L290M管线钢不同工艺对大板均匀性的影响

吴长柏

摘 要：本文对现场高温轧制与低温轧制生产的L290M进行分析，讨论不同轧制工艺制度下产品性能的均匀性。结果表明：高温轧制全长均匀性保证能力更强，轧制效率更高;高温轧制可取消头尾切舍量，提高综合成材率。

关键词：低温轧制;高温轧制;屈服强度;显微组织;微观硬度

中图分类号：TG142.1;TG335.11 文献标识码：A文章编号：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

随着石油与天然气管道应用量增加，埋弧直缝焊钢管市场需求攀升。为提高输送效益，管线工程向着大管径、高压方向发展[1]，对管线钢的强度、低温韧性、焊接性等综合性能的要求也越来越高[2]。根据市场调研发现，以中俄管线项目为例，在未来5年内计划投用约3 500 km长埋弧直缝管。目前，国内外油气输送管所适用的标准规范对管线钢的强度下限和上限都有明确规定，必须保证全长性能均匀，使强度等指标保持稳定，以获得优良的产品质量。

国内某钢厂接订L290M管线钢合同约2 000 t用于地方支线输气，尺寸为18.3 mm×3 735 mm×12 090 mm。在采用低温轧制工艺时，出现屈服强度超上限且全长性能不均匀的现象;在采用高温度轧制时，韧性与低温轧制相比无下降趋势，且全长屈服强度更均匀。

本文针对现场高温轧制与低温轧制生产的L290M进行分析，讨论不同轧制工艺制度下性能均匀性，为轧制工艺优化提供参考。

1 技术要求

1.1 熔炼成分及成品成分要求

用户技术协议对生产的L290M成分体系要求如表1所示。

1.2 机械性能要求

用户技术协议对生产的L290M力学性能要求如表2所示。

2 一贯制工艺设计

2.1 成分工艺设计

根据L290M牌号属性及用户对成分及性能要求，一贯制成分设计如表3所示。

2.2 轧制工艺设计

根据L290M牌号属性及用户对成分及性能要求，分别设计低温轧制与高温轧制两种工艺，各项工艺设计如表4所示。

2.3 一贯制设计分析

2.3.1 合金添加方案分析。微量元素Nb的影响主要表现在固溶于奥氏体中，在加热过程中阻碍奥氏体晶粒长大，在轧制中会在位错、亚晶界、晶界上沉淀析出铌的碳氮化物，阻碍奥氏体再结晶，同时加大再结晶开始和终了临界变形量，使奥氏体更稳定[4];最后扩大未再结晶区，通过控轧使铁素体晶粒细化。

2.3.2 高温轧制与低温轧制工艺对比分析。根据成分设计，第一次试制厂内用低温轧制，热机械轧制经验Ar3温度范围755～805 ℃，根据控轧原理，终轧温度设定在Ar3线以上，模型计算低温开轧800～860 ℃。由显微组织观察可知，头尾铁素体晶粒发生变形，可能由于轧制温度低诱导铁素体相变造成铁素体的硬化，同时再结晶温度以下金屬材料在塑性变形时，发生位错滑移出现位错的缠结，使晶粒拉长、破碎，金属内部产生硬化等[4]。第二次试制厂内调整为高温轧制，终轧温度810～870 ℃，模型计算开轧温度900～960 ℃。

3 性能分析

3.1 常规性能分析

对全长板拉、-10 ℃下冲击与落锤、宏观硬度、弯曲、晶粒度等级进行分析，低温轧制工艺的1#钢板头尾拉伸超上限，高温轧制工艺的2#钢板头尾性能下降明显且整板屈服强度趋于稳定，两种轧制工艺冲击、落锤具有相同的保证能力。两种工艺机械性能对比见表5。

3.2 韧脆转变分析

对两种轧制工艺制度钢板头部冲击功及落锤剪切断面率韧脆转变温度进行对比，两种工艺在-50 ℃下冲击功无明显转变且落锤韧脆转变温度均低于-15 ℃。对比结果详见图1至图2。

3.3 显微组织分析

由于两种工艺头部拉伸相差较大，在钢板头部取全厚度为20 mm×20 mm试样，编号1#、2#，经过研磨、抛光、腐蚀工序在500X下进行显微组织对比。两种工艺头部试样显微组织均为铁素体+珠光体，低温轧制工艺1#试样头部铁素体组织发生变形呈长条状，高温轧制工艺2#试样头部铁素体组织呈扁平，晶粒略粗。工艺显微组织对比结果详见图3。

3.4 微观硬度分析

对两种工艺的1#、2#试样进行厚内位置铁素体微观硬度（HV10）分析，试验发现，1#试样铁素体硬度高于2#试样;由于铁素体硬度与屈服强度呈正相关，初步断定第一次调试性能偏高与组织形态有关。铁素体微观硬度对比详见图4。

3.5 电子背散射衍射对比

采用牛津Symmetry探测器，后期数据选择HKL的Chanel 5软件进行取向差及织构的分析，在二次电子图像上选择扫描区域，设置扫描步长为0.3 μm。为了确定1#、2#试样晶粒及晶界角度的关系，使用HKL公司的Tango软件对两块试样进行了取向差角度的计算，1#试样中小角度晶界为主要晶界类型，2#试样大角度晶界为主要晶界类型（45°呈现峰值），其中存在少量的小角度晶界。晶粒间的取向差决定了位错的密度[5]，位错密度高导致屈服强度高。具体结果详见图5。

3.6 轧制效率对比

根据现场情况，低温轧制待温时间长，钢板内金属流动性降低，轧制速度下降。低温轧制工艺轧制一块大板约3.5 min，小时产量约17块;高温轧制工艺轧制一块大板约3 min，小时产量约20块，高温轧制有助于提升产能。

3.7 批量性验证

根据图6可知，低温轧制个别钢板屈服强度不合格且稳定性差，高温轧制屈服强度全部合格且稳定性明显提升。

4 结论

第一，降低Nb含量，缩小奥氏体相区，根据现有的轧制水平及工艺设计可保证性能均匀稳定;第二，高温轧制全长均匀性保证能力更强，轧制效率更高;第三，高温轧制可取消头尾切舍量，提高综合成材率。

参考文献：

[1]王仪康.高压输气管线材料和相关问题[J].焊管，2000（3）：84-90.

[2]江海涛，康永林，于浩，等.国内外高钢级管线钢的开发与应用[J].管道技术与设备，2005（2）：21-24.

[3]彭建，杨春楣.加热工艺对微合金钢Ti、Nb固溶及奥氏体晶粒长大的影响[J].金属成形工艺，2003（3）：51-52，55.

[4]王亚男.材料科学基础[M].北京：冶金工业出版社，2012.

[5]孟杨，任群，鞠新華.利用局域取向差衡量变形金属中的位错密度[J].材料热处理学报，2014（11）：122-128.