專(zhuān)利名稱(chēng)：一種大壁厚海底管線鋼板及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于低碳微合金鋼領(lǐng)域，特別涉及一種大壁厚海底管線鋼板及其生產(chǎn)方法，適用于對(duì)橫縱向拉伸強(qiáng)度和低溫韌性要求較高的海底管線工程。
背景技術(shù)：
近年來(lái)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展帶來(lái)了對(duì)以石油和天然氣為主要能源需求的高速增長(zhǎng)，巨大的石油和天然氣能源缺口只能通過(guò)從境外輸入或在境內(nèi)尋找新的資源和提高石油開(kāi)采技術(shù)，因此需要大量的高附加值、高級(jí)別石油天然氣輸送用管道。這極大地促進(jìn)了邊際及海上油氣資源的開(kāi)發(fā)與海底管線的建設(shè)，海底管線用鋼的重要性日益凸現(xiàn)。海底管線鋼服役于深海之中和惡劣的海洋環(huán)境，管道承受深海高壓及嚴(yán)重的海洋腐蝕，且由于海底地勢(shì)的復(fù)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(qiáng)度，故對(duì)海底管線用鋼提出了更高更嚴(yán)格的性能要求。而目前國(guó)內(nèi)所用的海底管線鋼大多依靠進(jìn)口，價(jià)格較高。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)這種高橫縱向強(qiáng)度性能、高低溫韌性要求以及大厚度的管線鋼性能指標(biāo)合格率很低，給廠家?guī)?lái)了較大的經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)也給管線鋪設(shè)工程及運(yùn)行安全帶來(lái)了巨大隱患。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種大壁厚海底管線鋼板及其生產(chǎn)方法，以提高該鋼板的低溫沖擊韌性、抗撕裂性能和強(qiáng)度。為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)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(zhì)。所述的大壁厚海底管線鋼板的厚度為25 30. 2mm。本發(fā)明鋼板采用的化學(xué)成分設(shè)計(jì)，碳、錳固溶強(qiáng)化；加入少量的Nb、V細(xì)化晶粒，其碳氮化物起到彌散強(qiáng)化作用；少量的鑰能夠抑制奧氏體再結(jié)晶，細(xì)化奧氏體晶粒，促進(jìn)鐵素體和貝氏體的轉(zhuǎn)變；通過(guò)后續(xù)合理的熱處理工藝，鋼板具有良好的力學(xué)性能。鋼板中各組分及含量在本發(fā)明中的作用是
C :0. 15%-0. 17%，碳對(duì)鋼的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、焊接性能產(chǎn)生顯著影響；碳通過(guò)間隙固溶能顯著提高鋼板強(qiáng)度，但碳含量過(guò)高，又會(huì)影響鋼的焊接性能及韌性。Si :0. 15%-0. 40%，在煉鋼過(guò)程中作為還原劑和脫氧劑，同時(shí)Si也能起到固溶強(qiáng)化作用，但硅含量過(guò)高時(shí)，會(huì)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(qiáng)度和硬度，提高鋼的淬透性，改善鋼的熱加工性能；錳量過(guò)高，對(duì)于大厚度鋼板易出現(xiàn)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(shí)造成裂紋；因此應(yīng)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(xì)化晶粒，提高沖擊韌性；鋁還具有抗氧化性和抗腐蝕性能，過(guò)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(jìn)鋼軋制顯微組織的晶粒細(xì)化，可同時(shí)提高強(qiáng)度和韌性，鈮可在控軋過(guò)程中通過(guò)抑制奧氏體再結(jié)晶，有效的細(xì)化顯微組織，并通過(guò)析出來(lái)強(qiáng)化基體；鈮可降低鋼的過(guò)熱敏感性及回火脆性。焊接過(guò)程中，鈮原子的偏聚及析出可以阻礙加熱時(shí)奧氏體晶粒的粗化，并保證焊接后得到比較細(xì)小的熱影響區(qū)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(xì)化效果。Ni :0. 139TO. 18%，鎳溶于奧氏體，抑制奧氏體再結(jié)晶，細(xì)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(jié)晶，細(xì)化奧氏體晶粒，促進(jìn)鐵素體、貝氏體轉(zhuǎn)變；在軋后冷卻過(guò)程中避免馬氏體的形成，而形成貝氏體和鐵素體，以彌補(bǔ)熱連軋機(jī)層流冷卻不足，從而具有良好的延性和強(qiáng)韌性。本發(fā)明的目的還在于提供一種大壁厚海底管線鋼板的生產(chǎn)方法，以得到低溫沖擊韌性高、抗撕裂性能好、強(qiáng)度高、屈強(qiáng)比適中及延伸率好的大壁厚海底管線鋼板。本發(fā)明采用了一種大壁厚海底管線鋼板的生產(chǎn)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(jīng)電爐冶煉，然后送入LF精煉爐精煉，當(dāng)鋼水溫度達(dá)到或超過(guò)1560± 10°C時(shí)轉(zhuǎn)入VD爐真空脫氣處理；
(2)連鑄采用300_厚度連鑄坯生產(chǎn)，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(shí)間為5h；
(4)軋制采用再結(jié)晶區(qū)+未再結(jié)晶區(qū)兩階段軋制工藝進(jìn)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(jì)壓下率為30飛0% ;第二階段軋制溫度為84(T880°C，累計(jì)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(shí)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(shí)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(kāi)軋溫度為93(ni00°C，終軋溫度為92(T970°C;第二階段軋制的開(kāi)軋溫度為84(T910°C，終軋溫度為83(T870°C。本發(fā)明的鋼板采用價(jià)格低廉的碳、錳固溶強(qiáng)化，通過(guò)調(diào)整優(yōu)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(xué)性能良好，使鋼板具有良好的組織和綜合性能，增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力；本發(fā)明鋼板的生產(chǎn)方法采用兩階段軋制工藝，解決了軋機(jī)軋制壓力不足而造成的晶粒粗大不均的問(wèn)題，使鋼板具有優(yōu)良的綜合性能；低溫韌性有相當(dāng)大的富裕量，可廣泛用于海底管道建設(shè)，應(yīng)用前景廣闊。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)①本發(fā)明的鋼質(zhì)更純凈，P彡0. 010%, S彡0. 002% ;②本發(fā)明的鋼貴重合金含量較低，價(jià)格低廉；③良好的力學(xué)性能屈服強(qiáng)度介于47(T570MPa之間，抗拉強(qiáng)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(qiáng)比< 0. 90 本發(fā)明的鋼板組織為鐵素體、珠光 體和貝氏體的復(fù)合組織。


圖I (a)實(shí)施例I 30. 2mm X65M0板厚1/4處金相組織照片；
圖I (b)實(shí)施例I 30. 2mm X65M0板厚1/2處金相組織照片；
圖2(a)實(shí)施例2 25mm X65M0板厚1/4處金相組織照片；
圖2(b)實(shí)施例2 25mm X65M0板厚1/2處金相組織照片；
圖3(a)實(shí)施例3 30. 2mm X65M0板厚1/4處金相組織照片；
圖3(b)實(shí)施例3 30. 2mm X65M0板厚1/2處金相組織照片。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I
本實(shí)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(zhì)。本實(shí)施例的大壁厚海底管線鋼板的生產(chǎn)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(jīng)電爐冶煉，然后送入LF精煉爐精煉，當(dāng)鋼水溫度達(dá)到或超過(guò)1566°C時(shí)，轉(zhuǎn)入VD爐真空脫氣處理，真空度為66Pa，真空保持時(shí)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(chǎn)，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(shí)間為5h；
(4)軋制采用再結(jié)晶區(qū)+未再結(jié)晶區(qū)兩階段軋制工藝進(jìn)行軋制，第一階段軋制的開(kāi)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(jì)壓下率為45%;第二階段軋制的開(kāi)軋溫度為900°C，終軋溫度為850°C，累計(jì)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(shí)施例鋼板的力學(xué)性能屈服強(qiáng)度525MPa，抗拉強(qiáng)度630MPa，延伸率39%，-20°C沖擊功平均260J，屈強(qiáng)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(jiàn)圖I (a)和圖I (b)。實(shí)施例2
本實(shí)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(zhì)。本實(shí)施例的大壁厚海底管線鋼板的生產(chǎn)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(jīng)電爐冶煉，然后送入LF精煉爐精煉，當(dāng)鋼水溫度達(dá)到或超過(guò)1566°C時(shí)，轉(zhuǎn)入VD爐真空脫氣處理，真空度為66Pa，真空保持時(shí)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(chǎn)，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(shí)間為5h；
(4)軋制采用再結(jié)晶區(qū)+未再結(jié)晶區(qū)兩階段軋制工藝進(jìn)行軋制，第一階段軋制的開(kāi)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(jì)壓下率為45%;第二階段軋制的開(kāi)軋溫度為880°C，終軋溫度為850°C，累計(jì)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(shí)施例鋼板的力學(xué)性能屈服強(qiáng)度520MPa，抗拉強(qiáng)度660MPa，延伸率39%，-20°C沖擊功平均299J，屈強(qiáng)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(jiàn)圖2(a)和圖2(b)。實(shí)施例3
本實(shí)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(zhì)。本實(shí)施例的大壁厚海底管線鋼板的生產(chǎn)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(jīng)電爐冶煉，然后送入LF精煉爐精煉，當(dāng)鋼水溫度達(dá)到或超過(guò)1566°C時(shí)，轉(zhuǎn)入VD爐真空脫氣處理，真空度為66Pa，真空保持時(shí)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(chǎn)，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(shí)間為5h；
(4)軋制采用再結(jié)晶區(qū)+未再結(jié)晶區(qū)兩階段軋制工藝進(jìn)行軋制，第一階段軋制的開(kāi)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(jì)壓下率為45% ;第二階段軋制的開(kāi)軋溫度為878°C，終軋溫度為855°C，累計(jì)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(shí)施例鋼板的力學(xué)性能屈服強(qiáng)度510MPa，抗拉強(qiáng)度625MPa，延伸率40%，-20°C沖擊功平均300J，屈強(qiáng)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(jiàn)圖3(a)和圖3(b)。
權(quán)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(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)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(quán)利要求I所述的大壁厚海底管線鋼板的生產(chǎn)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(jīng)電爐冶煉，然后送入LF精煉爐精煉，當(dāng)鋼水溫度達(dá)到或超過(guò)1560± 10°C時(shí)轉(zhuǎn)入VD爐真空脫氣處理； (2)連鑄采用300_厚度連鑄坯生產(chǎn)，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(shí)間為5h； (4)軋制采用再結(jié)晶區(qū)+未再結(jié)晶區(qū)兩階段軋制工藝進(jìn)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(jì)壓下率為30飛0% ;第二階段軋制溫度為84(T880°C，累計(jì)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(jù)權(quán)利要求3所述的大壁厚海底管線鋼板的生產(chǎn)方法，其特征在于，步驟(I)所述的精煉時(shí)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(shí)間≥20min。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的大壁厚海底管線鋼板的生產(chǎn)方法，其特征在于，步驟(2)所述的連鑄溫度為1535 1545°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的大壁厚海底管線鋼板的生產(chǎn)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(jù)權(quán)利要求3所述的大壁厚海底管線鋼板的生產(chǎn)方法，其特征在于，步驟(4)所述的第一階段軋制的開(kāi)軋溫度為93(T110(TC，終軋溫度為92(T970°C;第二階段軋制的開(kāi)軋溫度為84(T910°C，終軋溫度為83(T870°C。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種大壁厚海底管線鋼板，同時(shí)，還涉及一種該鋼板的生產(chǎn)方法。本發(fā)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(zhì)。該鋼板的生產(chǎn)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(fā)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(qiáng)度高、屈強(qiáng)比適中及延伸率好的特點(diǎn)，可廣泛用于海底管道建設(shè)，應(yīng)用前景廣闊。
文檔編號(hào)C21D8/02GK102676925SQ201210123639
公開(kāi)日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月25日
發(fā)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(qǐng)人:河北鋼鐵集團(tuán)有限公司, 舞陽(yáng)鋼鐵有限責(zé)任公司