CN102676925A

CN102676925A - 一种大壁厚海底管线钢板及其生产方法

Info

Publication number: CN102676925A
Application number: CN201210123639XA
Authority: CN
Inventors: 韦明; 刘生; 张志军; 赵文忠; 叶建军; 张海军; 王九清; 张彥召; 刘印子; 张东方
Original assignee: Wuyang Iron and Steel Co Ltd; Hebei Iron and Steel Group Co Ltd
Current assignee: Wuyang Iron and Steel Co Ltd; Hebei Iron and Steel Group Co Ltd
Priority date: 2012-04-25
Filing date: 2012-04-25
Publication date: 2012-09-19

Abstract

本发明公开了一种大壁厚海底管线钢板，同时，还涉及一种该钢板的生产方法。本发明的大壁厚海底管线钢板，是由以下重量百分比的成分组成：C：0.05%~0.07%，Si：0.15%~0.25%，Mn：1.42%~1.48%，P≤0.010%，S≤0.002%，Ni：0.13%~0.18%，Nb：0.043%~0.048%，Al：0.020%~0.040%，Ti：0.014%~0.024%，Mo：0.13%~0.18%，余量为Fe和不可避免的杂质。该钢板的生产方法包括以下步骤：冶炼→LF/VD精炼→连铸→加热→轧制→轧后水冷→成品。本发明的大壁厚海底管线钢板的厚度为25~30.2mm，具有低温冲击韧性高、抗撕裂性能好、强度高、屈强比适中及延伸率好的特点，可广泛用于海底管道建设，应用前景广阔。

Description

一种大壁厚海底管线钢板及其生产方法

技术领域

本发明属于低碳微合金钢领域，特别涉及一种大壁厚海底管线钢板及其生产方法，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。

背景技术

近年来我国经济的高速发展带来了对以石油和天然气为主要能源需求的高速增长，巨大的石油和天然气能源缺口只能通过从境外输入或在境内寻找新的资源和提高石油开采技术，因此需要大量的高附加值、高级别石油天然气输送用管道。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。

海底管线钢服役于深海之中和恶劣的海洋环境，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，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，故对海底管线用钢提出了更高更严格的性能要求。而目前国内所用的海底管线钢大多依靠进口，价格较高。国内生产这种高横纵向强度性能、高低温韧性要求以及大厚度的管线钢性能指标合格率很低，给厂家带来了较大的经济损失，同时也给管线铺设工程及运行安全带来了巨大隐患。

发明内容

本发明的目的是提供一种大壁厚海底管线钢板及其生产方法，以提高该钢板的低温冲击韧性、抗撕裂性能和强度。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案采用了一种大壁厚海底管线钢板，是由以下重量百分比的组分组成：C：0.05%~0.07%，Si：0.15%~0.25%，Mn：1.42%~1.48%，P≤0.010%，S≤0.002%，Ni：0.13%~0.18%，Nb：0.043%~0.048%，Al：0.020%~0.040%，Ti：0.014%~0.024%，Mo：0.13%~0.18%，余量为Fe和不可避免的杂质。

所述的大壁厚海底管线钢板的厚度为25~30.2mm。

本发明钢板采用的化学成分设计，碳、锰固溶强化；加入少量的Nb、V细化晶粒，其碳氮化物起到弥散强化作用；少量的钼能够抑制奥氏体再结晶，细化奥氏体晶粒，促进铁素体和贝氏体的转变；通过后续合理的热处理工艺，钢板具有良好的力学性能。

钢板中各组分及含量在本发明中的作用是：

C：0.15%-0.17%，碳对钢的屈服强度、抗拉强度、焊接性能产生显著影响；碳通过间隙固溶能显著提高钢板强度，但碳含量过高，又会影响钢的焊接性能及韧性。

Si：0.15%-0.40%，在炼钢过程中作为还原剂和脱氧剂，同时Si也能起到固溶强化作用，但硅含量过高时，会造成钢的韧性下降，降低钢的焊接性能。

Mn：1.4%-1.5%，锰成本低廉，能增加钢的韧性、强度和硬度，提高钢的淬透性，改善钢的热加工性能；锰量过高，对于大厚度钢板易出现中心偏析。

P≤0.012%，S≤0.005%：在一般情况下，磷和硫都是钢中有害元素，增加钢的脆性；磷使钢的焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏；硫降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹；因此应尽量减少磷和硫在钢中的含量。

Al：0.020%-0.045%，铝是钢中常用的脱氧剂。钢中加入少量的铝，可细化晶粒，提高冲击韧性；铝还具有抗氧化性和抗腐蚀性能，过高则影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能。

Nb：0.043%~0.048%，铌的加入是为了促进钢轧制显微组织的晶粒细化，可同时提高强度和韧性，铌可在控轧过程中通过抑制奥氏体再结晶，有效的细化显微组织，并通过析出来强化基体；铌可降低钢的过热敏感性及回火脆性。焊接过程中，铌原子的偏聚及析出可以阻碍加热时奥氏体晶粒的粗化，并保证焊接后得到比较细小的热影响区组织，改善焊接性能。

Ti：0.014%~0.024%，钛是良好的脱氧剂。钢种加Ti可与C、N元素形成Ti的碳化物、氮化物或碳氮化物，这些化合物具有好的晶粒细化效果。

Ni：0.13%~0.18%，镍溶于奥氏体，抑制奥氏体再结晶，细化奥氏体晶粒，提高钢板低温韧性。

Mo：0.13%~0.18%，钼可以抑制奥氏体再结晶，细化奥氏体晶粒，促进铁素体、贝氏体转变；在轧后冷却过程中避免马氏体的形成，而形成贝氏体和铁素体，以弥补热连轧机层流冷却不足，从而具有良好的延性和强韧性。

本发明的目的还在于提供一种大壁厚海底管线钢板的生产方法，以得到低温冲击韧性高、抗撕裂性能好、强度高、屈强比适中及延伸率好的大壁厚海底管线钢板。

本发明采用了一种大壁厚海底管线钢板的生产方法，具体步骤如下：

(1) 冶炼：将含有以下重量百分比C：0.05%~0.07%，Si：0.15%~0.25%，Mn：1.42%~1.48%，P≤0.010%，S≤0.002%，Ni：0.13%~0.18%，Nb：0.043%~0.048%，Al：0.020%~0.040%，Ti：0.014%~0.024%，Mo：0.13%~0.18%组分的钢水先经电炉冶炼，然后送入LF精炼炉精炼，当钢水温度达到或超过1560±10℃时转入VD炉真空脱气处理；

(2) 连铸：采用300mm厚度连铸坯生产，采用电磁搅拌，连铸拉速为0.81~0.85m/min；

(3) 加热：钢坯加热温度最高1240℃，均热温度1210℃，保温时间为5h；

(4) 轧制：采用再结晶区+未再结晶区两阶段轧制工艺进行轧制，第一阶段轧制温度为950~1100℃，此阶段单道次压下量为10~20%，累计压下率为30~50%；第二阶段轧制温度为840~880℃，累计压下率为30~50%；轧后入水温度为740~780℃，返红温度为450~500℃，得到钢板粗品。

步骤(1)所述的精炼时喂入Al线，真空脱气处理前加入CaSi块，排出钢水中的非金属夹杂物、有害元素，保证钢水的纯净，真空脱气处理的真空度≤66.6Pa，真空保持时间≥20min。

步骤(2)所述的连铸温度为1535~1545℃。

步骤(3)所述的加热温度为1220~1240℃，均热温度1180~1210℃。

步骤(4)所述的第一阶段轧制的开轧温度为930~1100℃，终轧温度为920~970℃；第二阶段轧制的开轧温度为840~910℃，终轧温度为830~870℃。

本发明的钢板采用价格低廉的碳、锰固溶强化，通过调整优化钢板中其它合金元素配比，能在低贵重合金使用量条件下确保钢板力学性能良好，使钢板具有良好的组织和综合性能，增强市场竞争力；本发明钢板的生产方法采用两阶段轧制工艺，解决了轧机轧制压力不足而造成的晶粒粗大不均的问题，使钢板具有优良的综合性能；低温韧性有相当大的富裕量，可广泛用于海底管道建设，应用前景广阔。

本发明具有以下优点：①本发明的钢质更纯净，P≤0.010%，S≤0.002%；②本发明的钢贵重合金含量较低，价格低廉；③良好的力学性能：屈服强度介于470~570MPa之间，抗拉强度介于535~760MPa之间，延伸率＞30%，-20℃冲击功＞200J，抗撕裂性能(DWTT)＞75%，屈强比＜0.90；④本发明的钢板组织为铁素体、珠光体和贝氏体的复合组织。

附图说明

图1(a) 实施例1 30.2mm X65MO板厚1/4处金相组织照片；

图1(b) 实施例1 30.2mm X65MO板厚1/2处金相组织照片；

图2(a) 实施例2 25mm X65MO板厚1/4处金相组织照片；

图2(b) 实施例2 25mm X65MO板厚1/2处金相组织照片；

图3(a) 实施例3 30.2mm X65MO板厚1/4处金相组织照片；

图3(b) 实施例3 30.2mm X65MO板厚1/2处金相组织照片。

具体实施方式

实施例1

本实施例的大壁厚海底管线钢板，厚度为30.2mm，是由以下重量百分比的组分组成：C：0.07%，Si：0.18%，Mn：1.47%，P：0.009%，S：0.001%，Al：0.04%，Nb：0.045%，Ni：0.15%，Ti：0.017%，Mo：0.15%，余量为Fe和不可避免的杂质。

本实施例的大壁厚海底管线钢板的生产方法的步骤如下：

(1) 冶炼：将含有以下重量百分比C：0.07%，Si：0.18%，Mn：1.47%，P：0.009%，S：0.001%，Al：0.04%，Nb：0.045%，Ni：0.15%，Ti：0.017%，Mo：0.15%组分的钢水先经电炉冶炼，然后送入LF精炼炉精炼，当钢水温度达到或超过1566℃时，转入VD炉真空脱气处理，真空度为66Pa，真空保持时间为25min，真空处理前加入CaSi块排出钢水中的非金属夹杂物、有害元素，保证钢水的纯净；

(2) 连铸：采用300mm厚度连铸坯生产，连铸温度为1540℃，采用电磁搅拌，连铸拉速0.81m/min；

(3) 加热：钢坯加热温度为1235℃，均热温度为1210℃，保温时间为5h；

(4) 轧制：采用再结晶区+未再结晶区两阶段轧制工艺进行轧制，第一阶段轧制的开轧温度为1000℃，此阶段单道次压下量为15%，终轧温度为950℃，累计压下率为45%；第二阶段轧制的开轧温度为900℃，终轧温度为850℃，累计压下率为50%；轧后入水温度为760℃，返红温度为480℃，得到钢板粗品。

本实施例钢板的力学性能：屈服强度525MPa，抗拉强度630MPa，延伸率39%，-20℃冲击功平均260J，屈强比平均0.80，抗撕裂性能(DWTT)平均80%。钢板板厚1/4处及1/2处金相组织照片见图1(a)和图1(b)。

实施例2

本实施例的大壁厚海底管线钢板，厚度为25mm，是由以下重量百分比的组分组成：C：0.06%，Si：0.20%，Mn：1.47%，P：0.010%，S：0.001%，Al：0.035%，Nb：0.043%，Ni：0.13%，Ti：0.015%，Mo：0.15%，余量为Fe和不可避免的杂质。

本实施例的大壁厚海底管线钢板的生产方法的步骤如下：

(1) 冶炼：将含有以下重量百分比C：0.06%，Si：0.20%，Mn：1.47%，P：0.010%，S：0.001%，Al：0.035%，Nb：0.043%，Ni：0.13%，Ti：0.015%，Mo：0.15%组分的钢水先经电炉冶炼，然后送入LF精炼炉精炼，当钢水温度达到或超过1566℃时，转入VD炉真空脱气处理，真空度为66Pa，真空保持时间为20min，真空处理前加入CaSi块排出钢水中的非金属夹杂物、有害元素，保证钢水的纯净；

(2) 连铸：采用300mm厚度连铸坯生产，连铸温度为1540℃，采用电磁搅拌，连铸拉速0.85m/min；

(3) 加热：钢坯加热温度为1230℃，均热温度为1180℃，保温时间为5h；

(4) 轧制：采用再结晶区+未再结晶区两阶段轧制工艺进行轧制，第一阶段轧制的开轧温度为1050℃，此阶段单道次压下量为15%，终轧温度为970℃，累计压下率为45%；第二阶段轧制的开轧温度为880℃，终轧温度为850℃，累计压下率为50%；轧后入水温度为770℃，返红温度为460℃，得到钢板粗品。

本实施例钢板的力学性能：屈服强度520MPa，抗拉强度660MPa，延伸率39%，-20℃冲击功平均299J，屈强比平均0.79，抗撕裂性能(DWTT)平均85%。钢板板厚1/4处及1/2处金相组织照片见图2(a)和图2(b)。

实施例3

本实施例的大壁厚海底管线钢板，厚度为30.2mm，是由以下重量百分比的组分组成：C：0.06%，Si：0.21%，Mn：1.44%，P：0.009%，S：0.001%，Al：0.033%，Nb：0.047%，Ni：0.16%，Ti：0.016%，Mo：0.14%，余量为Fe和不可避免的杂质。

本实施例的大壁厚海底管线钢板的生产方法的步骤如下：

(1) 冶炼：将含有以下重量百分比C：0.06%，Si：0.21%，Mn：1.44%，P：0.009%，S：0.001%，Al：0.033%，Nb：0.047%，Ni：0.16%，Ti：0.016%，Mo：0.14%组分的钢水先经电炉冶炼，然后送入LF精炼炉精炼，当钢水温度达到或超过1566℃时，转入VD炉真空脱气处理，真空度为66Pa，真空保持时间为23min，真空处理前加入CaSi块排出钢水中的非金属夹杂物、有害元素，保证钢水的纯净；

(2) 连铸：采用300mm厚度连铸坯生产，连铸温度为1540℃，采用电磁搅拌，连铸拉速0.83m/min；

(4) 轧制：采用再结晶区+未再结晶区两阶段轧制工艺进行轧制，第一阶段轧制的开轧温度为1030℃，此阶段单道次压下量为15%，终轧温度为920℃，累计压下率为45%；第二阶段轧制的开轧温度为878℃，终轧温度为855℃，累计压下率为50%；轧后入水温度为760℃，返红温度为470℃，得到钢板粗品。

本实施例钢板的力学性能：屈服强度510MPa，抗拉强度625MPa，延伸率40%，-20℃冲击功平均300J，屈强比平均0.82，抗撕裂性能(DWTT)平均85%。钢板板厚1/4处及1/2处金相组织照片见图3(a)和图3(b)。

Claims

1.一种大壁厚海底管线钢板，其特征在于，该钢板由以下重量百分比的组分组成：C：0.05%~0.07%，Si：0.15%~0.25%，Mn：1.42%~1.48%，P≤0.010%，S≤0.002%，Ni：0.13%~0.18%，Nb：0.043%~0.048%，Al：0.020%~0.040%，Ti：0.014%~0.024%，Mo：0.13%~0.18%，余量为Fe和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的大壁厚海底管线钢板，其特征在于，所述的钢板的厚度为25~30.2mm。

3.一种如权利要求1所述的大壁厚海底管线钢板的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：

4.根据权利要求3所述的大壁厚海底管线钢板的生产方法，其特征在于，步骤(1)所述的精炼时喂入Al线，真空脱气处理前加入CaSi块，真空脱气处理的真空度≤66.6Pa，真空保持时间≥20min。

5.根据权利要求3所述的大壁厚海底管线钢板的生产方法，其特征在于，步骤(2)所述的连铸温度为1535~1545℃。

6.根据权利要求3所述的大壁厚海底管线钢板的生产方法，其特征在于，步骤(3)所述的加热温度为1220~1240℃，均热温度为1180~1210℃。

7.根据权利要求3所述的大壁厚海底管线钢板的生产方法，其特征在于，步骤(4)所述的第一阶段轧制的开轧温度为930~1100℃，终轧温度为920~970℃；第二阶段轧制的开轧温度为840~910℃，终轧温度为830~870℃。