李少坡 李家鼎 丁文華 李戰軍 李群 諶鐵強
針對我國油氣輸送管道用厚規格X70/X80 管線鋼中厚板的技術要求，從鋼板冶煉、連鑄、加熱、控制軋制與控制冷卻技術的角度，詳細介紹了首鋼管線鋼生產的關鍵技術。主要內容包括:通過采用鐵水脫硫預處理、LF 爐精煉脫硫技術，實現了管線鋼中硫含量能穩定控制到15ppm 以下；開發了基于300/400mm 特厚連鑄坯的高均質化連鑄技術，實現高品質300/400mm 特厚連鑄坯穩定生產，中心偏析評級穩定控制在≤C 類1.0 級；通過采用低溫加熱技術，抑制了原始奧氏體晶粒過分長大，奧氏體晶粒尺寸控制在80μm 以內；通過粗軋和精軋階段軋制規程的合理分布，實現了壁厚≥25mm X80 厚度方向組織均勻性良好，晶粒度差別0.5 級以內；配合低溫相變技術與超快速冷卻技術，實現了細小針狀鐵素體顯微組織的控制，并適當降低了Mo、Ni 等昂貴合金的添加量，實現了厚規格X70/X80 管線鋼的合金減量化，有效提升了產品的市場競爭力。
1 前言
進入21 世紀以來，以“西氣東輸二線”為代表的一系列管線工程開工建設，標志著我國進入了一個石油天然氣長輸管線建設的高峰期。全長8800km 的“西氣東輸二線”工程首次開始大規模應用厚規格X80 管線鋼，標志著我國在高強度管線鋼的研究開發和工程應用方面取得了重大突破。
首鋼的管線鋼產品起步較晚，2007 年借“西氣東輸二線”的契機開始研發，2008 年管線鋼年產量為51.2 萬噸，2009 年迅速增長為93.9 萬噸，2010-2014 連續五年實現管線鋼年產量過百萬噸。到目前為止，首鋼管線鋼生產總量已超過660 萬噸，有力支持了國家重點工程建設。
隨著管線鋼等級的不斷提高，對產品質量的要求也日益苛刻。以西氣東輸二線X80-管道工程
為例，為保證管道具有足夠的延性斷裂止裂能力，鋼板要求必須具有20℃不-低于240J 的夏比沖擊功，以及15℃不低于85%的落錘剪切面積。為了滿足上述要求，管線鋼的研發必須不斷深化對冶煉、連鑄、加熱、軋制和冷卻技術的研究與完善，最終實現高品質厚規格X70/X80 管線鋼的生產與應用。
2 冶煉技術
厚規格X70/X80 管線鋼對鋼水潔凈度要求非常苛刻，一般要求較低的P、s 含量，首鋼通過采用鐵水脫硫預處理、LF 爐精煉脫硫等技術，實現了管線鋼中硫含量能穩定控制到15ppm 以下。
首鋼的鐵水預處理采用噴吹顆粒鎂脫硫工藝。噴吹完畢后進行反復扒渣操作，過程中添加聚渣劑，凈扒渣時間≥9min，保證扒渣時間和扒渣工藝的順利執行，鐵水預處理工序平均脫硫率達到91%。
LF 爐精煉是保證厚規格X70/X80 實現低硫含量的核心環節。出鋼采用渣面脫氧，爐渣氧化性(FeO+MnO)可以控制在2%以內。LF 進站后進行強攪拌，保證化渣效果，控制渣中的氧化性，過程達到白渣精煉，LF 爐精煉工序平均脫硫率控制在75%以上，實現了LF 爐精煉深脫硫。
3 連鑄技術
厚規格X70/X80 管線鋼對連鑄坯內部質量要求極為嚴格，一般要求良好的內部質量，首鋼開發了基于300/400mm 特厚連鑄坯的高均質化連鑄技術，實現高品質300/400mm 特厚連鑄坯穩定生產，中心偏析評級穩定控制在≤c 類1.0 級，為生產高鋼級厚規格X70/X80 奠定了基礎。
通過控制合理的拉速、過熱度、動態3D 二次冷卻以及動態輕壓下模式有效減小鑄坯中心疏松，降低鑄坯中心偏析的級別，提高連鑄坯內部質量。表1 為典型的厚規格X70/X80 管線鋼鑄坯
低倍檢驗結果。圖1 是典型的厚規格X70/X80 管線鋼連鑄坯的低倍照片。鑄坯中心偏析檢驗結果穩定控制在c 類1.0 級以下，c 類0.5 級以下的比例達到87%。
4 加熱技術
為改善厚規格X70/X80 管線鋼的低溫韌性，應保證在加熱過程中Nb 充分固溶，同時降低加熱溫度細化原始奧氏體晶粒尺寸。在實驗室采用熱模擬方法，將試樣以10℃/s 的速度加熱，加熱溫度分別為1100℃、1140℃、1180℃和1200℃，保溫時間10min 后水淬，觀察試樣的原始奧氏體晶粒尺寸。
由圖2 可見，當加熱溫度達到1200℃時，奧氏體晶粒出現明顯粗大和不均勻，個別奧氏體晶粒尺寸達到150μm。因此，通過采用低溫加熱技術，抑制了原始奧氏體晶粒過分長大，奧氏體晶粒尺寸可控制在8nμm 以內。
5 軋制技術
為了保證厚規格X70/X80 管線鋼的低溫韌性，尤其是落錘撕裂試驗(DWTT)性能的穩定性，
管線鋼板表面和心部的組織均勻性至關重要。首鋼通過提高軋機軋制力和軋制扭矩，控制粗軋末道次壓下率達到20%以上，并實現粗軋和精軋階段軋制規程的合理分布，使軋制變形充分滲透到鋼坯心部，使鋼坯表面和心部的奧氏體晶粒得到充分細化和均勻化，實現了壁厚≥25mm X80 管線鋼厚度方向組織均勻性良好’，晶粒度差別0.5 級以內，如圖3 所示。
6 冷卻技術
軋后加速冷卻工藝可以使晶粒得到極大地細化，圖4 是首鋼的超快冷設備(UFC)和層流冷卻設備(ACC)，隨著低溫相變技術與超快速冷卻(冷速25-40℃/s)技術的不斷完善和發展，首鋼厚規格X70/X80 管線鋼實現了細小針狀鐵素體(AF)顯微組織的穩定控制。
再考慮到細小的針狀鐵素體型X70/X80 管線鋼經過制管后屈服強度上升的規律，為產品的降成本提供了可能。
首鋼17.5mm×3105mm X70 管線鋼通過低溫相變技術與超快速冷卻技術，實現了無Mo-無
Cu-無V-低Ni 的減-量化生產，鋼板20℃夏比沖擊功在350J 以上，經過JCOE 制管后，鋼管力學性能良好，統計10 萬噸175mm X70 鋼管的強度性能如圖5 所示:
7 結論
1)本文詳細闡述了首鋼厚規格X70/X80 管線鋼在冶煉、連鑄、加熱、軋制和冷卻等關鍵技術方面的研究成果及其應用效果。
2)通過采用鐵水脫硫預處理、LF 爐精煉脫硫技術，實現了管線鋼中硫含量能穩定控制到15ppm 以下；開發了基于300/400mm 特厚連鑄坯的高均質化連鑄技術，實現高品質300/400mm
特厚連鑄坯穩定生產，中心偏析評級穩定控制在≤C類1.0 級。
3)通過采用低溫加熱技術，抑制了原始奧氏體晶粒過分長大，奧氏體晶粒尺寸控制在80μm
以內；通過粗軋和精軋階段軋制規程的合理分布，實現了壁厚≥25mm X80 厚度方向組織均勻性
良好，晶粒度差別0.5 級以內。
4)配合低溫相變技術與超快速冷卻技術，實現了細小針狀鐵素體顯微組織的控制，并適當降低了Mo、Ni 等昂貴元素的添加量，實現了厚規格X70/X80 管線鋼的合金減量化，有效提高了產品市場競爭力。