CN109234487B - 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
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 (4)
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;钢板的生产过程中不进行钙处理,关键生产工艺包括:
(a)将铁水进行预脱硫,并扒渣,获得低硫铁水;
(b)将所述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;
(c)将所述未脱氧的钢水经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,得到脱氧钢水;
(d)将所述脱氧钢水送至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,得到精炼钢水;
(e)将所述精炼钢水经全保护浇注,获得优质连铸坯;
(f)将所述优质连铸坯经快速火焰切割,并热送热装至加热炉;
(g)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℃;
(h)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;
所述低硫铁水,铁水中硫含量≤50ppm;所述未脱氧的 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;所述优质连铸坯,连铸坯中心偏析的低倍评级在YB/T 4003-2016标准C类1.5级以内;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。
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;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℃。
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:涉及的热送热装,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℃。
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: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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