吳長(zhǎng)柏

摘 要：本文對(duì)現(xiàn)場(chǎng)高溫軋制與低溫軋制生產(chǎn)的L290M進(jìn)行分析，討論不同軋制工藝制度下產(chǎn)品性能的均勻性。結(jié)果表明：高溫軋制全長(zhǎng)均勻性保證能力更強(qiáng)，軋制效率更高;高溫軋制可取消頭尾切舍量，提高綜合成材率。

關(guān)鍵詞：低溫軋制;高溫軋制;屈服強(qiáng)度;顯微組織;微觀硬度

中圖分類號(hào)：TG142.1;TG335.11 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2020）31-0036-04

Effects of Different Processes of L290M Pipeline Steel

on the Uniformity of Mother Plate

WU Changbai

（Baogang Zhanjiang Steel Co.， Ltd.，Zhanjiang Guangdong 524000）

Abstract： This paper analyzed L290M produced by high temperature rolling and low temperature rolling， and discussed the uniformity of product properties under different rolling processes. The results show that the high temperature rolling can guarantee the uniformity of the whole length and the rolling efficiency is higher; the cutting amount of the head and tail can be cancelled and the comprehensive yield can be improved.

Keywords： low temperature rolling;high temperature rolling;yield strength;micro structure;micro-hardness

隨著石油與天然氣管道應(yīng)用量增加，埋弧直縫焊鋼管市場(chǎng)需求攀升。為提高輸送效益，管線工程向著大管徑、高壓方向發(fā)展[1]，對(duì)管線鋼的強(qiáng)度、低溫韌性、焊接性等綜合性能的要求也越來越高[2]。根據(jù)市場(chǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，以中俄管線項(xiàng)目為例，在未來5年內(nèi)計(jì)劃投用約3 500 km長(zhǎng)埋弧直縫管。目前，國(guó)內(nèi)外油氣輸送管所適用的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對(duì)管線鋼的強(qiáng)度下限和上限都有明確規(guī)定，必須保證全長(zhǎng)性能均勻，使強(qiáng)度等指標(biāo)保持穩(wěn)定，以獲得優(yōu)良的產(chǎn)品質(zhì)量。

國(guó)內(nèi)某鋼廠接訂L290M管線鋼合同約2 000 t用于地方支線輸氣，尺寸為18.3 mm×3 735 mm×12 090 mm。在采用低溫軋制工藝時(shí)，出現(xiàn)屈服強(qiáng)度超上限且全長(zhǎng)性能不均勻的現(xiàn)象;在采用高溫度軋制時(shí)，韌性與低溫軋制相比無下降趨勢(shì)，且全長(zhǎng)屈服強(qiáng)度更均勻。

本文針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)高溫軋制與低溫軋制生產(chǎn)的L290M進(jìn)行分析，討論不同軋制工藝制度下性能均勻性，為軋制工藝優(yōu)化提供參考。

1 技術(shù)要求

1.1 熔煉成分及成品成分要求

用戶技術(shù)協(xié)議對(duì)生產(chǎn)的L290M成分體系要求如表1所示。

1.2 機(jī)械性能要求

用戶技術(shù)協(xié)議對(duì)生產(chǎn)的L290M力學(xué)性能要求如表2所示。

2 一貫制工藝設(shè)計(jì)

2.1 成分工藝設(shè)計(jì)

根據(jù)L290M牌號(hào)屬性及用戶對(duì)成分及性能要求，一貫制成分設(shè)計(jì)如表3所示。

2.2 軋制工藝設(shè)計(jì)

根據(jù)L290M牌號(hào)屬性及用戶對(duì)成分及性能要求，分別設(shè)計(jì)低溫軋制與高溫軋制兩種工藝，各項(xiàng)工藝設(shè)計(jì)如表4所示。

2.3 一貫制設(shè)計(jì)分析

2.3.1 合金添加方案分析。微量元素Nb的影響主要表現(xiàn)在固溶于奧氏體中，在加熱過程中阻礙奧氏體晶粒長(zhǎng)大，在軋制中會(huì)在位錯(cuò)、亞晶界、晶界上沉淀析出鈮的碳氮化物，阻礙奧氏體再結(jié)晶，同時(shí)加大再結(jié)晶開始和終了臨界變形量，使奧氏體更穩(wěn)定[4];最后擴(kuò)大未再結(jié)晶區(qū)，通過控軋使鐵素體晶粒細(xì)化。

2.3.2 高溫軋制與低溫軋制工藝對(duì)比分析。根據(jù)成分設(shè)計(jì)，第一次試制廠內(nèi)用低溫軋制，熱機(jī)械軋制經(jīng)驗(yàn)Ar3溫度范圍755～805 ℃，根據(jù)控軋?jiān)?，終軋溫度設(shè)定在Ar3線以上，模型計(jì)算低溫開軋800～860 ℃。由顯微組織觀察可知，頭尾鐵素體晶粒發(fā)生變形，可能由于軋制溫度低誘導(dǎo)鐵素體相變?cè)斐设F素體的硬化，同時(shí)再結(jié)晶溫度以下金屬材料在塑性變形時(shí)，發(fā)生位錯(cuò)滑移出現(xiàn)位錯(cuò)的纏結(jié)，使晶粒拉長(zhǎng)、破碎，金屬內(nèi)部產(chǎn)生硬化等[4]。第二次試制廠內(nèi)調(diào)整為高溫軋制，終軋溫度810～870 ℃，模型計(jì)算開軋溫度900～960 ℃。

3 性能分析

3.1 常規(guī)性能分析

對(duì)全長(zhǎng)板拉、-10 ℃下沖擊與落錘、宏觀硬度、彎曲、晶粒度等級(jí)進(jìn)行分析，低溫軋制工藝的1#鋼板頭尾拉伸超上限，高溫軋制工藝的2#鋼板頭尾性能下降明顯且整板屈服強(qiáng)度趨于穩(wěn)定，兩種軋制工藝沖擊、落錘具有相同的保證能力。兩種工藝機(jī)械性能對(duì)比見表5。

3.2 韌脆轉(zhuǎn)變分析

對(duì)兩種軋制工藝制度鋼板頭部沖擊功及落錘剪切斷面率韌脆轉(zhuǎn)變溫度進(jìn)行對(duì)比，兩種工藝在-50 ℃下沖擊功無明顯轉(zhuǎn)變且落錘韌脆轉(zhuǎn)變溫度均低于-15 ℃。對(duì)比結(jié)果詳見圖1至圖2。

3.3 顯微組織分析

由于兩種工藝頭部拉伸相差較大，在鋼板頭部取全厚度為20 mm×20 mm試樣，編號(hào)1#、2#，經(jīng)過研磨、拋光、腐蝕工序在500X下進(jìn)行顯微組織對(duì)比。兩種工藝頭部試樣顯微組織均為鐵素體+珠光體，低溫軋制工藝1#試樣頭部鐵素體組織發(fā)生變形呈長(zhǎng)條狀，高溫軋制工藝2#試樣頭部鐵素體組織呈扁平，晶粒略粗。工藝顯微組織對(duì)比結(jié)果詳見圖3。

3.4 微觀硬度分析

對(duì)兩種工藝的1#、2#試樣進(jìn)行厚內(nèi)位置鐵素體微觀硬度（HV10）分析，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，1#試樣鐵素體硬度高于2#試樣;由于鐵素體硬度與屈服強(qiáng)度呈正相關(guān)，初步斷定第一次調(diào)試性能偏高與組織形態(tài)有關(guān)。鐵素體微觀硬度對(duì)比詳見圖4。

3.5 電子背散射衍射對(duì)比

采用牛津Symmetry探測(cè)器，后期數(shù)據(jù)選擇HKL的Chanel 5軟件進(jìn)行取向差及織構(gòu)的分析，在二次電子圖像上選擇掃描區(qū)域，設(shè)置掃描步長(zhǎng)為0.3 μm。為了確定1#、2#試樣晶粒及晶界角度的關(guān)系，使用HKL公司的Tango軟件對(duì)兩塊試樣進(jìn)行了取向差角度的計(jì)算，1#試樣中小角度晶界為主要晶界類型，2#試樣大角度晶界為主要晶界類型（45°呈現(xiàn)峰值），其中存在少量的小角度晶界。晶粒間的取向差決定了位錯(cuò)的密度[5]，位錯(cuò)密度高導(dǎo)致屈服強(qiáng)度高。具體結(jié)果詳見圖5。

3.6 軋制效率對(duì)比

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，低溫軋制待溫時(shí)間長(zhǎng)，鋼板內(nèi)金屬流動(dòng)性降低，軋制速度下降。低溫軋制工藝軋制一塊大板約3.5 min，小時(shí)產(chǎn)量約17塊;高溫軋制工藝軋制一塊大板約3 min，小時(shí)產(chǎn)量約20塊，高溫軋制有助于提升產(chǎn)能。

3.7 批量性驗(yàn)證

根據(jù)圖6可知，低溫軋制個(gè)別鋼板屈服強(qiáng)度不合格且穩(wěn)定性差，高溫軋制屈服強(qiáng)度全部合格且穩(wěn)定性明顯提升。

4 結(jié)論

第一，降低Nb含量，縮小奧氏體相區(qū)，根據(jù)現(xiàn)有的軋制水平及工藝設(shè)計(jì)可保證性能均勻穩(wěn)定;第二，高溫軋制全長(zhǎng)均勻性保證能力更強(qiáng)，軋制效率更高;第三，高溫軋制可取消頭尾切舍量，提高綜合成材率。

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