CN105506472A - 560MPa级深海管线用热轧钢板及其生产方法 - Google Patents
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- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Abstract
本发明提供一种560MPa级深海管线用热轧钢板,该钢板成分按重量百分比计如下:C:0.04%~0.09%、Si:0.18%~0.45%、Mn:1.2%~1.75%、P:≤0.020%、S≤0.003%、Nb≤0.08%、Ti≤0.025%、V≤0.03%、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;方法:连铸坯加热温度1160~1230℃,加热时间1.0-1.5min/mm,均热段保温时间不小于60min;粗轧道次压下量不小于15%,横向轧制变形量不小于30%,末道次变形量不小于20%,温度1000~1100℃;精轧温度750~830℃,累计变形量60%~75%;轧后冷却速度15~35℃/s,终冷温度400~500℃,后空冷。横纵向性能优异,抗腐蚀性能优异,适用于作为制造深海油气输送用管线的原料。
Description
技术领域
本发明属于低碳微合金钢领域,尤其涉及一种560MPa级厚规格深海管线用热轧钢板及其生产方法。
背景技术
能源需求促进海上油气资源的开发,海底管线的重要性日益凸显。海洋油气占全球石油天然气总储量的70%。我国海底油气储量丰富,仅南海就高达230亿至300亿吨,其中60%以上集中在深海,但我国开发能力仅限于300米以内浅海。深海管线钢开发是技术关键,恶劣的深海环境对海底管线提出了比陆地管线更高的质量要求,要求钢管高的横向强度、纵向强度、高的低温止裂韧性、良好的焊接性、抗大应变性能、部分油气介质还要求抗H2S腐蚀能力。深水油气田的开发对油气管道提出了更高更严格的要求,如高压压溃、高塑性、高疲劳、海水腐蚀等。同时,随着水深的增加,要求管道必须具有足够的厚度和强度;钢板厚度和强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(X70级以下)的浅海管道用钢。
《一种用于制作海底管线的钢板及其轧制方法》(CN101082108),公开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。
《抗HIC性优良的管线钢及其用该钢材制造出的管线管》(CN1914341),公开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。
《一种提高管线钢落锤性能的方法》(CN101476026),公开了一种改善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。
《海底管线钢管的制造方法》(CN101701315),公开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560MPa级厚规格深海管线用钢的研究尚有不足。
发明内容
本发明的目的在于克服上述问题和不足而提供一种厚度30mm以上560MPa级厚规格深海管线钢管用热轧钢板及其生产方法,其横向和纵向屈服强度可达到550MPa或540MPa以上,横向和纵向抗拉强度达到630MPa或620MPa以上,横向-60℃的冲击韧性大于等于400J,横向-20℃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NACE0284标准要求,适用于作为制造深海油气输送用管线的原料。
本发明目的是这样实现的:
一种560MPa级深海管线用热轧钢板,该钢板的成分按重量百分比计如下:C:0.04%~0.09%、Si:0.18%~0.45%、Mn:1.2%~1.75%、P:≤0.020%、S≤0.003%、Nb≤0.08%、Ti≤0.025%、V≤0.03%、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;本发明所述钢的CEIIW控制在0.35%~0.40%、CEPCM控制在0.15%~0.19%,其中:
CEIIW=C+Mn/6+(Ni+Cu)/15+(Cr+Mo+V)/5,
CEPCM=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B。
本发明化学成分设计理由如下:
C是保证强度的必要元素,为使厚规格钢板具有必要的强度,C含量必须保证下限为0.04%,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0.09%。
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0.18%~0.45%。
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1.2%~1.75%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,因此,将Nb、Ti控制在Nb≤0.08%、Ti≤0.025%。
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,因此将Mo、Cr控制在Mo≤0.20%、Cr≤0.25%。
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,因此本发明控制在Ni:0.10%~0.30%,Cu≤0.25%。
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CEIIW控制在0.35%~0.40%、CEPCM控制在0.15%~0.19%,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560MPa级厚规格深海管线用热轧钢板厚度在30mm以上。
一种560MPa级深海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,轧制过程中连铸坯的加热温度1160~1230℃,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750~830℃,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15~35℃/s,终冷温度400~500℃,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。
应用本发明可得厚度30mm以上的560MPa级厚规格深海管线用钢,其横向和纵向屈服强度可达到550MPa或540MPa以上,横向和纵向抗拉强度达到630MPa或620MPa以上,横向-60℃的冲击韧性大于等于400J,横向-20℃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NACE0284标准要求,适用于作为制造深海油气输送用管线的原料。
附图说明
图1为本发明实施例1显微组织金相图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步的说明。
本发明实施例根据技术方案的组分配比,进行铁水预处理、冶炼、炉外精炼、保护浇注、控制轧制、控制冷却。本发明实施例钢的化学成分见表1。本发明实施例钢的主要工艺参数见表2。本发明实施例钢的综合性能见表3。本发明实施例钢抗HIC检验结果见表4。
表1本发明实施例钢的化学成分(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 | 0.059 | 0.31 | 1.66 | 0.008 | 0.001 | — | 0.022 | 0.24 |
3 | 0.040 | 0.45 | 1.75 | 0.012 | 0.002 | 0.01 | 0.006 | 0.14 |
4 | 0.068 | 0.27 | 1.40 | 0.010 | 0.002 | 0.04 | 0.011 | 0.28 |
5 | 0.047 | 0.18 | 1.37 | 0.008 | 0.002 | 0.06 | 0.024 | 0.22 |
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实施例 | V | Cu | Mo | Cr | N | Als | CEIIW | CEPCM |
1 | 0.03 | — | 0.05 | — | 0.0033 | 0.022 | 0.37 | 0.169 |
2 | — | 0.12 | 0.16 | — | 0.0042 | 0.018 | 0.39 | 0.173 |
3 | — | 0.24 | — | — | 0.0051 | 0.037 | 0.35 | 0.156 |
4 | — | 0.14 | 0.12 | 0.24 | 0.0050 | 0.031 | 0.40 | 0.179 |
5 | — | 0.25 | 0.13 | 0.18 | 0.0045 | 0.038 | 0.37 | 0.155 |
6 | — | 0.06 | 0.20 | 0.16 | 0.0038 | 0.024 | 0.38 | 0.182 |
表2本发明实施例钢的主要工艺参数
表3本发明实施例钢的综合性能
表4本发明实施例钢抗HIC检验结果
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 |
Claims (2)
1.560MPa级深海管线用热轧钢板,其特征在于,该钢板的成分按重量百分比计如下:C:0.04%~0.09%、Si:0.18%~0.45%、Mn:1.2%~1.75%、P:≤0.020%、S≤0.003%、Nb≤0.08%、Ti≤0.025%、V≤0.03%、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;本发明所述钢的CEIIW控制在0.35%~0.40%、CEPCM控制在0.15%~0.19%,其中:
CEIIW=C+Mn/6+(Ni+Cu)/15+(Cr+Mo+V)/5,
CEPCM=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B。
2.一种权利要求1所述的560MPa级深海管线用热轧钢板生产方法,包括冶炼、连铸、轧制、直接淬火、回火,其特征在于:轧制过程中连铸坯的加热温度1160~1230℃,加热时间1.0-1.5min/mm,均热段保温时间不小于60min;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℃,精轧温度750~830℃,精轧阶段累计变形量60%~75%;轧后冷却速度15~35℃/s,终冷温度400~500℃,之后空冷。
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