CN116254484B - 双抗管线钢板及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种双抗管线钢板及其生产方法。按照优化的化学成分设计方案炼钢后连铸，连铸坯的中心碳偏析级别不高于C0.5级，中心疏松级别不高于0.5级；加热工序中，均热温度为[max(TMnS,TNbC)+10℃]~[max(TMnS,TNbC)+20℃]，保温时间为35~55min；冷却至奥氏体再结晶温度以下进行非再结晶区轧制，终轧温度为(Ar3+30℃)~(Ar3+70℃)；控制冷却时，辊道速度为1.5~2.5m/s，加速度为0.01~0.015m/s2，钢板头部的开冷温度为(Ar3+30℃)~(Ar3+50℃)，终冷温度为360~480℃；矫直缓冷。该钢板抗HIC性能和抗SSCC性能优异。
Description
技术领域
本发明属于材料制备技术领域，涉及一种双抗管线钢板的生产方法，以及一种采用该生产方法制备而成的双抗管线钢板。
背景技术
中东地区和我国大部分油气田含有较高浓度H2S，其分压可达0.3MPa以上，输送管线长期在这种低pH值高酸性腐蚀介质中服役，极大增加了管线失效的风险。因此，高酸性腐蚀介质中服役的油气输送管线对材料选择有严格要求，所用管线须满足API SPEC 5L标准中的PSL 2抗酸钢级，满足美国腐蚀工程师协会NACE TM 0177和TM 0284标准中的抗氢致开裂（HIC）和抗硫化物应力腐蚀开裂（SSCC）性能要求，因此需要制备具有优异的抗HIC和抗SSCC性能的双抗管线钢板。
目前抗酸管线钢大部分采用X65MS级别，近年来随着石油和天然气需求的大幅增加，边远地区和深海油气田的开采量和运输量日益增加，这些油气田的高酸性环境需要更高级别的双抗管线钢，不仅要满足屈服强度、低温冲击韧性、大尺寸试样低温落锤性能等机械性能要求，还需要具有优异的抗HIC性能和抗SSCC性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双抗管线钢板的生产方法，以及一种采用该生产方法制备而成的双抗管线钢板，通过化学成分和生产工艺的优化设计，最终制备的双抗管线钢板不仅具有优异的抗HIC性能、抗SSCC性能、力学性能和均匀性，满足大厚度X70MS的低温落锤要求，而且可以实现高效轧制。
为实现上述发明目的，本发明一实施方式提供了一种双抗管线钢板的生产方法，包括依序进行的如下工序：
（1）炼钢工序
冶炼钢水，所述钢水的化学成分以质量百分比计包括：C 0.03~0.06%，Si 0.15~0.25%，Mn 0.70~0.90%，Nb 0.08~0.10%，Ti 0.01~0.02%，Cr 0.10~0.40%，Ni 0.10~0.30%，Mo≤0.20%，Cu 0.15~0.25%，Al 0.03~0.06%，P≤0.015%，S≤0.002%，Ca 0.0005~0.0030％，N 0.003~0.006%，O≤0.002%，H≤0.0015%，B≤0.0008，其余为Fe和不可避免的杂质；
（2）连铸工序
将所述钢水连铸成连铸坯，所述连铸坯的中心碳偏析级别不高于C0.5级，中心疏松级别不高于0.5级；
（3）加热工序
将连铸坯加热至均热温度后保温，均热温度为[max(TMnS,TNbC)+10℃]~[max(TMnS,TNbC)+20℃]，其中TMnS、TNbC分别表示MnS、NbC的全固溶温度，单位均为℃，max(TMnS,TNbC)表示TMnS和TNbC二者中较大的一个；保温时间为35~55min；
（4）控制轧制工序
将连铸坯冷却至奥氏体再结晶温度Tnr以下，之后送至轧机进行非再结晶区轧制，制成管线钢板，终轧温度为(Ar3+30℃)~(Ar3+70℃)，Ar3表示冷却时奥氏体析出铁素体的温度，单位为℃；
（5）控制冷却工序
通过辊道将所得管线钢板自轧机输送至冷却系统进行冷却，辊道速度为1.5~2.5m/s，辊道加速度为0.01~0.015m/s2，钢板头部的开冷温度为(Ar3+30℃)~(Ar3+50℃)，冷却速度为10~15℃/s，终冷温度为360~480℃；
（6）矫直缓冷工序
将冷却后的管线钢板矫直后堆垛缓冷。
优选地，采用公式lg([Mn]×[S])=5.02-11625/(TMnS+273)计算得到TMnS，其中，[Mn]表示连铸坯中的Mn的质量百分比值，[S]表示连铸坯中的S的质量百分比值；
以及/或者，采用公式lg([C]×[Nb])=2.96-7510/(TNbC+273)计算得到TNbC，其中，[C]表示连铸坯中的C的质量百分比值，[Nb]表示连铸坯中的Nb的质量百分比值。
优选地，Tnr=887+464×[C]+890×[Ti]+363×[Al]-357×[Si]+6445×[Nb]-644×(SQRT[Nb])，其中，[C]表示连铸坯中的C的质量百分比值，[Ti]表示连铸坯中的Ti的质量百分比值，[Al]表示连铸坯中的Al的质量百分比值，[Si]表示连铸坯中的Si的质量百分比值，[Nb]表示连铸坯中的Nb的质量百分比值，SQRT[Nb]表示对连铸坯中Nb的质量百分比值开平方。
优选地，Ar3=910-310×[C]-80×[Mn]-20×[Cu]-15×[Cr]-55×[Ni]-80×[Mo]，其中，[C]表示连铸坯中的C的质量百分比值，[Mn]表示连铸坯中的Mn的质量百分比值，[Cu]表示连铸坯中的Cu的质量百分比值，[Cr]表示连铸坯中的Cr的质量百分比值，[Ni]表示连铸坯中的Ni的质量百分比值，[Mo]表示连铸坯中的Mo的质量百分比值。
优选地，所述加热工序中，采用分段加热将连铸坯加热至均热温度，第一加热段的加热温度≤800℃，加热时间为80±5min；第二加热段的加热温度为1000±30℃，加热时间为45±5min；第三加热段的加热温度为1060±30℃，加热时间为60±5min；第四加热段的加热温度为1120±30℃，加热时间为70±5min；第四加热段的加热时间与保温时间之和≥120min。
优选地，所述控制轧制工序中，“将连铸坯冷却至奥氏体再结晶温度Tnr以下”之前对连铸坯进行除鳞，除鳞水压力≥18MPa。
优选地，所述控制轧制工序中，至少三个道次各自的压下率≥22%。
优选地，所述控制冷却工序中，冷却系统采用ACC自动控制冷却系统，冷却水流量为3100~4000L/s。
优选地，所述矫直缓冷工序中，采用温矫矫直机对冷却后的管线钢板进行矫直，堆垛缓冷至200℃以下拆垛。
为实现上述发明目的，本发明一实施方式还提供了一种双抗管线钢板，其采用如上所述的双抗管线钢板的生产方法制备而成。
作为一实施方式的进一步改进，所述双抗管线钢板的组织为针状铁素体单相组织，晶粒度≥8级；
钢板的屈服强度≥500MPa，屈强比≤0.90；钢板的长度≤50m时，头尾强度差≤30MPa，不平度≤6mm/m；钢板厚度≤40mm时，-20℃的落锤韧性撕裂面积≥85%；
按照NACE TM0284标准进行抗HIC试验，试验溶液为NACE TM0284-A溶液，无应力，试验96小时，裂纹长度敏感率CLR%=0，裂纹厚度敏感率CTR%=0，裂纹敏感率CSR%=0；按照NACE TM0177标准在A溶液中用方法B进行抗SSCC实验，载荷为最小名义屈服强度的90%，无裂纹。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：
（1）通过低C、低Mn的成分设计，可以有效降低中心偏析；通过高Nb的成分设计，提高了非再结晶区温度，从而可以在轧制时仅采用单阶段非再结晶区轧制，相较于两阶段控制轧制，轧制效率大大提升，具体可将轧制效率提升20%以上；通过超低S、超低P、超低O及非金属夹杂物控制冶炼工艺，实现了洁净度的控制，有利于提高最终制备的钢板的抗HIC性能和抗SSCC性能；以上，通过低偏析成分设计、高洁净度冶炼工艺以及连铸工艺，可以提高最终制备的钢板的抗HIC性能和抗SSCC性能，提升止裂性能，最终制备的双抗管线钢板按照NACE TM0284标准进行抗HIC试验，试验溶液为NACE TM0284-A溶液，无应力，试验96小时，裂纹长度敏感率CLR%=0，裂纹厚度敏感率CTR%=0，裂纹敏感率CSR%=0；按照NACE TM0177标准在A溶液中用方法B进行抗SSCC实验，载荷为最小名义屈服强度的90%，无裂纹。
（2）生产方法中，加热工序，通过基于MnS、NbC的全固溶温度来控制均热温度的范围，并且通过对均热温度的保温时间控制，使得连铸坯中的MnS、NbC完全固溶，而保留TiN颗粒，利用TiN的钉扎作用防止晶粒长大，有效减轻最终制备的钢板对氢致裂纹的敏感性；通过轧制工序中的高温轧制和大压下，可以实现心部渗透、非再结晶区轧制变形的累计效应、以及微合金的沉淀析出作用，有效细化晶粒，高温轧制还可以提升轧制效率，降低轧制力，避免低温轧制导致的翘头、浪形等缺陷；控制冷却工序中，通过控制辊道速度、辊道加速度、开冷温度、冷却速度、终冷温度，可以减小钢板的头尾温度差异，补偿钢板在长度方向的温降，进而减小钢板头尾部的强度差；综上，使得最终制备的双抗管线钢板形成针状铁素体单相组织，保证了强度和低温落锤性能，屈服强度≥500MPa，屈强比≤0.90；钢板的长度≤50m时，头尾强度差≤30MPa，不平度≤6mm/m；钢板厚度≤40mm时，-20℃的落锤韧性撕裂面积≥85%。
附图说明
图1是实施例1中连铸坯在低倍显微镜下的低倍组织；
图2是实施例2中连铸坯在低倍显微镜下的低倍组织；
图3是实施例3中连铸坯在低倍显微镜下的低倍组织；
图4是实施例1中双抗管线钢板的金相组织图；
图5是实施例2中双抗管线钢板的金相组织图；
图6是实施例3中双抗管线钢板的金相组织图。
具体实施方式
下面结合具体的实施方式来对本发明的技术方案做进一步的介绍，但要求保护的范围不仅局限于所作的描述。
本发明一实施方式提供了一种双抗管线钢板的生产方法以及采用该生产方法制备而成的双抗管线钢板。
下面依序对该生产方法的各个工序进行详细介绍。
（1）炼钢工序
冶炼钢水，所得钢水的化学成分以质量百分比计包括：C 0.03~0.06%，Si 0.15~0.25%，Mn 0.70~0.90%，Nb 0.08~0.10%，Ti 0.01~0.02%，Cr 0.10~0.40%，Ni 0.10~0.30%，Mo≤0.20%，Cu 0.15~0.25%，Al 0.03~0.06%，P≤0.015%，S≤0.002%，Ca 0.0005~0.0030％，N 0.003~0.006%，O≤0.002%，H≤0.0015%，B≤0.0008，其余为Fe和不可避免的杂质。
本发明一优选的实施方式中，所述炼钢工序采用如下的炼钢方法进行钢水冶炼。具体地，所述炼钢方法包括如下步骤：
a. KR铁水预处理步骤
将铁水在KR脱硫装置中进行深脱硫，预处理后铁水中S≤0.003%，控制扒渣率使铁水亮面≥80%。通过将铁水中的S含量降至较低的水平，可以避免后续精炼工序中因大量脱硫而产生卷渣或强烈的渣金反应，从而减少了钢液中大尺寸夹杂物的产生，可以有效控制夹杂物的类型、降低夹杂物的尺寸。
b. 转炉冶炼步骤
将脱硫铁水送入转炉中与废钢混合成钢液，并进行脱硅、脱磷、吹氧脱碳。
优选地，转炉冶炼终点炉渣的二元碱度R≥3.5，控制加铁皮、矿石在拉碳操作前的2min之前完成，一次拉碳出钢，出钢时钢液中的P≤0.006%。通过控制冶炼终点炉渣的渣碱度，可以保证渣系的流动性，保证脱磷效果。
c. LF精炼步骤
对转炉冶炼后的钢液在LF精炼炉中进行化学成分调整、温度调控，并通过软搅拌调控钢液中的夹杂物。
优选地，钢水到达LF炉的钢包后，添加石灰、萤石进行造白渣处理，炉渣的化学成分以质量百分比计包括：CaO的含量为54~58%，SiO2的含量为7~9%，Al2O3的含量为22~26%，MgO的含量为4~6%，(FeO+Fe2O3+MnO)的含量之和≤1.0%。通过控制炉渣的化学成分，可以保证良好的脱硫效果以及渣系的流动性，可以保证钢液中的合金均匀化和脱气效果。
d. RH真空精炼步骤
采用RH循环脱气设备进行真空脱气和去除夹杂物处理，而后向钢液中喂钙铁线对夹杂物变性并进行软搅拌处理，其中，真空脱气的真空度≤2mbar，真空处理时间>18min，控制RH真空精炼终点钢液中的Ca/S为2~4，软搅拌时间>10min。这样，可以保证钢液中的合金均匀化和脱气效果，并控制钢液中回磷。
（2）连铸工序
将所述钢水连铸成厚度为220mm的连铸坯，之后堆冷72h，所述连铸坯的中心碳偏析级别不高于C0.5级，中心疏松级别不高于0.5级。钢水浇注成的连铸坯的化学成分与冶炼所得钢水的化学成分相同，于此不再赘述。
优选地，控制连铸拉速的波动为±0.05m/min，控制中间包钢水过热度为15~25℃。
（3）加热工序
将连铸坯送入加热炉中加热至均热温度后保温，均热温度为[max(TMnS,TNbC)+10℃]~[max(TMnS,TNbC)+20℃]，其中TMnS、TNbC分别表示MnS、NbC的全固溶温度，单位均为℃，max(TMnS,TNbC)表示TMnS和TNbC二者中较大的一个；保温时间为35~55min。
也即，对连铸坯进行加热，控制均热温度不小于max(TMnS,TNbC)+10℃，同时还控制均热温度不大于max(TMnS,TNbC)+20℃，并且还维持均热温度下保温35~55min。例如，若TMnS＞TNbC，则均热温度控制为[TMnS+10℃]~[TMnS+20℃]；若TMnS＜TNbC，则均热温度控制为[TNbC+10℃]~[TNbC+20℃]。
由此，本发明中，通过基于MnS、NbC的全固溶温度来控制均热温度的范围，并且通过对均热温度的保温时间控制，使得连铸坯中的MnS、NbC完全固溶，而保留TiN颗粒，利用TiN的钉扎作用防止晶粒长大，有效减轻最终制备的钢板对氢致裂纹的敏感性。
优选地，采用公式lg([Mn]×[S])=5.02-11625/(TMnS+273)计算得到TMnS，其中，[Mn]表示连铸坯中的Mn的质量百分比值，[S]表示连铸坯中的S的质量百分比值；
以及/或者，采用公式lg([C]×[Nb])=2.96-7510/(TNbC+273)计算得到TNbC，其中，[C]表示连铸坯中的C的质量百分比值，[Nb]表示连铸坯中的Nb的质量百分比值。例如，连铸坯中的Mn的质量百分比为0.80%时，[Mn]为0.80；[S]、[C]、[Nb]以此类推。本文中所述的[C]、[Ti]、[Al]、[Si]、[Nb]、[Mn]、[Cu]、[Cr]、[Ni]、[Mo]均以此类推。
也即，基于连铸坯中Mn和S的实际质量百分比，来计算得到TMnS，基于连铸坯中Nb和C的实际质量百分比，来计算得到TNbC。在具体实施时，可在加热工序之前对连铸坯取样，检测连铸坯中化学成分含量，包括Mn的实际质量百分比值[Mn]，S的实际质量百分比值[S]、Nb的实际质量百分比值[Nb]以及C的实际质量百分比值[C]，而后根据前述两个公式分别计算得到TMnS和TNbC，再确定加热工序中的均热温度控制方案。
如此，本优选实施方式，除了基于MnS、NbC的全固溶温度来控制均热温度之外，同时还进一步基于连铸坯的化学成分的实际含量来确定MnS、NbC的全固溶温度，进而建立了化学成分的实际含量与均热温度的匹配关系，使得均热温度的控制范围更合理，进一步保证连铸坯中的MnS、NbC完全固溶而保留TiN颗粒，利用TiN的钉扎作用防止晶粒长大，有效减轻最终制备的钢板对氢致裂纹的敏感性。当然，TMnS、TNbC采用上述公式计算得到仅为本发明一优选的方案，本发明中TMnS、TNbC的确定方式并非局限于此，如在变化实施方式中，也可以基于经验所得或其它方式获得TMnS、TNbC。
进一步地，所述加热工序中，采用分段加热将连铸坯加热至均热温度，第一加热段的加热温度≤800℃，加热时间为80±5min；第二加热段的加热温度为1000±30℃，加热时间为45±5min；第三加热段的加热温度为1060±30℃，加热时间为60±5min；第四加热段的加热温度为1120±30℃，加热时间为70±5min；第四加热段的加热时间与保温时间之和≥120min。这样，通过控制分段加热以及加热温度和时间，不仅可以保证加热充分，避免因心部加热不充分而导致所需轧制力过大、以及板形差的问题，而且可以避免晶粒长大影响落锤性能。
（4）控制轧制工序
将连铸坯送入即时冷却系统冷却至奥氏体再结晶温度Tnr以下，之后送至轧机进行非再结晶区轧制，制成管线钢板，终轧温度为(Ar3+30℃)~(Ar3+70℃)，Ar3表示冷却时奥氏体析出铁素体的温度，单位为℃。通过非再结晶区的变形累计效应，在晶粒内形成变形带和微量元素的应变诱发沉淀，可以有效细化晶粒。
优选地，Tnr=887+464×[C]+890×[Ti]+363×[Al]-357×[Si]+6445×[Nb]-644×(SQRT[Nb])。
优选地，Ar3=910-310×[C]-80×[Mn]-20×[Cu]-15×[Cr]-55×[Ni]-80×[Mo]。
其中，[C]表示连铸坯中的C的质量百分比值，[Ti]表示连铸坯中的Ti的质量百分比值，[Al]表示连铸坯中的Al的质量百分比值，[Si]表示连铸坯中的Si的质量百分比值，[Nb]表示连铸坯中的Nb的质量百分比值，SQRT[Nb]表示对连铸坯中Nb的质量百分比值开平方，[Mn]表示连铸坯中的Mn的质量百分比值，[Cu]表示连铸坯中的Cu的质量百分比值，[Cr]表示连铸坯中的Cr的质量百分比值，[Ni]表示连铸坯中的Ni的质量百分比值，[Mo]表示连铸坯中的Mo的质量百分比值。
也即，基于连铸坯中上述化学元素的实际质量百分比，来计算得到Tnr和Ar3。在具体实施时，可在加热工序之前对连铸坯取样，检测连铸坯中化学成分含量，而后根据前述两个公式分别计算得到Tnr和Ar3，再确定控制轧制工序中的温度控制方案。
如此，本优选实施方式中，除了基于奥氏体再结晶温度Tnr来进行轧制前的温度控制，基于加热时所有铁素体全部转变为奥氏体的温度Ar3来进行终轧温度的控制，还进一步基于连铸坯的化学成分的实际含量来确定Tnr和Ar3，进而建立了化学成分的实际含量与轧制工序中若干轧制温度的匹配关系，从而充分发挥各个合金元素的作用和功效，实现轧制工艺与化学成分的充分匹配，进一步提升最终所得双抗管线钢板的综合性能。
当然，Tnr通过上述公式计算得到仅为本发明的一优选的方案，本发明中Tnr的获得方式并非局限于此，例如基于经验所得或其它方式获得。
另外，如前所述，Ar3表示冷却时奥氏体析出铁素体的温度，其具体可以如现有已知技术，采用差示扫描量热仪（DSC）进行试验并测量，当然，不限于此。
优选地，在“将连铸坯冷却至奥氏体再结晶温度Tnr以下”之前对连铸坯进行除鳞，除鳞水压力≥18MPa。
优选地，所述控制轧制工序中，至少三个道次各自的压下率≥22%，从而可以保证连铸坯心部的变形渗透以及组织细化。
（5）控制冷却工序
通过辊道将所得管线钢板自轧机输送至冷却系统进行冷却，辊道速度为1.5~2.5m/s，辊道加速度为0.01~0.015m/s2，钢板头部的开冷温度为(Ar3+30℃)~(Ar3+50℃)，冷却速度为10~15℃/s，终冷温度为360~480℃。这里，由于钢板头部先入水，钢板尾部后入水，所以钢板尾部的入水温度小于其头部的入水温度，也即钢板尾部的开冷温度小于其头部的开冷温度，通过设置辊道加速度，可以减小钢板的头尾温度差异，补偿钢板在长度方向的温降，进而减小钢板头尾部的强度差。
优选地，冷却系统采用ACC自动控制冷却系统，冷却水流量为3100~4000L/s。
（6）矫直缓冷工序
将冷却后的管线钢板矫直后堆垛缓冷，得到最终的双抗管线钢板。所得双抗管线钢板的化学成分与冶炼所得钢水的化学成分相同，于此不再赘述。
优选地，采用温矫矫直机对冷却后的管线钢板进行矫直，堆垛缓冷至200℃以下拆垛，从而可以利用低温时碳化物的弥散析出，提升钢板整体性能的均匀性，同时释放应力，改善板形。
经检测，最终制备的双抗管线钢板的组织为针状铁素体单相组织，晶粒度≥8级。
力学性能方面，所得双抗管线钢板的屈服强度≥500MPa，屈强比≤0.90；钢板的长度≤50m时，头尾强度差≤30MPa，不平度≤6mm/m；钢板厚度≤40mm时，-20℃的落锤韧性撕裂面积≥85%。
进一步地，按照NACE TM0284标准进行抗HIC试验，试验溶液为NACE TM0284-A溶液，无应力，试验96小时，裂纹长度敏感率CLR%=0，裂纹厚度敏感率CTR%=0，裂纹敏感率CSR%=0；按照NACE TM0177标准在A溶液中用方法B进行抗SSCC实验，载荷为最小名义屈服强度的90%，无裂纹。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
（1）通过低C、低Mn的成分设计，可以有效降低中心偏析；通过高Nb的成分设计，提高了非再结晶区温度，从而可以在轧制时仅采用单阶段非再结晶区轧制，相较于两阶段控制轧制，轧制效率大大提升，具体可将轧制效率提升20%以上；通过超低S、超低P、超低O及非金属夹杂物控制冶炼工艺，实现了洁净度的控制，有利于提高最终制备的钢板的抗HIC性能和抗SSCC性能；以上，通过低偏析成分设计、高洁净度冶炼工艺以及连铸工艺，可以提高最终制备的钢板的抗HIC性能和抗SSCC性能，提升止裂性能，最终制备的双抗管线钢板按照NACE TM0284标准进行抗HIC试验，试验溶液为NACE TM0284-A溶液，无应力，试验96小时，裂纹长度敏感率CLR%=0，裂纹厚度敏感率CTR%=0，裂纹敏感率CSR%=0；按照NACE TM0177标准在A溶液中用方法B进行抗SSCC实验，载荷为最小名义屈服强度的90%，无裂纹。
（2）生产方法中，加热工序，通过基于MnS、NbC的全固溶温度来控制均热温度的范围，并且通过对均热温度的保温时间控制，使得连铸坯中的MnS、NbC完全固溶，而保留TiN颗粒，利用TiN的钉扎作用防止晶粒长大，有效减轻最终制备的钢板对氢致裂纹的敏感性；通过轧制工序中的高温轧制和大压下，可以实现心部渗透、非再结晶区轧制变形的累计效应、以及微合金的沉淀析出作用，有效细化晶粒，高温轧制还可以提升轧制效率，降低轧制力，避免低温轧制导致的翘头、浪形等缺陷；控制冷却工序中，通过控制辊道速度、辊道加速度、开冷温度、冷却速度、终冷温度，可以减小钢板的头尾温度差异，补偿钢板在长度方向的温降，进而减小钢板头尾部的强度差；综上，使得最终制备的双抗管线钢板形成针状铁素体单相组织，保证了强度和低温落锤性能，屈服强度≥500MPa，屈强比≤0.90；钢板的长度≤50m时，头尾强度差≤30MPa，不平度≤6mm/m；钢板厚度≤40mm时，-20℃的落锤韧性撕裂面积≥85%。
（3）进一步优选实施方式中，化学成分与加热、轧制、冷却工艺实现了合理匹配，从而充分发挥各个合金元素的作用和功效，进一步提升最终所得双抗管线钢板的综合性能，保证较低的生产成本。
下面提供本发明的3个实施例（序号分别为1~3），来对本发明的技术方案进一步说明。当然，这3个实施例仅为本实施方式所含众多变化实施例中的一部分，而非全部。
具体地，3个实施例中，分别按照如下所述的化学成分设计方案进行钢水冶炼，所述化学成分以质量百分比计包括：C 0.03~0.06%，Si 0.15~0.25%，Mn 0.70~0.90%，Nb 0.08~0.10%，Ti 0.01~0.02%，Cr 0.10~0.40%，Ni 0.10~0.30%，Mo≤0.20%，Cu 0.15~0.25%，Al0.03~0.06%，P≤0.015%，S≤0.002%，Ca 0.0005~0.0030％，N 0.003~0.006%，O≤0.002%，H≤0.0015%，B≤0.0008，其余为Fe和不可避免的杂质。
下面对3个实施例的具体生产方法进行介绍：
（1）炼钢工序
a. KR铁水预处理步骤
将铁水在KR脱硫装置中进行深脱硫，预处理后铁水中S≤0.003%，控制扒渣率使铁水亮面≥80%。
b. 转炉冶炼步骤
将脱硫铁水送入转炉中与废钢混合成钢液，并进行脱硅、脱磷、吹氧脱碳。转炉冶炼终点炉渣的二元碱度R≥3.5，控制加铁皮、矿石在拉碳操作前的2min之前完成，一次拉碳出钢，出钢时钢液中的P≤0.006%。
c. LF精炼步骤
对转炉冶炼后的钢液在LF精炼炉中进行化学成分调整、温度调控，并通过软搅拌调控钢液中的夹杂物。钢水到达LF炉的钢包后，添加石灰、萤石进行造白渣处理，炉渣的化学成分以质量百分比计包括：CaO的含量为54~58%，SiO2的含量为7~9%，Al2O3的含量为22~26%，MgO的含量为4~6%，(FeO+Fe2O3+MnO)的含量之和≤1.0%。
d. RH真空精炼步骤
采用RH循环脱气设备进行真空脱气和去除夹杂物处理，而后向钢液中喂钙铁线对夹杂物变性并进行软搅拌处理，其中，真空脱气的真空度≤2mbar，真空处理时间>18min，控制RH真空精炼终点钢液中的Ca/S为2~4，软搅拌时间>10min。
对冶炼工序所得钢水取样进行检测，测得3个实施例的钢水的化学成分以质量百分比计经取样检测结果如表1所示。
表1
（2）连铸工序
将所述钢水连铸成厚度为220mm的连铸坯，控制连铸拉速的波动为±0.05m/min，控制中间包钢水过热度为15~25℃，之后堆冷72h，至连铸坯的温度为100℃。
对3个实施例的连铸坯分别取样进行检测，测得3个实施例的连铸坯的化学成分以质量百分比计如表1所示，在低倍显微镜下观察实施例1至3的连铸坯的低倍组织分别如图1至3所示。
测得实施例1至3的连铸坯的中心碳偏析级别均为C0.5级，中心疏松级别均为0.5级。
（3）加热工序
将连铸坯送入加热炉中，采用分段加热将连铸坯加热至均热温度后保温，第一加热段的加热温度≤800℃，加热时间为80±5min；第二加热段的加热温度为1000±30℃，加热时间为45±5min；第三加热段的加热温度为1060±30℃，加热时间为60±5min；第四加热段的加热温度为1120±30℃，加热时间为70±5min，保温时间为35~55min。
其中，基于如表1所示的连铸坯的化学成分含量的预先取样检测结果，采用前文所述的公式分别计算MnS的全固溶温度TMnS、NbC的全固溶温度TNbC，并根据TMnS和TNbC控制均热温度，具体地，3个实施例各自的TMnS、TNbC、均热段的均热温度分别如表2所示。
表2
（4）控制轧制工序
对连铸坯进行除鳞后送入即时冷却系统冷却至奥氏体再结晶温度Tnr以下，之后送至轧机进行非再结晶区轧制，制成管线钢板，钢板的厚度如表3所示，除鳞水压力≥18MPa。
其中，基于如表1所示的连铸坯的化学成分含量的预先取样检测结果，采用如前文所述的公式计算得到Tnr，并采用差示扫描量热仪（DSC）进行试验并测量得到Ar3，3个实施例各自的Tnr、Ar3分别如表3所示。
表3
非再结晶区轧制的道次数以及道次压下率分别如表4所示。
表4
（5）控制冷却工序
通过辊道将所得管线钢板自轧机输送至ACC自动控制冷却系统进行冷却，冷却水流量为3100~4000L/s，辊道速度为1.5~2.5m/s。其中，钢板的长度、辊道加速度、钢板头部的开冷温度和冷却速度、钢板尾部的开冷温度和终冷温度、整板的冷却速度分别如表5所示。
表5
（6）矫直缓冷工序
将冷却后的管线钢板送至温矫矫直机进行矫直后，堆垛缓冷至200℃以下拆垛，得到最终的双抗管线钢板。最终所得双抗管线钢板的化学成分检测结果如表1所示。
采用光学显微镜对3个实施例中的桥梁钢板分别进行金相组织检测。图4至图6分别示例了实施例1至实施例3的金相组织检测结果，从检测结果可得，实施例1至实施例3中的双抗管线钢的组织均为针状铁素体单相组织，晶粒度级别如表6所示。
力学性能方面，参照ASTM A370钢产品机械性能试验的方法与定义，采用拉伸试验机对实施例1至实施例3的双抗管线钢板的屈服强度、抗拉强度进行测试，进而计算出屈强比、头尾强度差，所得结果参表6所示。
参照API RP 5L3管线钢落锤撕裂试验方法，采用落锤撕裂试验机对实施例1至实施例3的双抗管线钢板的落锤性能进行测试，测试结果参表6所示。
表6
综上，所得双抗管线钢板的屈服强度≥500MPa，屈强比≤0.90；钢板的长度≤50m时，头尾强度差≤30MPa，不平度≤6mm/m；钢板厚度≤40mm时，-20℃的落锤韧性撕裂面积≥85%。
进一步地，按照NACE TM0284标准进行抗HIC试验，试验溶液为NACE TM0284-A溶液，无应力，试验96小时，实施例1至3的钢板的裂纹长度敏感率CLR%=0，裂纹厚度敏感率CTR%=0，裂纹敏感率CSR%=0；按照NACE TM0177标准在A溶液中用方法B进行抗SSCC实验，载荷为最小名义屈服强度的90%，实施例1至3的钢板均无裂纹。
总得来讲，本发明相较于现有技术具有以下有益效果：在优化化学成分设计方案的同时，通过对加热工序、控制轧制工序、控制冷却工序的控制，使得最终制备的双抗管线钢板形成针状铁素体单相组织，保证了强度和低温落锤性能，屈服强度≥500MPa，屈强比≤0.90；钢板的长度≤50m时，头尾强度差≤30MPa，不平度≤6mm/m；钢板厚度≤40mm时，-20℃的落锤韧性撕裂面积≥85%；最终制备的双抗管线钢板按照NACE TM0284标准进行抗HIC试验，试验溶液为NACE TM0284-A溶液，无应力，试验96小时，裂纹长度敏感率CLR%=0，裂纹厚度敏感率CTR%=0，裂纹敏感率CSR%=0；按照NACE TM0177标准在A溶液中用方法B进行抗SSCC实验，载荷为最小名义屈服强度的90%，无裂纹。
应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种双抗管线钢板的生产方法，其特征在于，所述双抗管线钢板的组织为针状铁素体单相组织，晶粒度≥8级，屈服强度≥500MPa，屈强比≤0.90；钢板的长度≤50m时，头尾强度差≤30MPa，不平度≤6mm/m；钢板厚度≤40mm时，-20℃的落锤韧性撕裂面积≥85%；按照NACE TM0284标准进行抗HIC试验，试验溶液为NACE TM0284-A溶液，无应力，试验96小时，裂纹长度敏感率CLR%=0，裂纹厚度敏感率CTR%=0，裂纹敏感率CSR%=0；按照NACE TM0177标准在A溶液中用方法B进行抗SSCC实验，载荷为最小名义屈服强度的90%，无裂纹；
所述生产方法包括依序进行的如下工序：
（1）炼钢工序
冶炼钢水，所述钢水的化学成分以质量百分比计包括：C 0.03~0.06%，Si 0.15~0.25%，Mn 0.70~0.90%，Nb 0.08~0.10%，Ti 0.01~0.02%，Cr 0.10~0.40%，Ni 0.10~0.30%，Mo≤0.20%，Cu 0.15~0.25%，Al 0.03~0.06%，P≤0.015%，S≤0.002%，Ca 0.0005~0.0030％，N0.003~0.006%，O≤0.002%，H≤0.0015%，B≤0.0008，其余为Fe和不可避免的杂质；
（2）连铸工序
将所述钢水连铸成连铸坯，所述连铸坯的中心碳偏析级别不高于C0.5级，中心疏松级别不高于0.5级；
（3）加热工序
将连铸坯加热至均热温度后保温，均热温度为[max(TMnS,TNbC)+10℃]~[max(TMnS,TNbC)+20℃]，其中TMnS、TNbC分别表示MnS、NbC的全固溶温度，TMnS采用公式lg([Mn]×[S])=5.02-11625/TMnS计算得到，TNbC采用公式lg([C]×[Nb])=2.96-7510/TNbC计算得到，max(TMnS,TNbC)表示TMnS和TNbC二者中较大的一个，[Mn]表示连铸坯中的Mn的质量百分比，[S]表示连铸坯中的S的质量百分比，[C]表示连铸坯中的C的质量百分比，[Nb]表示连铸坯中的Nb的质量百分比；保温时间为35~55min；
（4）控制轧制工序
将连铸坯冷却至奥氏体再结晶温度Tnr以下，之后送至轧机进行非再结晶区轧制，制成管线钢板，终轧温度为(Ar3+30℃)~(Ar3+70℃)，Ar3表示冷却时奥氏体析出铁素体的温度，单位为℃；
（5）控制冷却工序
通过辊道将所得管线钢板自轧机输送至冷却系统进行冷却，辊道速度为1.5~2.5m/s，辊道加速度为0.01~0.015m/s2，钢板头部的开冷温度为(Ar3+30℃)~(Ar3+50℃)，冷却速度为10~15℃/s，终冷温度为360~480℃；
（6）矫直缓冷工序
将冷却后的管线钢板矫直后堆垛缓冷。
2.根据权利要求1所述的双抗管线钢板的生产方法，其特征在于，Tnr=887+464×[C]+890×[Ti]+363×[Al]-357×[Si]+6445×[Nb]-644×(SQRT[Nb])，其中，[C]表示连铸坯中的C的质量百分比，[Ti]表示连铸坯中的Ti的质量百分比，[Al]表示连铸坯中的Al的质量百分比，[Si]表示连铸坯中的Si的质量百分比，[Nb]表示连铸坯中的Nb的质量百分比。
3.根据权利要求1所述的双抗管线钢板的生产方法，其特征在于，Ar3=910-310×[C]-80×[Mn]-20×[Cu]-15×[Cr]-55×[Ni]-80×[Mo]，其中，[C]表示连铸坯中的C的质量百分比，[Mn]表示连铸坯中的Mn的质量百分比，[Cu]表示连铸坯中的Cu的质量百分比，[Cr]表示连铸坯中的Cr的质量百分比，[Ni]表示连铸坯中的Ni的质量百分比，[Mo]表示连铸坯中的Mo的质量百分比。
4.根据权利要求1所述的双抗管线钢板的生产方法，其特征在于，所述加热工序中，采用分段加热将连铸坯加热至均热温度，第一加热段的加热温度≤800℃，加热时间为80±5min；第二加热段的加热温度为1000±30℃，加热时间为45±5min；第三加热段的加热温度为1060±30℃，加热时间为60±5min；第四加热段的加热温度为1120±30℃，加热时间为70±5min；第四加热段的加热时间与保温时间之和≥120min。
5.根据权利要求1所述的双抗管线钢板的生产方法，其特征在于，所述控制轧制工序中，“将连铸坯冷却至奥氏体再结晶温度Tnr以下”之前对连铸坯进行除鳞，除鳞水压力≥18MPa。
6.根据权利要求1所述的双抗管线钢板的生产方法，其特征在于，所述控制轧制工序中，至少三个道次各自的压下率≥22%。
7.根据权利要求1所述的双抗管线钢板的生产方法，其特征在于，所述控制冷却工序中，冷却系统采用ACC自动控制冷却系统，冷却水流量为3100~4000L/s。
8.根据权利要求1所述的双抗管线钢板的生产方法，其特征在于，所述矫直缓冷工序中，采用温矫矫直机对冷却后的管线钢板进行矫直，堆垛缓冷至200℃以下拆垛。
9.一种双抗管线钢板，其特征在于，采用权利要求1至8任一项所述的双抗管线钢板的生产方法制备而成。
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