低温韧性优异的厚规格海底管线用热轧钢板及其生产方法

摘要

本发明提供一种低温韧性优异的厚规格海底管线用热轧钢板及其生产方法，其化学成分为C：0.02％～0.07％、Si：0.15％～0.40％、Mn：1.0％～1.70％、P：≤0.020％、S≤0.003％、Nb≤0.06％、Ti≤0.025％、V≤0.06％、Mo≤0.20％、Cu≤0.25％、Ni：0.10％～0.30％、Cr≤0.25％、N≤0.008％、Al：0.010％～0.040％、Al/N≥2，余量为铁和不可避免的杂质。本发明厚度28mm以上海底管线用钢，其横向和纵向屈服强度可达到480MPa或510MPa以上，横向和纵向抗拉强度达到560MPa或600MPa以上，横向-60℃的冲击韧性大于等于400J，横向-25℃DWTT剪切面积大于等于85％，同时，钢板抗腐蚀性能优异，96小时HIC试验结果符合NACE 0284标准要求，适用于作为制造海底油气输送用管线的原料。

说明书

技术领域

本发明属于低碳微合金钢技术领域，尤其涉及一种低温韧性优异 的厚规格海底管线用热轧钢板及其生产方法。

背景技术

随着经济和社会的快速发展，世界对石油和天然气需求量与日俱 增；海底蕴藏着丰富的油气资源，占世界油气资源总量的1/3以上， 而且，多数位于深海区域。近年来，各国对海底资源的勘探和开采愈 加重视，海底油气输送管道建设和发展迅速，对海底管线用钢的需求 日益增大。另一方面，出于安全性和可持续性考虑，要求海底管线必 须兼备优异的强韧性、焊接性、耐腐蚀性及抗变形能力；同时，随着 水深的增加，要求管道必须具有足够的厚度；钢板厚度的增加显著提 高了对产品设计和生产的要求，其中包括厚规格钢板的强韧性保障、 组织均匀性和细化、偏析和带状组织的控制及冷却均匀性等诸多问 题。

目前，海底管线用钢的研究不多，国内更是尚处于起步阶段，研 发和生产的多为小壁厚(厚度小于20mm)、低等级(X65级以下) 的浅海管道用钢。例如，CN101082108的专利，名称为“一种用于制 作海底管线的钢板及其轧制方法”，介绍了一种热轧管线卷板，化学 成分重量百分比为C：0.030％～0.075％、Si：0.10％～0.30％、Mn： 1.40％～1.60％、P≤0.015％、S≤0.003％、Cu≤0.20％、Ni：0.10％～ 0.25％、Mo：0.07％～0.20％、Nb：0.03％～0.05％、Ti：0.001％～ 0.02％、Al：0.01％～0.06％、Cr≤0.20％、N≤0.009％、Ca：0.001％～ 0.005％、B≤0.0005％、Sn≤0.010％、As≤0.030％，其厚度为6-14mm， -15℃冲击韧性均值在350J以下，不适宜作为深海管线的原料。又如， CN1914341的日本申请专利，名称为“抗HIC性优良的管线钢及其 用该钢材制造出的管线管”，其所介绍的管线钢的化学成分重量百分 比为C：0.03％～0.15％、Si：0.05％～1.0％、Mn：0.5％～1.80％、 P≤0.015％、S≤0.004％、O≤0.01％、N≤0.007％、Ti≤0.024％、 Al：0.010％～0.10％、Ca：0.0003％～0.02％，另外，还含有Mo：0.01％～ 1.0％、V：0.01％～0.30％、Nb：0.003％～0.10％、Cr：0.01％～1.0 ％、B：0.0001％～0.001％中的至少一种，所介绍的管线钢和无缝管 具有良好的抗腐蚀性，但未介绍产品的韧性情况，同时，所介绍钢板 厚度均在20mm以下，而且，轧后需要调质处理，增加了生产工序和 成本。还有，CN101476026的专利，名称为“一种提高管线钢落锤性 能的方法”，介绍了一种改善DWTT性能的工艺，但其所列举的实施 例中仅能保证-15℃的DWTT性能，其-20℃时的冲击韧性均在400J 以下，而且未说明所生产钢板厚度和耐腐蚀性能。CN101701315的专 利，名称为“海底管线钢管的制造方法”，介绍了一种海底管线用焊 管的制作方法，其-25℃冲击韧性均在300J以下。因此，现有技术对 厚规格、低温韧性和抗腐蚀性优异的海底管线用钢的研究尚有不足。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于克服现有技术 中的缺陷，提供一种低温韧性优异的厚规格海底管线用热轧钢板及其 生产方法。

本发明所述低温韧性优异的厚规格海底管线用热轧钢板的化学 成分重量百分比为C：0.02％～0.07％、Si：0.15％～0.40％、Mn：1.0 ％～1.70％、P：≤0.020％、S≤0.003％、Nb≤0.06％、Ti≤0.025％、 V≤0.06％、Mo≤0.20％、Cu≤0.25％、Ni：0.10％～0.30％、Cr≤0.25 ％、N≤0.008％、Al：0.010％～0.040％、Al/N≥2，余量为铁和不可 避免的杂质。

本发明所述海底管线用钢的CE_IIW控制在0.32％～0.39％、CE_PCM控制在0.13％～0.17％，其中 CE_IIW＝C+Mn/6+(Ni+Cu)/15+(Cr+Mo+V)/5， CE_PCM＝C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B。

本发明成分设计理由：

C是保证强度的必要元素，为使钢板具有必要的强度，C含量必 须保证下限为0.02％，但C含量增加，材料的韧性、焊接性和抗腐蚀 性能会降低，因此，上限设为0.07％。

Si是有效的脱氧元素，还可以起到强化作用，但Si含量过高会 使钢的塑性和韧性降低，因此设定其范围是0.15％～0.40％。

Mn是保证强度的有效元素，但Mn易偏析，其含量过高会影响 韧性和抗腐蚀性，因此本发明认为将Mn含量控制在1.0％～1.70％较 为适宜。

P、S为有害杂质元素，会诱发偏析，增大材料脆性，因此，其 含量越低越好。

Nb、Ti即是固溶强化元素，又是碳氮化物形成元素，可以起到 良好的细晶和强化效果，但其含量过高会影响韧性和焊接性，同时， 碳氮化物析出增多对抗HIC性能也有害。

Mo、Cr可以有效增大材料的淬透性，增加强度和韧性，但含量 过高对材料焊接性有不利影响，另外，从成本角度考虑也要适当设定 其上限。

Ni、Cu起固溶强化作用，还能改善耐蚀性，同时还是奥氏体稳 定元素，可以提供淬透性，但其含量过高会影响经济性和焊接性。

N的存在会恶化母材和焊接热影响区的韧性，其含量不超过 0.008％为宜。

Al是脱氧的必要元素，因此必须保证其含量，但Al含量过高会 使钢中的夹杂物增加，因此，Als的含量控制在0.010％～0.040％为宜。 Al/N≥2可以有效保证脱氧效果和Al-Ti-Mn复合化物的形成，有利于 提高洁净度。

本发明的CE_IIW控制在0.32％～0.39％、CE_PCM控制在0.13％～ 0.17％，既可以保证钢板的强韧性，有能使钢板具有适宜的可焊性和 变形能力。

本发明所述低温韧性优异的厚规格海底管线用热轧钢板的生产 方法包括铁水预处理、冶炼、炉外精炼、保护浇注、控制轧制、控制 冷却，其特征在于：轧制过程中连铸坯的加热温度1150～1220℃， 加热时间1.0-1.5min/mm，均热段保温时间不小于60min，该加热工 艺可以保证材料完全奥氏体化，使合金元素充分固溶，同时又能抑制 奥氏体晶粒的过分长大；粗轧阶段采用横纵向轧制，道次压下量不小 于15％，横向轧制变形量不小于30％，粗轧末道次变形量不小于20％， 粗轧温度1000～1100℃，该粗轧工艺可在保证奥氏体再结晶细化的 同时，降低纵横向组织的差异，保证良好的纵横向性能，精轧温度 770～860℃，精轧阶段累计变形量60％～75％，通过控制轧制可以充 分细化奥氏体晶粒尺寸，同时使奥氏体扁平化，增加相变形核位置， 还能使奥氏体中储存一定的应变能，使形核率提高，相变后组织细化； 轧后冷却速度5～35℃/s，终冷温度450～600℃，之后空冷，可以获 得强韧性匹配良好的针状铁素体+贝氏体+块状铁素体的复合组织。

本发明所提供的上述厚规格(厚度28mm以上)海底管线用钢， 其横向和纵向屈服强度可达到480MPa或510MPa以上，横向和纵向 抗拉强度达到560MPa或600MPa以上，横向-60℃的冲击韧性大于等 于400J，横向-25℃DWTT剪切面积大于等于85％，同时，钢板抗腐 蚀性能优异，96小时HIC试验结果符合NACE 0284标准要求，适用 于作为制造海底油气输送用管线的原料。

附图说明

图1为本发明海底管线用钢热轧平板典型的金相组织照片。

具体实施方式

以下结合几个具体实施例对本发明的超高强度冷轧钢板及其制造 方法进行说明。

下面通过实施例对本发明作进一步的描述。

本发明实施例的化学成分见表1；相应实施例的轧制工艺见表2； 综合性能情况见表3；抗HIC检验情况见表4。

表1本发明实施例低温韧性优异的厚规格海底管线用钢的化学成分wt％

  实施例   C   Si   Mn   P   S   Nb   Ti   Ni   1   0.070   0.26   1.61   0.007   0.001   -   -   0.21   2   0.021   0.36   1.68   0.010   0.002   0.05   0.014   0.16   3   0.059   0.31   1.66   0.008   0.001   -   0.022   0.24   4   0.034   0.25   1.58   0.012   0.002   0.01   0.006   0.14   5   0.068   0.27   1.05   0.010   0.002   0.04   0.011   0.28   6   0.047   0.18   1.37   0.008   0.002   0.06   0.024   0.22   7   0.051   0.25   1.46   0.011   0.001   0.04   0.015   0.12   实施例   V   Cu   Mo   Cr   N   Als   CE_IIW  CE_PCM  1   0.03   -   0.05   -   0.0033   0.022   0.368   0.169   2   -   0.12   0.16   -   0.0042   0.018   0.352   0.136   3   -   0.24   -   -   0.0051   0.037   0.367   0.168   4   -   0.14   0.12   0.24   0.0050   0.031   0.388   0.151   5   -   0.25   0.13   0.18   0.0045   0.038   0.340   0.164   6   -   0.06   -   0.16   0.0038   0.024   0.326   0.136   7   -   -   0.20   0.08   0.0045   0.015   0.358   0.152

表2本发明实施例低温韧性优异的厚规格海底管线用钢的轧制工艺

表3本发明实施例低温韧性优异的厚规格海底管线用钢的性能

表4本发明实施例低温韧性优异的厚规格海底管线用钢的抗HIC检验

  实施例   CLR，％   CTR，％   CSR，％   检验结论   1   0   0   0   合格   2   0   0   0   合格   3   0   0   0   合格   4   0   0   0   合格   5   0   0   0   合格   6   0   0   0   合格   7   0   0   0   合格

注：试验溶液为NACEA溶液。