阿拉斯加管道工程用抗大变形X80双相管线钢开发 4页

第35卷第6期上海金属Vo1．35，No．62013年11月SHANGHAIMETALSNovember，201311阿拉斯加管道工程用抗大变形X80双相管线钢开发刘文月任毅高红张帅王爽张禄林(鞍山钢铁股份有限公司，辽宁鞍山114009)【摘要】介绍了为阿拉斯加管道工程项目所开发的高强管线钢板，具有抗大变形的性能特征，其中关键技术之一是双相组织控制。通过控轧控冷工艺获得(铁素体+贝氏体)组织的钢板：控轧后在入水冷却前进行空冷，使多边形铁素体率先在基体中析出，然后通过加强水冷强度使剩余的基体组织转变为贝氏体，从而控制钢板的强度达到xa0级别。研究结果表明，开始冷却温度是关键工艺参数，对钢板性能具有决定性作用。当铁素体均匀分布时，试验钢表现出良好的综合性能。采用合适的水冷工艺，低温韧性、变形能力与强度的配合才能达到阿拉斯项目对xa0管线钢的要求。【关键词】阿拉斯加管线钢xa0双相钢变形能力DEVELoPMENToFDUALPHASEX80PIPELINESFoRHIGHSTRAINAPPLICATIoNINALASKAPIPELINEPRoJECTLiuWenyueRenYiGaoHongZhangShuaiWangShuangZhangLulin(AnshanIron&SteelCo．，Ltd．，AnshanLiaoning114009，China)【Abstract】ExtensivestudieswereconductedtodevelopthehighstrengthpipelinesteelswithhighdeformabilityforAlaskapipelineproject．Oneofthekeytechnologieswasdualphasecontrolling．Theaimedstructureofsteelplateswasferrite—bainite，whichcouldbeobtainedbythermomechanicalcontrolledprocess．Lowcarbonsteelswereenabletoformpolyferriteduringrelaxingaftercontrolledrolling，andenhancedthematrixstrengthtogradexa0withacceleratedwatercooling．Whenpolyferritewasequablydispersed，theexperimentalsteelshadexcellentintegratedmechanicalproperties．Theresultsillustratedthatthestartacceleratedcoolingtemperaturewasthedecisivefactor．Withproperwatercoolingprocess，thecombinationofstrength，ductilityanddeformabilityreachedtheneedofxa0pipelinesteelforAlaskapipelineproject．【KeyWords】Alaska，PipelineSteel，X80DualPhase，Deformability阿拉斯加管道项目(以下简称APP)的目标良低温韧性的全新要求。是输送阿拉斯加NorthSlope地区开采的天然气为了达到APP所需钢管的要求，鞍钢通过资源。该项目在未来几十年中将为周边市场提供几轮工业试制，开发出了可制备1219mm钢安全可靠的清洁能源。因为管道所经区域地质条管的X80钢板。试制结果表明，铁素体与贝氏件极其复杂恶劣，APP采用了基于应变的设计思体的复合组织是较好的组织类型，这可与其它想，以应对诸如地质断层、地震、滑坡、冰原以及冻研究结果相印证¨。文中主要介绍这类新型土环境等不利因素。APP所需钢管采用API5LX80管线钢板的性能、冶金学及其生产技术等方xa0钢板制备，并对钢板提出了高变形能力与优面的特点。作者简介：刘文月，男，博士，工程师，主要从事管线钢产品开发，Email：wenyueliu@yahoo．cn\n12上海金属第35卷l试验方法与过程性能检测用样品的加工与检测，按照API5L管试验钢所用钢坯为连铸坯，采用4300iTlnl线用钢通用标准进行。试验过程在由计算机自VAI轧机轧制成最终名义厚度为23．71Mn的钢动控制的检测系统上，分别在室温、一25、板。试验钢的名义成分为(0．02～0．06)％C一一2O完成。(0．20～0．25)％Si一(1．75～1．85)％Mn，以及适2试验结果与讨论添加Cr＼Mo＼Ni＼Cu＼Nb＼Ti等合金元素。2．1APP技术要求拉伸性能检洲，分别在钢板宽度二分之一处APP钢管必须满足如表1所示的技术要求。取横向样，在四分之一处取纵向样。V型缺口夏与传统X80钢管相比，技术要求中新添加r纵向比冲击CVN检测、落锤撕裂试验DWTT均选用拉伸性能的要求。要同时实现这些性能指标，在横向样品，取样位置为钢板宽度四分之一处。技术上是一项挑战。表1APP钢管性能指标Table1SpecificationofAPPX80pipes众所周知，制管会显著影响材料的性能。所应该满足的性能指标，如表2所示。以，鞍钢与管厂合作，共同制定出APPX80钢板表2APP钢板用钢板性能指标Table2SpecificationofPXS0as—rolledplates2．2组织与性能氏体转变为铁素体，受扩散机制控制，该过程需要为r获得表2中所列的钢板性能，钢板的目将固溶的碳扩散到周围未转变的奥氏体中去。如标组织选定为铁素体与贝氏体复合组织。按照冶果冷却速度太高，能够抑制碳的扩散，当温度达到金学观点，当连续冷却过程中，钢板温度低于奥氏贝氏体转变或马氏体转变温度时，未转变的奥氏体一铁素体转变温度A时，在冷却速度不超过析体将会转变为贝氏体或M—A组织。出铁素体的临界冷速时，铁素体将会在奥氏体晶试验钢在不同水冷开始温度的力学性能与其粒内部或晶界上形核并长大。这个临界值对本试组织构成有密切的关系。通过控制空冷时间，可验钢而言约为4～5℃／s。以精确控制铁素体的体积分数，从而可以同时获生产实践中，铁素体的析出与长大是在钢板得高强度、低屈强比与高均匀延伸。冷过程中完成的。延长空冷时问，铁素体体积为了同时获得高强度与低屈强比，优化铁素分数及其晶粒尺寸的数值将会增大。这是因为奥体体积分数与晶粒尺寸是必要的，可以通过\n第6期刘文月等：阿拉斯加管道工程用抗大变形X80双相管线钢开发l3TMCP工艺有效的实现。值得一提的是，从生产与之相反。制管以及涂层过程均会明显影响材料效率方面讲，离线热处理对管线钢而言是难以接屈服强度、屈强比与均匀延伸。所以制管过程必受的，因为管线钢的生产往往是大批量进行的。须严格控制，尽量减少钢板变形与热涂覆的不利图1给出了铁素体体积分数对试验钢均影响。因此，保证钢板与钢管性能之问的匹配是匀延伸uEL性能的影响。由图可见，随着铁素体一项重大挑战，抗大变形XSO管线钢吸引了越来体积分数的增加，试验钢的均匀延伸值随之提高。越多人的关注与研发。当铁素体体积分数达到约40％时，钢板可以获得14。＼l2约12％的均匀延伸值。继续增加铁素体体积分骂10＼、8＼_——一一?～＼一，，数，均匀延伸也增加，但会导致强度明显降低。因。88。84此，针对不同合金体系的管线钢而言，铁素体体积。8o／一／÷＼＼＼÷一／／／?分数存在最佳范围，本文为15％～50％。。～～一～～～试制过程中发现，开始加速冷却的冷却速度675＼。＼■有最优范围，约为6～40oC／s。如果水冷速度低．．．560于6~C／s，铁素体体积分数会急剧增加，导致钢板m／／卢～～～一一一一墨。强度明显降低，且低于X80钢板技术条件的要求，这是不可接受的。如果水冷速度高于40图2制管与涂层前后材料性能的变化／s，M—A组织将会粗化，粗大的M—A岛状组织Fig．2Variationofmaterialpropertyinducedbypipe—会严重割裂基体的连续性，恶化基体的低温韧性。makingandcoating这种情况下，一20℃下Dw1Yr剪切面积往往会低双相组织的拉伸强度Ts可用混合法则来表于50％。示，如式(1)通过控制两相的体积分数及其硬度，可同时获得低屈强比与高强度、高均匀延伸。TS=VFF+VHH(1)式中代表某一相的体积分数，O-为该相拉伸强度，F代表着软相(本文中为铁素体)，H代表硬相(本文中代表贝氏体，也包括MA)。从该式可以看出，增加铁素体体积分数或降低贝氏体强度，都可以调低材料的强度。当钢的组织主要是铁素体时，该钢的屈服强度YS可以用Hall—Petch公式表示，如公式(2)：％YS=kd-。+++州+d+o(2)式中d为铁素体晶粒尺寸，为间隙原子固图1铁素体体积分数与均匀延伸之间的关系溶强化增加的强度，为置换原子固溶强化增加Fig．1Relationshipofvolumeratioofferriteand的强度，为析出强化项，如为位错强化项，uniformelongation与。为材料常数。由式2可知，降低材料的屈服图2为制管与涂层前后材料性能的变化。如强度可以通过增加铁素体晶粒尺寸与降低铁素体图所示，APPX80钢板与钢管的性能均能满足表硬度来实现。1与表2所列的性能指标。钢板通过JCOE制管基于本次实践，提高铁素体体积分数，屈服强工艺成形为钢管。制管过程的变形影响以及后续度降低，但是抗拉强度变化规律比较复杂。抗拉防腐涂层过程的热作用，使钢材因应变时效的作强度先增加后降低，这是因为在连续冷却过程中，用，性能发生改变。这种改变可以从图2中看出。贝氏体的强度是变化的。在奥氏体向铁素体转变热轧态钢板具有最低的屈服强度、屈强比以及最(下转第52页)高的拉伸强度、均匀延伸值。时效钢管的性能则\n52上海金属第35卷钢板编，譬橇控制(sK1)咬入速度／咬人【乇度／下率／％控制效(I'l·s1一80l4．5头部l翘严重—8O．1l0．9火翘仉程度华—40l14．0}翘消除6，钩状O0．4l42几乎平直004l5．6头部卜扣严瞳，制板掩击辊道综上，本次试验中针对该轧机及该产品合理曲，随着压下率的逐渐增大，轧件变形逐渐深入，轧的没定数据为：咬入速度为1．3m／s，咬入长度件头部逐渐从向小辊侧弯曲演变为向大辊侧弯曲。0．413"1，终轧道次压下率14．2％。(4)“雪橇控制”会使钢板头部产生“钩状”，3结论通过针对不同钢种、不同规格钢板设定合理的咬(1)通过对中厚板生产现场影响头部弯曲各入速度和咬入长度，进一步改善了钢板头部形状。种主要因素进行定性分析，找到了温度、工作辊辊参考文献径差、工作辊转速差、道次压下率、轧制线高度等[I]田勇中厚l板轧制轧件头邴弯l及控的研究l1)．沈埘轧件头部弯曲的影响机理。阳：东北大学，2009l2萤远．热轧时铝带头部产生翘曲原因分析及预防[Jj．(2)钢坯上下表面温度均，会使钢坯产生属加工技术，200l，29(9)：18．“阴阳面”，导致轧件头部弯曲严重，一般应控制[3]畅竞，吴迪平．轧件头部下弯的成闪分析【J]．北京科技大钢坯出炉时下表面温差在30～50以内。学学报，1997，I9：97-100．(3)现场配辊会较大程度影响到钢板头部弯收修改稿日期：2013—08—20(上接第13页)Mierosh'uetureandMechanicalP1operties{)fX70iorStrain—的过程中，jl：t于合金元素的扩散，后转变的贝氏体basedDesignLinePipeSteellJj．Male,rialandHeal为同溶了更多的合金元素而强度增加丁。在整Freatment，2009，28(2)：38—41．个转变过程中，铁索体强度的变化却不明显。[2]JiaoDT，CaiOW，WuHB．EfectsotCoolingPro