无头带钢生产技术生产API级管线钢的适用性研究

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石油和天然气输送管道用热轧带钢的生产要求带钢有细小均匀的微观组织结构，并且需要精心选择化学成分以满足强度、韧性和焊接性的要求。采用传统连铸和热轧已经实现了X80级热轧钢卷的商业生产…

石油和天然气输送管道用热轧带钢的生产要求带钢有细小均匀的微观组织结构，并且需要精心选择化学成分以满足强度、韧性和焊接性的要求。采用传统连铸和热轧已经实现了X80级热轧钢卷的商业生产。我们有极大兴趣去研究用其他工艺如薄板坯直接轧制路线生产API级管线钢。

　　目前的研究工作评估了采用了Arvedi最初开发的无头带钢生产线生产X65-X70热轧带钢的可行性。本研究采用了一个基于经验方程描述奥氏体演变、相变和力学性能的冶金模型系统。使用这种方法，可以研究初始板坯厚度、压下率以及化学成分对10-20mm厚带钢力学性能的影响。以这种方式，可以获得每个钢级优化的轧制规程、组织和化学成分。

　　1介绍

　　通过薄板坯直接轧制路线（TSDR）生产API等级管线钢带来了几个冶金挑战，必须克服这些挑战以满足所需的力学性能。这些挑战包括：

　　1）在热轧机入口处，奥氏体显微组织是不均匀的铸态组织结构，包含了柱状晶和等轴晶的混合组织。其平均晶粒尺寸范围为650-1000μm。此外，与传统热轧相比（200-250mm的板坯厚度），TSDR工艺的总压下量有限（初始板坯厚度一般为80mm）。这两个问题使得成品带钢即使在严格的成分控制下也会存在粗大的、不均匀的显微组织。因此，可能损害带钢的力学性能，例如降低强度和韧性。

　　2） TSDR过程中，如果在亚包晶范围内（0.09%-0.17%的碳含量）进行连铸，板坯有大的纵裂风险。因此，此处要对钢的化学成分进行额外的限制，才能进行连铸。

　　考虑到这些问题，很明显，采用TSDR技术生产API级管线钢需要精心设计钢的化学成分和轧制规程，才能生产所需性能要求的带钢。

　　本研究用以评估采用TSDR技术生产API级X60-X70管线钢的可行性，此处的TSDR技术以方法采用了模型系统：其中包括了热轧制过程中的温度变化、轧机参数计算、微观组织结构演变、并且预测了热轧带钢成品的力学性能。利用这个模型系统可以获得每个API级管线钢优化的轧制规程、显微组织以及化学成分，同时确定了可达到的钢卷厚度范围。

　　2化学成分和轧制工艺的初步设计

　　对于采用的这个模型方法，首先要设计一种初始钢的化学成分，该成分要适用于X65和X70级管线钢。采用了下列准则：

　　u 化学成分适用于API 5L指定的X65和X70级管线钢。

　　u 避免碳含量在0.09%-0.17%范围内，从而使得铸造过程中不发生纵向开裂。

　　u 根据ESP轧机的轧制力限制，为上述钢级的管线钢选择一个初始的、典型的C、Mn、和Nb的含量。

　　在包晶范围内凝固并因此产生纵裂，提出下列定义的碳当量（）应小于0.1%。

　　此处元素含量为钢中元素的总含量。

　　考虑到以上几点，选择0.06C-1.5Mn-0.2Si-0.06Nb作为初始钢化学成分。

　　使用这种化学成分，采用Arvedi ESP轧机布置来设计合适的轧制规程。连铸后，进行3机架粗轧（大压下量轧机），接着在感应加热炉内加热中间坯。随后进行5机架精轧，机架间冷却水冷却。最后钢带到达输送平台（冷却线）进行高速水射流冷却，接着对带钢进行卷取（地下卷取机）。

　　轧制规程的优化（热参数和力学参数）需遵守下列要求：

　　u 成品带钢厚度为10mm、15mm和20mm。选择这个范围是因为这个厚度对应于螺旋焊管的壁厚。

　　u 初始板坯宽度1500mm。