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CSP生产线开发矿浆输送管用X65管线钢的生产实践

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第32卷34 第2期 上海金属 Vo1.32,No.2 March。2010 2010年3月 SHANGHAI METALS CSP生产线开发矿浆输送管用X65管线钢的生产实践 李德刚 董瑞峰 - 王国栋 (1.东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室,辽宁沈阳1 10004: 2.包钢薄板坯连铸连轧厂) 【摘要】 介绍包钢CSP生产线开发矿浆输送管用X65管线钢的情况。采用Nb含量达 0.065%的微合金化成分设计及控轧控冷工艺,生产出厚度为11.0~12.7 mm的厚规格X65管 线钢5 000余t,未出现常见的混晶现象,钢带的组织、性能优良,满足AP15L制管要求。所制成 的1.2万m钢管现场打压一次成功。 【关键词】CSP生产线矿浆输送管X65管线钢Nb微合金化 PRoDUCTIoN oF X65 PIPELINE STEEL FoR IRoN CoNCENTRATE SLURRY IN CSP LINE Li Degang ' Dong Ruifeng ・ Wang Guodong (1.The State Key Lab of Rolling&Automation,Northeastern University; 2.Baotou Iron&Steel(Group)Co.,Ltd.,Compact Strip Production Plant) 【Abstract】 An industrial experiment of developing X65 pipeline steel for iron concentrate slurry in Baogang CSP line was introduced.With more than 0.065%Nb Microalloyed,5 000 t X65 pipeline steel of the thickness 1 1.0~12.7 mm was produced by TMCP process.The steel was eom— posed of ine and unifform structures,showing good performance and excellent toughness,which could meet the AP1 5 L requirements of pipeline manufacture.The hydrostatic test to 1 2 000 m pipeline made of the steel was sueeessfu1. 【Key Words】 CSP Line,Iron Concentrate Slurry Pipeline,X65 Pipeline Steel,Nb Microal— loying 管线用钢特指石油(原油)、成品油、天然气、 供货,迄今为止,已批量生产5000余t X65管线 钢,满足了矿浆及供水管线工程需要,同时也为 CSP生产线增加高钢级管线板品种,扩大高钢级 煤浆、矿浆等输送管道用钢板和带材,其行业的特 殊性要求管线钢具有较高的强度、较好的低温韧 性以及良好的焊接性能和耐腐蚀性。 包钢CSP生产线(薄板坯连铸连轧)立足现 管线板市场份额,具有重要的技术意义和经济意 义。 有装备,在成功开发了X60管线钢的基础上,于 2007年立项并开始研制X65高强度管线钢。结 合包钢白云鄂博西矿山铁精矿矿浆管道和供水管 道工程用X65管线钢技术条件以及与钢管生产 厂签订的技术协议,先后从2007年3月到2008 年1月进行工业试验,并于2008年4月开始批量 1 X65钢的生产工艺流程 包钢X65管线钢的基本工艺流程为:铁水预 脱硫一转炉冶炼一LF炉外精炼一薄板坯连铸一 加热一控轧控冷一卷取。采用铁水预处理降低硫 含量,210 t转炉顶底复合吹炼及LF钢包精炼进 行严格的钢水成分和温度控制,采用薄板坯连铸 作者简介:李德刚,男,正高级工程师,博士生,包钢集团公司总工程师 第2期 李德刚等:CSP生产线开发矿浆输送管用X65管线钢的生产实践 45.00 40 00 35 机进行高温无缺陷浇铸,四辊高刚度大压下热连 轧机组进行合理的热机械处理(控制轧制),并使 热轧钢带具有高精度的几何尺寸,通过层流冷却 (控制冷却)实现产品的最终组织和性能的稳定 35.00 30.00 25.00 20 00 23.53 -^‘uI 15.00 i0,oo f l3.73 控制。 2成分和工艺设计 2.1化学成分 根据合金元素在高钢级管线钢中的作用与控 制 “j,包钢CSP生产线X65管线钢的成分设计 主要依据以下原则。 (1)采用低的碳含量设计,以提高管线钢的 韧性和塑性,并具有良好的焊接性; (2)为最大限度地利用晶粒细化的强化作 用,采用了铌微合金化和控制轧制控制冷却的热 机械处理工艺; (3)采用微钛处理技术以改善焊接热影响区 的韧性,结合铌、钒等微合金化的细晶强化和沉淀 强化作用提高管线钢的强度; (4)通过降低硫含量和改变夹杂物形态的钙 处理工艺,提高管线钢的冲击韧性。 表1包钢X65管线钢的化学成分(质量分数,%) 2.2轧制工艺 根据薄板坯流程特征所产生的特殊物理冶 金现象 ,设计了适合CSP流程特点的Nb微 合金钢的TMCP生产技术,主要工艺设计原则为 尽可能提高F1、F2机架轧制的变形温度和变形 量,以保证高温大应变量变形使原始粗大铸造 树枝晶发生完全再结晶,之后,通过机架间加速 冷却将钢带迅速冷却至未再结晶区并进行未再 结晶控制轧制,从而实现连轧过程组织的均匀 化和细化。 3产品性能与组织 3.1 力学性能 图1~4为试验钢带拉伸性能分布图,由图可 见,所有试验钢带屈服强度、抗拉强度、延伸率及 屈强比均满足技术协议要求,且数据分布集中,散 差小,说明所有试验钢带性能控制稳定。 5.00 二0.00 0.00 t ]0.00二 480 ̄490 490 ̄505 505 ̄520 520 ̄535 535 ̄550 55 565 屈服强度/MPa 图1 试验钢屈服强度分布图 60.OO 50.O0 4O.00 30.00 20.0O 10.00 O.OO 抗拉强度/MPa 图2试验钢抗拉强度分布图 延伸率 图3试验钢延伸率分布图 5O.O0 45 0O 40.O0 35.oo 糊-30.O0 24.49 25.oo 2O.OO l l5.00 — 24_ l4.29 10.O0 f 5.O0 36 上海金属 第32卷 在一50 cC或一60℃出现低于300 J的情况,绝大部 分数据均大于300 J,也即所有试验钢在一50℃时冲 .・ ◆ . ・. ◆一协议 限 击功数值均大于协议要求的下限值(一20℃时)。 3.2显微组织 ! 一 ~ ’ 图6为厚度11.0 mm和12.5 mm钢带金相 ● ’ ◆ 【l 20 t0 60 80 ◆ 100 l20 J10 160 照片,由图可见,钢带组织均匀细小,晶粒度达到 l0级以上,主要为铁素体+珠光体(少量)+针状 铁素体。晶粒尺寸越小,钢材的韧性越好,尤其对 落锤撕裂试验剪切面积影响越好。组织越均匀, 钢带的力学性能均匀性越好。 批次 图5试验钢维氏硬度分布图 明,试验钢带具有良好的低温冲击韧性,除个别样品 图6 X65试验钢带金相照片 3.3黄河水及矿浆腐蚀试验 3.3.3黄河水及矿浆腐蚀实验结果 表2为试样在黄河水、不同氯离子浓度蒸馏 为了解包钢生产的X65热轧钢带材质是否 具备抗黄河水及矿浆腐蚀特性,制作了腐蚀试验 试件。由美国管道系统工程(包头)有限公司(简 水、黄河水与矿浆澄清水按比例配制介质中的腐 蚀试验和连选铁精矿浆包钢试件腐蚀测试整个过 程的试验结果。 表2包钢X65热轧钢带试件(全过程)腐蚀测试 平均值 称PSI)为包钢完成试验工作,目的是验证包钢 X65热轧钢带能否满足包钢铁精矿浆管道输送的 耐蚀要求。 3.3.1黄河水及矿浆腐蚀试验规范 腐蚀试验规范如下:矿浆浓度为65.41%(固 体重量浓度),矿浆初始pH为7.87,测试过程中 将矿浆pH调整到10.83(用石灰调整);为了解黄 试验项目 日期 晕霎 ) 河水中不同氯离子浓度对管道的点蚀程度,分别 添加不同质量的KC1使蒸馏水中含有100 mg/L、 200 mg/L、300 mg/L的氯离子以进行腐蚀试验; 最后又分别添加不同质量的NaC1,使蒸馏水中含 有100 mg/L、200 mg/L、300 mg/L的氯离子进行 了腐蚀试验。所有腐蚀试验结果都以X65热轧 钢带试件进行称重来检测腐蚀速率。 3.3.2黄河水及矿浆腐蚀试验过程 从2007年8月3日至8月19日期间,共进 注:1罾尔=1/1000 in=0.0254 mm 图7为试件经黄河水及矿浆腐蚀试验的表面 状况图,可见,既存在基体均匀腐蚀,又有坑蚀 行了3次黄河水的腐蚀试验,在同年8月23 Et, 采用矿浆澄清水和黄河水按照3:17的比例进行 配置,又进行了一次腐蚀试验。 (麻点、点蚀)不均匀腐蚀。开口状态稳定后的腐 蚀速率平均值较高,但封闭并稳定后的腐蚀速率 平均值较低(腐蚀速率0.152 4 mm/a)而且满足 第2期 李德刚等:CSP生产线开发矿浆输送管用X65管线钢的生产实践 37 设计要求(腐蚀速率0.203 2 mm/a)。 图7 包钢黄河水与矿浆腐蚀样照片 3.4质量评估 为了解包钢开发的X65管线钢综合性能指标 是否满足技术协议要求,选取其中3卷钢带委托西 安管材研究所进行了全面检验和评估。分别对3 卷钢带的化学成分、金相,横、纵向拉伸性能,维氏 硬度,横、纵向夏比冲击性能(一20℃、一40℃), 横、纵向落锤撕裂试验等进行了系统检验。检测结 果均达到了技术要求,尤其一2(】℃落锤撕裂试验 横、纵向剪切面积均达到了96%以上。 3.5使用效果 包钢开发的X65高强度管线钢热轧钢带全 部用于宝鸡住金石油钢管有限公司承制的包钢白 云铁精矿矿浆管道工程,钢带规格为11.0 mm× 1130 mm,通过ERW工艺制成的钢管尺寸为 @356 mm×11.0 mlTl,已生产4600余t。对制成钢 管的母材、焊缝及热影响区的强度和冲击韧性检 验结果表明(检验结果见图8、9),均满足包钢白 云铁精矿管道设计要求。 0.93 0.9 /,/ 《 /// \ / 黧 I ,’ 嗵 ∥/ ∥/ 350 400 450 500 550 60O 650 70O 750 800 抗拉强度/MPa 图8 管体母材力学性能分布情况 由图9可见,批量生产的X65管材冲击韧性 焊管编号 图9 管体母材及焊缝区冲击韧性分布情况 优良,不论管体母材还是焊缝及热影响区在 一20 ̄C时的冲击韧性均大于100 J。 并且所制成的1.2万1TI钢管现场打压一次 成功。 4结论 (1)包钢开发的X65管线钢热轧钢带采用 Nb、Ti微合金化的钢种成分及工艺设计合理,所 有试验钢带综合性能均达到了包钢白云铁精矿管 道设计要求。 (2)11.0 mm以上规格钢带的组织均匀、细 小,均为多边形铁素体+针状铁素体+少量珠光 体,针状铁素体比例都在50%以上,晶粒度为10 一l2级。研发生产了Nb含量达0.06%~ 0.07%,厚度超过10 ITlm规格的钢带,11.0 1TIITI、 12.5 miD_厚规格钢带未出现混晶现象。 (3)经西安管材研究所质量评估表明,批量 试生产的钢带力学性能优良,满足与宝鸡住金石 油钢管有限公司签订的技术协议要求。 (4)批量试生产的钢带在制成钢管后综合性 能优良,满足白云铁精矿管道设计要求。所制成 的1.2万m钢管现场打压一次成功。 参考文献 [1]王春明,鲁强,吴杏芳.管线钢的合金设计[J].鞍钢技术, 2004,(6):22. 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