摘要：控轧工艺是用薄板坯连铸连轧流程生产Nb微合金化管线钢的技术关键；通过对粗晶奥氏体再结晶规律的研究，以及对薄板坯连铸连轧流程再结晶控轧和未再结晶控轧的工艺研究，成功地开发出组织均匀、细化的Nb微合金化X52、X56和X60管线钢。

关键词：薄板坯连铸连轧；Nb微合金化；管线钢；控制轧制

1前言

    广州珠江钢铁有限责任公司的电炉一薄板坯连铸连轧(EAF-CSP)工艺不能生产碳含量为0．09％～0．15％的包晶钢，同时，由于铸坯厚度只有50～60mm，难以轧制厚8mm以上的带钢，因而生产X52、X56和X60级管线钢非常困难。为此，珠钢结合EAF-CSP流程的冶金学特点，进行了含Nb管线钢的研发工作，开发出了Nb微合金化X52、X56和X60级管线钢。

2试验材料及方法

    Nb微合金化管线钢的化学成分见表1，轧制工艺参数见表2。

  轧后钢卷尾部切掉8m，剖取横向金相试样进行研磨、抛光，用4％硝酸酒精溶液腐蚀，采用光学显微镜进行显微组织分析。

3试验结果

    针对珠钢EAF—CSP工艺特点，采用Nb—Ti复合微合金化工艺，试制的X52、X56和X60级管线钢各项力学、工艺性能达到或超过了美国石油学会制定的．API SPEC5L石油天然气输送管用热轧板卷技术条件和工程使用技术要求，带钢具有较细的晶粒和良好的低温冲击韧性，各项力学性能见表3。

    X52、X56和X60级管线钢带钢中心处的显微组织如图1所示。带钢组织十分细小，均匀性较好，基本没有混晶，晶粒度约为ASTMll级。

4分析与讨论

4．1粗晶奥氏体再结晶规律研究

    Nb可阻止变形奥氏体再结晶，原始粗大的奥氏体可抑制变形奥氏体再结晶，总压缩比低、变形温度低可抑制奥氏体再结晶，这些因素将导致铸造粗大的原始奥氏体在直轧过程中再结晶不完全，从而导致钢带组织不均匀。为此，有效控制含Nb粗晶奥氏体再结晶动力学是实现组织均匀化的关键，研究粗晶奥氏体再结晶动力学对开发配套生产工艺具有极其重要的意义。

  试验采用Gleeble一3500热变形模拟试验机。为保证使原始奥氏体粗化，试验采用的加热温度为1350℃。淬火试样分析表明，此时奥氏体晶粒尺寸约为400μm。

    图2为试验钢分别于1150、1200、1250、1300、1350℃均热后，冷却至1050℃变形的应力应变曲线。可见，随着加热温度升高，原始奥氏体组织粗化，再结晶难度增加。而低温加热条件下，因原始奥氏体晶粒较小，变形过程中发生了明显的动态再结晶。研究结果说明，原始奥氏体晶粒尺寸对再结晶动力学有十分明显的影响。原始奥氏体晶粒尺寸越大，再结晶越困难，减小原始奥氏体晶粒尺寸有利于促进变形奥氏体再结晶。

    对CSP工艺来说，变形奥氏体在道次间隔时间内发生的静态再结晶是完成再结晶过程的关键。图3是利用热变形模拟试验研究的在1050℃变形50％后，不同加热温度(即不同原始奥氏体晶粒尺寸)样品的静态再结晶动力学。可见，减小奥氏体晶粒尺寸可促进奥氏体再结晶，提高变形量也可促进奥氏体再结晶。

    在实际工业生产中，控制粗大奥氏体晶粒尺寸是很困难的，因而，尽可能提高高温轧制的轧制温度，提高高温轧制变形量，充分利用机架间时间是保证再结晶充分的关键。

4．2控轧工艺研究

    CSP工艺特点及Nb在微合金钢中的作用机理决定了CSP技术生产含。Nb钢主要以2种方式细化晶粒：(1)相变与再结晶细化晶粒；(2)第二相质点钉扎晶界而阻止晶粒长大，同时又取得沉淀强化效果。在传统工艺中，为了有效利用Nb沉淀强化作用，需要将加热温度提高到1250℃，保证Nb能固溶；CSP生产中1100～1150℃的均热温度可以保证Nb完全溶解在奥氏体中，但加入的Nb要适量，既要确保铸态组织在连轧早期发生完全再结晶，也要保证在后面道次的轧制过程中奥氏体发生加工硬化。

    珠钢Nb微合金化管线钢采用的控轧工艺为再结晶区控轧和未再结晶区控轧2种工艺方式：

    (1)再结晶区控轧工艺

    由于CSP工艺难以严格区分粗轧和精轧，铸态组织的奥氏体晶粒尺寸在很大范围内变化，粗大的原始晶粒尺寸和固溶Nb的拖曳作用，将使动态再结晶的最小临界应变值ε_c大幅提高，为了达到细化铸造组织的效果，采用高温大压下是必要的。

    再结晶区控轧工艺要点：①适当提高连铸拉速，使铸坯入炉温度尽可能高，避免或减少Nb(C，N)过早析出；②均热温度尽可能高，一方面可以促进在加热阶段对成品钢韧性不利的一次析出物Nb(C，N)在加热时充分回溶，另一方面为高温再结晶区轧制创造了温度条件；③减少除鳞水投入量，提高连轧开轧温度；④F₁、F₂机架压下量要大(45％以上)，使原始粗大奥氏体组织通过静态再结晶演变为细小、均匀的奥氏体组织。常规工艺及TSCR工艺各机架压下量对比如图4所示。

    (2)未再结晶区控轧工艺

    Nb可提高钢的未再结晶温度，使钢带生产中易于实施未再结晶控轧，即通过轧制变形后奥氏体的扁平化和晶内形变带数量增加，提高γ一α相变形核的有效晶界面积，提高相变形核率，从而获得细化的组织，这是Nb微合金化技术的核心和关键。对CSP流程来说，轧机机架相对集中，珠钢6个机架连续排列，轧制中既要实现粗晶奥氏体再结晶，又要实现Nb微合金钢的未再结晶控轧，是珠钢CSP流程Nb微合金钢生产必须解决的问题。

    在轧制各阶段，由于形变诱导作用，较小的Nb(C，N)大量析出，分布在奥氏体晶界、形变带及亚晶界上，有效地钉扎奥氏体晶界阻止晶粒长大，并且阻止奥氏体的形变再结晶，形成细小的形变奥氏体，为相变细化晶粒创造条件。

  —般来说，降低终轧温度可促进Nb(C，N)在奥氏体内的析出，阻止奥氏体晶粒和长大。同时由于在未再结晶区控轧，能增加奥氏体晶内的形变带，使铁素体不仅在晶界，而且在晶

内的形变带上形核。所以随着终轧温度的降低，铁素体晶粒变细。因此，应根据轧机的能力尽量降低终轧温度。

  未再结晶区控轧工艺要点：①高温再结晶控轧后快冷至未再结晶区进行轧制，采用空过机架(厚规格)或减少中间机架压下量(薄规格)及加大机架间冷却水的方法避开部分再结晶区，以免产生混晶组织；②未再结晶区要保证足够的变形量以细化α晶粒；③根据生产节奏和轧机的能力，尽量选择较低的终轧温度。

5结论

    铸坯均热温度、出炉温度及连轧开轧温度是保证带钢组织均匀化最关键的参数。较高的均热温度可使铸坯中的微合金沉淀析出物溶解，较高的出炉温度可使连轧开始温度提高，应保证连轧前序机架在较高的温度条件下采用较大的变形量，从而使再结晶较为充分。

    高温再结晶后快冷至未再结晶区进行低温控轧，避免在部分再结晶区变形产生混晶组织，应在未再结晶区保证足够的累积变形量，从而获得细化的带钢组织。

    通过对控轧工艺的研究，珠钢仅用厚50～60mm的铸坯即生产出了厚8mm以上的X52、X56、X60钢级管线钢，产品组织细小、均匀，低温冲击韧性较好，各项性能完全达到标准。

                                                                                         (1．广钢集团CSP应用技术研究所；2．广州珠江钢铁有限责任公司)