CN110541109B - 一种海底用抗酸管线钢x60mos及其生产方法 - Google Patents

一种海底用抗酸管线钢x60mos及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种海底用抗酸管线钢X60MOS，化学成分质量百分含量为：C：0.06‑0.08%，Si:0.10‑0.30%，Mn：1.40‑1.70%，P≤0.018%，S≤0.002%，Als：0.015‑0.035%，Nb：0.030‑0.050%，Ti：0.005‑0.020%，余量为Fe和不可避免的杂质；本发明还提供一种海底用抗酸管线钢X60MOS的生产工艺，包括冶炼、连铸、LF精炼、RH精炼、加热、轧制、冷却、卷取工序，加热工序中，对加热负荷进行分配，预热段负荷占总负荷的10±5%，加热一段负荷占总负荷的40±5%，加热二段负荷占总负荷的30±5%，剩余负荷分配至均热段；铸坯加热到1180‑1250℃，保温180‑210min，保证铸坯头尾温差在30℃以内。本发明不添加贵重合金元素，大幅降低了生产成本；生产的管线钢产品具有良好高强韧性、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、抗酸等综合性能。

Description

一种海底用抗酸管线钢X60MOS及其生产方法
技术领域
本发明涉及一种管线钢的的生产方法，尤其涉及一种海底用抗酸管线钢X60MOS及其生产方法。
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，随着资源开采逐步向海洋、极地等地质条件恶劣的地区延伸，对管线钢的综合性能要求日益苛刻，特别是海底管线钢，海底管道受到洋流、潮汐等因素影响，随时处于运动状态,因此要求具有高强韧性、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。
目前管线钢多采用低C、高Mn、Nb，同时还添加V、Cu、Cr、Ni、Mo等贵重微合金金属，成本较高，并且对环境有害。例如：中国专利108546884A提供一种深海抗酸管线钢及制造方法，该方法加入了大量的贵重微合金，导致成本居高不下；另一方面，现阶段特殊用途管线钢多为海底普通输气用管线钢或陆用抗酸管线钢，用途相对单一；而随着油气行业的发展，迫切需要发明一种环境友好、成本低、性能稳定、抗酸、耐海水腐蚀等综合性能优良的管线钢产品。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种海底用抗酸管线钢X60MOS及其生产方法，在避免添加贵重合金元素、降低成本的同时，通过优化各生产工序，生产出强韧性匹配优异、综合性能优良的抗酸管线钢X60MOS，解决背景技术缺陷。
为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案是：
一种海底用抗酸管线钢X60MOS，其化学成分质量百分含量为：C：0.06-0.08%，Si:0.10-0.30%，Mn：1.40-1.70%，P≤0.018%，S≤0.002%，Als：0.015-0.035%，Nb：0.030-0.050%，Ti：0.005-0.020%，余量为Fe和不可避免的杂质。
一种海底用抗酸管线钢X60MOS的生产方法，包括炼钢、连铸、LF精炼、RH精炼、加热、轧制、冷却、卷取工序；所述连铸铸坯化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.06-0.08%，Si:0.10-0.30%，Mn：1.40-1.70%，P≤0.018%，S≤0.002%，Als：0.015-0.035%，Nb：0.030-0.050%，Ti：0.005-0.020%，余量为Fe和不可避免的杂质。
上述的一种海底用抗酸管线钢X60MOS的生产方法，所述加热工序，对加热负荷进行分配，预热段负荷占总负荷的10±5%，加热一段负荷占总负荷的40±5%，加热二段负荷占总负荷的30±5%，剩余负荷分配至均热段；铸坯加热到1180-1250℃，保温180-210min，保证铸坯头尾温差在30℃以内。
上述的一种海底用抗酸管线钢X60MOS的生产方法，所述卷取工序，卷取温度为480-520℃，卷取温度测温点为钢带的下表面。
上述的一种海底用抗酸管线钢X60MOS的生产方法，所述连铸工序，冶炼得到纯净钢水，采用保护渣保护浇注，辊缝偏差要求≤±0.5mm；结晶器液面波动≤±5mm，液相线温度控制范围：1535℃-1555℃；拉速控制范围0.9～1.4 m/min，采用恒拉速操作；铸坯凝固采用动态轻压下，得到无缺陷的铸坯。
上述的一种海底用抗酸管线钢X60MOS的生产方法，所述轧制工序，粗轧最后道次轧制温度为1030-1100℃，精轧开轧温度为930-980℃，终轧温度为860～900℃，避开990-1020℃部分再结晶温区，避免部分再结晶温区轧制带来的性能恶化。
所述冷却工序，采用前段集中冷却模式，根据钢带的化学成分和管线钢成形要求，层流冷却速率控制在25-35℃/s。
上述的一种海底用抗酸管线钢X60MOS的生产方法，所述连铸工序，铸坯取样检验钢中的气体N≤45ppm、H≤1.5ppm、O≤15ppm。
本发明管线钢钢带的厚度为3～20mm，屈服强度范围460-510MPa，最大差值小于50MPa，抗拉强度≥566-595MPa，最大差值小于50 MPa，延伸率范围，延伸率≥30%，最大差值小于10%；力学性能检测标准参考API Spec 5L（45版） PSL2。
本发明卷取工序的卷取温度为480-520℃，卷取温度测温点从钢带上表改到了下表，去除了水蒸气对测温数据真实性的干扰，保证了给二级模型反馈实时数值的准确性，卷取温度整体命中率从57.8%提高到81.2%，实现冷速和卷取温度的稳定控制，并且消除了热带尾的影响，保证性能合格率和稳定性。
本发明出于抗酸和耐腐蚀角度考虑，保证炼钢过程较低的［N］、［H］、［O］、［P］、［S］等有害元素含量，并采用动态轻压下保证铸坯内部质量；出于资源节约的考虑，在避免添加Cu、Cr、Ni、Mo等贵金属元素的同时，炼钢工艺采取了LF-RH的短流程双精炼工艺，对精炼成分和连铸工艺参数进行窄范围精确控制，降低生产成本，提高铸坯质量；对板坯在加热炉内的工艺进行了优化调整，保证板坯头尾温差在30℃内；通过对层冷设备和二级模型的优化，实现冷速和卷取温度的稳定控制，并且消除了热带尾的影响；把卷取温度测温点从上表改到下表，去除了水蒸气对测温数据真实性的干扰，保证了给二级模型反馈实时数值的准确性，保证性能合格率和稳定性，产品强韧性匹配优异，性能合格率达到99%。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
1、由于不添加贵重合金元素，大幅降低了生产成本，节约资源；2、本发明管线钢钢带显微组织均匀细小，通卷力学性能波动小、屈强比较低；3、本发明生产的管线钢产品具有良好高强韧性、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、抗酸等综合性能，大幅度提高海底管线钢使用的安全性。
附图说明
图1为实施例1的金相组织图；
图2为实施例1的氢致开裂实验后形貌图；
图3为实施例2的金相组织图；
图4为实施例2的氢致开裂实验后形貌图；
图5为实施例3的金相组织图；
图6为实施例3的氢致开裂实验后形貌图。
具体实施方式
本发明一种海底用抗酸管线钢X60MOS及其生产方法，管线钢的化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.06-0.08%，Si:0.10-0.30%，Mn：1.40-1.70%，P≤0.018%，S≤0.002%，Als：0.015-0.035%，Nb：0.030-0.050%，Ti：0.005-0.020%，余量为Fe和不可避免的杂质；
生产流程包括炼钢、连铸、LF精炼、RH精炼、加热、轧制、冷却、卷取工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）冶炼工序：铁水用250吨氧气转炉冶炼，采取了LF-RH的短流程双精炼工艺，对成分进行精确控制，并得到纯净的钢水。
（2）连铸工序：冶炼得到的纯净钢水，采用保护渣保护浇注，辊缝偏差要求≤±0.5mm；结晶器液面波动≤±5mm，液相线温度温度控制范围：1535℃-1555℃；拉速控制范围0.9～1.4 m/min，采用恒拉速操作；铸坯凝固采用动态轻压下，减少铸坯成分偏析、中心疏松，使夹杂物均匀分布，得到无缺陷的铸坯；铸坯化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.06-0.08%，Si:0.10-0.30%，Mn：1.40-1.70%，P≤0.018%，S≤0.002%，Als：0.015-0.035%，Nb：0.030-0.050%，Ti：0.005-0.020%，余量为Fe和不可避免的杂质；
铸坯取样检验钢中的气体N≤45ppm、H≤1.5ppm、O≤15ppm；
（3）加热工序：对加热负荷进行分配，预热段负荷占总负荷的10±5%，加热一段负荷占总负荷的40±5%，加热二段负荷占总负荷的30±5%，剩余负荷分配至均热段；铸坯加热到1180-1250℃，保温180-210min，保证铸坯头尾温差在30℃以内；
（4）轧制工序：粗轧最后道次轧制温度为1030-1100℃，精轧开轧温度为930-980℃，终轧温度为860～900℃，避开990-1020℃部分再结晶温区。
（5）冷却工序：采用前段集中冷却模式，根据钢带的化学成分和产品的各实验项目要求，层流冷却速率控制在25-35℃/s；
（6）卷取工序：对二级模型进行了优化，卷取温度测温点从上表改到了下表，去除水蒸气对测温数据真实性的干扰，保证了给二级模型反馈实时数值的准确性，卷取温度为480-520℃。
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的说明。
实施例1
本实施例生产厚度为3mm的抗酸管线钢X60MOS，包括炼钢、连铸、LF精炼、RH精炼、加热、轧制、冷却、卷取工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）冶炼工序：铁水用250吨氧气转炉冶炼，采取了LF-RH的短流程双精炼工艺，对成分进行精确控制，并得到纯净的钢水。
（2）连铸工序：冶炼得到的纯净钢水，辊缝偏差要求≤±0.5mm；结晶器液面波动≤±5mm，液相线温度温度控制范围：1535℃-1555℃；采用恒拉速1.2m/min；通过电磁搅拌、动态轻压下等技术，减少铸坯成分偏析、中心疏松，使夹杂物均匀分布，得到无缺陷的铸坯；铸坯化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.06%，Si：0.10%，Mn：1.40%，P：0.011%，S：0.0015%，Als：0.015%，Nb：0.030%，Ti：0.0005%，余量为Fe和不可避免的杂质；
铸坯取样检验钢中的气体：N：41ppm、H：1.1ppm、O：13ppm；
（3）加热工序：铸坯加热到1180℃，保温180min，保证铸坯温度均匀；
（4） 轧制工序：粗轧最后道次轧制温度为1030℃，精轧开轧温度为930℃，终轧温度为860℃，厚度为3mm；
（5）冷却工序：采用前段集中冷却模式，据钢带的化学成分和产品的各实验项目要求，层流冷却速率控制在25℃/s；
（6）卷取工序：为保证钢带的性能，卷取温度为480℃，测温点为钢带下表面。
获得一种资源节约性能稳定型海底用抗酸管线钢X60MOS，钢带卷取温度经过测量后，在精轧出口钢卷头中尾宽度方向温差控制为12℃，长度方向温差控制为26℃，从而保证钢带性能稳定。
性能检测指标如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
带钢头部10-25m位置：屈服强度范围是460.0-476.9MPa，最 大差值为16.9MPa，抗拉强度范围是566.0-588.4MPa，最大差值为22.4MPa，延伸率范围是 32-38%，最大差值为6%。②钢中间位置：屈服强度范围是488.0-518.1MPa，最大差值为 30.1MPa，抗拉强度范围是566-598.9MPa，最大差值为32.9MPa，延伸率范围是33-39%，最大 差值为6%。③带钢尾部16-26m：屈服强度范围是486.0-518.1MPa，最大差值为32.1MPa，抗拉 强度范围是568-598.9MPa，最大差值为30.9MPa，延伸率范围是33-39%，最大差值为6%。④对 实例进行弯曲、冲击、落锤、金相、硬度进行检验，各实验项目都满足API Spec 5L（45版） PSL2中要求，外委天津天管进行HIC、SSCC、CTOD检验，检验结果合格。
结合性能检测及图1、图2，可以看出，本实施例1生产的管线钢X60MOS具有金相组织细小均匀，拉伸、弯曲、冲击、硬度、金相、落锤等实验项目满足API Spec 5L（45版） PSL2要求，通卷性能稳定；HIC、SSCC、CTOD外委实验合格，具有抗海水腐蚀、耐酸性输送介质腐蚀等优点。
实施例2
本实施例生产厚度为12mm的抗酸管线钢X60MOS，包括炼钢、连铸、LF精炼、RH精炼、加热、轧制、冷却、卷取工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）冶炼工序：铁水用250吨氧气转炉冶炼，采取了LF-RH的短流程双精炼工艺，对成分进行精确控制，并得到纯净的钢水。
（2）连铸工序：冶炼得到的纯净钢水，辊缝偏差要求≤±0.5mm；结晶器液面波动≤±5mm，液相线温度温度控制范围：1535℃-1555℃，采用恒拉速1.0m/min；通过电磁搅拌、动态轻压下等技术，减少铸坯成分偏析、中心疏松，使夹杂物均匀分布，得到无缺陷的铸坯，铸坯化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.075%，Si：0.19%，Mn：1.58%，P：0.012%，S：0.0011%，Als：0.028%，Nb：0.043%，Ti：0.015%，余量为Fe和不可避免的杂质；
铸坯取样检验钢中的气体：N：38ppm、H：1.0ppm、O：12ppm；
（3）加热工序：铸坯加热到1190℃，保温200min，保证铸坯温度均匀；
（4） 轧制工序：粗轧最后道次轧制温度为1085℃，精轧开轧温度为975℃，终轧温度为870℃，厚度为12mm；
（5）冷却工序：采用前段集中冷却模式，据钢带的化学成分和产品的各实验项目要求，层流冷却速率控制在30℃/s；
（6）卷取工序：为保证钢带的性能，卷取温度为510℃，测温点为钢带下表面。
获得一种资源节约性能稳定型海底用抗酸管线钢X60MOS钢带卷取温度经过测量后，在精轧出口钢卷头中尾宽度方向温差控制为15℃，长度方向温差控制为23℃，从而保证钢带性能稳定。
性能检测指标如下：
Figure 375897DEST_PATH_IMAGE001
带钢头部10-25m位置：屈服强度范围是460.0-476.9MPa，最 大差值为16.9MPa，抗拉强度范围是566.0-588.4MPa，最大差值为22.4MPa，延伸率范围是 32-38%，最大差值为6%。②钢中间位置：屈服强度范围是488.0-515.1MPa，最大差值为 27.1MPa，抗拉强度范围是566.0-598.0MPa，最大差值为32.0MPa，延伸率范围是33-38%，最 大差值为5%。③带钢尾部16-26m：屈服强度范围是486.0-513.7MPa，最大差值为27.7MPa，抗 拉强度范围是568.0-596.9MPa，最大差值为28.9MPa，延伸率范围是33-38%，最大差值为5%。 ④对实例进行弯曲、冲击、落锤、金相、硬度进行检验，各实验项目都满足API Spec 5L（45 版） PSL2中要求，外委天津天管进行HIC、SSCC、CTOD检验，检验结果合格。
结合性能检测及图3、图4，可以看出，本实施例2生产的管线钢X60MOS具有金相组织细小均匀，拉伸、弯曲、冲击、硬度、金相、落锤等实验项目满足API Spec 5L（45版） PSL2要求，通卷性能稳定；HIC、SSCC、CTOD外委实验合格，具有抗海水腐蚀、耐酸性输送介质腐蚀等优点。
实施例3
本实施例生产厚度为20mm的抗酸管线钢X60MOS，包括炼钢、连铸、LF精炼、RH精炼、加热、轧制、冷却、卷取工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）冶炼工序：铁水用250吨氧气转炉冶炼，采取了LF-RH的短流程双精炼工艺，对成分进行精确控制，并得到纯净的钢水。
（2）连铸工序：冶炼得到的纯净钢水，辊缝偏差要求≤±0.5mm；结晶器液面波动≤±5mm，液相线温度温度控制范围：1535℃-1555℃，采用恒拉速1.4m/min；通过电磁搅拌、动态轻压下等技术，减少铸坯成分偏析、中心疏松，使夹杂物均匀分布，得到无缺陷的铸坯，铸坯化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.080%，Si：0.30%，Mn：1.70%，P：0.009%，S：0.0011%，Als：0.035%，Nb：0.050%，Ti：0.020%，余量为Fe和不可避免的杂质；
铸坯取样检验钢中的气体：N：43ppm、H：0.9ppm、O：11ppm；
（3）加热工序：铸坯加热到1250℃，保温210min，保证铸坯温度均匀；
（4） 轧制工序：粗轧最后道次轧制温度为1100℃，精轧开轧温度为980℃，终轧温度为900℃，厚度为20mm；
（5）冷却工序：采用前段集中冷却模式，据钢带的化学成分和产品的各实验项目要求，层流冷却速率控制在35℃/s；
（6）卷取工序：为保证钢带的性能，卷取温度为520℃，测温点为钢带下表面。
获得一种资源节约性能稳定型海底用抗酸管线钢X60MOS钢带卷取温度经过测量后，在精轧出口钢卷头中尾宽度方向温差控制为17℃，长度方向温差控制为25℃，从而保证钢带性能稳定。
性能检测指标如下：①钢头部10-25m：屈服强度范围是470.2-495.3MPa，最大差值为25.1MPa，抗拉强度范围是573.5-606.4MPa，最大差值为32.9MPa，延伸率范围是34-38%，最大差值为4%。②钢中间位置：屈服强度范围是488.0-515.1MPa，最大差值为27.1MPa，抗拉强度范围是570.0-598.0MPa，最大差值为28.0MPa，延伸率范围是33-37%，最大差值为4%。③带钢尾部16-26m：屈服强度范围是486.0-513.0MPa，最大差值为27.0MPa，抗拉强度范围是577.0-596.9MPa，最大差值为19.9MPa，延伸率范围是33-38%，最大差值为5%。④对实例进行弯曲、冲击、落锤、金相、硬度进行检验，各实验项目都满足API Spec 5L（45版） PSL2中要求，外委天津天管进行HIC、SSCC、CTOD检验，检验结果合格。
结合性能检验及图5、图6，可以看出，本实施例3生产的管线钢X60MOS具有金相组织细小均匀，拉伸、弯曲、冲击、硬度、金相、落锤等实验项目满足API Spec 5L（45版） PSL2要求，通卷性能稳定；HIC、SSCC、CTOD外委实验合格，具有抗海水腐蚀、耐酸性输送介质腐蚀等优点。

Claims (3)

1.一种海底用抗酸管线钢X60MOS，其特征在于：管线钢化学成分质量百分含量为：C：0.06-0.075%，Si:0.10-0.30%，Mn：1.40-1.70%，P≤0.018%，S≤0.002%，Als：0.015-0.035%，Nb：0.030-0.050%，Ti：0.005-0.020%，余量为Fe和不可避免的杂质，所述海底用抗酸管线钢X60MOS由如下方法生产：包括炼钢、连铸、LF精炼、RH精炼、加热、轧制、冷却、卷取工序，具体工艺步骤如下：（1）冶炼工序：铁水转炉炼钢，采取LF-RH的短流程双精炼工艺，对成分进行精确控制；（2）连铸工序，铸坯取样检验钢中的气体N≤45ppm、H≤1.5ppm、O≤15ppm；（3）加热工序：对加热负荷进行分配，预热段负荷占总负荷的10±5%，加热一段负荷占总负荷的40±5%，加热二段负荷占总负荷的30±5%，剩余负荷分配至均热段；铸坯加热到1180-1250℃，保温180-210min，保证铸坯头尾温差在30℃以内；（4）轧制工序：粗轧最后道次轧制温度为1030-1100℃，精轧开轧温度为930-980℃，终轧温度为860～900℃，避开990-1020℃部分再结晶温区，避免部分再结晶温区轧制带来的性能恶化；（5）所述冷却工序，采用前段集中冷却模式，根据钢带的化学成分和管线钢成形要求，层流冷却速率控制在25-35℃/s；（6）卷取工序：卷取温度为480-520℃，卷取温度测温点为钢带的下表面。
2.一种如权利要求1所述的海底用抗酸管线钢X60MOS的生产方法，包括炼钢、连铸、LF精炼、RH精炼、加热、轧制、冷却、卷取工序；其特征在于：具体工艺步骤如下：（1）冶炼工序：铁水转炉炼钢，采取LF-RH的短流程双精炼工艺，对成分进行精确控制；（2）连铸工序，铸坯取样检验钢中的气体N≤45ppm、H≤1.5ppm、O≤15ppm；（3）加热工序：对加热负荷进行分配，预热段负荷占总负荷的10±5%，加热一段负荷占总负荷的40±5%，加热二段负荷占总负荷的30±5%，剩余负荷分配至均热段；铸坯加热到1180-1250℃，保温180-210min，保证铸坯头尾温差在30℃以内；（4）轧制工序：粗轧最后道次轧制温度为1030-1100℃，精轧开轧温度为930-980℃，终轧温度为860～900℃，避开990-1020℃部分再结晶温区，避免部分再结晶温区轧制带来的性能恶化；（5）所述冷却工序，采用前段集中冷却模式，根据钢带的化学成分和管线钢成形要求，层流冷却速率控制在25-35℃/s；（6）卷取工序：卷取温度为480-520℃，卷取温度测温点为钢带的下表面。
3.如权利要求2所述的一种海底用抗酸管线钢X60MOS的生产方法，其特征在于：所述连铸工序，冶炼得到纯净钢水，采用保护渣保护浇注，辊缝偏差要求±0.5mm；结晶器液面波动±5mm，液相线温度控制范围：1535℃-1555℃；拉速控制范围0.9～1.4 m/min，采用恒拉速操作；铸坯凝固采用动态轻压下，得到无缺陷的铸坯。
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