CN116287621B - 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C1.5级，中心疏松级别不高于0.5级，连铸坯无裂纹；加热一段、加热二段和均热段的温度分别为1050~1100℃、1100~1150℃、(TNbN+10℃)~(TNbN+40℃)；高温区轧制的终轧温度为1030~1050℃，其中两个道次的压下率≥18%，低温区轧制的终轧温度为810~880℃，除最后一个道次外其余道次的压下率均≥10%；控制冷却时，开冷温度为750~840℃，终冷温度为340~590℃，冷却速度为7~27℃/s。该钢板抗HIC性能和抗SSCC性能优异。

Description

双抗管线钢板及其生产方法
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
随着石油和天然气等能源的需求量快速增长，石油及天然气输送管道的应用需求也大幅增加，由于很多油气田含有较高浓度的H2S，部分油气田的分压甚至可达0.3MPa以上，输送管道长期在这种低pH值高酸性腐蚀介质中服役，对其服役的安全性提出了很高的要求。
管线钢板作为石油及天然气输送管道的主要材料，现如今常服役于深海、高寒、高酸性环境，甚至要穿越冻土地带。因此对这些严苛环境下服役的管线钢板的性能要求极高，除了对强韧性等力学性能、焊接性能、抗大变形、低温落锤性能有高要求外，还需要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，以应用于这些严苛环境下的输送管段。
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力学性能和低温落锤性能，而且能满足抗HIC性能和抗SSCC性能要求。
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）铁水预脱硫
将铁水进行脱硫处理，控制出站时的铁水温度≥1330℃，铁水中S≤0.003%；
（2）钢液冶炼
将废钢与铁水预脱硫工序后的铁水依次经过转炉冶炼、LF精炼和RH真空精炼步骤进行冶炼，所得钢液的化学成分以质量百分比计包括：C 0.03~0.07%，Si 0.05~0.25%，Mn0.6~1.2%，Nb 0.04~0.1%，Ti 0.01~0.02%，Cr 0.05~0.3%，Ni 0.1~0.4%，Mo≤0.15%，Al0.02~0.07%，P≤0.012%，S≤0.002%，Ca 0.0005~0.003%，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；
所述转炉冶炼步骤中，将铁水预脱硫工序后的铁水送入转炉中与废钢混合成钢液，并进行脱氧合金化，转炉终点的钢液中的C≤0.04%，S≤0.006%，P≤0.007%，N≤0.0025%；
所述LF精炼步骤中，对转炉冶炼后的钢液进行化学成分调整、温度调控、以及夹杂物调控，精炼时间≤40min，加热时禁止钢液裸露，出站时钢液中的S≤0.0015%；
所述RH真空精炼步骤中，对LF精炼后的钢液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；
（3）连铸
将钢液冶炼工序所得的钢液连铸成连铸坯，控制所述连铸坯的中心碳偏析级别不高于C1.5级，中心疏松级别不高于0.5级，连铸坯无裂纹；
（4）加热
将连铸坯依次经过加热一段、加热二段和均热段进行加热，加热一段的加热温度为1050~1100℃，加热二段的加热温度为1100~1150℃，加热一段与加热二段的总加热时间为200~250min，均热段的加热温度为(TNbN+10℃)~(TNbN+40℃)，其中TNbN表示NbN的固溶温度，单位为℃，均热段的保温时间为60±10min；
（5）两阶段轧制
对连铸坯首先经过高温区轧制得到中间坯，再经过低温区轧制制成钢板，高温区轧制的终轧温度为1030~1050℃，控制其中两个道次的压下率≥18%；低温区轧制的终轧温度为810~880℃，除最后一个道次之外，其余道次的压下率均≥10%；
（6）控制冷却
通过辊道将所得钢板送至冷却系统进行冷却，得到双抗管线钢板，其中，开冷温度为750~840℃，终冷温度为340~590℃，冷却速度为7~27℃/s。
优选地，所述钢液冶炼工序所得钢液的化学成分以质量百分比计包括：C 0.03~0.05%，Si 0.1~0.25%，Mn 0.8~1.2%，Nb 0.04~0.07%，Ti 0.01~0.02%，Cr 0.25~0.3%，Ni0.1~0.3%，Mo≤0.06%，Al 0.02~0.07%，P≤0.012%，S≤0.002%，Ca 0.001~0.003%，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。
优选地，所述两阶段轧制工序中，控制中间坯的厚度为70~90mm，低温区轧制的终轧温度为840±10℃，钢板的厚度≤20mm；
所述控制冷却工序中，开冷温度为780±10℃，终冷温度为550±10℃，冷却速度为18±3℃/s；
所得双抗管线钢板为X52MS钢板，屈服强度≥360MPa，屈强比≤0.85，钢板的组织为等轴铁素体+珠光体的两相复合组织，等轴铁素体的含量为80~90%，-30℃以上的落锤韧性撕裂面积≥85%。
优选地，所述两阶段轧制工序中，控制中间坯的厚度为90~100mm，低温区轧制的终轧温度为860±10℃，钢板的厚度为20~27mm；
所述控制冷却工序中，开冷温度为790±10℃，终冷温度为520±10℃，冷却速度为15±3℃/s；
所得双抗管线钢板为X52MS钢板，屈服强度≥360MPa，屈强比≤0.85，钢板的组织为等轴铁素体+珠光体的两相复合组织，等轴铁素体的含量为70~80%，-30℃以上的落锤韧性撕裂面积≥85%。
优选地，所述两阶段轧制工序中，控制中间坯的厚度为70~90mm，低温区轧制的终轧温度为840±10℃，钢板的厚度≤20mm；
所述控制冷却工序中，开冷温度为780±10℃，终冷温度为500±10℃，冷却速度为20±3℃/s；
所得双抗管线钢板为X56MS钢板，屈服强度≥390MPa，屈强比≤0.86，钢板的组织为准多边形铁素体+珠光体的两相复合组织，准多边形铁素体的含量为75~85%，-30℃以上的落锤韧性撕裂面积≥85%。
优选地，所述两阶段轧制工序中，控制中间坯的厚度为90~100mm，低温区轧制的终轧温度为860±10℃，钢板的厚度为20~27mm；
所述控制冷却工序中，开冷温度为790±10℃，终冷温度为480±10℃，冷却速度为18±3℃/s；
所得双抗管线钢板为X56MS钢板，屈服强度≥390MPa，屈强比≤0.85，钢板的组织为准多边形铁素体+珠光体的两相复合组织，准多边形铁素体的含量为70~80%，-30℃以上的落锤韧性撕裂面积≥85%。
优选地，所述两阶段轧制工序中，控制中间坯的厚度为70~90mm，低温区轧制的终轧温度为860±10℃，钢板的厚度≤20mm；
所述控制冷却工序中，开冷温度为780±10℃，终冷温度为420±10℃，冷却速度为20±3℃/s；
所得双抗管线钢板为X60MS钢板，屈服强度≥420MPa，屈强比≤0.87，钢板的组织为针状铁素体组织，-20℃以上的落锤韧性撕裂面积≥85%。
优选地，所述钢液冶炼工序所得钢液的化学成分以质量百分比计包括：C 0.04~0.07%，Si 0.1~0.2%，Mn 0.6~0.8%，Nb 0.07~0.09%，Ti 0.01~0.02%，Cr 0.05~0.15%，Ni0.2~0.4%，Mo 0.08~0.15%，Al 0.04~0.07%，P≤0.012%，S≤0.002%，Ca 0.001~0.003%，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。
优选地，所述两阶段轧制工序中，控制中间坯的厚度为90~100mm，低温区轧制的终轧温度为870±10℃，钢板的厚度为20~27mm；
所述控制冷却工序中，开冷温度为800±10℃，终冷温度为440±10℃，冷却速度为18±2℃/s；
所得双抗管线钢板为X60MS钢板，屈服强度≥420MPa，屈强比≤0.86，钢板的组织为准多边形铁素体+珠光体的两相复合组织，准多边形铁素体的含量为80~90%，-20℃以上的落锤韧性撕裂面积≥85%。
优选地，所述两阶段轧制工序中，控制中间坯的厚度为70~90mm，低温区轧制的终轧温度为850±10℃，钢板的厚度≤20mm；
所述控制冷却工序中，开冷温度为820±10℃，终冷温度为400±10℃，冷却速度为25±2℃/s；
所得双抗管线钢板为X65MS钢板，屈服强度≥450MPa，屈强比≤0.9，钢板的组织为针状铁素体组织，-20℃以上的落锤韧性撕裂面积≥85%。
优选地，所述两阶段轧制工序中，控制中间坯的厚度为90~100mm，低温区轧制的终轧温度为860±10℃，钢板的厚度为20~27mm；
所述控制冷却工序中，开冷温度为830±10℃，终冷温度为350±10℃，冷却速度为25±2℃/s；
所得双抗管线钢板为X65MS钢板，屈服强度≥450MPa，屈强比≤0.89，钢板的组织为针状铁素体+板条贝氏体的两相复合组织，针状铁素体的含量为80~90%，-15℃以上的落锤韧性撕裂面积≥85%。
优选地，所述加热工序中，TNbN采用如下公式计算得到：
TNbN=10800/(3.7-lg([N]×[Nb]))-273，
其中，[N]表示连铸坯中的N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，所述铁水预脱硫工序中，脱硫处理前的铁水满足：化学成分以质量百分比计包括：P≤0.090%，Si≥0.40%，S≤0.030%，As≤0.006%。
优选地，所述转炉冶炼步骤中，控制加入合金后至出钢时的搅拌时间≥2min，出钢时采用挡渣棒和挡渣塞共同挡渣，控制一次拉碳出钢，出钢时间≥4.5min，出钢禁止散流。
优选地，所述RH真空精炼步骤中，真空脱气的真空度≤2mbar，真空处理时间为15~25min，控制RH真空精炼终点钢液中的Ca/S为1~1.5，软搅拌时间>10min。
优选地，所述连铸工序中，采用大包套水口及氩封、低碳碱性中间包覆盖剂、浸入式水口进行全保护浇铸，并采用低碳保护渣，在凝固二冷区采用电磁搅拌和凝固末端动态轻压下，凝固末端的压下量为8~10mm。
优选地，所述连铸工序中，控制增氮量≤5ppm，中间包钢水的过热度控制为10~25℃，拉速保持恒速浇注，控制连铸拉速的波动为±0.1m/min，二冷水采用低合金钢配水模式，浸入式水口的插入深度控制为150mm。
优选地，所述两阶段轧制工序中，在高温区轧制前，对连铸坯进行除鳞，除鳞水压力≥18MPa。
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，所述双抗管线钢板在饱和H2S溶液中浸泡96小时，试样表面未见氢鼓泡，剖面无HIC裂纹；在饱和H2S溶液中浸泡720小时，进行抗SSCC试验，试样无裂纹。
与现有技术相比，本发明的双抗管线钢板及其生产方法，具有如下有益效果：
（1）通过对化学成分设计方案的优化设计，结合对生产工艺的控制，不仅实现了钢液的高洁净度冶炼、低偏析成分设计和高效冶炼，使最终制备的管线钢板不仅具有优异的抗HIC性能、抗SSCC性能和止裂性能；进一步结合化学成分与加热工艺的合理匹配，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；
（2）通过对钢液的化学成分设计方案的进一步优化，结合后续两阶段轧制和控制冷却工序的差异化管控，控制晶粒尺寸和钢板组织结构和形态，从而可将同一批次冶炼的钢液制备成不同强度级别、不同厚度的系列管线钢板，对X52MS-X65MS系列双抗管线钢板进行了生产工艺的有效整合，对生产组织、余坯消化及生产成本降低都有非常积极的作用，解决了双抗管线钢板由于用途特殊、生产难度大、单一强度级别单一尺寸订单数量较少而导致的排产难度大、小批量生产造成的头尾坯料多的问题，避免了不同强度级别不同尺寸双抗管线钢板或者双抗管线钢板与普通管线钢板连浇而产生大量的混浇坯导致浪费的问题，而且通过该生产方法制备的系列双抗管线钢板具有优异的低温止裂性能、屈强比以及抗HIC性能和抗SSCC性能。
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）铁水预脱硫
将铁水进行脱硫处理，控制出站时的铁水温度≥1330℃，铁水中S≤0.003%。
具体地，将铁水在KR脱硫装置中进行深脱硫，并控制扒渣率＞90%从而使铁水亮面≥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。
优选地，脱硫处理前的铁水满足：化学成分以质量百分比计包括：P≤0.090%，Si≥0.40%，S≤0.030%，As≤0.006%。
（2）钢液冶炼
将废钢与铁水预脱硫工序后的铁水依次经过转炉冶炼、LF精炼和RH真空精炼步骤进行冶炼，所得钢液的化学成分以质量百分比计包括：C 0.03~0.07%，Si 0.05~0.25%，Mn0.6~1.2%，Nb 0.04~0.1%，Ti 0.01~0.02%，Cr 0.05~0.3%，Ni 0.1~0.4%，Mo≤0.15%，Al0.02~0.07%，P≤0.012%，S≤0.002%，Ca 0.0005~0.003%，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。
a.转炉冶炼步骤
将铁水预脱硫工序后的铁水送入转炉中与废钢混合成钢液，并进行脱氧合金化，转炉终点的钢液中的C≤0.04%，S≤0.006%，P≤0.007%，N≤0.0025%。
优选地，控制加入合金后至出钢时的搅拌时间≥2min，出钢时采用挡渣棒和挡渣塞共同挡渣，严格控制下渣；控制一次拉碳出钢，避免点吹，出钢时间≥4.5min，出钢禁止散流。
b.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、以及夹杂物调控，精炼时间≤40min，加热时禁止钢液裸露，以减少由于钢液裸露而导致钢液增氮以及二次氧化，出站时钢液中的S≤0.0015%。
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，以保证钢液中的合金均匀化和脱气效果。
c.RH真空精炼步骤
采用RH循环脱气设备对LF精炼后的钢液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，真空处理时间为15~25min，控制RH真空精炼终点钢液中的Ca/S为1~1.5，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。
（3）连铸
将钢液冶炼工序所得的钢液连铸成连铸坯，之后堆垛缓冷48h以上，控制所述连铸坯的中心碳偏析级别不高于C1.5级，中心疏松级别不高于0.5级，连铸坯无裂纹。钢液浇注成的连铸坯的化学成分与冶炼所得钢液的化学成分相同，于此不再赘述。
优选地，采用大包套水口及氩封、低碳碱性中间包覆盖剂、浸入式水口进行全保护浇铸，以避免钢液二次氧化，并采用低碳保护渣，在凝固二冷区采用电磁搅拌和凝固末端动态轻压下，凝固末端的压下量为8~10mm。
优选地，控制增氮量≤5ppm，中间包钢水的过热度控制为10~25℃，拉速保持恒速浇注，控制连铸拉速的波动为±0.1m/min，二冷水采用低合金钢配水模式，浸入式水口的插入深度控制为150mm，减少卷渣。
（4）加热
将连铸坯依次经过加热一段、加热二段和均热段进行加热，加热一段的加热温度为1050~1100℃，加热二段的加热温度为1100~1150℃，加热一段与加热二段的总加热时间为200~250min，均热段的加热温度为(TNbN+10℃)~(TNbN+40℃)，其中TNbN表示NbN的固溶温度，单位为℃，均热段的保温时间为60±10min。通过控制分段加热以及加热温度和时间，不仅可以保证连铸坯受热的均匀性，避免连铸坯的表层和心部因温度不均匀而导致板形差的问题。
进一步地，本发明中，通过基于NbN的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NbN完全固溶而不过分长大，以免影响落锤性能，有效减轻最终制备的钢板对氢致裂纹的敏感性。
优选地，TNbN采用如下公式计算得到：
TNbN=10800/(3.7-lg([N]×[Nb]))-273，
其中，[N]表示连铸坯中的N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N的质量百分比为0.005%时，[N]为0.005；[Nb]以此类推。
也即，基于连铸坯中N和Nb的实际质量百分比，来计算得到TNbN。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N的实际质量百分比值[N]、Nb的实际质量百分比值[Nb]，而后根据前述公式计算得到TNbN，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NbN的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NbN的固溶温度，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NbN完全固溶而不过分长大，有效减轻最终制备的钢板对氢致裂纹的敏感性。当然，TNbN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TNbN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TNbN。
（5）两阶段轧制
对连铸坯首先经过高温区轧制得到中间坯，再经过低温区轧制制成钢板，高温区轧制的终轧温度为1030~1050℃，控制其中两个道次的压下率≥18%；低温区轧制的终轧温度为810~880℃，除最后一个道次之外，其余道次的压下率均≥10%。高温区轧制和低温区轧制均在非再结晶区轧制，通过高温区轧制的高温大压下可以消除连铸坯的心部缺陷，通过低温区轧制可以减少奥氏体组织的回复和长大，通过非再结晶区的变形累计效应，可以有效细化晶粒。
优选地，在高温区轧制前，对连铸坯进行除鳞，以将连铸坯表面的氧化铁皮去除干净，除鳞水压力≥18MPa。
（6）控制冷却
通过辊道将所得钢板送至冷却系统进行冷却，得到双抗管线钢板。所得双抗管线钢板的化学成分与冶炼所得钢液的化学成分相同，于此不再赘述。
其中，开冷温度为750~840℃，终冷温度为340~590℃，冷却速度为7~27℃/s。通过控制冷却工序与两阶段轧制工序的配合，可以保证钢板的力学性能和低温落锤性能。
通过对采用上述生产方法制备而成的双抗管线钢板进行抗HIC试验和抗SSCC试验，可知，该双抗管线钢板具有优异的抗HIC和抗SSCC性能。
具体地，将所得双抗管线钢板在饱和H2S溶液中浸泡96小时，试样表面未见氢鼓泡，剖面无HIC裂纹；将所得双抗管线钢板在饱和H2S溶液中浸泡720小时，进行抗SSCC试验，试样无裂纹。
也就是说，通过对化学成分设计方案的优化设计，结合对生产工艺的控制，不仅实现了钢液的高洁净度冶炼、低偏析成分设计和高效冶炼，使最终制备的管线钢板不仅具有优异的抗HIC性能、抗SSCC性能和止裂性能；进一步结合化学成分与加热工艺的合理匹配，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。
下面提供本发明的2个优选的实施方式，来对本发明的技术方案进一步说明。
第一实施方式
（1）铁水预脱硫
将铁水进行脱硫处理，控制出站时的铁水温度≥1330℃，铁水中S≤0.003%。
具体地，将铁水在KR脱硫装置中进行深脱硫，并控制扒渣率＞90%从而使铁水亮面≥80%。
优选地，脱硫处理前的铁水满足：化学成分以质量百分比计包括：P≤0.090%，Si≥0.40%，S≤0.030%，As≤0.006%。
（2）钢液冶炼
将废钢与铁水预脱硫工序后的铁水依次经过转炉冶炼、LF精炼和RH真空精炼步骤进行冶炼，所得钢液的化学成分以质量百分比计包括：C 0.03~0.05%，Si 0.1~0.25%，Mn0.8~1.2%，Nb 0.04~0.07%，Ti 0.01~0.02%，Cr 0.25~0.3%，Ni 0.1~0.3%，Mo≤0.06%，Al0.02~0.07%，P≤0.012%，S≤0.002%，Ca 0.001~0.003%，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。
a.转炉冶炼步骤
将铁水预脱硫工序后的铁水送入转炉中与废钢混合成钢液，并进行脱氧合金化，转炉终点的钢液中的C≤0.04%，S≤0.006%，P≤0.007%，N≤0.0025%。
优选地，控制加入合金后至出钢时的搅拌时间≥2min，出钢时采用挡渣棒和挡渣塞共同挡渣，严格控制下渣；控制一次拉碳出钢，避免点吹，出钢时间≥4.5min，出钢禁止散流。
b.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、以及夹杂物调控，精炼时间≤40min，加热时禁止钢液裸露，以减少由于钢液裸露而导致钢液增氮以及二次氧化，出站时钢液中的S≤0.0015%。
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，以保证钢液中的合金均匀化和脱气效果。
c.RH真空精炼步骤
采用RH循环脱气设备对LF精炼后的钢液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，真空处理时间为15~25min，控制RH真空精炼终点钢液中的Ca/S为1~1.5，软搅拌时间>10min。
（3）连铸
将钢液冶炼工序所得的钢液连铸成连铸坯，之后堆垛缓冷48h以上，控制所述连铸坯的中心碳偏析级别不高于C1.5级，中心疏松级别不高于0.5级，连铸坯无裂纹。钢液浇注成的连铸坯的化学成分与冶炼所得钢液的化学成分相同，于此不再赘述。
优选地，采用大包套水口及氩封、低碳碱性中间包覆盖剂、浸入式水口进行全保护浇铸，以避免钢液二次氧化，并采用低碳保护渣，在凝固二冷区采用电磁搅拌和凝固末端动态轻压下，凝固末端的压下量为8~10mm。
优选地，控制增氮量≤5ppm，中间包钢水的过热度控制为10~25℃，拉速保持恒速浇注，控制连铸拉速的波动为±0.1m/min，二冷水采用低合金钢配水模式，浸入式水口的插入深度控制为150mm，减少卷渣。
（4）加热
将连铸坯依次经过加热一段、加热二段和均热段进行加热，加热一段的加热温度为1050~1100℃，加热二段的加热温度为1100~1150℃，加热一段与加热二段的总加热时间为200~250min，均热段的加热温度为(TNbN+10℃)~(TNbN+40℃)，其中TNbN表示NbN的固溶温度，均热段的保温时间为60±10min。
优选地，TNbN采用如下公式计算得到：
TNbN=10800/(3.7-lg([N]×[Nb]))-273，
其中，[N]表示连铸坯中的N的质量百分比值，[Nb]表示连铸坯中的Nb的质量百分比值。
至此，通过对钢液的化学成分设计方案的进一步优化，结合后续两阶段轧制和控制冷却工序中的工艺设计和优化，可将同一批次冶炼的钢液制备成不同强度级别、不同厚度的系列管线钢板，从而可以解决双抗管线钢板由于用途特殊、生产难度大、单一强度级别单一尺寸订单数量较少而导致的排产难度大、小批量生产造成的头尾坯料多的问题，避免了不同强度级别不同尺寸双抗管线钢板或者双抗管线钢板与普通管线钢板连浇而产生大量的混浇坯导致浪费的问题，而且通过该生产方法制备的系列双抗管线钢板具有优异的低温止裂性能、屈强比以及抗HIC性能和抗SSCC性能。
以下，通过对该同一批次的连铸坯进行不同的轧制和冷却工艺，可以得到多种具有不同强度级别和不同尺寸的双抗管线钢板。
（5）两阶段轧制
具体地，对连铸坯首先进行除鳞，以将连铸坯表面的氧化铁皮去除干净，除鳞水压力≥18MPa，之后经过高温区轧制得到中间坯，再经过低温区轧制制成钢板，高温区轧制的终轧温度为1030~1050℃，控制其中两个道次的压下率≥18%；低温区轧制除最后一个道次之外，其余道次的压下率均≥10%。中间坯的厚度、低温区轧制的终轧温度和钢板的厚度参表1所示。
（6）控制冷却
通过辊道将所得钢板送至冷却系统进行冷却，得到双抗管线钢板。所得双抗管线钢板的化学成分与冶炼所得钢液的化学成分相同，于此不再赘述。
其中，开冷温度、终冷温度、冷却速度参表1所示。
[表1]
力学性能方面，参照ASTM A370钢制品力学性能试验的标准试验方法及定义，采用拉伸试验机对所得钢板的屈服强度、抗拉强度进行测试，进而计算屈强比，屈服强度和屈强比的结果如表2所示。
采用光学显微镜对所得钢板的组织进行观察，所得钢板的金相组织结果如表2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所得钢板的落锤性能进行测试，测试结果如表2所示。
[表2]
对所得钢板进行抗HIC试验和抗SSCC试验，可知，该双抗管线钢板具有优异的抗HIC和抗SSCC性能。
具体地，将所得双抗管线钢板在饱和H2S溶液中浸泡96小时，试样表面未见氢鼓泡，剖面无HIC裂纹；将所得双抗管线钢板在饱和H2S溶液中浸泡720小时，进行抗SSCC试验，试样无裂纹。
第二实施方式
（1）铁水预脱硫
将铁水进行脱硫处理，控制出站时的铁水温度≥1330℃，铁水中S≤0.003%。
具体地，将铁水在KR脱硫装置中进行深脱硫，并控制扒渣率＞90%从而使铁水亮面≥80%。
优选地，脱硫处理前的铁水满足：化学成分以质量百分比计包括：P≤0.090%，Si≥0.40%，S≤0.030%，As≤0.006%。
（2）钢液冶炼
将废钢与铁水预脱硫工序后的铁水依次经过转炉冶炼、LF精炼和RH真空精炼步骤进行冶炼，所得钢液的化学成分以质量百分比计包括：C 0.04~0.07%，Si 0.1~0.2%，Mn 0.6~0.8%，Nb 0.07~0.09%，Ti 0.01~0.02%，Cr 0.05~0.15%，Ni 0.2~0.4%，Mo 0.08~0.15%，Al0.04~0.07%，P≤0.012%，S≤0.002%，Ca 0.001~0.003%，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。
a.转炉冶炼步骤
将铁水预脱硫工序后的铁水送入转炉中与废钢混合成钢液，并进行脱氧合金化，转炉终点的钢液中的C≤0.04%，S≤0.006%，P≤0.007%，N≤0.0025%。
优选地，控制加入合金后至出钢时的搅拌时间≥2min，出钢时采用挡渣棒和挡渣塞共同挡渣，严格控制下渣；控制一次拉碳出钢，避免点吹，出钢时间≥4.5min，出钢禁止散流。
b.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、以及夹杂物调控，精炼时间≤40min，加热时禁止钢液裸露，以减少由于钢液裸露而导致钢液增氮以及二次氧化，出站时钢液中的S≤0.0015%。
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，以保证钢液中的合金均匀化和脱气效果。
c.RH真空精炼步骤
采用RH循环脱气设备对LF精炼后的钢液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，真空处理时间为15~25min，控制RH真空精炼终点钢液中的Ca/S为1~1.5，软搅拌时间>10min。
（3）连铸
将钢液冶炼工序所得的钢液连铸成连铸坯，之后堆垛缓冷48h以上，控制所述连铸坯的中心碳偏析级别不高于C1.5级，中心疏松级别不高于0.5级，连铸坯无裂纹。钢液浇注成的连铸坯的化学成分与冶炼所得钢液的化学成分相同，于此不再赘述。
优选地，采用大包套水口及氩封、低碳碱性中间包覆盖剂、浸入式水口进行全保护浇铸，以避免钢液二次氧化，并采用低碳保护渣，在凝固二冷区采用电磁搅拌和凝固末端动态轻压下，凝固末端的压下量为8~10mm。
优选地，控制增氮量≤5ppm，中间包钢水的过热度控制为10~25℃，拉速保持恒速浇注，控制连铸拉速的波动为±0.1m/min，二冷水采用低合金钢配水模式，浸入式水口的插入深度控制为150mm，减少卷渣。
（4）加热
将连铸坯依次经过加热一段、加热二段和均热段进行加热，加热一段的加热温度为1050~1100℃，加热二段的加热温度为1100~1150℃，加热一段与加热二段的总加热时间为200~250min，均热段的加热温度为(TNbN+10℃)~(TNbN+40℃)，其中TNbN表示NbN的固溶温度，均热段的保温时间为60±10min。
优选地，TNbN采用如下公式计算得到：
TNbN=10800/(3.7-lg([N]×[Nb]))-273，
其中，[N]表示连铸坯中的N的质量百分比值，[Nb]表示连铸坯中的Nb的质量百分比值。
至此，通过对钢液的化学成分设计方案的进一步优化，结合后续两阶段轧制和控制冷却工序中的工艺设计和优化，可将同一批次冶炼的钢液制备成不同强度级别、不同厚度的系列管线钢板，从而可以解决双抗管线钢板由于用途特殊、生产难度大、单一强度级别单一尺寸订单数量较少而导致的排产难度大、小批量生产造成的头尾坯料多的问题，避免了不同强度级别不同尺寸双抗管线钢板或者双抗管线钢板与普通管线钢板连浇而产生大量的混浇坯导致浪费的问题，而且通过该生产方法制备的系列双抗管线钢板具有优异的低温止裂性能、屈强比以及抗HIC性能和抗SSCC性能。
以下，通过对该同一批次的连铸坯进行不同的轧制和冷却工艺，可以得到多种具有不同强度级别和不同尺寸的双抗管线钢板。
（5）两阶段轧制
具体地，对连铸坯首先进行除鳞，以将连铸坯表面的氧化铁皮去除干净，除鳞水压力≥18MPa，之后经过高温区轧制得到中间坯，再经过低温区轧制制成钢板，高温区轧制的终轧温度为1030~1050℃，控制其中两个道次的压下率≥18%；低温区轧制除最后一个道次之外，其余道次的压下率均≥10%。中间坯的厚度、低温区轧制的终轧温度和钢板的厚度参表3所示。
（6）控制冷却
通过辊道将所得钢板送至冷却系统进行冷却，得到双抗管线钢板。所得双抗管线钢板的化学成分与冶炼所得钢液的化学成分相同，于此不再赘述。
其中，开冷温度、终冷温度、冷却速度参表3所示。
[表3]
力学性能方面，参照ASTM A370钢制品力学性能试验的标准试验方法及定义，采用拉伸试验机对所得钢板的屈服强度、抗拉强度进行测试，进而计算屈强比，屈服强度和屈强比的结果如表4所示。
采用光学显微镜对所得钢板的组织进行观察，所得钢板的金相组织结果如表4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所得钢板的落锤性能进行测试，测试结果如表4所示。
[表4]
对所得钢板进行抗HIC试验和抗SSCC试验，可知，该双抗管线钢板具有优异的抗HIC和抗SSCC性能。
具体地，将所得双抗管线钢板在饱和H2S溶液中浸泡96小时，试样表面未见氢鼓泡，剖面无HIC裂纹；将所得双抗管线钢板在饱和H2S溶液中浸泡720小时，进行抗SSCC试验，试样无裂纹。
也就是说，通过对钢液的化学成分设计方案的进一步优化，结合后续两阶段轧制和控制冷却工序的差异化管控，控制晶粒尺寸和钢板组织结构和形态，从而可将同一批次冶炼的钢液制备成不同强度级别、不同厚度的系列管线钢板，对X52MS-X65MS系列双抗管线钢板进行了生产工艺的有效整合，对生产组织、余坯消化及生产成本降低都有非常积极的作用，解决了双抗管线钢板由于用途特殊、生产难度大、单一强度级别单一尺寸订单数量较少而导致的排产难度大、小批量生产造成的头尾坯料多的问题，避免了不同强度级别不同尺寸双抗管线钢板或者双抗管线钢板与普通管线钢板连浇而产生大量的混浇坯导致浪费的问题，而且通过该生产方法制备的系列双抗管线钢板具有优异的低温止裂性能、屈强比以及抗HIC性能和抗SSCC性能。
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 (20)

1.一种双抗管线钢板的生产方法，其特征在于，包括依序进行的如下工序：
（1）铁水预脱硫
将铁水进行脱硫处理，控制出站时的铁水温度≥1330℃，铁水中S≤0.003%；
（2）钢液冶炼
将废钢与铁水预脱硫工序后的铁水依次经过转炉冶炼、LF精炼和RH真空精炼步骤进行冶炼，所得钢液的化学成分以质量百分比计包括：C 0.03~0.07%，Si 0.05~0.25%，Mn 0.6~1.2%，Nb 0.04~0.1%，Ti 0.01~0.02%，Cr 0.05~0.3%，Ni 0.1~0.4%，Mo≤0.15%，Al 0.02~0.07%，P≤0.012%，S≤0.002%，Ca 0.0005~0.003%，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；
所述转炉冶炼步骤中，将铁水预脱硫工序后的铁水送入转炉中与废钢混合成钢液，并进行脱氧合金化，转炉终点的钢液中的C≤0.04%，S≤0.006%，P≤0.007%，N≤0.0025%；
所述LF精炼步骤中，对转炉冶炼后的钢液进行化学成分调整、温度调控、以及夹杂物调控，精炼时间≤40min，加热时禁止钢液裸露，出站时钢液中的S≤0.0015%；
所述RH真空精炼步骤中，对LF精炼后的钢液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；
（3）连铸
将钢液冶炼工序所得的钢液连铸成连铸坯，控制所述连铸坯的中心碳偏析级别不高于C1.5级，中心疏松级别不高于0.5级，连铸坯无裂纹；
（4）加热
将连铸坯依次经过加热一段、加热二段和均热段进行加热，加热一段的加热温度为1050~1100℃，加热二段的加热温度为1100~1150℃，加热一段与加热二段的总加热时间为200~250min，均热段的加热温度为(TNbN+10℃)~(TNbN+40℃)，其中TNbN表示NbN的固溶温度，单位为℃，均热段的保温时间为60±10min；
（5）两阶段轧制
对连铸坯首先经过高温区轧制得到厚度为70~100mm的中间坯，再经过低温区轧制制成厚度≤27mm的钢板，高温区轧制的终轧温度为1030~1050℃，控制其中两个道次的压下率≥18%；低温区轧制的终轧温度为810~880℃，除最后一个道次之外，其余道次的压下率均≥10%；
（6）控制冷却
通过辊道将所得钢板送至冷却系统进行冷却，得到双抗管线钢板，其中，开冷温度为750~840℃，终冷温度为340~590℃，冷却速度为7~27℃/s。
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，所述钢液冶炼工序所得钢液的化学成分以质量百分比计包括：C 0.03~0.05%，Si 0.1~0.25%，Mn 0.8~1.2%，Nb0.04~0.07%，Ti 0.01~0.02%，Cr 0.25~0.3%，Ni 0.1~0.3%，Mo≤0.06%，Al 0.02~0.07%，P≤0.012%，S≤0.002%，Ca 0.001~0.003%，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。
3.根据权利要求2所述的双抗管线钢板的生产方法，其特征在于，所述两阶段轧制工序中，控制中间坯的厚度为70~90mm，低温区轧制的终轧温度为840±10℃，钢板的厚度≤20mm；
所述控制冷却工序中，开冷温度为780±10℃，终冷温度为550±10℃，冷却速度为18±3℃/s；
所得双抗管线钢板为X52MS钢板，屈服强度≥360MPa，屈强比≤0.85，钢板的组织为等轴铁素体+珠光体的两相复合组织，等轴铁素体的含量为80~90%，-30℃以上的落锤韧性撕裂面积≥85%。
4.根据权利要求2所述的双抗管线钢板的生产方法，其特征在于，所述两阶段轧制工序中，控制中间坯的厚度为90~100mm，低温区轧制的终轧温度为860±10℃，钢板的厚度为20~27mm；
所述控制冷却工序中，开冷温度为790±10℃，终冷温度为520±10℃，冷却速度为15±3℃/s；
所得双抗管线钢板为X52MS钢板，屈服强度≥360MPa，屈强比≤0.85，钢板的组织为等轴铁素体+珠光体的两相复合组织，等轴铁素体的含量为70~80%，-30℃以上的落锤韧性撕裂面积≥85%。
5.根据权利要求2所述的双抗管线钢板的生产方法，其特征在于，所述两阶段轧制工序中，控制中间坯的厚度为70~90mm，低温区轧制的终轧温度为840±10℃，钢板的厚度≤20mm；
所述控制冷却工序中，开冷温度为780±10℃，终冷温度为500±10℃，冷却速度为20±3℃/s；
所得双抗管线钢板为X56MS钢板，屈服强度≥390MPa，屈强比≤0.86，钢板的组织为准多边形铁素体+珠光体的两相复合组织，准多边形铁素体的含量为75~85%，-30℃以上的落锤韧性撕裂面积≥85%。
6.根据权利要求2所述的双抗管线钢板的生产方法，其特征在于，所述两阶段轧制工序中，控制中间坯的厚度为90~100mm，低温区轧制的终轧温度为860±10℃，钢板的厚度为20~27mm；
所述控制冷却工序中，开冷温度为790±10℃，终冷温度为480±10℃，冷却速度为18±3℃/s；
所得双抗管线钢板为X56MS钢板，屈服强度≥390MPa，屈强比≤0.85，钢板的组织为准多边形铁素体+珠光体的两相复合组织，准多边形铁素体的含量为70~80%，-30℃以上的落锤韧性撕裂面积≥85%。
7.根据权利要求2所述的双抗管线钢板的生产方法，其特征在于，所述两阶段轧制工序中，控制中间坯的厚度为70~90mm，低温区轧制的终轧温度为860±10℃，钢板的厚度≤20mm；
所述控制冷却工序中，开冷温度为780±10℃，终冷温度为420±10℃，冷却速度为20±3℃/s；
所得双抗管线钢板为X60MS钢板，屈服强度≥420MPa，屈强比≤0.87，钢板的组织为针状铁素体组织，-20℃以上的落锤韧性撕裂面积≥85%。
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，所述钢液冶炼工序所得钢液的化学成分以质量百分比计包括：C 0.04~0.07%，Si 0.1~0.2%，Mn 0.6~0.8%，Nb0.07~0.09%，Ti 0.01~0.02%，Cr 0.05~0.15%，Ni 0.2~0.4%，Mo 0.08~0.15%，Al 0.04~0.07%，P≤0.012%，S≤0.002%，Ca 0.001~0.003%，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。
9.根据权利要求8所述的双抗管线钢板的生产方法，其特征在于，所述两阶段轧制工序中，控制中间坯的厚度为90~100mm，低温区轧制的终轧温度为870±10℃，钢板的厚度为20~27mm；
所述控制冷却工序中，开冷温度为800±10℃，终冷温度为440±10℃，冷却速度为18±2℃/s；
所得双抗管线钢板为X60MS钢板，屈服强度≥420MPa，屈强比≤0.86，钢板的组织为准多边形铁素体+珠光体的两相复合组织，准多边形铁素体的含量为80~90%，-20℃以上的落锤韧性撕裂面积≥85%。
10.根据权利要求8所述的双抗管线钢板的生产方法，其特征在于，所述两阶段轧制工序中，控制中间坯的厚度为70~90mm，低温区轧制的终轧温度为850±10℃，钢板的厚度≤20mm；
所述控制冷却工序中，开冷温度为820±10℃，终冷温度为400±10℃，冷却速度为25±2℃/s；
所得双抗管线钢板为X65MS钢板，屈服强度≥450MPa，屈强比≤0.9，钢板的组织为针状铁素体组织，-20℃以上的落锤韧性撕裂面积≥85%。
11.根据权利要求8所述的双抗管线钢板的生产方法，其特征在于，所述两阶段轧制工序中，控制中间坯的厚度为90~100mm，低温区轧制的终轧温度为860±10℃，钢板的厚度为20~27mm；
所述控制冷却工序中，开冷温度为830±10℃，终冷温度为350±10℃，冷却速度为25±2℃/s；
所得双抗管线钢板为X65MS钢板，屈服强度≥450MPa，屈强比≤0.89，钢板的组织为针状铁素体+板条贝氏体的两相复合组织，针状铁素体的含量为80~90%，-15℃以上的落锤韧性撕裂面积≥85%。
12.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，TNbN采用如下公式计算得到：
TNbN=10800/(3.7-lg([N]×[Nb]))-273，
其中，[N]表示连铸坯中的N的质量百分比值，[Nb]表示连铸坯中的Nb的质量百分比值。
13.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，所述铁水预脱硫工序中，脱硫处理前的铁水满足：化学成分以质量百分比计包括：P≤0.090%，Si≥0.40%，S≤0.030%，As≤0.006%。
14.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，所述转炉冶炼步骤中，控制加入合金后至出钢时的搅拌时间≥2min，出钢时采用挡渣棒和挡渣塞共同挡渣，控制一次拉碳出钢，出钢时间≥4.5min，出钢禁止散流。
15.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RH真空精炼步骤中，真空脱气的真空度≤2mbar，真空处理时间为15~25min，控制RH真空精炼终点钢液中的Ca/S为1~1.5，软搅拌时间>10min。
16.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，所述连铸工序中，采用大包套水口及氩封、低碳碱性中间包覆盖剂、浸入式水口进行全保护浇铸，并采用低碳保护渣，在凝固二冷区采用电磁搅拌和凝固末端动态轻压下，凝固末端的压下量为8~10mm。
17.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，所述连铸工序中，控制增氮量≤5ppm，中间包钢水的过热度控制为10~25℃，拉速保持恒速浇注，控制连铸拉速的波动为±0.1m/min，二冷水采用低合金钢配水模式，浸入式水口的插入深度控制为150mm。
18.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，所述两阶段轧制工序中，在高温区轧制前，对连铸坯进行除鳞，除鳞水压力≥18MPa。
19.一种双抗管线钢板，其特征在于，采用如权利要求1至18任一项所述的双抗管线钢板的生产方法制备而成。
20.根据权利要求19所述的双抗管线钢板，其特征在于，所述钢板在饱和H2S溶液中浸泡96小时，试样表面未见氢鼓泡，剖面无HIC裂纹；在饱和H2S溶液中浸泡720小时，进行抗SSCC试验，试样无裂纹。
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