CN102181796B - 一种海底管线用x70热轧中厚板的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种海底管线用X70热轧中厚板的生产方法,其化学成分按重量百分数为:C:0.035~0.07%,Si:0.10~0.35%,Mn:1.40~1.85%,P:≤0.010%,S:≤0.0035%,Alt:0.01~0.06%,Nb:0.035~0.07%,Ti:0.008~0.020%,Mo:0.10~0.30%,Ni:0.10~0.25%,Cr:0.10~0.25%,Cu:0.10~0.25%,余量为Fe和不可避免杂质元素。在钢板制造过程中,采用适量的Ni、Cr、Cu合金元素匹配,通过优化的坯型设计、严格的加热制度和强化的控轧控冷工艺,充分发挥合金元素作用和挖掘控轧控冷工艺的潜力,使钢板全壁厚上获得均匀细小的针状铁素体为主的组织形态,具有较高的横纵向拉伸强度和优良的低温韧性,完全满足深水海底管线用钢的高性能要求。
Description
技术领域
本发明属于低碳微合金钢生产技术领域,特别是涉及一种海底管线用X70热轧中厚板的生产方法,适用于对横纵向拉伸强度和低温韧性要求较高的海底管线工程用25~35mmX70热轧中厚板的生产。
背景技术
随着全球经济的高速发展,石油天然气需求已出现供不用求的局面,这极大地促进了边际及海上油气资源的开发与海底管线的建设,海底管线用钢的重要性日益凸现。
海底管线服役于深海之处和恶劣的海洋环境,管道承受深海高压及严重的海洋腐蚀;且由于海底地势的复杂性和海底海流的多变性,管道在铺设过程中须发生各种不同角度的弯曲变形,要求海底管线用钢具有更高的洁净度、更高的低温韧性、较高的横纵向强度和较低的钢板各向异性,故对海底管线用钢提出了比陆地管线用钢更严更高的质量要求。如中国南海海底管线工程用大壁厚X70管线钢对横纵向强度性能和低温韧性要求很高,且钢板规格厚,故开发难度非常大,高强韧性指标合格率偏低,因此给生产厂家带来了较大的经济损失,同样给管线铺设工程及管线运行的安全性带来了巨大隐患。
目前,高等级海底管线用钢已逐渐成为冶金和材料研究领域的热点,从所申请的专利技术和发表的文献来看,产品在厚度规格、横纵向拉伸强度、落锤韧性要求、成分设计及轧制方法等方面与本专利有着本质的差别。专利200710052601.7公开了“一种用于制作海底管线的钢板及其轧制方法”,提出了海底管线用X65热轧板卷的生产方法,与本专利大壁厚X70热轧中厚板生产方法有本质差异;另外相关文献“海底管线用钢的开发及应用”(焊管.2006,29(5):36-39),只介绍了宝钢海底管线用X65级钢板的理化性能,但未对钢板的化学成分及其生产方法进行充分公开。
本发明涉及到海底管线用25~35mmX70热轧中厚板,钢板既要满足高强度高韧性要求,还要确保较低的碳含量及碳当量,且要有良好的焊接适应性。综合考虑各方面的要求,本发明采用低C成分,利用Nb、Ti元素细化晶粒,采用Mo、Cr、Cu等合金元素配合,提高钢板的淬透性,保证横纵向强度,同时加入Ni元素改善钢板低温韧性;并采用控轧控冷工艺技术,提高钢板的综合力学性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种海底管线用X70热轧中厚板的生产方法,通过合理的合金元素匹配、优化的坯型设计、严格的加热制度和强化的控轧控冷工艺,有效地解决了大壁厚X70海底管线用钢具有良好强韧性匹配的难题,确保了钢板横纵向强度指标和低温韧性指标同时满足标准要求,从而降低了生产厂家的经济损失,提高了管线铺设工程及管线运行的安全性,对我国海底管线工程项目的发展具有重大意义。
本发明提供的海底管线用X70热轧中厚板的化学成分(重量%)为:C:0.035~0.07%,Si:0.10~0.35%,Mn:1.40~1.85%,P:≤0.010%,S:≤0.0030%,Alt:0.01~0.06%,Nb:0.035~0.070%,Ti:0.008~0.020%,Mo:0.10~0.30%,Ni:0.10~0.25%,Cr:0.10~0.25%,Cu:0.10~0.25%,余量为Fe和不可避免杂质元素;其生产工艺具体如下:
(1)坯型设计:要求生产钢板压缩比≥10,选用400mm厚钢坯;
(2)加热制度:将钢坯加热到1120~1210℃,保证钢坯均热时间1.5~2.5小时,提高钢坯厚度方向上加热的均匀性;
(3)轧制工艺:轧制分两阶段轧制,即奥氏体再结晶区轧制(粗轧)和奥氏体未再结晶轧制(精轧);在粗轧阶段,轧制温度区间为980~1070℃,控制钢坯展宽后至待温前总变形率在60%~75%之间,同时需确保展宽后至待温前的纵轧道次变形率逐渐上升,且单道次变形率控制在15.5%~30%之间,尤其要保证最后3个道次变形率均≥23%;中间坯待温厚度/成品厚度≥3.3;在精轧阶段,开轧温度为850~920℃,终止轧制温度为760~840℃,且控制钢坯总变形率在70%~80%之间;
(4)水冷工艺:热轧后以12~28℃/s的速度冷却,冷却终止温度为455~570℃。
采用上述化学成分钢坯和生产工艺,生产钢板厚度规格为25~35mm,钢板微观组织以均匀细小的针状铁素体为主,晶粒度为12~13级。
本发明的优点在于:本发明在较低的C含量0.035~0.07%,适量的Nb和Mo微合金化的成分体系基础上,辅以适量的Ni、Cr、Cu合金元素配合,通过优化的坯型尺寸设计、严格的加热制度和强化的控轧控冷工艺,充分发挥合金元素作用和挖掘控轧控冷工艺的潜力,使钢板全壁厚上获得均匀细小的针状铁素体为主的组织形态,提高钢板横纵向强度和低温韧性,生产的钢板较同等级陆地管线用钢的综合力学性能大幅改善,大大地提高了海底管线铺设工程及管线运行的安全性。按照本专利所述的技术方案生产大壁厚X70海底管线用钢性能达到以下水平:
(1)拉伸性能
a)横向:屈服强度在515MPa以上,抗拉强度在605MPa以上,屈强比在0.88以下;
b)纵向:屈服强度在500MPa以上,抗拉强度在620MPa以上,屈强比在0.83以下;
(2)低温韧性
a)冲击性能:-20℃时10×10×55mm试样横纵向V型缺口夏比冲击功均在370J以上,-40℃时横纵向夏比冲击功均在325J以上,-60℃时横纵向夏比冲击功均在240J以上,50%FATT<-60℃;
b)落锤性能:-10℃横纵向落锤撕裂试验(DWTT)剪切面积单值≥87%,-20℃时DWTT单值≥82%,-40℃时DWTT单值≥60%,50%FATT<-50℃;
(3)冷弯性能:横向冷弯d=2a(d为弯曲直径,a为钢板厚度),180°,拉伸面完好。
具体实施方法
实施例1
根据本发明海底管线用X70热轧中厚板的生产方法,利用400mm厚钢坯在4300mm双机架宽厚板生产线上生产出了厚度为25mm钢板。其钢坯化学成分如表1所示,控轧控冷工艺如表2所示,强度性能如表3所示,系列温度下钢板的冲击韧性如表4所示。
表1 实施例1的化学成分(重量,%)
C | Si | Mn | P | S | Alt | Nb | Ti | Mo | Ni | Cr | Cu |
0.062 | 0.19 | 1.53 | 0.009 | 0.0020 | 0.042 | 0.046 | 0.018 | 0.17 | 0.18 | 0.18 | 0.23 |
表2 工艺制度
表3 钢板的强度性能
表4 系列温度下钢板的韧性
实施例2
根据本发明海底管线用X70热轧中厚板的生产方法,利用400mm厚钢坯在4300mm双机架宽厚板生产线上生产出了厚度为30mm钢板。其钢坯化学成分如表5所示,控轧控冷工艺如表6所示,强度性能如表7所示,系列温度下钢板的冲击韧性如表8所示。
表5 实施例2的化学成分(重量,%)
C | Si | Mn | P | S | Alt | Nb | Ti | Mo | Ni | Cr | Cu |
0.054 | 0.22 | 1.65 | 0.008 | 0.0018 | 0.037 | 0.053 | 0.012 | 0.23 | 0.21 | 0.20 | 0.22 |
表6 工艺制度
表7 钢板的强度性能
表8 系列温度下钢板的韧性
实施例3
根据本发明海底管线用X70热轧中厚板的生产方法,利用400mm厚钢坯在4300mm双机架宽厚板生产线上生产出了厚度为35mm钢板。其钢坯化学成分如表9所示,控轧控冷工艺如表10所示,强度性能如表11所示,系列温度下钢板的冲击韧性如表12所示。
表9 实施例3的化学成分(重量,%)
C | Si | Mn | P | S | Alt | Nb | Ti | Mo | Ni | Cr | Cu |
0.05 | 0.23 | 1.70 | 0.006 | 0.0013 | 0.03 | 0.065 | 0.015 | 0.28 | 0.23 | 0.20 | 0.20 |
表10 工艺制度
表11 钢板的强度性能
表12 系列温度下钢板的韧性
Claims (2)
1.一种海底管线用X70热轧中厚板的生产方法,该钢的化学成分重量百分比为:C:0.035~0.07%,Si:0.10~0.35%,Mn:1.40~1.85%,P:≤0.010%,S:≤0.0030%,Alt:0.01~0.06%,Nb:0.035~0.070%,Ti:0.008~0.020%,Mo:0.10~0.30%,Ni:0.10~0.25%,Cr:0.10~0.25%,Cu:0.10~0.25%,余量为Fe和不可避免杂质元素,其特征在于,生产工艺如下:
(1) 坯型设计:要求生产钢板压缩比≥10,选用400mm厚钢坯;
(2) 加热制度:将钢坯加热到1120~1210℃,保证钢坯均热时间1.5~2.5小时,提高钢坯厚度方向上加热的均匀性;
(3) 轧制工艺:轧制分两阶段轧制,粗轧即奥氏体再结晶区轧制和精轧即奥氏体未再结晶轧制;在粗轧阶段,轧制温度区间为980~1070℃,控制钢坯展宽后至待温前总变形率在60%~75%之间,同时需确保展宽后至待温前的纵轧道次变形率逐渐上升,且单道次变形率控制在15.5%~30%之间,其中要保证最后3个道次变形率均≥23%;中间坯待温厚度/成品厚度≥3.3;在精轧阶段,开轧温度为850~920℃,终止轧制温度为760~840℃,且控制钢坯总变形率在70%~80%之间;
(4) 水冷工艺:热轧后以12~28℃/s的速度冷却,冷却终止温度为455~570℃。
2.按照权利要求1所述的方法,其特征在于,生产钢板厚度规格为25~35mm,钢板微观组织为均匀细小的针状铁素体,晶粒度为12~13级。
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