CN104109818A - 一种大壁厚深海管线钢用热轧平板及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种大壁厚深海管线钢用热轧平板及其制造方法，属于低碳微合金钢技术领域。该热轧平板的成分按重量百分比计为：C：0.025-0.045％，Si：0.10-0.35％，Mn：1.10-1.40％，P≤0.015％，S：≤0.003％，Nb：0.04-0.07％，V：≤0.06％，Ti：0.010-0.020％，Ni：0.15-0.40％，Cr：≤0.20％，Mo：≤0.08％，Al：0.010-0.040％，Al/N≥2，余量为Fe及不可避免的杂质。工艺包括：高炉铁水→铁水预脱硫→转炉冶炼→LF+RH精炼→板坯连铸→板坯加热→4300轧机轧制→ACC快速冷却→堆冷→取样、检验→入库、发运。优点在于，钢板力学性能指标稳定，塑性、韧性匹配较好，具有优良的抗腐蚀能力，钢板经过UOE成型制管后性能达到X70水平。

Description

一种大壁厚深海管线钢用热轧平板及其制造方法

技术领域

本发明属于低碳微合金钢技术领域，特别是涉及一种大壁厚深海管线钢用热轧平板及其制造方法，适用于深海油气输送管道。

背景技术

随着世界经济的高速发展和陆地能源资源的枯竭，海上油气开采已成为热潮，管道建设向海洋、地震带、极地冻土地等环境恶劣的地区延伸。目前，全球已有100多个国家在进行海上石油天然气勘探，其中一半以上在深海。受勘探、铺设、检测、管道原材料技术和装备条件限制，我国深海区油气资源开发处于起步阶段，仅南海荔湾项目的管道在1500m的水深进行管道铺设，深海3000米以上的管线钢国内尚无开发成功的报道。我国深海油气开发面临着十分紧迫的局势，特别是在南海，油气储藏量非常丰富，在中国能源战略中的地位十分关键。对钢企来说，加快研发大壁厚深海管线钢，助推国家南海石油战略意义重大。

深海用管线钢厚度一般在30mm以上，特殊地区甚至超过40mm，要求高强度、优异的低温韧性和低屈强比，尤其是厚度大于40mm的管线钢板要获得沿板厚方向均匀的组织和理想的DWTT性能十分困难。

检索本发明专利之前公布的相关文献和专利技术，如中国专利CN102409224授权公告“低温韧性优异的厚规格海底管线钢用热轧钢板及生产方法”，使用的连铸坯规格未公布，钢板厚度仅到36.3mm，特殊海域仍无法满足用户需求，且合金成分较高，价格昂贵；又如中国专利CN102676925授权公告“一种大壁厚海底管线钢板及其生产方法”，该合金配方采用C:0.06～0.07％，M0:0.15％，为便于轧制完全渗透至钢板心部，加热温度高达1235℃，较高的加热温度对低温韧性不利，-20℃夏比冲击功偏低，仅为300J，此外采用300mm厚度连铸坯，生产更厚规格的海底管压缩比受限。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大壁厚深海管线钢用热轧平板及其制造方法，通过合理的成分设计及轧制工艺，使用400mm连铸坯生产大壁厚深海管线钢用热轧平板，产品厚度达到40mm,不仅产品综合性能满足要求，而且具有优良的低温韧性和抗腐蚀性能。钢板以铁素体和粒状贝氏体双相组织为主，组织均匀细小，晶粒度在13级以上，沿厚度方向组织如图1-3所示。

本发明的热轧平板的成分(按重量百分比计)为：

C：0.025-0.045％，Si：0.10-0.35％，Mn：1.10-1.40％，P≤0.015％，S：≤0.003％，Nb：0.04-0.07％，V：≤0.06％，Ti：0.010-0.020％，Ni：0.15-0.40％，Cr：≤0.20％，Mo：≤0.08％，Al：0.010-0.040％，Al/N≥2,余量为Fe及不可避免的杂质。

本发明成分设计基于以下认识：

C：为保证大壁厚深海管线钢具有优异的焊接性能和良好的低温韧性，碳含量需严格控制在0.06％以下。

Si是有效的脱氧元素，还可以起到强化作用，但Si含量过高会使钢的塑性和韧性降低，因此设定其范围是0.15％～0.40％。

Mn是钢中重要的固溶强化元素，可降低相变温度，细化组织亚结构，在强化钢板的同时改善韧性；同时，可提高淬透性。若锰含量过高，对焊接及韧性不利。

P、S为有害杂质元素，采用钙处理和纯净钢生产技术，严格控制钢中磷、硫等夹杂物。

Nb、Ti即是固溶强化元素，又是碳氮化物形成元素，在钢坯加热及轧制过程中，钉扎奥氏体晶界并阻止奥氏体晶粒过度长大，但其含量过高会影响韧性和焊接性，同时，碳氮化物析出增多对抗HIC性能也有害。

Cr可以有效增加钢的淬透性，改善力学性能，但含量过高对材料焊接性有不利影响。

Ni、Cu起固溶强化作用，还能改善耐蚀性，Ni同时还能改善钢的低温韧性。

N的存在会恶化母材和焊接热影响区的韧性，其含量不超过0.006％为宜。

本发明的热轧平板的生产包括：高炉铁水→铁水预脱硫→转炉冶炼→LF+RH精炼→板坯连铸→板坯加热→4300轧机轧制→ACC快速冷却→堆冷→取样、检验→入库、发运。

在板坯浇铸+控制轧制+控制冷却工艺，过程中控制参数为：

(1)将按钢板的化学成分冶炼钢水浇注成400mm厚连铸坯；

(2)通过步进梁式加热炉将钢坯加热至设定温度1170～1220℃，加热时间280-450min，保证钢坯充分奥氏体化；

(3)钢坯出炉后进入4300mm轧机轧制，轧制时采用再结晶区+未再结晶区两阶段轧制，控温厚度为成品厚度的2-3倍，粗轧阶段与精轧阶段参数如下：

粗轧阶段：开轧温度：1000-1100℃，结束温度：≥980℃，轧制速度：1.0-3.5m/s，轧制力矩：2000-3200kNm；为获得细小、均匀的显微组织，粗轧需保证单道次变形率10％-30％。

精轧阶段：采用低温开轧，开轧温度：760-820℃，终轧温度：750-800℃，轧制速度：2.0-4.0m/s。

(4)轧后钢板进入ACC层流冷却，开始冷却温度控制在740-790℃，终冷温度控制在200-350℃，冷却速率控制在15-20℃/s；

(5)钢板冷却后堆垛缓冷，堆冷时间12-24小时。

通过上述工序所生产的大壁厚深海管线钢，钢板厚度规格达40mm；钢板力学性能指标稳定，塑性、韧性匹配较好，具有优良的抗腐蚀能力，钢板经过UOE成型制管后性能达到X70水平。

附图说明

图1为大壁厚深海管线钢热轧平板表面金相组织。

图2为大壁厚深海管线钢热轧平板厚度1/4处金相组。

图3为大壁厚深海管线钢热轧平板厚度1/2处金相组织。

图4为大壁厚深海管线钢热轧平板拉伸曲线形状。

具体实施方式

根据本发明大壁厚深海管线钢用热轧平板及其制造方法，在100吨转炉上冶炼，并浇铸成400mm×2200mm×2850mm的连铸坯，在4300mm宽厚板生产线上进行轧制。化学成分如表1所示，工艺制度如表2所示，强度性能如表3所示，韧性性能如表4所示，钢板CTOD检验如表5所示，抗酸检验结果如表6所示，钢板经UOE成型制管后性能如表7所示。

表1钢板的化学成分wt％

C	Si	Mn	P	S	Al	Nb	Ni	V	Ti	Cr	Cu	N	H
														0.043	0.25	1.32	0.008	0.001	0.037	0.044	0.285	0.038	0.015	0.23	0.21	0.004	0.0001

表2工艺制度

表3钢板强度性能

本发明大壁厚深海管线钢制造方法拉伸曲线为连续屈服的圆屋顶形状，具有较低的屈强比，拉伸曲线如图4所示。

表4钢板韧性性能

表5CTOD检验结果

表6抗HIC、SSC检验结果

表7钢板制管后性能

本发明通过采用低温大压下及超低温相变，充分细化相变组织，获得以铁素体+贝氏体双相组织为基体的大壁厚海底管线钢板，具有高强度和优良的低温韧性，对国家推进深海油气战略具有重要意义。

Claims (2)

1.一种大壁厚深海管线钢用热轧平板，其特征在于，该热轧平板的成分按重量百分比计为：C：0.025-0.045％，Si：0.10-0.35％，Mn：1.10-1.40％，P≤0.015％，S：≤0.003％，Nb：0.04-0.07％，V：≤0.06％，Ti：0.010-0.020％，Ni：0.15-0.40％，Cr：≤0.20％，Mo：≤0.08％，Al：0.010-0.040％，Al/N≥2,余量为Fe及不可避免的杂质。

2.一种权利要求1所述热轧平板的生产方法，工艺包括：高炉铁水→铁水预脱硫→转炉冶炼→LF+RH精炼→板坯连铸→板坯加热→4300轧机轧制→ACC快速冷却→堆冷→取样、检验→入库、发运；其特征在于，在板坯浇铸+控制轧制+控制冷却工艺，过程中控制的技术参数为：

(1)将按钢板的化学成分冶炼钢水浇注成400mm厚连铸坯；

(2)通过步进梁式加热炉将钢坯加热至设定温度1170～1220℃，加热时间280-450min，保证钢坯奥氏体化；

(3)钢坯出炉后进入4300mm轧机轧制，轧制时采用再结晶区+未再结晶区两阶段轧制，控温厚度为成品厚度的2-3倍，粗轧阶段与精轧阶段参数如下：

粗轧阶段：开轧温度：1000-1100℃，结束温度：≥980℃，轧制速度：1.0-3.5m/s，轧制力矩：2000-3200kNm；粗轧需保证单道次变形率10％-30％；

精轧阶段：采用低温开轧，开轧温度：760-820℃，终轧温度：750-800℃，轧制速度：2.0-4.0m/s；

(4)轧后钢板进入ACC层流冷却，开始冷却温度控制在740-790℃，终冷温度控制在200-350℃，冷却速率控制在15-20℃/s；

(5)钢板冷却后堆垛缓冷，堆冷时间12-24小时。