專利名稱：一種大壁厚海底管線鋼板及其生產方法
技術領域：
本發明屬于低碳微合金鋼領域，特別涉及一種大壁厚海底管線鋼板及其生產方法，適用于對橫縱向拉伸強度和低溫韌性要求較高的海底管線工程。
背景技術：
近年來我國經濟的高速發展帶來了對以石油和天然氣為主要能源需求的高速增長，巨大的石油和天然氣能源缺口只能通過從境外輸入或在境內尋找新的資源和提高石油開采技術，因此需要大量的高附加值、高級別石油天然氣輸送用管道。這極大地促進了邊際及海上油氣資源的開發與海底管線的建設，海底管線用鋼的重要性日益凸現。海底管線鋼服役于深海之中和惡劣的海洋環境，管道承受深海高壓及嚴重的海洋腐蝕，且由于海底地勢的復雜性和海底海流的多變性，要求海底管線用鋼具有更高的潔凈度、更高的低溫韌性、較高的橫縱向強度，故對海底管線用鋼提出了更高更嚴格的性能要求。而目前國內所用的海底管線鋼大多依靠進口，價格較高。國內生產這種高橫縱向強度性能、高低溫韌性要求以及大厚度的管線鋼性能指標合格率很低，給廠家帶來了較大的經濟損失，同時也給管線鋪設工程及運行安全帶來了巨大隱患。

發明內容
本發明的目的是提供一種大壁厚海底管線鋼板及其生產方法，以提高該鋼板的低溫沖擊韌性、抗撕裂性能和強度。為了實現以上目的，本發明所采用的技術方案采用了一種大壁厚海底管線鋼板，是由以下重量百分比的組分組成c 0. 05% 0. 07%, Si :0. 15% 0. 25%, Mn :1. 42%"I. 48%,P 彡 0. 010%, S 彡 0. 002%, Ni :0. 139TO. 18%, Nb :0. 0439^0. 048%, Al :0. 0209^0. 040%, Ti
0.014% 0. 024%, Mo :0. 13% 0. 18%，余量為Fe和不可避免的雜質。所述的大壁厚海底管線鋼板的厚度為25 30. 2mm。本發明鋼板采用的化學成分設計，碳、錳固溶強化；加入少量的Nb、V細化晶粒，其碳氮化物起到彌散強化作用；少量的鑰能夠抑制奧氏體再結晶，細化奧氏體晶粒，促進鐵素體和貝氏體的轉變；通過后續合理的熱處理工藝，鋼板具有良好的力學性能。鋼板中各組分及含量在本發明中的作用是
C :0. 15%-0. 17%，碳對鋼的屈服強度、抗拉強度、焊接性能產生顯著影響；碳通過間隙固溶能顯著提高鋼板強度，但碳含量過高，又會影響鋼的焊接性能及韌性。Si :0. 15%-0. 40%，在煉鋼過程中作為還原劑和脫氧劑，同時Si也能起到固溶強化作用，但硅含量過高時，會造成鋼的韌性下降，降低鋼的焊接性能。Mn :1. 4%-1. 5%，錳成本低廉，能增加鋼的韌性、強度和硬度，提高鋼的淬透性，改善鋼的熱加工性能；錳量過高，對于大厚度鋼板易出現中心偏析。P彡0. 012%, S ( 0. 005% :在一般情況下，磷和硫都是鋼中有害元素，增加鋼的脆性；磷使鋼的焊接性能變壞，降低塑性，使冷彎性能變壞；硫降低鋼的延展性和韌性，在鍛造和軋制時造成裂紋；因此應盡量減少磷和硫在鋼中的含量。Al :0. 020%-0. 045%，鋁是鋼中常用的脫氧劑。鋼中加入少量的鋁，可細化晶粒，提高沖擊韌性；鋁還具有抗氧化性和抗腐蝕性能，過高則影響鋼的熱加工性能、焊接性能和切削加工性能。Nb :0. 0439T0. 048%，鈮的加入是為了促進鋼軋制顯微組織的晶粒細化，可同時提高強度和韌性，鈮可在控軋過程中通過抑制奧氏體再結晶，有效的細化顯微組織，并通過析出來強化基體；鈮可降低鋼的過熱敏感性及回火脆性。焊接過程中，鈮原子的偏聚及析出可以阻礙加熱時奧氏體晶粒的粗化，并保證焊接后得到比較細小的熱影響區組織，改善焊接性能。Ti :0. 0149T0. 024%，鈦是良好的脫氧劑。鋼種加Ti可與C、N元素形成Ti的碳化物、氮化物或碳氮化物，這些化合物具有好的晶粒細化效果。Ni :0. 139TO. 18%，鎳溶于奧氏體，抑制奧氏體再結晶，細化奧氏體晶粒，提高鋼板低溫韌性。Mo :0. 139TO. 18%，鑰可以抑制奧氏體再結晶，細化奧氏體晶粒，促進鐵素體、貝氏體轉變；在軋后冷卻過程中避免馬氏體的形成，而形成貝氏體和鐵素體，以彌補熱連軋機層流冷卻不足，從而具有良好的延性和強韌性。本發明的目的還在于提供一種大壁厚海底管線鋼板的生產方法，以得到低溫沖擊韌性高、抗撕裂性能好、強度高、屈強比適中及延伸率好的大壁厚海底管線鋼板。本發明采用了一種大壁厚海底管線鋼板的生產方法，具體步驟如下
(1)冶煉將含有以下重量百分比C :0. 05% 0. 07%, Si :0. 15% 0. 25%, Mn
I.42%"I. 48%, P 彡 0. 010%, S 彡 0. 002%, Ni :0. 13% 0. 18%, Nb :0. 043% 0. 048%, Al 0. 020% 0. 040%, Ti :0. 014% 0. 024%, Mo :0. 13% 0. 18%組分的鋼水先經電爐冶煉，然后送入LF精煉爐精煉，當鋼水溫度達到或超過1560± 10°C時轉入VD爐真空脫氣處理；
(2)連鑄采用300_厚度連鑄坯生產，采用電磁攪拌，連鑄拉速為0.8r0. 85m/min ；
(3)加熱鋼坯加熱溫度最高1240°C，均熱溫度1210°C，保溫時間為5h；
(4)軋制采用再結晶區+未再結晶區兩階段軋制工藝進行軋制，第一階段軋制溫度為95(T110(TC，此階段單道次壓下量為10 20%，累計壓下率為30飛0% ;第二階段軋制溫度為84(T880°C，累計壓下率為30 50% ;軋后入水溫度為74(T780°C，返紅溫度為45(T500°C，得到鋼板粗品。步驟(I)所述的精煉時喂入Al線，真空脫氣處理前加入CaSi塊，排出鋼水中的非金屬夾雜物、有害元素，保證鋼水的純凈，真空脫氣處理的真空度< 66. 6Pa，真空保持時間^ 20min。步驟(2)所述的連鑄溫度為1535 1545°C。步驟(3)所述的加熱溫度為122(Tl240°C，均熱溫度118(Tl210°C。步驟(4)所述的第一階段軋制的開軋溫度為93(ni00°C，終軋溫度為92(T970°C;第二階段軋制的開軋溫度為84(T910°C，終軋溫度為83(T870°C。本發明的鋼板采用價格低廉的碳、錳固溶強化，通過調整優化鋼板中其它合金元素配比，能在低貴重合金使用量條件下確保鋼板力學性能良好，使鋼板具有良好的組織和綜合性能，增強市場競爭力；本發明鋼板的生產方法采用兩階段軋制工藝，解決了軋機軋制壓力不足而造成的晶粒粗大不均的問題，使鋼板具有優良的綜合性能；低溫韌性有相當大的富裕量，可廣泛用于海底管道建設，應用前景廣闊。本發明具有以下優點①本發明的鋼質更純凈，P彡0. 010%, S彡0. 002% ;②本發明的鋼貴重合金含量較低，價格低廉；③良好的力學性能屈服強度介于47(T570MPa之間，抗拉強度介于535 760MPa之間，延伸率> 30%，_20°C沖擊功> 200J，抗撕裂性能(DWTT) >75%，屈強比< 0. 90 本發明的鋼板組織為鐵素體、珠光 體和貝氏體的復合組織。


圖I (a)實施例I 30. 2mm X65M0板厚1/4處金相組織照片；
圖I (b)實施例I 30. 2mm X65M0板厚1/2處金相組織照片；
圖2(a)實施例2 25mm X65M0板厚1/4處金相組織照片；
圖2(b)實施例2 25mm X65M0板厚1/2處金相組織照片；
圖3(a)實施例3 30. 2mm X65M0板厚1/4處金相組織照片；
圖3(b)實施例3 30. 2mm X65M0板厚1/2處金相組織照片。
具體實施例方式實施例I
本實施例的大壁厚海底管線鋼板，厚度為30. 2mm，是由以下重量百分比的組分組成C 0. 07%, Si 0. 18%, Mn :1. 47%, P :0. 009%, S :0. 001%, Al :0. 04%, Nb :0. 045%, Ni :0. 15%, Ti 0. 017%，Mo 0. 15%，余量為Fe和不可避免的雜質。本實施例的大壁厚海底管線鋼板的生產方法的步驟如下
(1)冶煉將含有以下重量百分比C :0. 07%, Si :0. 18%, Mn :1. 47%, P :0. 009%, S 0. 001%, Al :0. 04%, Nb :0. 045%, Ni :0. 15%, Ti :0. 017%, Mo :0. 15% 組分的鋼水先經電爐冶煉，然后送入LF精煉爐精煉，當鋼水溫度達到或超過1566°C時，轉入VD爐真空脫氣處理，真空度為66Pa，真空保持時間為25min，真空處理前加入CaSi塊排出鋼水中的非金屬夾雜物、有害元素，保證鋼水的純凈；
(2)連鑄采用300_厚度連鑄坯生產，連鑄溫度為1540°C，采用電磁攪拌，連鑄拉速0. 81m/min ；
(3)加熱鋼坯加熱溫度為1235°C，均熱溫度為1210°C，保溫時間為5h；
(4)軋制采用再結晶區+未再結晶區兩階段軋制工藝進行軋制，第一階段軋制的開軋溫度為1000°C，此階段單道次壓下量為15%，終軋溫度為950°C，累計壓下率為45%;第二階段軋制的開軋溫度為900°C，終軋溫度為850°C，累計壓下率為50% ;軋后入水溫度為7600C，返紅溫度為480°C，得到鋼板粗品。本實施例鋼板的力學性能屈服強度525MPa，抗拉強度630MPa，延伸率39%，-20°C沖擊功平均260J，屈強比平均0. 80，抗撕裂性能(DWTT)平均80%。鋼板板厚1/4處及1/2處金相組織照片見圖I (a)和圖I (b)。實施例2
本實施例的大壁厚海底管線鋼板，厚度為25mm，是由以下重量百分比的組分組成C :0. 06%, Si 0. 20%, Mn :1. 47%, P :0. 010%, S :0. 001%, Al :0. 035%, Nb :0. 043%, Ni :0. 13%, Ti 0. 015%，Mo 0. 15%，余量為Fe和不可避免的雜質。本實施例的大壁厚海底管線鋼板的生產方法的步驟如下
(1)冶煉將含有以下重量 百分比C :0. 06%, Si :0. 20%, Mn :1. 47%, P :0. 010%, S 0. 001%, Al :0. 035%, Nb :0. 043%, Ni :0. 13%, Ti :0. 015%, Mo :0. 15% 組分的鋼水先經電爐冶煉，然后送入LF精煉爐精煉，當鋼水溫度達到或超過1566°C時，轉入VD爐真空脫氣處理，真空度為66Pa，真空保持時間為20min，真空處理前加入CaSi塊排出鋼水中的非金屬夾雜物、有害元素，保證鋼水的純凈；
(2)連鑄采用300_厚度連鑄坯生產，連鑄溫度為1540°C，采用電磁攪拌，連鑄拉速0.85m/min ；
(3)加熱鋼坯加熱溫度為1230°C，均熱溫度為1180°C，保溫時間為5h；
(4)軋制采用再結晶區+未再結晶區兩階段軋制工藝進行軋制，第一階段軋制的開軋溫度為1050°C，此階段單道次壓下量為15%，終軋溫度為970°C，累計壓下率為45%;第二階段軋制的開軋溫度為880°C，終軋溫度為850°C，累計壓下率為50% ;軋后入水溫度為7700C，返紅溫度為460°C，得到鋼板粗品。本實施例鋼板的力學性能屈服強度520MPa，抗拉強度660MPa，延伸率39%，-20°C沖擊功平均299J，屈強比平均0. 79，抗撕裂性能(DWTT)平均85%。鋼板板厚1/4處及1/2處金相組織照片見圖2(a)和圖2(b)。實施例3
本實施例的大壁厚海底管線鋼板，厚度為30. 2mm，是由以下重量百分比的組分組成C 0. 06%, Si 0. 21%, Mn :1. 44%, P :0. 009%, S :0. 001%, Al :0. 033%, Nb :0. 047%, Ni :0. 16%,Ti 0. 016%，Mo 0. 14%，余量為Fe和不可避免的雜質。本實施例的大壁厚海底管線鋼板的生產方法的步驟如下
(1)冶煉將含有以下重量百分比C :0. 06%, Si :0. 21%, Mn :1. 44%, P :0. 009%, S
0.001%, Al :0. 033%, Nb :0. 047%, Ni :0. 16%, Ti :0. 016%, Mo :0. 14% 組分的鋼水先經電爐冶煉，然后送入LF精煉爐精煉，當鋼水溫度達到或超過1566°C時，轉入VD爐真空脫氣處理，真空度為66Pa，真空保持時間為23min，真空處理前加入CaSi塊排出鋼水中的非金屬夾雜物、有害元素，保證鋼水的純凈；
(2)連鑄采用300mm厚度連鑄坯生產，連鑄溫度為1540°C，采用電磁攪拌，連鑄拉速
0.83m/min ；
(3)加熱鋼坯加熱溫度為1235°C，均熱溫度為1210°C，保溫時間為5h；
(4)軋制采用再結晶區+未再結晶區兩階段軋制工藝進行軋制，第一階段軋制的開軋溫度為1030°C，此階段單道次壓下量為15%，終軋溫度為920°C，累計壓下率為45% ;第二階段軋制的開軋溫度為878°C，終軋溫度為855°C，累計壓下率為50% ;軋后入水溫度為7600C，返紅溫度為470°C，得到鋼板粗品。本實施例鋼板的力學性能屈服強度510MPa，抗拉強度625MPa，延伸率40%，-20°C沖擊功平均300J，屈強比平均0. 82，抗撕裂性能(DWTT)平均85%。鋼板板厚1/4處及1/2處金相組織照片見圖3(a)和圖3(b)。
權利要求
1.一種大壁厚海底管線鋼板，其特征在于，該鋼板由以下重量百分比的組分組成C 0. 05% 0. 07%, Si 0. 15% 0. 25%, Mn :1. 42%"I. 48%, P 彡 0. 010%, S 彡 0. 002%,Ni :0. 139TO. 18%, Nb 0. 043%"0. 048%, Al 0. 020%"0. 040%, Ti 0. 014%"0. 024%, Mo 0.139TO. 18%，余量為Fe和不可避免的雜質。
2.根據權利要求I所述的大壁厚海底管線鋼板，其特征在于，所述的鋼板的厚度為25^30. 2mm。
3.—種如權利要求I所述的大壁厚海底管線鋼板的生產方法，其特征在于，包括如下步驟 (1)冶煉將含有以下重量百分比C :0. 05% 0. 07%, Si :0. 15% 0. 25%, Mn 1.42%"I. 48%, P^O. 010%, S^O. 002%, Ni 0. 13% 0. 18%, Nb 0. 043% 0. 048%, Al 0. 020% 0. 040%, Ti :0. 014% 0. 024%, Mo :0. 13% 0. 18%組分的鋼水先經電爐冶煉，然后送入LF精煉爐精煉，當鋼水溫度達到或超過1560± 10°C時轉入VD爐真空脫氣處理； (2)連鑄采用300_厚度連鑄坯生產，采用電磁攪拌，連鑄拉速為0.8r0. 85m/min ； (3)加熱鋼坯加熱溫度最高1240°C，均熱溫度1210°C，保溫時間為5h； (4)軋制采用再結晶區+未再結晶區兩階段軋制工藝進行軋制，第一階段軋制溫度為95(T110(TC，此階段單道次壓下量為10 20%，累計壓下率為30飛0% ;第二階段軋制溫度為84(T880°C，累計壓下率為30 50% ;軋后入水溫度為74(T780°C，返紅溫度為45(T500°C，得到鋼板粗品。
4.根據權利要求3所述的大壁厚海底管線鋼板的生產方法，其特征在于，步驟(I)所述的精煉時喂入Al線，真空脫氣處理前加入CaSi塊，真空脫氣處理的真空度< 66. 6Pa，真空保持時間≥20min。
5.根據權利要求3所述的大壁厚海底管線鋼板的生產方法，其特征在于，步驟(2)所述的連鑄溫度為1535 1545°C。
6.根據權利要求3所述的大壁厚海底管線鋼板的生產方法，其特征在于，步驟(3)所述的加熱溫度為122(Tl240°C，均熱溫度為118(Tl210°C。
7.根據權利要求3所述的大壁厚海底管線鋼板的生產方法，其特征在于，步驟(4)所述的第一階段軋制的開軋溫度為93(T110(TC，終軋溫度為92(T970°C;第二階段軋制的開軋溫度為84(T910°C，終軋溫度為83(T870°C。
全文摘要
本發明公開了一種大壁厚海底管線鋼板，同時，還涉及一種該鋼板的生產方法。本發明的大壁厚海底管線鋼板，是由以下重量百分比的成分組成C0.05%~0.07%，Si0.15%~0.25%，Mn1.42%~1.48%，P≤0.010%，S≤0.002%，Ni0.13%~0.18%，Nb0.043%~0.048%，Al0.020%~0.040%，Ti0.014%~0.024%，Mo0.13%~0.18%，余量為Fe和不可避免的雜質。該鋼板的生產方法包括以下步驟冶煉→LF/VD精煉→連鑄→加熱→軋制→軋后水冷→成品。本發明的大壁厚海底管線鋼板的厚度為25~30.2mm，具有低溫沖擊韌性高、抗撕裂性能好、強度高、屈強比適中及延伸率好的特點，可廣泛用于海底管道建設，應用前景廣闊。
文檔編號C21D8/02GK102676925SQ201210123639
公開日2012年9月19日 申請日期2012年4月25日 優先權日2012年4月25日
發明者劉印子, 劉生, 葉建軍, 張東方, 張彥召, 張志軍, 張海軍, 王九清, 趙文忠, 韋明 申請人:河北鋼鐵集團有限公司, 舞陽鋼鐵有限責任公司