一种海底管线用X70热轧中厚板的生产方法

摘要

本发明提供了一种海底管线用X70热轧中厚板的生产方法，其化学成分按重量百分数为：C：0.035～0.07％，Si：0.10～0.35％，Mn：1.40～1.85％，P：≤0.010％，S：≤0.0035％，Alt：0.01～0.06％，Nb：0.035～0.07％，Ti：0.008～0.020％，Mo：0.10～0.30％，Ni：0.10～0.25％，Cr：0.10～0.25％，Cu：0.10～0.25％，余量为Fe和不可避免杂质元素。在钢板制造过程中，采用适量的Ni、Cr、Cu合金元素匹配，通过优化的坯型设计、严格的加热制度和强化的控轧控冷工艺，充分发挥合金元素作用和挖掘控轧控冷工艺的潜力，使钢板全壁厚上获得均匀细小的针状铁素体为主的组织形态，具有较高的横纵向拉伸强度和优良的低温韧性，完全满足深水海底管线用钢的高性能要求。

说明书

技术领域

本发明属于低碳微合金钢生产技术领域，特别是涉及一种海底管线用X70热轧中厚板的生产方法，适用于对横纵向拉伸强度和低温韧性要求较高的海底管线工程用25～35mmX70热轧中厚板的生产。

背景技术

随着全球经济的高速发展，石油天然气需求已出现供不用求的局面，这极大地促进了边际及海上油气资源的开发与海底管线的建设，海底管线用钢的重要性日益凸现。

海底管线服役于深海之处和恶劣的海洋环境，管道承受深海高压及严重的海洋腐蚀；且由于海底地势的复杂性和海底海流的多变性，管道在铺设过程中须发生各种不同角度的弯曲变形，要求海底管线用钢具有更高的洁净度、更高的低温韧性、较高的横纵向强度和较低的钢板各向异性，故对海底管线用钢提出了比陆地管线用钢更严更高的质量要求。如中国南海海底管线工程用大壁厚X70管线钢对横纵向强度性能和低温韧性要求很高，且钢板规格厚，故开发难度非常大，高强韧性指标合格率偏低，因此给生产厂家带来了较大的经济损失，同样给管线铺设工程及管线运行的安全性带来了巨大隐患。

目前，高等级海底管线用钢已逐渐成为冶金和材料研究领域的热点，从所申请的专利技术和发表的文献来看，产品在厚度规格、横纵向拉伸强度、落锤韧性要求、成分设计及轧制方法等方面与本专利有着本质的差别。专利200710052601.7公开了“一种用于制作海底管线的钢板及其轧制方法”，提出了海底管线用X65热轧板卷的生产方法，与本专利大壁厚X70热轧中厚板生产方法有本质差异；另外相关文献“海底管线用钢的开发及应用”(焊管.2006，29(5)：36-39)，只介绍了宝钢海底管线用X65级钢板的理化性能，但未对钢板的化学成分及其生产方法进行充分公开。

本发明涉及到海底管线用25～35mmX70热轧中厚板，钢板既要满足高强度高韧性要求，还要确保较低的碳含量及碳当量，且要有良好的焊接适应性。综合考虑各方面的要求，本发明采用低C成分，利用Nb、Ti元素细化晶粒，采用Mo、Cr、Cu等合金元素配合，提高钢板的淬透性，保证横纵向强度，同时加入Ni元素改善钢板低温韧性；并采用控轧控冷工艺技术，提高钢板的综合力学性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种海底管线用X70热轧中厚板的生产方法，通过合理的合金元素匹配、优化的坯型设计、严格的加热制度和强化的控轧控冷工艺，有效地解决了大壁厚X70海底管线用钢具有良好强韧性匹配的难题，确保了钢板横纵向强度指标和低温韧性指标同时满足标准要求，从而降低了生产厂家的经济损失，提高了管线铺设工程及管线运行的安全性，对我国海底管线工程项目的发展具有重大意义。

本发明提供的海底管线用X70热轧中厚板的化学成分(重量％)为：C：0.035～0.07％，Si：0.10～0.35％，Mn：1.40～1.85％，P：≤0.010％，S：≤0.0030％，Alt：0.01～0.06％，Nb：0.035～0.070％，Ti：0.008～0.020％，Mo：0.10～0.30％，Ni：0.10～0.25％，Cr：0.10～0.25％，Cu：0.10～0.25％，余量为Fe和不可避免杂质元素；其生产工艺具体如下：

(1)坯型设计：要求生产钢板压缩比≥10，选用400mm厚钢坯；

(2)加热制度：将钢坯加热到1120～1210℃，保证钢坯均热时间1.5～2.5小时，提高钢坯厚度方向上加热的均匀性；

(3)轧制工艺：轧制分两阶段轧制，即奥氏体再结晶区轧制(粗轧)和奥氏体未再结晶轧制(精轧)；在粗轧阶段，轧制温度区间为980～1070℃，控制钢坯展宽后至待温前总变形率在60％～75％之间，同时需确保展宽后至待温前的纵轧道次变形率逐渐上升，且单道次变形率控制在15.5％～30％之间，尤其要保证最后3个道次变形率均≥23％；中间坯待温厚度/成品厚度≥3.3；在精轧阶段，开轧温度为850～920℃，终止轧制温度为760～840℃，且控制钢坯总变形率在70％～80％之间；

(4)水冷工艺：热轧后以12～28℃/s的速度冷却，冷却终止温度为455～570℃。

采用上述化学成分钢坯和生产工艺，生产钢板厚度规格为25～35mm，钢板微观组织以均匀细小的针状铁素体为主，晶粒度为12～13级。

本发明的优点在于：本发明在较低的C含量0.035～0.07％，适量的Nb和Mo微合金化的成分体系基础上，辅以适量的Ni、Cr、Cu合金元素配合，通过优化的坯型尺寸设计、严格的加热制度和强化的控轧控冷工艺，充分发挥合金元素作用和挖掘控轧控冷工艺的潜力，使钢板全壁厚上获得均匀细小的针状铁素体为主的组织形态，提高钢板横纵向强度和低温韧性，生产的钢板较同等级陆地管线用钢的综合力学性能大幅改善，大大地提高了海底管线铺设工程及管线运行的安全性。按照本专利所述的技术方案生产大壁厚X70海底管线用钢性能达到以下水平：

(1)拉伸性能

a)横向：屈服强度在515MPa以上，抗拉强度在605MPa以上，屈强比在0.88以下；

b)纵向：屈服强度在500MPa以上，抗拉强度在620MPa以上，屈强比在0.83以下；

(2)低温韧性

a)冲击性能：-20℃时10×10×55mm试样横纵向V型缺口夏比冲击功均在370J以上，-40℃时横纵向夏比冲击功均在325J以上，-60℃时横纵向夏比冲击功均在240J以上，50％FATT＜-60℃；

b)落锤性能：-10℃横纵向落锤撕裂试验(DWTT)剪切面积单值≥87％，-20℃时DWTT单值≥82％，-40℃时DWTT单值≥60％，50％FATT＜-50℃；

(3)冷弯性能：横向冷弯d＝2a(d为弯曲直径，a为钢板厚度)，180°，拉伸面完好。

具体实施方法

实施例1

根据本发明海底管线用X70热轧中厚板的生产方法，利用400mm厚钢坯在4300mm双机架宽厚板生产线上生产出了厚度为25mm钢板。其钢坯化学成分如表1所示，控轧控冷工艺如表2所示，强度性能如表3所示，系列温度下钢板的冲击韧性如表4所示。

表1  实施例1的化学成分(重量，％)

  C   Si   Mn   P   S   Alt   Nb   Ti   Mo   Ni   Cr   Cu   0.062   0.19   1.53   0.009   0.0020   0.042   0.046   0.018   0.17   0.18   0.18   0.23

表2  工艺制度

表3  钢板的强度性能

表4  系列温度下钢板的韧性

实施例2

根据本发明海底管线用X70热轧中厚板的生产方法，利用400mm厚钢坯在4300mm双机架宽厚板生产线上生产出了厚度为30mm钢板。其钢坯化学成分如表5所示，控轧控冷工艺如表6所示，强度性能如表7所示，系列温度下钢板的冲击韧性如表8所示。

表5  实施例2的化学成分(重量，％)

  C   Si   Mn   P   S   Alt   Nb   Ti   Mo   Ni   Cr   Cu   0.054   0.22   1.65   0.008   0.0018   0.037   0.053   0.012   0.23   0.21   0.20   0.22

表6  工艺制度

表7  钢板的强度性能

表8  系列温度下钢板的韧性

实施例3

根据本发明海底管线用X70热轧中厚板的生产方法，利用400mm厚钢坯在4300mm双机架宽厚板生产线上生产出了厚度为35mm钢板。其钢坯化学成分如表9所示，控轧控冷工艺如表10所示，强度性能如表11所示，系列温度下钢板的冲击韧性如表12所示。

表9  实施例3的化学成分(重量，％)

  C   Si   Mn   P   S   Alt   Nb   Ti   Mo   Ni   Cr   Cu   0.05   0.23   1.70   0.006   0.0013   0.03   0.065   0.015   0.28   0.23   0.20   0.20

表10  工艺制度

表11  钢板的强度性能

表12  系列温度下钢板的韧性