CN108504931B - 一种海底管线钢及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种海底管线钢及其生产方法，其化学成分质量百分比含量为：C0.030％‑0.070％、Si0.15％‑0.30％、Mn1.35％‑1.65％、Nb0.030％‑0.060％、V0.020％‑0.040％、Ti0.010％‑0.040％、Mo0.05％‑0.30％、S≤0.0020％、P≤0.015％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。与现有技术相比，本发明通过成分设计、热轧工艺、显微组织和性能控制技术，得到均匀的铁素体+细珠光体组织，材料具有10‑12级的晶粒度、1.0级的带状组织、低的非金属夹杂物，高于448MPa以上的屈服强度、延伸率大于30％，冲击功大于300J，具有良好韧性。

Description

一种海底管线钢及其生产方法
技术领域
本发明属于钢铁材料领域，具体涉及一种海底管线钢及其生产方法。
背景技术
随着海上油气田的不断开发，海洋石油的开采逐渐从近海向深海发展，海底油气运输管道已成为广泛用于海洋石油工业的重要运输手段，并且成为连续大量输送油气最快捷、最安全、最经济有效的方式。我国海洋资源丰富，石油资源量为240亿t，天然气资源量为14万亿m3，开发和利用这些资源对于油气需要进口的我国具有非常重要的意义。截止到2014年，我国已经建成的海底管道约2000km，其中渤海8个油(气)田建成的海底管道累计约186km，南海13个油(气)田铺设的海底管道累计超过1000km。
我国在渤海、南海、东海区域共有81个油气田，总面积超过160万平方公里，油气地质资源量高达390亿吨，而大部分油气需要通过海底管线输送。中国在未来20年致力于推进“海上大庆”战略，建设400亿-500亿立方米的深水天然气产能，在未来10年的勘探开发投资将达到2000亿元，这一举措必将带来海洋管道建设的热潮。海底管道作为石油天然气运输最快捷、最经济和最有效的运输方式，将会对深海管线用钢产生巨大需求。
专利CN 102409224 A“低温韧性优异的厚规格海底管线用热轧钢板及其制造方法”介绍了一种海底管线钢热轧钢板，钢中除了加入了Nb、V、Ti、Mo等元素之外，还加入了Ni、Cu、Cr等元素，这与本发明专利的成分设计有较大的差异，且该专利提出的宽厚板生产方法。
专利CN 201110350933 X“一种基于炉卷轧机生产的深海管线钢及其制造方法”阐述了一种采用低C、高Mn,适量添加Nb、Cr、Cu、Ni、Mo等合金元素的成分设计，结合TMCP工艺制造X65级海底管线钢的方法，该方法采用炉卷轧机生产，与本专利中的传统热连轧方式有所区别。
发明内容
本发明的目的在于提供一种海底管线钢，含有很低的碳含量，并且具有极低的硫含量和磷含量，是产品具有优异的性能。
本发明还提供了一种海底管线钢的生产方法，在TMCP工艺制度下，调整控制轧制和控制冷却工艺，得到均匀的铁素体+细珠光体组织。
本发明具体技术方案如下：
本发明提供的一种海底管线钢，其化学成分质量百分比含量为：C 0.030％-0.070％、Si 0.15％-0.30％、Mn 1.35％-1.65％、Nb 0.030％-0.060％、V 0.020％-0.040％、Ti 0.010％-0.040％、Mo 0.05％-0.30％、S≤0.0020％、P≤0.015％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
本发明提供的一种海底管线钢的生产方法，方法为：
铁水深脱硫至S≤0.0050％、转炉顶底复合吹炼、合金微调、LF炉精炼、RH炉真空脱气、板坯连铸、板坯加热、2机架粗轧+7机架精轧、层流冷却和卷取。
具体为：
RH炉真空脱气过程中保证深脱气时间≥15min，终点目标[H]≤1.0ppm，保证喂钙线之后弱搅时间≥10min；
进一步的，连铸中包温度控制在液相线以上15-25℃，全流程保护浇铸，采用轻压下工艺；
所述板坯加热，板坯出炉温度为1160℃-1200℃。
所述2机架粗轧是指：采用2机架四辊可逆式轧机进行往返轧制，中间坯厚度控制在55-60mm之间。
所述7机架精轧是指：采用7架四辊CVC轧机进行连轧，精轧开始温度控制在960-1000℃范围内，累计变形量≥60％；精轧终轧温度为820-880℃。通过累计大变形，增加形变奥氏体内的形变带和位错密度，增加相变形核点细化晶粒。采用TMCP热机械控制轧制工艺，不允许任何一机架不施加变形量空过，也不采用HTP高温轧制工艺。。
所述层流冷却是指以20-30℃/s的冷却速度冷却至400-500℃；
所述卷取是指冷却至400-500℃后即进行卷取。
本发明钢板的力学性能：横向力学性能：Rt0.5：481-531MPa，Rm：567-655MPa，A50：34％-38％；纵向力学性能：Rt0.5：471-518MPa，Rm：542-636MPa，A50：34％-37％；横向冲击功大于300J；CTOD：0.40-0.58mm；成品的力学性能稳定，晶粒度为10-12级，带状组织≤1.0级。本发明中未加入Ni、Cu等贵重合金，适当的减少Nb、V、Ti、Mo等合金元素的加入，采用合适的热轧压下制度和冷却工艺，充分发挥合金元素和热轧工艺的强韧化作用，获得优良性能的同时降低了生产成本。本发明严格控制S、P、H等有害元素的含量，并且在冶炼过程中严格控制非金属含量，实现了洁净钢的生产控制。本发明在连铸过程中投用动态轻压下，增加铸坯中心的致密度，减少中心疏松，降低铸坯中心偏析。
与现有技术相比，本发明通过成分设计、热轧工艺、显微组织和性能控制技术。研制一种力学性能优异的海底管线钢板卷，含有很低的碳含量，并且具有极低的硫含量(0.0020％以下)和磷含量(0.015％以下)，在TMCP工艺制度下，调整控制轧制和控制冷却工艺，得到均匀的铁素体+细珠光体组织，材料具有10-12级的晶粒度、1.0级的带状组织、低的非金属夹杂物，使其具有高于471MPa以上的屈服强度、延伸率大于30％，冲击功大于300J，具有良好韧性。
附图说明
图1为本发明制造的海底管线钢的金相组织。
具体实施方式
以下通过具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。
按照本发明提供的化学成分要求，采用铁水预处理→转炉炼钢→合金微调站→LF炉外精炼→RH炉真空脱气→连铸工艺冶炼的工艺处理。RH炉真空脱气15-20min，终点[H]＝0.5-1.0ppm，喂钙线之后弱搅时间为10-15min。经过RH炉后，钢中化学成分满足重量百分比(wt％)：C：0.030％-0.070％、Si：0.15％-0.30％、Mn:1.35％-1.65％、Nb:0.030％-0.060％、V：0.020％-0.040％、Ti：0.010％-0.040％、Mo 0.05％-0.30％、S≤0.0020％、P≤0.015％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。板坯连铸过程进行全氩气保护浇注，浇注温度控制在1538-1553℃，铸坯轻压下量为5.7mm。
本发明各实施例1-5的化学成分如表1所示。成分检测根据GB/T 4336《碳素钢和中低合金钢火花源原子发射光谱分析方法(常规法)》进行。
表1本发明实施例1-5的化学成分
一种海底管线钢的生产方法，方法为：
铁水深脱硫至S≤0.0050％、转炉顶底复合吹炼、合金微调、LF炉精炼、RH真空脱气、板坯连铸、加热、2机架粗轧+7机架精轧、层流冷却和卷取。
轧制工序板坯出炉温度1160-1200℃→2机架粗轧→7机架精轧→层流冷却→卷取，主要轧制工艺参数及试验钢的拉伸力学性能如表2所示。
表2轧制工序主要参数及力学性能
本发明试验钢的V型冲击功和CTOD检验结果如表3所示。
表3本发明试验钢的冲击功和CTOD值
本发明试验钢的非金属夹杂物检验结果如表4所示。
表4本发明试验钢的非金属夹杂物
综上所述，按本发明钢种化学成分设计范围及轧制工艺控制技术所得实施例钢的性能：横向力学性能：Rt0.5：481-531MPa，Rm：567-655MPa，A50：34％-38％；纵向力学性能：Rt0.5：471-518MPa，Rm：542-636MPa，A50：34％-37％；横向冲击功大于300J；CTOD：0.40-0.58mm；成品的力学性能稳定，晶粒度为10-12级，带状组织≤1.0级。

Claims (4)

1.一种海底管线钢，其特征在于，所述海底管线钢化学成分质量百分比含量为：C0.030%-0.070％、Si 0.15%-0.30％、Mn 1.35%-1.65％、Nb 0.030%-0.060％、V 0.020%-0.040%、Ti 0.010%-0.040%、Mo 0.05%-0.30％、S≤0.0020％、P≤0.015％，其余为Fe和不可避免的杂质元素；
所述海底管线钢的生产方法，为：铁水深脱硫至S≤0.0050%、转炉顶底复合吹炼、合金微调、LF炉精炼、RH真空脱气、板坯连铸、加热、2机架粗轧+7机架精轧、层流冷却和卷取，所述板坯加热，板坯出炉温度为1160℃-1200℃；所述层流冷却是指以20-30℃/s的冷却速度冷却至400-500℃；
所述2机架粗轧是指：采用2机架四辊可逆式轧机进行往返轧制，中间坯厚度控制在55-60mm之间；
所述7机架精轧是指：采用7架四辊CVC轧机进行连轧，精轧开始温度控制在960-1000℃范围内，累计变形量≥60%；精轧终轧温度为820-880℃。
2.根据权利要求1所述的海底管线钢，其特征在于，RH炉真空脱气过程中保证深脱气时间≥15min，终点目标[H]≤1.0ppm，保证喂钙线之后弱搅时间≥10min。
3.根据权利要求1所述的海底管线钢，其特征在于，连铸中包温度控制在液相线以上15-25℃，全流程保护浇铸，采用轻压下工艺。
4.根据权利要求1所述的海底管线钢，其特征在于，所述卷取是指冷却至400-500℃后即进行卷取。
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