CN109234487A - 一种海底管线钢x65mo的生产方法 - Google Patents

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Abstract

一种海底管线钢X65MO的生产方法，钢的化学成分按重量百分比计为C=0.03~0.08，Si=0.10~0.30，Mn=0.80~1.00，P≤0.015，S≤0.0015，Nb=0.01~0.02，V=0.02~0.05，Ti=0.008~0.015，Cr=0.10~0.30，Al=0.008~0.020，N=0.008~0.012，B≤0.0005，余量为Fe和不可避免的杂质。关键生产工艺包括：铁水预处理；转炉；RH真空处理；LF精炼；连铸；热送热装；加热轧制；冷却。本发明生产的钢板具有良好的强、塑、韧等力学性能，弯、焊等工艺性能，以及抗HIC等化学性能的综合性能匹配，适用于海底石油、天然气输送用直缝焊管的制造及其管道建设，且生产工序简单、效率高、成本低。

Description

一种海底管线钢X65MO的生产方法
技术领域
本发明属于钢铁生产技术领域，特别是涉及一种海底管线钢X65MO的生产方法。
背景技术
管道输送是石油、天然气最安全、经济、高效的输送方法，随着资源开采向海洋、极地等地质条件恶劣的地区延伸，管道输送用钢的性能要求不断提高。海底管线钢要求具有高强韧性、以及良好的抗压溃能力、抗止裂能力、抗变形能力、抗腐蚀能力、抗疲劳能力等综合性能。
目前，采用低碳、高Mn、高Nb的微合金化管线钢已成为主流，该类型管线钢结合TMCP工艺，可以获得高强度、以及良好的低温韧性和止裂性，如日本专利JP53118221、JP61012849，美国专利US6315946，中国专利CN103451536B、CN103834874B等。此类管线钢由于Mn、Nb含量高，并往往添加Mo、Ni、Cu等贵重合金元素，合金成本高。而且由于Mn、S的中心偏析，容易导致形成MnS的带状组织，严重影响海底管线钢的止裂性能和耐腐蚀性能，为此常需要进行Ca处理对夹杂物变性，如中国专利CN105002437B要求钢中Ca含量为0.0020~0.0035%、S含量≤0.0010%；住友金属认为Ca/S比≥2时基本能抑制条带状MnS夹杂物的出现（Ikeda T, et al, Sumitomo Search, 1981, 26: 91-104），然而Ca的低收得率及其与钢水的剧烈反应，将明显增加钢水洁净度控制的难度，提高生产成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种海底管线钢X65MO的生产方法，采用经济型的成分设计，以及低成本的冶炼、热送热装和TMCP工艺，实现了钢板良好的强、塑、韧等力学性能，弯、焊等工艺性能，以及抗HIC等化学性能的综合匹配，适用于海底石油、天然气输送用直缝焊管的制造及其管道建设。
本发明的技术方案：
一种海底管线钢X65MO的生产方法，钢的化学成分按重量百分比计为：C=0.03~0.08，Si=0.10~0.30，Mn=0.80~1.00，P≤0.015，S≤0.0015，Nb=0.01~0.02，V=0.02~0.05，Ti=0.008~0.015，Cr=0.10~0.30，Al=0.008~0.020，N=0.008~0.012，B≤0.0005，余量为Fe和不可避免的杂质；钢板的关键生产工艺步骤包括：
将铁水进行预脱硫，并扒渣，获得低硫铁水；
将低硫铁水经转炉冶炼，并采用留氧出钢、挡渣出钢，获得未脱氧的钢水；
将未脱氧钢水经RH真空处理进行碳脱氧，当氧含量≤100ppm后加入铝粒进一步扩散脱氧；
将脱氧钢水送至LF精炼，造白渣深脱硫，期间依次加入钛铁，铝铁及进行其它合金化操作，控制增氢量≤1.0ppm；
将精炼钢水经全保护浇注，获得优质连铸坯；
将优质连铸坯经快速火焰切割，并热送热装至加热炉；
采用低温加热、高温轧制的控轧工艺，加热温度为1100~1150℃，轧制温度≥900℃；
轧后迅速进行超快冷，冷却速度≥30℃/s，终冷温度为480~560℃，然后缓冷至室温。
进一步地，所述低硫铁水，铁水中硫含量≤50ppm；所述未脱氧钢水，钢水中氧含量为300~500ppm；所述脱氧钢水，钢水中氧含量为30~50ppm；所述精炼钢水，钢水中硫含量≤15ppm，氢含量≤2.2ppm。
优选地，所述的RH真空处理，控制真空度≤67Pa，保持真空时间≥20min，其中，加入铝粒后保持真空时间≥10min。
所述的造白渣，造渣料包括石灰、精炼合成渣、铝粒，其中，石灰灼减量≤4%，精炼合成渣水分≤0.05%；所述的合金化，合金散料在线烘烤温度100~150℃。
所述的全保护浇注，保护渣和覆盖剂水分≤0.5%；中包烘烤温度≥1100℃，烘烤时间2~5h，其中从100℃升温至300℃采用小火，时间1~2h。
进一步地，所述的热送热装，控制连铸坯水平段的表面温度为880~920℃，连铸坯火焰切割速度为400~450mm/min；进加热炉时铸坯表面温度≥750℃，加热炉预热段炉膛温度≥750℃。
所述高温轧制，包括：轧制温度在980~1040℃区间时，轧制3道次以上，每道次压下率不低于20%；轧制温度在1040℃以上时，每道次压下率小于20%；轧制温度在900~980℃区间时，累积压下率不大于40%，道次间隔时间≥15s。
所述的缓冷，将钢板分切成子板，然后吊运至堆冷坑，控制入坑温度≥360℃。
优选地，涉及的铁水预处理、转炉以及RH真空处理，可以使用底吹氮气搅拌钢水。
本发明的有益效果：
（1）本发明的钢板中未添加Mo、Ni、Cu等贵重合金，减少Nb、Mn的加入量，并利用超快冷、VN第二相的析出保证强韧性，合金成本低；
（2）本发明采用铁水预处理脱硫，铁水中碳高、硅高、氧低，脱硫效率高，费用低。结合LF造白渣深脱硫，能实现超低硫钢水的冶炼；
（3）本发明采用RH+LF的精炼工艺，利用RH真空处理脱碳、脱氧，从而降低脱氧剂的消耗量和脱氧成本；同时可以适当提高转炉终点碳含量，从而降低对转炉内衬的侵蚀，提高转炉的使用寿命和钢水的收得率；
（4）本发明无需Ca处理，通过降低Mn、S的含量、控制连铸坯的中心偏析、以及设计合适的轧制工艺以控制MnS的析出，有效地避免了条带状MnS夹杂物的形成，从而节省了Ca处理的成本和时间，也有利于洁净钢的生产和稳定控制；
（5）本发明可以使用底吹氮气替代底吹氩气来搅拌钢水，既有利于降低气体成本，又是一种廉价的氮合金化原料；
（6）本发明采用热送热装，可以减少坯料再加热过程的能源消耗，简化生产流程和提高生产节奏，减少天车吊运耗费的人力、物力，因而可以大幅度降低生产成本；
（7）本发明采用低温加热、高温轧制的工艺，降低加热能耗，减小轧制载荷，提高轧制节奏，具有良好的经济性，同时结合超快冷，可以得到细小均匀的再结晶晶粒，对止裂性、耐蚀性、均质性等有利；
（8）本发明生产的钢板在轧制冷却过程中头尾温差小，因此母板组板设计时可以采用多张子板的方式，生产效率高；此外，本发明生产的钢板板型好，可以降低矫直成本；内应力低，无需增加回火工序成本。
具体实施方式
下面通过具体实施例进一步说明本发明的内容。
实施例1：钢板厚度为23.8mm海底管线钢的生产方法
钢的化学组成质量百分比为：C=0.05，Si=0.18，Mn=0.90，P=0.011，S=0.0009，Nb=0.012，V=0.035，Ti=0.011，Cr=0.22，Al=0.016，N=0.0095，B=0.0002，余量为Fe和不可避免的杂质；钢板的关键生产工艺包括：
采用KR搅拌法，将铁水进行预脱硫，脱硫后扒渣干净，获得硫含量为24ppm的铁水；
采用转炉冶炼，并使用滑板挡渣出钢，出钢过程不脱氧，获得氧含量为362ppm的钢水；
进行RH真空处理，真空度为67Pa，保持真空时间12min时，取样测氧，[O]=82ppm，然后加入100kg铝粒进一步扩散脱氧，加入铝粒后保持真空时间15min，出站时钢水中氧含量为38ppm；
送至LF精炼，造白渣深脱硫，造渣料包括2.2t石灰、0.4t精炼合成渣、60kg铝粒，其中，石灰灼减量约2.5%，精炼合成渣水分为0.02%；精炼至10min时成白渣，此时加入60kg钛铁，之后加入40kg铝铁，保持白渣时间25min，然后加入470kg低碳铬铁、1390kg金属锰、410kg硅铁、80kg钒铁、25kg铌铁进行合金化，合金料在线烘烤温度120~130℃；出站时钢水中硫含量为10ppm，氢含量为2.0ppm，增氢量为0.9ppm；
采用直弧形连铸机全保护浇注，保护渣水分0.12%，覆盖剂水分0.22%；中包烘烤温度1150℃，烘烤时间4h，其中从100℃升温至300℃采用小火，时间1h；中间包过热度为9~10℃，通钢量为3.74t/min，动态轻压下区间50~95%，压下量6mm；连铸坯水平段的表面温度为889~900℃；连铸坯中心偏析的低倍评级为YB/T 4003-2016标准C类1.0级；连铸坯断面尺寸为220mm×2280mm；
将上述连铸坯以450mm/min的速度进行火焰切割，并热送热装至加热炉，进加热炉时铸坯表面温度758℃；加热炉预热段炉膛温度780~800℃；
采用低温加热、高温轧制的控轧工艺，加热温度为1125℃；开轧温度为1085℃，终轧温度为911℃，其中轧制温度在980~1040℃区间时，轧制3道次，每道次压下率分别为23.3%、25.8%、27.1%；轧制温度在1040℃以上时，道次压下率在9.6~17.5%之间；轧制温度在911~980℃区间时，轧制3道次，道次压下率分别为13.3%、11.5%、9.6%，道次间隔时间分别为15s、25s；
轧后迅速进行超快冷，冷却速度约为33.3℃/s，终冷温度为500~525℃；轧后钢板长度37120mm，分切成3块子板，之后吊运至堆冷坑，入坑温度为400℃，然后缓冷至室温。
进一步地，上述的铁水预处理、转炉以及RH真空处理过程，均使用底吹氮气搅拌钢水。
对本实施例钢板按照API标准取样检测性能。横向拉伸：屈服强度489MPa，抗拉强度556MPa，屈强比0.88，延伸率43%，断面收缩率76%；纵向拉伸：屈服强度496MPa，抗拉强度557MPa，屈强比0.89，延伸率42%，断面收缩率75%；横向弯曲：弯轴直径2倍板厚，弯曲180°未出现裂纹；横向夏比V型冲击：—20℃冲击功为457J/465J/454J，剪切面积为96%/98%/97%；横向DWTT落锤：—10℃全厚度DWTT落锤剪切面积为90%/89%；母材横向CTOD：0℃CTOD值为1.25mm/1.23mm/1.11mm；焊缝横向CTOD：0℃CTOD值为0.59mm/0.63mm/0.71mm；抗HIC性能：按照NACE TM0284标准，在A溶液中浸泡96小时后，裂纹长度率CLR为0、裂纹厚度率CTR为0、裂纹敏感率CSR为0。
实施例2：钢板厚度为20.6mm海底管线钢的生产方法
钢的化学组成质量百分比为：C=0.05，Si=0.19，Mn=0.91，P=0.010，S=0.0008，Nb=0.011，V=0.036，Ti=0.012，Cr=0.16，Al=0.018，N=0.0098，B=0.0003，余量为Fe和不可避免的杂质；钢板的关键生产工艺包括：
采用KR搅拌法，将铁水进行预脱硫，脱硫后扒渣干净，获得硫含量为28ppm的铁水；
采用转炉冶炼，并使用滑板挡渣出钢，出钢过程不脱氧，获得氧含量为317ppm的钢水；
进行RH真空处理，真空度为67Pa，保持真空时间10min时，取样测氧，[O]=75ppm，然后加入80kg铝粒进一步扩散脱氧，加入铝粒后保持真空时间12min，出站时钢水中氧含量为42ppm；
送至LF精炼，造白渣深脱硫，造渣料包括2.4t石灰、0.4t精炼合成渣、60kg铝粒，其中，石灰灼减量约2.5%，精炼合成渣水分为0.02%；精炼至12min时成白渣，此时加入60kg钛铁，之后加入40kg铝铁，保持白渣时间20min，然后加入390kg低碳铬铁、1350kg金属锰、420kg硅铁、80kg钒铁、25kg铌铁进行合金化，合金料在线烘烤温度120~130℃；出站时钢水中硫含量为8ppm，氢含量为1.8ppm，增氢量为0.8ppm；
采用直弧形连铸机全保护浇注，保护渣水分0.12%，覆盖剂水分0.22%；中包烘烤温度1150℃，烘烤时间4h，其中从100℃升温至300℃采用小火，时间1h；中间包过热度为8℃，通钢量为3.65t/min，动态轻压下区间50~95%，压下量8mm；连铸坯水平段的表面温度为897~905℃；连铸坯中心偏析的低倍评级为YB/T 4003-2016标准C类1.5级；连铸坯断面尺寸为260mm×1880mm；
将上述连铸坯以400mm/min的速度进行火焰切割，并热送热装至加热炉，进加热炉时铸坯表面温度762℃；加热炉预热段炉膛温度790~805℃；
采用低温加热、高温轧制的控轧工艺，加热温度1135℃；开轧温度1102℃，终轧温度918℃，其中轧制温度在980~1040℃区间时，轧制4道次，每道次压下率分别为22.6%、25.3%、24.7%、24.5%；轧制温度在1040℃以上时，道次压下率在8.8~16.4%之间；轧制温度在918~980℃区间时，轧制3道次，道次压下率分别为12.6%、11.8%、10.7%，道次间隔时间分别为20s、30s；
轧后迅速进行超快冷，冷却速度约为38℃/s，终冷温度为520~540℃；轧后钢板长度50480mm，分切成4块子板，之后吊运至堆冷坑，入坑温度为390℃，然后缓冷至室温。
进一步地，上述的铁水预处理、转炉以及RH真空处理过程，均使用底吹氮气搅拌钢水。
对本实施例钢板按照API标准取样检测性能。横向拉伸：屈服强度519MPa，抗拉强度590MPa，屈强比0.88，延伸率47.5%，断面收缩率72%；纵向拉伸：屈服强度535MPa，抗拉强度606MPa，屈强比0.88，延伸率48%，断面收缩率77.5%；横向弯曲：弯轴直径2倍板厚，弯曲180°未出现裂纹；横向夏比V型冲击：—20℃冲击功为437J/436J/442J，剪切面积为96%/96%/98%；横向DWTT落锤：—10℃全厚度DWTT落锤剪切面积为92%/92%；母材横向CTOD：0℃CTOD值为1.31mm/1.26mm/1.35mm；焊缝横向CTOD：0℃CTOD值为0.66mm/0.69mm/0.61mm；抗HIC性能：按照NACE TM0284标准，在A溶液中浸泡96小时后，裂纹长度率CLR为0、裂纹厚度率CTR为0、裂纹敏感率CSR为0。

Claims (9)

1.一种海底管线钢X65MO的生产方法，其特征在于，钢的化学成分按重量百分比计为：C=0.03~0.08，Si=0.10~0.30，Mn=0.80~1.00，P≤0.015，S≤0.0015，Nb=0.01~0.02，V=0.02~0.05，Ti=0.008~0.015，Cr=0.10~0.30，Al=0.008~0.020，N=0.008~0.012，B≤0.0005，余量为Fe和不可避免的杂质；钢板的关键生产工艺包括：
将铁水进行预脱硫，并扒渣，获得低硫铁水；
将低硫铁水经转炉冶炼，并采用留氧出钢、挡渣出钢，获得未脱氧的钢水；
将未脱氧钢水经RH真空处理进行碳脱氧，当氧含量≤100ppm后加入铝粒进一步扩散脱氧；
将脱氧钢水送至LF精炼，造白渣深脱硫，期间依次加入钛铁，铝铁及进行其它合金化操作，控制增氢量≤1.0ppm；
将精炼钢水经全保护浇注，获得优质连铸坯；
将优质连铸坯经快速火焰切割，并热送热装至加热炉；
采用低温加热、高温轧制的控轧工艺，加热温度为1100~1150℃，轧制温度≥900℃；
轧后迅速进行超快冷，冷却速度≥30℃/s，终冷温度为480~560℃，然后缓冷至室温。
2.根据权利要求1 所述的一种海底管线钢X65MO的生产方法，其特征在于：所述低硫铁水，铁水中硫含量≤50ppm；所述未脱氧钢水，钢水中氧含量为300~500ppm；所述脱氧钢水，钢水中氧含量为30~50ppm；所述精炼钢水，钢水中硫含量≤15ppm，氢含量≤2.2ppm。
3.根据权利要求1 所述的一种海底管线钢X65MO的生产方法，其特征在于：所述的RH真空处理，控制真空度≤67Pa，保持真空时间≥20min，其中，加入铝粒后保持真空时间≥10min。
4.根据权利要求1 所述的一种海底管线钢X65MO的生产方法，其特征在于：所述的造白渣，造渣料包括石灰、精炼合成渣、铝粒，其中，石灰灼减量≤4%，精炼合成渣水分≤0.05%；所述的合金化，合金散料在线烘烤温度100~150℃。
5.根据权利要求1 所述的一种海底管线钢X65MO的生产方法，其特征在于：所述的全保护浇注，保护渣和覆盖剂水分≤0.5%；中包烘烤温度≥1100℃，烘烤时间2~5h，其中从100℃升温至300℃采用小火，时间1~2h。
6.根据权利要求1 所述的一种海底管线钢X65MO的生产方法，其特征在于：所述的热送热装，控制连铸坯水平段的表面温度为880~920℃，连铸坯火焰切割速度为400~450mm/min；进加热炉时铸坯表面温度≥750℃，加热炉预热段炉膛温度≥750℃。
7.根据权利要求1 所述的一种海底管线钢X65MO的生产方法，其特征在于：所述的高温轧制，包括：轧制温度在980~1040℃区间时，轧制3道次以上，每道次压下率不低于20%；轧制温度在1040℃以上时，每道次压下率小于20%；轧制温度在900~980℃区间时，累积压下率不大于40%，道次间隔时间≥15s。
8.根据权利要求1 所述的一种海底管线钢X65MO的生产方法，其特征在于：所述的缓冷，将钢板分切成子板，然后吊运至堆冷坑，控制入坑温度≥360℃。
9.根据权利要求1 所述的一种海底管线钢X65MO的生产方法，其特征在于：涉及的铁水预处理、转炉以及RH真空处理，使用底吹氮气搅拌钢水。
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