管线钢热轧工艺的进步

管线钢热轧工艺的进步20世纪50年代以前，管线钢主要为普碳钢，强度级别在X52以下，采用传统热轧工艺，轧制过程中不考虑终轧温度和轧制道次，主要保证板形。社会对能源的需求推动管线钢的发展，管线钢从20世纪40年代的X42普通低合金钢发展到X100以上高强度微合金钢。X100的屈服强度为690~840MPa、抗拉强度为760~990MPa。为了达到产品性能指标、减少工艺流程、节约资源、节省成本，人们不仅采用微合金成分设计、轧后热处理手段来优化管线钢性能，而且采用新型轧制工艺来实现这些目的，即由传统的常规热轧工艺演变到奥氏体再结晶区和非再结晶区两阶段控轧和轧后控制冷却的热机械轧制工艺，称为TMCP工艺。到20世纪五六十年代，人们在普碳钢的基础上添加V,Nb等微合金元素并采用TMCP工艺来提高管线钢的强度。20世纪60年代以后，TMCP工艺已经在欧美和日本得到广泛应用。冷却工艺是TMCP工艺钢板获得良好性能的关键环节。冷却工艺的控制与成品厚度有直接关系，对于厚板来说，冷却过程中沿钢板厚度方向上冷却速度的差异，造成横断面组织不均匀和性能的差异，这成为TMCP工艺的难题，通常采用加速冷却工艺来提高钢板性能。为了降低轧机所承受的载荷，从TMCP轧制工艺进一步演变出高温轧制工艺，称为HTP工艺。采用HTP轧制工艺的钢种需要有较高的再结晶终止温度。采用HTP工艺与TMCP工艺轧制管线钢，其成分设计上最大的不同在于微合金元素Mo和Nb的含量。Mo元素对显微组织的作用是可促进针状铁素体和M-A岛组织的形成，提高钢的屈服强度和抗拉强度。但含Mo钢再结晶终止温度较低，需在待温后的低温非再结晶区轧制，钢的变形抗力高，对轧机的负荷要求高，而且精轧区轧制温度窗口小，需要高节奏轧制。为此，必须适当增加Nb的含量，因为Nb的一个重要作用就是显著提高钢的再结晶终止温度。Nb完全固溶于奥氏体内，与位错相互作用阻碍晶界或亚晶界的迁移，从而抑制奥氏体的再结晶；当轧制温度或道次间隔时间达到应变诱导析出相Nb(CN)析出条件时，析出相偏聚于奥氏体晶界或亚晶界上，通过质点钉扎晶界阻碍奥氏体的再结晶。在超低碳钢中，Nb的固溶度可达到0.11%，当Nb含量为0.11%时，钢的完全再结晶温度可提高到1050ºC。20世纪80年代末，铌微合金钢发展成为重要的管线钢，通过HTP轧制工艺实现了无Mo的针状组织。之后的10多年，HTP工艺生产的管线钢逐渐成为主流。HTP工艺与TMCP工艺的一个重要区别是中间坯厚度。HTP工艺中间坯厚度为产品厚度的3~5倍，而在TMCP工艺中，精轧温度较低，当轧机的能力较低时，通常设定中间坯厚度为终轧厚度的2倍。TMCP工艺较低的终轧温度使轧制后期轧机负荷增加，随之而来的问题是对薄规格钢板板形的控制难度增加。HTP工艺经济效益优于TMCP工艺，所以成为目前高强度管线钢生产的主要工艺