X65M鋼溫度-變形軋制控制技術(shù)的生產(chǎn)實踐

李復(fù)磊

（山東鋼鐵集團(tuán)日照有限公司中厚板廠，山東 日照276805）

1 前 言

厚規(guī)格止裂性能要求（DWTT）管線鋼生產(chǎn)中存在的主要難題是DWTT指標(biāo)的實現(xiàn)，其關(guān)鍵控制點涉及窄成分設(shè)計、有效壓縮比、軋制過程中的溫度制度、壓下制度、水冷工序的開冷溫度、終冷溫度、冷速等關(guān)鍵工藝點的精準(zhǔn)控制，從而實現(xiàn)最優(yōu)的均勻細(xì)化的組織，以滿足鋼板的低溫韌性及止裂性能。以管線鋼X65M 生產(chǎn)為例，研究了溫度-變形軋制控制技術(shù)的應(yīng)用。

2 X65M鋼軋制生產(chǎn)實踐

2.1 性能要求

29 mm厚-10 ℃DWTT指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，X65M鋼主要的性能要求為：屈服強度450～600 MPa、抗拉強度535～760 MPa、-20 ℃沖擊功≥120 J、延伸率≥24%、-10 ℃落錘撕裂試驗（DWTT）平均最小剪切面積百分?jǐn)?shù)≥85%。此性能指標(biāo)中存在控制難度的為低溫韌性（沖擊）和低溫止裂（DWTT）性能，需要從成分設(shè)計、工藝生產(chǎn)方面制定合理的方案并進(jìn)行穩(wěn)定地控制。

2.2 成分設(shè)計

成分設(shè)計以低碳成分設(shè)計為主，復(fù)合添加多種微量合金元素。針對厚規(guī)格X65級別管線鋼，主要以添加Nb、Ti 為主；為保證穩(wěn)定的強塑性指標(biāo)，添加微量的Mo確保淬透性能；同時P、S含量，對鋼種氣體元素、夾雜物進(jìn)行控制，提高鑄坯內(nèi)部質(zhì)量水平，具體成分設(shè)計如表1所示。

表1 X65M鋼成分設(shè)計（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） %

2.3 工藝設(shè)計

1）加熱控制。加熱工藝對管線鋼性能影響體現(xiàn)在合金元素的溶解和奧氏體晶粒尺寸的控制上。一般含Nb鋼在1 150 ℃左右Nb（C，N）開始大量溶解，隨著Nb（C，N）的溶解，奧氏體晶粒將發(fā)生突然長大，在鋼中加入微量Ti可以將奧氏體晶粒粗化溫度提高到1 250 ℃左右；加熱溫度過低，Nb（C，N）等合金碳氮化合物不能得到充分溶解，Nb等合金元素在隨后控軋中發(fā)揮不了擴(kuò)大奧氏體未再結(jié)晶區(qū)的作用，在控冷時析出強化作用也減少。加熱溫度過高，奧氏體晶粒粗大，在相同控軋控冷條件下，最終組織晶粒也會粗化，對韌性不利。X65M加熱制度如下：嚴(yán)格控制在爐時間及出爐溫度，鋼坯出爐溫度控制在1 100～1 200 ℃，保證坯料加熱均勻，粗軋機前高壓水除鱗箱除鱗厚測量溫度控制在1 030～1 070 ℃。

2）粗軋階段控制。粗軋階段的變形量控制及溫度控制是這個管線鋼強韌性指標(biāo)控制的核心，也是確保鋼板的落錘性能最關(guān)鍵控制環(huán)節(jié)，通過這一階段的控制，充分發(fā)揮軋制變形滲透對于鋼板組織性能的影響，尤其是縱軋階段的道次壓下量及壓下率的控制，是改善組織的關(guān)鍵因子，起到了整個管線鋼性能控制的核心作用。根據(jù)上述意見及實際生產(chǎn)情況，29 mm厚-10 ℃DWTT指標(biāo)要求X65M采用250 mm 厚坯料進(jìn)行生產(chǎn)，通過對中間坯厚度的調(diào)整及軋制參數(shù)的改變，在溫度條件不變的情況下，將粗軋縱軋階段的道次數(shù)進(jìn)行壓縮，保證了1個道次20%的道次壓下率以上，其他道次也能達(dá)到較高的道次壓下率，具體如表2所示。

表2 軋制規(guī)程

3）精軋階段控制。根據(jù)經(jīng)驗公式計算，在此成分固定情況下，得到鐵素體相變點溫度為763 ℃，精軋階段為未再結(jié)晶區(qū)軋制，理論上，在鐵素體相變點溫度以上溫度范圍內(nèi)進(jìn)行最大程度的累積變形量增加，晶粒最大程度得到變形，晶粒不僅被拉長，并且會出現(xiàn)比較多的變形帶，相變轉(zhuǎn)變后也可以最大程度得到細(xì)小均勻的組織，有利于鋼板強度指標(biāo)、塑韌性指標(biāo)及低溫止裂指標(biāo)的改善。根據(jù)上述意見及實際生產(chǎn)情況，X65M采用105 mm的中間坯厚度，精軋階段壓下量可實現(xiàn)72%，采用低終軋溫度軋制，終軋溫度為780～790 ℃。

4）水冷工藝控制。根據(jù)經(jīng)驗公式計算得到此鋼種的主要理論相變點溫度，如表3所示。

表3 鋼板理論相變點溫度 ℃

X65M 鋼采用了較多的合金元素，過冷奧氏體更加穩(wěn)定，為得到強度、塑韌性及止裂性能較好的結(jié)合，需得到低溫塊狀鐵素體+針狀鐵素體+粒狀貝氏體相結(jié)合，并且組織細(xì)化均勻，這種組織邊界粗糙、不規(guī)則，晶粒相互交織、交錯，此組織有效抑制裂紋沿晶界擴(kuò)展，起到增加韌性的作用。根據(jù)上述建議，水冷工藝設(shè)定如下：開冷溫度770～780 ℃，冷速15～22 ℃/s，終冷溫度450～500 ℃。

2.4 金相組織

對29 mm 規(guī)格X65M 取金相進(jìn)行組織分析，整體組織以塊狀鐵素體+針狀鐵素體為主，母相與新相界面所在方向上是非共格的大角度晶界，邊界粗糙，不規(guī)則。鋼板沿厚度方向組織細(xì)化均勻，無明顯偏析及帶狀組織。

2.5 性能情況

29 mm 規(guī)格X65M 目前已穩(wěn)定生產(chǎn)千余噸，工藝控制穩(wěn)定，性能指標(biāo)良好，屈服強度平均值510 MPa，抗拉強度平均值642 MPa，屈強比0.79，-10 ℃沖擊功287 J，-10 ℃落錘撕裂試驗（DWTT）平均最小剪切面積百分?jǐn)?shù)89%。

3 結(jié) 語

溫度-變形軋制控制技術(shù)是生產(chǎn)管線鋼的基本軋制技術(shù)，也是實現(xiàn)鋼板性能的最重要的手段之一。在合理的成分設(shè)計下，通過對塑性加工及后續(xù)冷卻過程中變形量及溫度點的精準(zhǔn)控制，得到穩(wěn)定的相變組織。