一種低溫韌性優(yōu)異的超厚規(guī)格管線鋼板及制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于低合金高強度管線鋼制造技術(shù)領(lǐng)域，涉及到一種低溫韌性優(yōu)異的厚規(guī) 格管線鋼板及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著中國經(jīng)濟快速發(fā)展，國家對石油天然氣能源需求量越來越大。所以，為提高輸 送效率，管道輸送壓力和管徑不斷增加，同時，為提高管道輸送安全性，設(shè)計者提高了能源 輸送管道的壁厚。目前，市場對多35mm厚規(guī)格管線鋼需求呈明顯上升趨勢，特別是隨著中 石化新粵浙江管線項目和中俄東線管線項目的陸續(xù)開工，為提高輸氣效率和石油輸送的安 全性能，厚規(guī)格高韌性指標(biāo)等綜合性能要求的系列管線鋼更是成為國內(nèi)外專家關(guān)注和研究 的熱點。
[0003] 管線鋼原材料的夏比沖擊性能和動態(tài)撕裂韌性（DWTT)隨壁厚的增加，其夏比沖 擊性能指標(biāo)和抗動態(tài)止裂韌性能力呈下降趨勢，并且，鋼板厚度效應(yīng)對低溫夏比沖擊功和 DWTT性能合格率影響明顯，同時，如何降低超厚規(guī)格管線鋼中的夾雜物和提升管線鋼超低 P、S鋼煉鋼水平，提高鑄坯心部與邊部鑄態(tài)組織統(tǒng)一性，帶動其它高附加值高要求鋼的發(fā) 展，也是國內(nèi)外鋼鐵企業(yè)和研究機構(gòu)比較頭疼的問題。另外，厚規(guī)格管線鋼落錘性能對全厚 度組織均勻性要求非常高，需要對冶煉工藝、乳制規(guī)程和冷卻模型一系列關(guān)鍵技術(shù)要求嚴(yán) 格。本發(fā)明針對生產(chǎn)超厚規(guī)格管線鋼項目中的諸多難題，結(jié)合現(xiàn)場的生產(chǎn)實踐和工藝裝備， 綜合利用合適的超潔凈鋼冶煉技術(shù)，連鑄動態(tài)輕壓下技術(shù)，控乳控冷控制冷卻工藝（TMCP 工藝），鋼板返紅和循環(huán)高壓水冷卻技術(shù)和階梯壓下矯直技術(shù)和自回火技術(shù)，突破了超厚規(guī) 格（35mm)管線鋼止裂韌性性能差等限制國內(nèi)外管線產(chǎn)品質(zhì)量等級進一步提高的瓶頸，對 企業(yè)調(diào)整高附加值產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和提升產(chǎn)品競爭力有著重要意義。
[0004] 鑒于厚規(guī)格管線鋼研究在行業(yè)中的重要意義，國內(nèi)外也有很多專利也從冶煉，控 制乳制和控制冷卻工藝等不同方面對厚規(guī)格管線鋼進行了深入研究，其中包括：
[0005] 1)授權(quán)公告號CN 102409224 B的專利涉及的是低溫韌性優(yōu)異的厚規(guī)格海底管線 用熱乳鋼板及其生產(chǎn)方法，其特征在于：乳制過程中連鑄坯的加熱溫度1150~1220°C，加 熱時間1. 0-1. 5min/mm，均熱段保溫時間不小于60min ;粗乳階段采用橫縱向乳制，道次壓 下量不小于15 %，橫向乳制變形量不小于30 %，粗乳末道次變形量不小于20 %，粗乳溫度 1000~1KKTC，該粗乳工藝在保證奧氏體再結(jié)晶細化的同時，降低縱橫向組織的差異，保 證良好的縱橫向性能，精乳溫度770~860°C，精乳階段累計變形量60%~75% ;乳后冷卻 速度5~35 °C /s，終冷溫度450~600 °C，之后空冷。
[0006] 2)公告號CN 102416406 B的專利涉及一種提高大壁厚管線鋼邊部和心部組織均 勻性的方法，工藝為：連鑄工序采用厚板坯連鑄，連鑄坯厚度300~400_，連鑄坯拉速為 0. 60~0. 80m/min，中間包過熱度為10~25 °C。連鑄坯厚度/成品鋼板厚度為10. 0~ 13. 5,成品鋼板寬度/連鑄坯寬度為1. 0~1. 55。熱乳工序采用兩階段乳制，粗乳展寬階段 總壓下率為0~36 %，粗乳展寬后縱乳總壓下率為50~75 %，粗乳縱乳階段壓下率逐道次 增加，粗乳最后一道次壓下率為20~30%;精乳階段總壓下率為65~75%，精乳階段壓下 率逐道次減少，精乳最后一道次壓下率為10~15%。提高了 30~40mm壁厚管線鋼邊部和 心部組織均勻性。
[0007] 3)公布號CN 102941226 A的專利涉及的是一種保性能特厚板控乳控冷工藝，以 解決厚規(guī)格鋼板以往只能通過熱處理工藝或提高合金元素含量來滿足產(chǎn)品性能的問題。包 括以下步驟：板坯加熱、一階段乳制、待溫過程、二階段乳制、控制冷卻。本發(fā)明、通過合理調(diào) 整加熱工藝，適度降低板坯爐內(nèi)加熱溫度，為后續(xù)乳制及表面質(zhì)量控制提供有利條件，降低 二階段開乳溫度及終乳溫度，提高待溫厚度，增大終乳道次壓下量及乳制力，最大程度的獲 得較高的內(nèi)部組織晶粒度，同時采用汽霧式大水量快速冷卻工藝，提高鋼板內(nèi)部組織均勻 性，有效提尚鋼板綜合性能指標(biāo)。
[0008] 4)公布號CN 103834874 A的專利涉及厚壁高DWTT性能的X65-70海底管 線鋼及制造方法，其成分重量百分比為：C0. 03~0.050 %，Si彡0.25%，Mnl. 47~ 1. 70 %，P 彡 0? 010 %，S 彡 0? 001 %，Ti0.00 6 ~0? 010 %，CrO. 10 ~0? 20 %，CuO. 12 ~ 0. 20 %，NiO. 36 ~0. 45 %，A10. 025 ~0. 045 %，Ca0.00 08 ~0. 0025 %，N 彡 0. 0035 %， 0< 0? 0025%，Nb0. 040 ~0? 0? 050%，其余為 Fe 和不可避免雜質(zhì)；且 Ceq = 0? 34 ~0? 040， Pcm = 0. 13~0. 17。采用熱乳TMCP方式生產(chǎn)，合金成分簡單，生產(chǎn)周期短、生產(chǎn)方法簡單， 鋼材成本較低。本發(fā)明鋼板具有厚規(guī)格、高強度、優(yōu)良的低溫沖擊韌性和可焊性及良好的 DWTT性能，可用于海底天然氣輸送用直縫焊管的輔設(shè)。
[0009] 5)公布號CN 104762461 A涉及一種穩(wěn)定控制大壁厚管線鋼低溫韌性的控乳方 法，屬于低碳微合金鋼生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域。乳制分粗乳和精乳兩階段，在完成粗乳倒數(shù)第2道次 乳制后，待鋼坯溫度降至975~990°C時進行粗乳末道次乳制，并采用快速連續(xù)的兩道次乳 制方式代替末道次乳制，且兩道次變形率均控制在16~21%，兩道次間隔時間控制在4~ 8s，以確保兩道次疊加變形率達到32~42%;同時，需確保兩階段乳制過程道次壓下率呈 近似正態(tài)分布。優(yōu)點在于，采用本發(fā)明的方法能有效地穩(wěn)定控制大壁厚管線鋼具有優(yōu)良的 低溫韌性，夏比沖擊韌性：_20°C時鋼板厚度方向心部10X10X55mmV型缺口試樣夏比沖擊 功彡354J ;落錘韌性：-15°C時全壁厚試樣落錘剪切面積多85%。
[0010] 以上專利文獻中均涉及低溫韌性優(yōu)異的厚規(guī)格管線鋼板。1)僅僅涉及的是低溫韌 性優(yōu)異的厚規(guī)格海底管線用熱乳鋼板的連鑄、乳制和冷卻工藝，要求粗乳末道次變形量不 小于20 %，沒有從特厚鋼板的均勻性特征上采取有效手段控，很難保證鋼板的低溫韌性及 性能的均勻性；2)、3)、5)均涉及增大粗乳道次變形量的手段提高厚規(guī)格鋼板的低溫韌性， 沒有涉及到鋼板釋放應(yīng)力，很容易形成組織織構(gòu)，造成鋼板性能的各項異性；4)涉及厚壁 高DWTT性能要求X65-X70的海底管線鋼板，均沒有涉及鋼板均勻性控制手段，很難得到各 項性能均勻、低溫韌性優(yōu)異且綜合性能良好的超厚規(guī)格管線鋼板。而本發(fā)明工藝數(shù)據(jù)均現(xiàn) 場獲得，針對低溫韌性優(yōu)異的超厚規(guī)格管線鋼進行最佳的產(chǎn)品成分和工藝設(shè)計產(chǎn)品成分設(shè) 計采用超低碳超潔凈鋼冶煉工藝生產(chǎn)，其中P采用雙轉(zhuǎn)爐法保障含量最大值〇. 006%，通過 轉(zhuǎn)爐預(yù)脫磷和LF+RH雙聯(lián)法精煉深脫硫技術(shù)保障S含量最大值0. 002 %，稀有氣體元素總和 N+0+H+S+P 彡 lOOpprn，鋼水中稀有金屬含量為 Sn 彡 0? 015%，Pb 彡 0? 005%，Sb 彡 0? 010%， Bi< 0. 005%.其余部分包含F(xiàn)e。鋼中非金屬夾雜物A、B、C、D類夾雜物細系、粗細均不大 于1. 5級，總和不大于4. 0級，利用雙碟式和三環(huán)式交叉電磁攪拌技術(shù)等多手段兼顧保障鋼 質(zhì)的純凈化，最大限度的為超厚規(guī)格管線鋼的生產(chǎn)提供"精料";采用"超大壓下率乳制+鋼 板充分返紅+循環(huán)高壓水冷卻"模式進行控制，循環(huán)4次，在細化奧氏體晶粒尺寸的同時有 效消除鋼板內(nèi)部織構(gòu)，通過快速預(yù)矯直技術(shù)、階梯式矯直技術(shù)和自回火技術(shù)保證厚規(guī)格鋼 板的板形，保證本發(fā)明鋼板具有優(yōu)良的強度和低溫韌性和低溫止裂韌性的同時，具有高強 度、高性能均勻性、良好焊接性等優(yōu)良的綜合性能產(chǎn)品。為了達到更優(yōu)的產(chǎn)品效果，對產(chǎn)品 成分和各工藝步驟中的條件進行創(chuàng)新、優(yōu)化、選擇，達到預(yù)期效果。本發(fā)明的整體產(chǎn)品是包 括有機整體的各個組成部分，其中的每個成分組成、制備方法步驟都是有機整體中的一個 部分。兼顧鋼板性能和生產(chǎn)節(jié)奏，更適宜大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
[0011] 以上專利2最接近現(xiàn)有技術(shù)，本專利主要是在專利2的基礎(chǔ)上存在的缺陷做出的， 上述專利僅僅考慮通過增大粗乳和精乳道次的壓下率和壓下量，而沒有考慮到大的壓下量 和壓下率很容易造成鋼板織構(gòu)，反而更容易造成鋼板性能不均勻，本發(fā)明正是考慮到粗乳 可能形成的鋼板各向異性，冶煉上創(chuàng)新應(yīng)用雙轉(zhuǎn)爐法脫磷、雙聯(lián)法脫硫、交叉電磁攪拌技術(shù) 保證鋼水的均勻性，并嚴(yán)格控制各關(guān)鍵元素的含量，得到"精料"。乳制工藝上在對"精料" 增大乳制壓下率的基礎(chǔ)上進行"超大壓下率乳制+鋼板充分返紅+循環(huán)高壓水冷卻"模式 進行控制，消除織構(gòu)，并配合預(yù)矯直技術(shù)、多路徑冷卻技術(shù)、階梯式矯技術(shù)和自回火技術(shù)等 一系列創(chuàng)新技術(shù)，得到性能優(yōu)越且均勻的產(chǎn)品。
[0012] 技術(shù)實施后典型鋼板的韌性指標(biāo)如下表1 :
[0013] 表1系列溫度夏比沖擊功
[0014]


【發(fā)明內(nèi)容】

[0016] 本發(fā)明涉及到一種低溫韌性優(yōu)異的超厚規(guī)格管線鋼板及制造方法，在提高現(xiàn)場生 產(chǎn)效率和降低合金成本的前提下，生產(chǎn)出具有優(yōu)異的低溫韌性、小的組織織構(gòu)和高的性能 均勻性等綜合性能良好的的針狀鐵素體型超厚規(guī)格管線鋼。
[0017] 優(yōu)選的，本發(fā)明的超厚規(guī)格管線鋼板采用了如下成分設(shè)計：按重量百分比計算組 分，C :0? 050. 07%，Si :0? 20 ~0? 25%，M n :1. 70 ~1. 75%，P 彡 0? 005%，S 彡 0? 002%， Nb :0? 038 ~0? 040%，Ti :0? 018 ~0? 020%，M〇:0. 15-0. 25%，Cu 彡 0? 20%:Cr 彡 0? 1