CN105002437B - 一种低屈强比抗酸性海底管线钢的生产方法 - Google Patents

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Abstract

一种低屈强比抗酸性海底管线钢的生产方法，属于低碳微合金钢生产技术领域。在不改变现有的低C、低Mn及适量的Nb、Ni、Cr、Cu复合添加成分体系的前提下，通过采用先进的冶炼连铸工艺技术来控制碳当量窄波动范围与夹杂物的数量、尺寸及形态，并采用弛豫相变工艺控制钢板的组织形态与采用新的水冷控制模式提高钢板的水冷均匀性，从而有效控制了钢板横纵向低屈强比和提高了抗硫化氢应力腐蚀(HIC)的性能。按照本发明所述的技术方案生产的低屈强比抗酸性海底管线钢性能达到以下水平：屈强比：横向≤0.86，纵向≤0.83；抗HIC性能：满足NACE TM0284‑96标准A溶液条件下裂纹长度率CLR≤15％、裂纹厚度率CTR≤5％、裂纹敏感率CSR≤2％。

Description

一种低屈强比抗酸性海底管线钢的生产方法
技术领域
本发明属于低碳微合金钢生产技术领域，特别是涉及一种低屈强比抗酸性海底管线钢的生产方法，适用于要求材料横纵向低屈强比且具有抗酸性的海底管线用热轧中厚板的生产。
背景技术
近年来，中东地区油气资源开采与输送需要大量具有抗硫化氢应力腐蚀(HIC)的系列海底管线钢，由于硫化氢(H2S)是油气资源中最具腐蚀性的有害介质之一，极易引起海底管道发生严重的应力腐蚀开裂问题，导致油气泄露重大事故的发生，造成极大的经济损失，尤其会严重污染海洋生态环境；因此，要求管道使用的热轧钢板具有优良的抗酸性能。同时，由于管道长期所服役海底地势的复杂性和海底海流的多变性等恶劣环境，且管道在铺设过程中须发生各种不同角度的弯曲变形，故要求管道使用的热轧中厚板具有较低的横纵向屈强比，以确保管道铺设运行的安全性。
目前，抗酸性海底管线钢已成为冶金和材料研究领域的热点，从所申请公开的专利技术来看，在生产工艺方案与本发明均有着本质的区别。专利201310654931.9公开了“一种低屈强比管线钢的轧后控冷工艺及制备方法”，主要提出了热轧板卷管线钢获得低屈强比的控冷工艺方法，与本发明提出的低屈强比中厚板海底管线钢的生产方法有着本质的区别；专利200910187515.6公开了“一种低成本抗酸性管线钢热轧卷板及其制造方法”，主要提出了抗酸性热轧板卷管线钢的生产方法，与本发明提出的抗酸性中厚板海底管线钢的生产方法存在本质的区别。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低屈强比抗酸性海底管线钢及其生产方法，采用先进的冶炼连铸工艺技术来控制碳当量窄波动范围与夹杂物的数量、尺寸及形态，并采用弛豫相变工艺控制钢板的组织形态与采用新的水冷控制模式提高钢板的水冷均匀性，有效确保了钢板具有低的屈强比和优良的抗酸性能，拓宽了海底管线钢的服役领域和提高了海底管线铺设运行的安全性。
本发明提供的低屈强比抗酸性海底管线钢的化学成分(重量％)为：C：0.03～0.05％，Si：0.10～0.30％，Mn：1.15～1.35％，P：≤0.010％，S：≤0.0010％，Alt：0.01～0.06％，Nb：0.04～0.07％，Ti：0.008～0.020％，Ni：0.10～0.25％，Cr： 0.10～0.30％，余量为Fe和不可避免杂质元素；其生产工艺中控制的技术参数如下：
(1)严格控制钢中成品的C与所添加合金Mn、Cr和Ni等元素的窄成分范围，要求C、Mn、Cr、Ni含量波动范围分别为≤0.018％、≤0.10％、≤0.06％、≤0.06％，从而有效确保碳当量CEQ波动范围≤0.02％；
(2)RH真空处理时间≥12min，软吹时间控制在10～15min；且真空后采用Ca处理工艺对夹杂物变性处理，控制B类非金属夹杂物粗系和细系均≤1.0级，且控制钢中Ca含量为0.0020～0.0035％；
(3)优化连铸动态轻压下工艺，控制液固两相区压下量为5.1～6.2mm，固相区压下量为0.3～0.7mm，确保C类中心偏析≤1.0级；
(4)钢板终轧后采用弛豫相变工艺，即空冷等待至一定温度时放钢快速入水冷却，控制终轧温度和放钢温度分别为840～870℃、810～830℃；
(5)采用超快冷UFC模型控制层流冷却ACC的工艺模式，终冷温度为470～530℃，冷速为21～27℃/s。
本发明的优点在于：在不改变现有的低C、低Mn及适量的Nb、Ni、Cr复合添加成分体系的前提下，通过采用先进的冶炼连铸工艺技术来控制碳当量窄波动范围与夹杂物的数量、尺寸及形态，并采用弛豫相变工艺控制钢板的组织形态与采用新的水冷控制模式提高钢板的水冷均匀性，从而有效控制了钢板横纵向低屈强比和提高了抗硫化氢应力腐蚀(HIC)的性能。按照本发明所述的技术方案生产的低屈强比抗酸性海底管线钢性能达到以下水平：
(1)屈强比：横向≤0.86，纵向≤0.83；
(2)抗HIC性能：满足NACE TM0284-96标准A溶液条件下裂纹长度率CLR≤15％、裂纹厚度率CTR≤5％、裂纹敏感率CSR≤2％。
具体实施方式
实施例1
根据本发明低屈强比抗酸性海底管线钢的生产方法，利用300mm厚钢坯在4300mm双机架宽厚板生产线上生产出了厚度规格为12.5mmX65抗酸海底管线钢板，其钢坯化学成分如表1所示；冶炼工序中碳当量CEQ波动范围为0.017％，RH真空处理时间为14min，软吹时间控制在12min，B类夹杂物粗系和细系均为1.0级，Ca含量为0.0024％；连铸工序中两相区压下量为5.6mm，固相区压下量为0.47mm，C类中心偏析为1.0级；热轧工序中终轧温度和放钢温度分别为868℃、827℃；水冷工序中终冷温度为526℃，冷速为23.7℃/s；所生产钢板的横纵向屈强比和抗氢致裂纹(HIC)性能如表2所示。
表1实施例1钢坯的化学成分(重量，％)余量为Fe
C Si Mn p S Alt Nb Ti Cr
0.042 0.21 1.28 0.0095 0.0009 0.035 0.051 0.014 0.22
表2实施例1钢板的屈强比和抗HIC性能
实施例2
根据本发明低屈强比抗酸性海底管线钢的生产方法，利用300mm厚钢坯在4300mm双机架宽厚板生产线上生产出了厚度规格为25.4mmX65抗酸海底管线钢板，其钢坯化学成分如表3所示；冶炼工序中碳当量CEQ波动范围为0.015％，RH真空处理时间为15min，软吹时间控制在14min，B类夹杂物粗系和细系均为0.5级，Ca含量为0.0028％；连铸工序中两相区压下量为5.8mm，固相区压下量为0.61mm，C类中心偏析为0.5级；热轧工序中终轧温度和放钢温度分别为853℃、821℃；水冷工序中终冷温度为504℃，冷速为25.3℃/s；所生产钢板的横纵向屈强比和抗氢致裂纹(HIC)性能如表4所示。
表3实施例2钢坯的化学成分(重量，％)余量为Fe
C Si Mn p S Alt Nb Ti Cr Ni
0.037 0.20 1.26 0.0091 0.0008 0.035 0.055 0.016 0.23 0.21
表4实施例2钢板的屈强比和抗HIC性能
实施例3
根据本发明低屈强比抗酸性海底管线钢的生产方法，利用300mm厚钢坯在4300mm双机架宽厚板生产线上生产出了厚度规格为30.2mmX60抗酸海底管线钢板，其钢坯化学成分如表5所示；冶炼工序中碳当量CEQ波动范围为0.016％，RH真空处理时间为16min，软吹时间控制在12min，B类夹杂物粗系和细系分别为0.5级、1.0级，Ca含量为0.0032％；连铸工序中两相区压下量为6mm，固相区压下量为0.55mm，C类中心偏析为0.5级；热轧工序中终轧温度和放钢温 度分别为851℃、824℃；水冷工序中终冷温度为498℃，冷速为26.2℃/s；所生产钢板的横纵向屈强比和抗氢致裂纹(HIC)性能如表6所示。
表5实施例3钢坯的化学成分(重量，％)余量为Fe
C Si Mn p S Alt Nb Ti Cr Ni
0.034 0.21 1.25 0.0087 0.0008 0.035 0.053 0.016 0.25 0.18
表6实施例3钢板的屈强比和抗HIC性能

Claims (1)

1.一种低屈强比抗酸性海底管线钢的生产方法，其特征在于，生产工艺中控制的技术参数如下：
(1)严格控制钢中成品的C与所添加合金Mn、Cr和Ni等元素的窄成分范围，要求C、Mn、Cr、Ni含量波动范围分别为≤0.018％、≤0.10％、≤0.06％、≤0.06％，从而有效确保碳当量CEQ波动范围≤0.02％；
(2)RH真空处理时间≥12min，软吹时间控制在10～15min；且真空后采用Ca处理工艺对夹杂物变性处理，控制B类非金属夹杂物粗系和细系均≤1.0级，且控制钢中Ca含量为0.0020～0.0035％；
(3)连铸动态轻压下工艺，控制液固两相区压下量为5.1～6.2mm，固相区压下量为0.3～0.7mm，确保C类中心偏析≤1.0级；
(4)钢板终轧后采用弛豫相变工艺，即空冷等待至一定温度时放钢快速入水冷却，控制终轧温度和放钢温度分别为840～870℃、810～830℃；
(5)采用超快冷UFC模型控制层流冷却ACC的工艺模式，终冷温度为470～530℃，冷速为23～27℃/s；
该管线钢的钢板横向屈强比和纵向屈强比分别≤0.86、≤0.83，且抗HIC性能满足NACETM0284-96标准A溶液条件下裂纹长度率CLR≤15％、裂纹厚度率CTR≤5％、裂纹敏感率CSR≤2％；
所述的低屈强比抗酸性海底管线钢的化学成分为：C：0.03～0.05％，Si：0.10～0.30％，Mn：1.15～1.35％，P：≤0.010％，S：≤0.0010％，Alt：0.01～0.06％，Nb：0.04～0.07％，Ti：0.008～0.020％，Ni：0.10～0.25％，Cr：0.10～0.30％，余量为Fe和不可避免杂质元素。
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