CN103993240A - 一种大壁厚海底管线钢用中厚板及生产方法 - Google Patents

Abstract

一种大壁厚海底管线钢用中厚板及生产方法，属于低碳微合金钢技术领域。中厚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。

Description

一种大壁厚海底管线钢用中厚板及生产方法

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海底管线钢用中厚板及生产方法，低成本，适用于海底油气输送管道。

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，仅南海荔湾项目的深海管道在1500m的水深进行管道铺设。海上石油开采将成为未来油气开采的主战场，海底管道是海洋油气生产系统中的“生命线”，海底管道的建设急需大量厚规格海底管线钢，这不仅对钢板的成分控制、力学性能和抗压、抗海水腐蚀等性能上提出了更高要求，且深海管线钢径厚比小、制管难度大，对下游制管工艺也提出了更高的要求。

目前，海底管线钢研究领域较活跃，与埋地管相比附加值高，但受钢铁产能过剩、市场竞争激烈影响，低成本减量化生产海底管线钢，尤其是大壁厚海底管线钢是能为企业增加市场竞争优势。根据公开专利检索显示，大壁厚海底管线钢为获得相应组织，增加淬透性，均需添加一定量的贵重合金Mo，如专利CN102676925，名称为“一种大壁厚海底管线钢板及其生产方法”，其化学成分重量百分比为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％，生产钢板厚度为25-30.2mm，钢板冲击韧性及落锤撕裂剪切面积均较低。又如CN102409224的专利，名称为“低温韧性优异的厚规格海底管线用热轧钢板及其生产方法”，其化学成分重量百分比为C：0.02％～0.07％，Si：0.15％～0.40％，Mn：1.0％～1.70％，P：≤0.020％，S≤0.003％，Nb≤0.06％，Ti≤0.025％，V≤0.06％，Mo≤0.20％，Cu≤0.25％，Ni：0.10％～0.30％，Cr≤0.25％，N≤0.008％，Al：0.010％～0.040％，Al/N≥2，生产钢板厚度为28-36mm，但Mo、Ni合金较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种一种大壁厚海底管线钢用中厚板及生产方法，采用连铸坯无Mo化生产。通过合理的成分设计及轧制工艺，使用300、400mm连铸坯生产大壁厚海底管线钢用热轧平板，不仅产品综合性能足要求，而且具有优良的低温韧性和抗腐蚀性能。

本发明的钢板的成分(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是保证钢板淬透性的重要非合金元素，也是决定碳当量的重要因素，对钢的强度、韧性、塑性及焊接性均有较大影响。碳含量过高，影响钢板焊接性能。

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，本发明采用纯净钢生产技术，尽量减少磷、硫元素对韧性有不利影响。

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。

Al是脱氧元素，但Al含量过高会使钢中的夹杂物增加，因此，Als的含量控制在0.010％～0.040％为宜。Al/N≥2可以有效保证脱氧效果和Al-Ti-Mn复合化物的形成，有利于提高洁净度。

本发明的钢板的生产包括：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300、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3-4倍，粗轧阶段与精轧阶段参数如下：

粗轧阶段：开轧温度：1000-1100℃，轧制速度：1.0-4.5m/s，轧制力矩：2000-3200kNm；

精轧阶段：开轧温度：760-820℃，终轧温度：750-800℃，轧制速度：2.0-5.0m/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400-500℃，冷却速率控制在7-20℃/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低成本大壁厚海底管线钢中厚板，厚度规格覆盖20mm～33mm；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。

附图说明

图1为大壁厚海底管线钢钢板典型金相组织。

具体实施方式

根据本发明提供的成分设计及生产方法，在100吨转炉上冶炼300、400mm连铸坯，在4300mm宽厚板轧机上分别轧制20～33mm钢板，其化学成分见表1，轧制工艺参数见表2，热轧钢板性能情况见表3，钢板CTOD及抗酸检验结果分别见表4和表5。

表1大壁厚海底管线钢板化学成分wt％

表2大壁厚海底管线钢板的加热、轧制及水冷工艺参数

表3大壁厚海底管线钢板性能

表4大壁厚海底管线钢板CTOD检验结果

表5大壁厚海底管线钢板的抗HIC、SSC检验结果

Claims (2)

1.一种大壁厚海底管线钢用中厚板，其特征在于，该中厚板成分重量百分数为：

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所述的中厚板的身长方法，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参数为：

(1)将按钢板的化学成分冶炼钢水浇注成300、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3-4倍，粗轧阶段与精轧阶段参数如下：

粗轧阶段：开轧温度：1000-1100℃，轧制速度：1.0-4.5m/s，轧制力矩：2000-3200kNm；

精轧阶段：开轧温度：760-820℃，终轧温度：750-800℃，轧制速度：2.0-5.0m/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400-500℃，冷却速率控制在7-20℃/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中厚板，厚度规格覆盖20mm～33mm。