 2.5，高~ ~厚比3.0 4.0，锥度3.5% 7.5%；
过热度30 45℃，锭身浇注时间15 20min，冒口浇注时间5~ ~ ~ ~ ~
10min；压缩比≥20。
[0009] （2）一火轧制：模铸锭加热至800 850℃时，保温2 5h，随后以≤2℃/min的加热速~ ~度加热至1000 1050℃，保温3 4h后再加热至1280 1350℃，保温8 30h后出炉；轧制采用高~ ~ ~ ~
温纵轧，不展宽，终轧温度≥1180℃；轧后堆冷至室温；一火坯厚度=(3 4)×钢板厚度×展~
宽比。
[0010] （3）二火轧制：一火坯再加热温度1020 1080℃，均热时间2 5h；轧制采用两阶段控~ ~制轧制，横轧展宽纵轧成形，粗轧结束温度980 1020℃，精轧开始温度≤880℃，终轧温度~
700 760℃，中间坯厚度=(2 3)×钢板厚度；轧后
加速冷却速率10 18℃/s，返红温度300~ ~ ~ ~
500℃。
[0011] 优选地，涉及关键工艺步骤（1）的模铸过热度，
环境温度≥10℃时，过热度30 40~℃；环境温度＜10℃时，过热度35 45℃。
~
[0012] 优选地，涉及关键工艺步骤（2）的一火轧制，轧制最后三道次压下率≥8%。
[0013] 优选地，涉及关键工艺步骤（3）的二火轧制，粗轧展宽后有1道次压下率≥15%；精轧后弛豫30 90s；进行ACC冷却，冷却速率12 14℃/s，返红温度350 400℃。~ ~ ~
[0014] 进一步地，涉及生产工序中的一火坯精整，进行上下表面火焰整板修磨，精整后得到不超过65%锭重的精料。
[0015] 进一步地，涉及生产工序中的钢板精整，头尾剪切量≥1m。
[0016] 本发明在洁净钢冶炼的基础上，通过控
制模铸锭型、
浇注温度和速度，获得质量优良的模铸锭；一火轧制采用高温加热和轧制，以改善成分偏析、压合疏松等不良
缺陷；二火轧制采用低温加热、低温两阶段轧制，以抑制原始奥氏体晶粒的粗化，获得细小且均匀的原始奥氏体组织，为后续
相变晶粒细化奠定基础；通过控制弛豫、水冷过程，结合成分设计，调控基体
贝氏体和软相铁素体的比例、M/A岛数量及尺寸、大
角度
晶界比例等组织结构；通过严格控制总的压缩比、二火轧制压缩比、展宽后的压缩比、以及精轧未再结晶区轧制压缩比，以提高钢板内部组织均匀性，最大程度消除轧制方向的遗传性组织织构，对大壁厚管线钢的低温止裂性极为有益。此外，对一火坯和钢板进行大的余量精整，完全去除模铸锭的异常组织、改善成品表面质量、提高钢板长度方向上的性能均匀性和
稳定性，获得优质精品。
[0017] 本发明的有益效果：针对30mm以上厚度规格的X80管线钢，充分发挥模铸锭作为轧制坯料的优势，以晶粒细化、相变组织控制、
变形织构的机理理论为基础，利用中厚板企业现有装备与生产技术，采用低
碳微
合金化的成分体系以及洁净钢冶炼，通过二火成材，以及控制轧制和控制冷却，获得均匀细小的软硬相合适的具有高裂纹扩展阻力的微观组织，从而有效提升钢板的低温止裂性，-40℃全厚度DWTT落锤断口剪切面积≥85%。同时低温止裂性的突破对今后管线钢在钢级、壁厚的进一步提升有着重要意义。
附图说明
[0018] 图1为
实施例1钢板-40℃全厚度落锤断口照片。
具体实施方式
[0019] 下面结合实施例进一步说明本发明的内容。
[0020] 实施例1：钢板厚度30.8mm。
[0021] 钢的化学组成质量百分比为：C=0.04，Si=0.20，Mn=1.74，P=0.007，S=0.0013，Als=0.032，Nb=0.050，Ti=0.016，V=0.003，Cr=0.18，Mo=0.11，Ni=0.18，Cu=0.12，B=0.0004，余量为Fe和不可避免的杂质。
[0022] 钢板的生产工序包括洁净钢冶炼、模铸、一火轧制、一火坯精整、二火轧制、钢板精整；其关键工艺步骤及参数为：
[0023] （1）模铸：采用下注法保护浇铸成扁锭，上大下小，锭重45t，宽厚比约2.3，高厚比约3.8，锥度约5.1%；环境温度6℃，过热度41℃，锭身浇注时间19min，冒口浇注时间8min；压缩比约29.5。
[0024] （2）一火轧制：模铸锭加热至820℃时，保温5h，随后以约1.5℃/min的加热速度加热至1020℃，保温3.5h，再加热至1300℃，保温24h后出炉；轧制采用高温纵轧，不展宽，终轧温度1210℃，轧制最后三道次压下率分别为9.8%、10.7%、8.6%；轧后堆冷至室温；一火坯厚度240mm。
[0025] （3）二火轧制：一火坯再加热温度1050℃，均热时间3h；轧制采用两阶段控制轧制，横轧展宽纵轧成形，粗轧结束温度985℃，精轧开始温度840℃，终轧温度735℃，展宽比约2.2，展宽后有2道次，压下率分别为12.9%和15.8%，中间坯厚度80mm；精轧后弛豫60s，然后进行ACC加速冷却，冷却速率约13℃/s，返红温度350 380℃。
~
[0026] 并且对一火坯进行上下表面火焰整板修磨，然后将一火坯切成2
块二火坯料，其成材率约64%；对钢板头尾切完圆弧、蛇形、折叠等缺陷后，再剪切1m，然后取样检测力学性能。DWTT落锤止裂性能检测结果表明，按照实施例1的成分和制造工艺，得到的大壁厚X80管线钢的低温止裂性极为优异，钢板头尾-40℃全厚度DWTT落锤断口剪切面积分别为87.5%和
92.5%。图1示出了其落锤断口照片。
[0027] 实施例2：钢板厚度30.8mm。
[0028] 钢的化学组成以及钢板的生产工序与实施例1相同。模铸和一火轧制的工艺参数与实施例1相同，二火轧制坯料为实施例1的一火坯切成的另一块二火坯料，其二火轧制工艺参数为：一火坯再加热温度1050℃，均热时间3h；轧制采用两阶段控制轧制，横轧展宽纵轧成形，粗轧结束温度990℃，精轧开始温度820℃，终轧温度712℃，展宽比约2.2，展宽后有2道次，压下率分别为12.7%和16.1%，中间坯厚度80mm；轧后进行ACC加速冷却，冷却速率约
12.5℃/s，返红温度360 385℃。
~
[0029] 对钢板头尾切完圆弧、蛇形、折叠等缺陷后，再剪切1m，然后取样检测力学性能。DWTT落锤止裂性能检测结果表明，按照实施例2的成分和制造工艺，得到的大壁厚X80管线钢的低温止裂性极为优异，钢板头尾-40℃全厚度DWTT落锤断口剪切面积分别为89%和88%。
[0030] 实施例3：钢板厚度38.2mm。
[0031] 钢的化学组成质量百分比为：C=0.05，Si=0.18，Mn=1.72，P=0.008，S=0.0012，Als=0.028，Nb=0.054，Ti=0.016，V=0.003，Cr=0.17，Mo=0.12，Ni=0.19，Cu=0.13，B=0.0003，余量为Fe和不可避免的杂质。
[0032] 钢板的生产工序包括洁净钢冶炼、模铸、一火轧制、一火坯精整、二火轧制、钢板精整；其关键工艺步骤及参数为：
[0033] （1）模铸：采用下注法保护浇铸成扁锭，上大下小，锭重29吨，宽厚比约2.4，高厚比约3.4，锥度约3.7%；环境温度2℃，过热度43℃，锭身浇注时间16min，冒口浇注时间7min；压缩比约21.6。
[0034] （2）一火轧制：模铸锭加热至820℃时，保温3.5h，随后以约1.6℃/min的加热速度加热至1020℃，保温3.5h，再加热至1300℃，保温12h后出炉；轧制采用高温纵轧，不展宽，终轧温度1200℃，轧制最后三道次压下率分别为8.7%、9.5%、8.6%；轧后堆冷至室温；一火坯厚度300mm。
[0035] （3）二火轧制：一火坯再加热温度1050℃，均热时间4h；轧制采用两阶段控制轧制，横轧展宽纵轧成形，粗轧结束温度998℃，精轧开始温度820℃，终轧温度725℃，展宽比约2.3，展宽后有2道次，压下率分别为15.7%和18.2%，中间坯厚度90mm；精轧后弛豫45s，然后进行ACC加速冷却，冷却速率约13.5℃/s，返红温度370 400℃。
~
[0036] 并且对一火坯进行上下表面火焰整板修磨，然后将一火坯切成1块二火坯料，其成材率约62%；对钢板头尾切完圆弧、蛇形、折叠等缺陷后，再剪切1m，然后取样检测力学性能。DWTT落锤止裂性能检测结果表明，按照实施例2的成分和制造工艺，得到的大壁厚X80管线钢的低温止裂性极为优异，钢板头尾-40℃全厚度DWTT落锤断口剪切面积分别为86%和87%。
