CN109338213B - X80m深海抗应变管线钢及轧制工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种X80M深海抗应变管线钢，涉及钢铁轧制领域，其化学成分及质量百分比如下：C:0.030%～0.050%，Si:0.10%～0.35%，Mn:1.30%～1.60%，P≤0.010%，S≤0.0020%，Nb:0.030%～0.070%，Ti:0.006%～0.020%，Ni:0.65%～0.85%，Cr≤0.02%，Mo:0.31%～0.36%，Cu≤0.02%，V≤0.02%，Al:0.015%～0.050%，Ca:0.0005%～0.030%，Ceq≤0.45，Pcm≤0.19，余量为Fe和杂质，满足深海抗震区域服役性能。

Description

X80M深海抗应变管线钢及轧制工艺
技术领域
本发明涉及钢铁冶炼技术领域，特别是涉及X80M深海抗应变管线钢及轧制工艺。
背景技术
随着世界经济的飞速发展，石油天然气的需求日益增加，海洋海底蕴藏着大量的石油资源，石油开发后通过管道运输经济安全。随着我国经济的不断发展，钢铁冶炼技术不断提升，管线产品已经成功开发了1500米深海、极低冻土区域、抗重酸性条件等服役条件，经实践验证，服役的钢板性能稳定，因此，根据国家能源发展需求，开发深海抗震区域的管道运输成为下一个开发热点。
发明内容
为了解决以上技术问题，本发明提供一种X80M深海抗应变管线钢，其化学成分及质量百分比如下：C:0.030％～0.050％，Si:0.10％～0.35％，Mn:1.30％～1.60％，P≤0.010％，S≤0.0020％，Nb:0.030％～0.070％，Ti:0.006％～0.020％，Ni:0.65％～0.85％，Cr≤0.02％，Mo:0.31％～0.36％，Cu≤0.02％，V≤0.02％，Al:0.015％～0.050％，Ca:0.0005％～0.030％，Ceq≤0.45，Pcm≤0.19，余量为Fe和杂质。
技术效果：本发明对管线钢深海及抗震服役环境进行了深入分析，采用超低碳、高镍设计方案，提高了钢板的深海低温韧性性能，通过铌、钛设计达到细化晶粒度的目的，加入钼用来提高钢板厚度方向的组织均匀性及钢板强度。
本发明进一步限定的技术方案是：
进一步的，壁厚为20mm～40mm。
前所述的X80M深海抗应变管线钢，其化学成分及质量百分比如下：C：0.033％，Si：0.16％，Mn：1.36％，P：0.008％，S：0.0016％，Nb：0.059％，Ti：0.013％，Ni：0.83％，Cr：0.002％，Mo：0.33％，Cu：0.02％，V：0.002％，Alt：0.036％，Ca：0.0018％，Ceq：0.38，Pcm：0.15，余量为Fe和杂质。
前所述的X80M深海抗应变管线钢，其化学成分及质量百分比如下：C：0.049％，Si：0.31％，Mn：1.58％，P：0.009％，S：0.0015％，Nb：0.062％，Ti：0.017％，Ni：0.68％，Cr：0.02％，Mo：0.35％，Cu：0.02％，V：0.02％，Alt：0.033％，Ca：0.0020％，Ceq：0.40，Pcm：0.17，余量为Fe和杂质。
本发明的另一目的在于提供一种X80M深海抗应变管线钢轧制工艺，包括以下步骤：
S1、坯料入炉前对坯料表面质量进行表检，表检合格且表面温度在300度以下方可入炉；
S2、采用步进式加热炉对坯料加热，总加热时间为10min/cm～13min/cm(cm代表坯料厚度)，均热时间要求40min以上，目标出钢温度为1150℃～1160℃；
S3、轧制过程采用二阶段轧制工艺，初轧开轧温度为1030℃～1080℃，初轧终了温度为950℃～1020℃，二阶段开轧温度为730℃～760℃，终轧温度为730℃～750℃；
S4、采用超快冷技术对轧制后的钢板进行冷却，入水温度为695℃～705℃，钢板返红温度200℃～230℃；
S5、钢板达到冷床冷却至200℃以下后进行温矫，然后进行剪切、标志、探伤、表检后入库。
前所述的X80M深海抗应变管线钢轧制工艺，步骤S3，初轧平均压下量27mm以上，初轧最后三道次压下率大于20％，末道次压下率大于22％，精轧过程中有两道次轧制力大于9000kN。
前所述的X80M深海抗应变管线钢轧制工艺，步骤S4，冷却集管流量1～14组由前到后开水，辊速设定0.9m/s～1.3m/s，加速度0.006m/s2～0.012m/s2。
前所述的X80M深海抗应变管线钢轧制工艺，步骤S5，剪切头尾1000mm以上，两边80mm以上，表检无划伤、凹坑、压痕。
本发明的有益效果是：
(1)本发明中壁厚设计充分考虑了深海管线环境恶劣，受海水压力、洋流、地震等自然灾害影响；
(2)本发明中轧制工艺采用低温奥氏体化，有效细化组织晶粒度，通过TMCP轧制工艺、轧后快冷技术得到均匀细小准多边形铁素为主(含量60～70％)、少量贝氏体、马奥岛的混合组织，这种组织具有良好的塑性，能有效抵制火山喷发、地震、海啸等带来的地质灾害，同时这种组织横纵向韧性良好，满足深海服役的要求；
(3)本发明中轧制工艺步骤S2确保了铸坯心部充分奥氏体化；
(4)本发明中轧制工艺步骤S3中压下量、压下率和轧制力大小确保了钢板心部有充分的变形量，达到细化组织晶粒度的目的；
(5)本发明采用合适的成分设计，通过适合材质要求的超低温加热工艺、TMCP轧制工艺、轧后快冷技术，得到了以均匀细小的准多边形铁素体为主(含量60～70％)、少量贝氏体、马奥岛的混合组织，这种组织晶粒间结合紧密，强度、韧性优异，具有深海抗震区域服役性能，满足了客户在深海2000米以内的管道输送要求。
附图说明
图1为实施例1得到的钢板在金相显微镜下典型的组织形貌图；
图2为实施例1钢板检查拉伸性能时的拉伸曲线的取值形貌图；
图3为实施例2得到的钢板在金相显微镜下典型的组织形貌图；
图4为实施例2钢板检查拉伸性能时的拉伸曲线的取值形貌图。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供的一种X80M深海抗应变管线钢，钢板的厚度为20mm～40mm，其化学成分及质量百分比如下：C：0.033％，Si：0.16％，Mn：1.36％，P：0.008％，S：0.0016％，Nb：0.059％，Ti：0.013％，Ni：0.83％，Cr：0.002％，Mo：0.33％，Cu：0.02％，V：0.002％，Alt：0.036％，Ca：0.0018％，Ceq：0.38，Pcm：0.15，余量为Fe和杂质。
上述X80M深海抗应变管线钢轧制工艺，包括以下步骤：
S1、坯料规格为260mm×2570mm，入炉前对坯料表面质量进行表检，表检合格且表面温度为230度，坯料通过轨道传送至加热炉加热；
S2、采用步进式加热炉对坯料加热，总加热时间为268min，均热时间要求45min以上，出钢温度为1153℃；
S3、轧制过程采用二阶段轧制工艺，初轧开轧温度为1053℃，初轧终了温度为985℃，二阶段开轧温度为751℃，终轧温度为740℃，初轧平均压下量28mm，初轧最后三道次压下率21％、22％、23％，精轧过程中第二道次轧制力9300kN，第三道次轧制力9100kN；
S4、采用超快冷技术对轧制后的钢板进行冷却，冷却集管流量1～14组由前到后开水，辊速1.10m/s，加速度0.008m/s2，入水温度为698℃，钢板返红温度208℃；
S5、钢板达到冷床冷却至180℃进行温矫，然后进行剪切、标志、探伤、表检后入库，剪切头尾1000mm以上，两边80mm以上，表检无划伤、凹坑、压痕。
实施例2
本实施例提供的一种X80M深海抗应变管线钢，其化学成分及质量百分比如下：C：0.049％，Si：0.31％，Mn：1.58％，P：0.009％，S：0.0015％，Nb：0.062％，Ti：0.017％，Ni：0.68％，Cr：0.02％，Mo：0.35％，Cu：0.02％，V：0.02％，Alt：0.033％，Ca：0.0020％，Ceq：0.40，Pcm：0.17，余量为Fe和杂质。
上述X80M深海抗应变管线钢轧制工艺，包括以下步骤：
S1、坯料规格为260mm×2570mm，入炉前对坯料表面质量进行表检，表检合格且表面温度为260度,坯料通过轨道传送至加热炉加热；
S2、采用步进式加热炉对坯料加热，总加热时间为283min，均热时间要求43min以上，目标出钢温度为1158℃；
S3、轧制过程采用二阶段轧制工艺，初轧开轧温度为1068℃，初轧终了温度为992℃，奥氏体化温度1158℃，二阶段开轧温度为736℃，终轧温度为739℃，初轧平均压下量28mm以上，初轧最后三道次压下率21％、22％、23％，精轧过程中第二道次轧制力9500kN，第三道次轧制力9300kN；
S4、采用超快冷技术对轧制后的钢板进行冷却，冷却集管流量1～14组由前到后开水，辊速设定1.0m/s，加速度0.008m/s2，入水温度为702℃，钢板返红温度219℃；
S5、钢板达到冷床冷却至190℃进行温矫，然后进行剪切、标志、探伤、表检后入库，剪切头尾1000mm以上，两边80mm以上，表检无划伤、凹坑、压痕。
观察实施例1与实施例2得到的钢板在金相显微镜下典型的组织形貌图及拉伸性能时拉伸曲线图。由图可见，钢板的组织为以均匀细小准多边形铁素体为主(含量60％～70％)，并含有少量贝氏体、马奥岛的混合组织，该组织均匀细小且致密，有利于提高管线钢板在深海恶劣环境下的服役性能。
实施例1与实施例2所得管线钢的力学性能测试结果如下表：
Figure BDA0001816667830000041
由上表可知，钢板的成分、性能符合API 5L相关要求，满足客户的使用需求，达到了设计要求。
本发明通过独特的成份设计，解决了钢板韧性与强度匹配的问题，轧制工艺充分考虑了设备能力与温度点的匹配，有效降级了组织晶粒度，利于提高产品的强度与韧性，通过严格控制钢板的入水温度，提高了组织内部铁素体含量，确保了均匀细小准多边形铁素体含量达到60～70％，同时存在少量贝氏体、马奥岛的混合组织，提高了产品抗震性能，保证了钢板在深海恶劣地质条件下服役的可能性，满足了我国国之重器走向世界之巅的要求，满足了客户的使用要求。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种X80M深海抗应变管线钢轧制工艺，其特征在于：
其化学成分及质量百分比如下：C:0.030%～0.050%，Si:0.10%～0.35%，Mn:1.30%～1.60%，P≤0.010%，S≤0.0020%，Nb:0.030%～0.070%，Ti:0.006%～0.020%，Ni:0.65%～0.85%，Cr≤0.02%，Mo:0.31%～0.36%，Cu≤0.02%，V≤0.02%，Al:0.015%～0.050%，Ca:0.0005%～0.030%，Ceq≤0.45，Pcm≤0.19，余量为Fe和杂质；
包括以下步骤：
S1、坯料入炉前对坯料表面质量进行表检，表检合格且表面温度在300度以下方可入炉；
S2、采用步进式加热炉对坯料加热，总加热时间为10min/cm～13min/cm，cm代表坯料厚度，均热时间要求40min以上，目标出钢温度为1150℃～1160℃；
S3、轧制过程采用二阶段轧制工艺，初轧开轧温度为1030℃～1080℃，初轧终了温度为950℃～1020℃，二阶段开轧温度为730℃～760℃，终轧温度为730℃～750℃；
S4、采用超快冷技术对轧制后的钢板进行冷却，入水温度为695℃～705℃，钢板返红温度200℃～230℃；
S5、钢板到达冷床冷却至200℃以下后进行温矫，然后进行剪切、标志、探伤、表检后入库；
得到的管线钢产品组织为以均匀细小的含量60～70%的准多边形铁素体为主、少量贝氏体、马奥岛的混合组织。
2.根据权利要求1所述的X80M深海抗应变管线钢轧制工艺，其特征在于，壁厚为20mm～40mm。
3.根据权利要求1所述的X80M深海抗应变管线钢轧制工艺，其特征在于，其化学成分及质量百分比如下：C：0.033%，Si：0.16%，Mn：1.36%，P：0.008%，S：0.0016%，Nb：0.059%，Ti：0.013%，Ni：0.83%，Cr：0.002%，Mo：0.33%，Cu：0.02%，V：0.002%，Al：0.036%，Ca：0.0018%，Ceq：0.38，Pcm：0.15，余量为Fe和杂质。
4.根据权利要求1所述的X80M深海抗应变管线钢轧制工艺，其特征在于，其化学成分及质量百分比如下：C：0.049%，Si：0.31%，Mn：1.58%，P：0.009%，S：0.0015%，Nb：0.062%，Ti：0.017%，Ni：0.68%，Cr：0.02%，Mo：0.35%，Cu：0.02%，V：0.02%，Al：0.033%，Ca：0.0020%，Ceq：0.40，Pcm：0.17，余量为Fe和杂质。
5.根据权利要求1所述的X80M深海抗应变管线钢轧制工艺，其特征在于：所述步骤S3，初轧平均压下量27mm以上，初轧最后三道次压下率大于20%，末道次压下率大于22%，精轧过程中有两道次轧制力大于9000kN。
6.根据权利要求1所述的X80M深海抗应变管线钢轧制工艺，其特征在于：所述步骤S4，冷却集管流量1～14组由前到后开水，辊速设定0.9m/s～1.3m/s，加速度0.006m/s2～0.012m/s2。
7.根据权利要求1所述的X80M深海抗应变管线钢轧制工艺，其特征在于：所述步骤S5，剪切头尾1000mm以上，两边80mm以上，表检无划伤、凹坑、压痕。
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