一种低成本厚规格海底管线钢板及其制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种低成本厚规格海底管线用钢板及其制造方法，钢板包含的化学成分的重量百分比为：碳（C）0.04～0.06%，硅（Si）0.15～0.20%，锰（Mn）1.43～1.47%，磷（P）≤0.008%、硫（S）≤0.003%，镍（Ni）0.10～0.15%，铌（Nb）0.030～0.040%，钛（Ti）0.012～0.023%，铝（Al）0.015～0.025%，氮（N）≤0.006%，Nb+V+Ti≤0.15%，其余为铁和不可避免的杂质。本发明采用了连铸坯横向成材、连铸坯低温加热、低温控制轧制、以及弛豫缓冷控制等技术，生产的钢板具有双相显微组织，达到了高强度和低屈强比，适合海底管线抗大变形要求，并兼具良好的韧性。
【专利说明】一种低成本厚规格海底管线钢板及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是一种低成本厚规格海底管线钢板，属于钢板冶炼和轧制领域，其制备方法尤其是具有采用转炉双渣法冶炼、铁水及LF的深脱硫技术实现超低磷硫含量的洁净钢冶炼，采用连铸坯横向成材、连铸坯低温加热、低温控制轧制、以及弛豫缓冷控制等技术，生产的钢板具有良好的高强韧性能。
【背景技术】
[0002]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。近10年来，我国新增石油产量的53%来自海洋，2010年更是达到85%，开发明显提速。目前世界海底油气管道最大作业水深已达3000米。截至“十一五”末，我国已建成海底管道尚不足4000千米，最大作业水深仅300米。我国海底管道建设起步晚，为此国内三大石油公司都在加紧海底管道建设规划，并将进一步带动海底管线管的需求。
[0003]恶劣的海洋环境对海底管线提出了比陆地管线更高的质量要求，要求管线具有较高的横向强度、纵向强度、高的低温止裂韧性、抗大应变性能等；同时随着水深的增加，管道壁厚也随之增加；而钢板厚度的增加，对铸坯洁净度、钢板轧制过程压下率、轧后钢板冷却等关键过程提出了更严格的要求。
[0004]专利CN 102409224 A “低温韧性优异的厚规格海底管线用热轧钢板及其制造方法”，介绍了一种海底管线钢热轧钢板，化学成分百分比为C:0.02%~0.07%、S1:0.15%~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%、Α1:0.010%~0.040%、Α1/Ν≤2，其余为铁和不可避免的杂质，钢中加入了大量的Mo、Cu、Cr等贵重金属，合金元素含量较高，具有较高的合金成本。
[0005]专利CN 102676925 A “一种大壁厚海底管线钢板及其生产方法”，介绍的大壁厚海底管线钢板的化学成分为c:0.05%~0.07%、S1:。.15%~0.25%、Mn: 1.42%~1.48%、P ≤ 0.010%,S ( 0.002%,Ni:0.13% ~0.18%、Nb:0.043% ~0.048%、A1:0.020% ~0.040%、T1:0.014%~0.024%、Mo:0.13~0.18%，余量为铁和不可避免的杂质，添加了 Mo合金，且该钢板冶炼工艺采用电炉冶炼，_20°C冲击功仅260J，-200C DffTT的韧性撕裂面积仅> 75%，屈强比0.9以下。
【发明内容】
[0006]本发明针对上述成本高，性能不好的缺陷而提供了一种低成本厚规格海底管线钢板，该钢板具有合金元素含量低，具有良好的强度和韧性匹配，屈强比低，具有良好的抗大变形性能和抗低温撕裂性能。
[0007]本发明还提供了以上低成本钢厚规格海底管线钢板的制造方法，该方法采用了双渣脱磷工艺进行脱磷，使磷含量达到了较低水平，采用连铸坯横向成材、低温加热、低温控轧和轧后弛豫缓冷等关键工艺，实现了典型的多边形铁素体+贝氏体的双相组织，实现了钢板高强度、良好的低温韧性和抗大变形性能。
[0008]本发明的技术方案如下:
一种低成本厚规格海底管线钢板，其组成为按重量百分比计的下述组分:碳(C)
0.04 ~0.06%,硅(Si) 0.15 ~0.20%,锰(Mn) 1.43 ~1.47%,磷(P) ( 0.008%、硫(S)≤ 0.003%，镍(Ni)0.10 ~0.15%，铌(Nb)0.030 ~0.040%，钛(Ti)0.012 ~0.023%，铝(Alt)
0.015~0.025%，氮(N)≤0.006%, Nb+V+Ti≤0.15%，其余为铁和不可避免的杂质。
[0009]优选的，本发明的低成本厚规格海底管线钢板，其组成为按重量百分比计的下述组分:碳(C)0.04 ~0.05%，硅(Si)0.15 ~0.18%，锰(Mn)L 45 ~1.47%，磷(P)≤ 0.008%、硫(S)≤ 0.002%，镍(Ni)0.12 ~0.15%，铌(Nb)0.033 ~0.038%，钛(Ti)0.015 ~0.020%,铝(Alt) 0.020~0.025%，氮(N) ( 0.006%, Nb+V+Ti ( 0.15%，其余为铁和不可避免的杂质。
[0010]更优选的，本发明的低成本厚规格海底管线钢板其组成为按重量百分比计的下述组分:碳(C) 0.05%，硅(Si) 0.17%，锰(Mn) L 46%，磷(P) 0.007%、硫(S) 0.002%,镍(Ni)
0.14%，铌(Nb) 0.035%，钛(Ti) 0.016%，铝(Alt) 0.023%，氮(N) 0.004%, Nb+V+Ti0.071%，余量为铁和不可避免的杂质。
[0011]所述钢板厚度为28.6~31.8mm。
[0012]本发明采用上述化学成分的依据是:
碳是保证钢板强度的必要元素，低碳含量能保证钢板的冲击韧性和落锤撕裂性能，因此将碳含量控制在0.04%~0.06%，但过低的碳含量会造成钢板强度下降，因此优选的控制在 0.04 ~0.05%。
[0013]锰元素来源于较廉价的金属锰，通过固溶强化和相变强化实现钢板强度的提高，但过高的锰元素对钢板的焊接性能有负面影响，同时过高的锰易造成板坯的中心偏析，因此锰含量控制在1.43~1.47%，但过低的锰含量将不能保证拉伸强度，因此优选的控制在
1.45 ~1.47%ο
[0014]硅元素在钢中起到固溶强化和提高钢板强度的作用，因此控制在0.15~0.20%,硅来自廉价的硅铁合金，也是钢冶炼过程大量残存的元素之一，因此优选的控制在0.15~
0.18%。
[0015]磷、硫元素是有害的杂质元素，易引起偏析、聚集，特别是硫元素在轧制后形成长条状硫化锰夹杂，对钢板的韧性、落锤撕裂性能等有显著的影响，因此要尽量减少其在钢中的含量，因此磷含量控制在< 0.008%，硫含量< 0.003%，但一味降低磷和硫含量将会使钢的冶炼成本大幅上升，因此，优选的范围控制在磷≤0.008%，硫≤0.002%。
[0016]铌元素在控轧中通过抑制奥氏体再结晶，有效的细化显微组织，并通过析出来强化基体，可同时提高强度和韧性，在焊接过程中，铌原子的偏聚及析出可以阻碍加热时奥氏体晶粒的粗化，改善焊接性能，因此铌控制在0.030~0.040%,铌来自贵重的铌铁合金，过高的铌造成钢板成本显著升高，过低将不能铌的细化晶粒和强化的作用，因此更优选的加入量为0.033~0.038%。
[0017]镍元素能提高钢的韧性，但镍是贵重合金，加入过高钢的生产成本会显著上升，因此控制在0.10-0.15%，过低的镍元素不能保证钢板优异的低温韧性，因此优选的控制在
0.12-0.15%。[0018]微量的钛元素在钢中能够起到固氮、细化晶粒、提高钢的强度和韧性的作用，因此本发明将钛控制在0.012-0.023%，过低的钛含量达不到细化晶粒和固氮的的作用，过高则增加成本，因此优选的钛含量控制在0.015-0.020%。
[0019]铝为脱氧元素，并能够形成氮化铝从而起到细化晶粒的作用，过高的铝则会造成钢液发粘，在连铸过程中若控制不当会造成水口堵塞，因此本发明将招控制在
0.015-0.025%，过低的铝含量不能够保证钢液中自由氧含量趋近于最低，因此优选的铝含量控制在 0.020-0.025%。
[0020]氮是在本发明钢中是残余元素，在冶炼过程中应尽量控制钢液的吸氮，在设备条件允许范围内本发明氮含量控制在< 0.006%。
[0021]本发明提供的一种低成本厚规格海底管线钢板的制造方法，包括下述的步骤:(I)铁水预处理脱硫；(2)转炉冶炼及脱磷，采用超低磷脱磷工艺的转炉冶炼，调整成分、温度、合金化；(3) LF及RH精炼，实现钢种超低硫含量，进一步调整钢液温度、成分；(4)板坯连铸；(5)板坯缓冷及加热；(6)轧制，采用再结晶区+未在洁净区两阶段轧制工艺轧制钢板，轧后钢板弛豫缓冷，随后水冷至终冷温度。
[0022]本发明的低成本厚规格海底管线钢板的制造方法，具体步骤为:
(1)铁水预处理脱硫:使其中硫脱至0.002~0.005%,经过KR深脱硫预处理且扒渣后铁水亮面大于90%，铁水温度1250~1350°C，铁水中砷(As) ( 0.006% ；
(2)转炉冶炼及脱磷:采用转炉的造渣工艺冶炼超低磷钢水；所述的脱磷步骤中，第一次造渣期间即脱磷期吹氧冶炼时间5~7min，转炉脱磷期供氧强度为23000~26000m3/h，枪位为1800~2000mm，矿石的加入过程温度1590~1630°C，底吹强度50~55m3/h ;当碳0.20%时补吹一次，终点碳含量目标为≤0.03%,P ^ 0.008%，出钢温度目标为1600~16300C ;采用挡渣塞、挡渣棒双挡渣出钢；电解镍随废钢加入转炉，出钢过程加铝锰铁、石灰和萤石造顶渣；依次加入金属锰、铝锰铁、硅铁、铌铁进行合金化，出钢过程吹氩时间10~15分钟；
(3)LF及RH精炼:LF采用早期造白渣方式，在LF精炼炉进行深脱硫，对各合金元素进行微调至目标并加入钛铁，出站温度1620~1650°C ；RH真空处理真空度不大于1.5mbar,保真空时间15~20分钟；RH后喂钙铁线，钢中硫变性，喂线后吹氩时间15~30分钟；
(4)板坯连铸:连铸拉速0.9~1.lm/min，全氩气保护浇铸；
(5)板坯缓冷及加热:板坯堆垛缓冷及再加热:对连铸坯堆垛缓冷48~72小时，之后进行加热，加热时间按照8~10min/cm,加热后出炉温度在1120~1150°C ；
(6)轧制:采用连铸坯横向成材工艺，即连铸坯的长度与成品钢板的宽度相当，将连铸坯长度方向作为钢板的宽度方向进行轧制；在再结晶区轧制时控制终轧温度990~1020°C，总压下量65~75%，最后3道次压下量20~30% ;在未再结晶区轧制总压下量60~70%，终轧温度在750~810°C ;轧制后钢板弛豫缓冷，`之后采用MULPIC对钢板进行在线淬火，冷却速度控制在20~30°C /s，终冷温度控制在350~450°C。
[0023]作为优选，步骤(6)所述的弛豫缓冷后钢板开始冷却温度范围为710~780°C。
[0024]步骤(6)采用连铸坯横向成材工艺，连铸坯的长度与成品钢板的宽度二者相差+15mm0
[0025]步骤(2)釆用210t转炉的造渣工艺冶炼超低磷钢水。[0026]本发明的有益效果在于:
(1)本发明的钢板中未加入Mo、Cr、Cu等贵重合金,减少了Nb、N1、Mn、Ti等合金加入量，采用创新的加热、轧制和冷却技术充分发挥了合金元素在钢中的强韧化作用，实现了钢板的优良性能同时降低了生产成本，按照钢水冶炼的平均合金收得率计算本发明和【背景技术】记载的实例的合金的吨钢加入量(如表I所示)，可见本发明在同样的生产设备和冶炼工艺下其加入的贵重合金铌铁、电解镍最少，未添加钥铁、铬铁和金属铜，减少钛铁等加入量，其生产成本最低；
(2)采用转炉实现超低磷钢的冶炼，具有良好的经济性和可行性；冶炼过程严格控制非金属夹杂物，实现了洁净钢的生产；
(3)本发明在轧制过程中采用连铸坯横向成材工艺，不进行展宽轧制，增加了钢板在再结晶区的有效压下量，细化钢板组织，提高钢板韧性；
(4)本发明采用弛豫缓冷控制技术，使钢板组织形成软相铁素体+硬相贝氏体的双相组织，使钢板具有较高的强度，同时具有很低的屈强比，屈强比达到0.77-0.79，适合海底管线抗大变形的要求，并兼备高韧性，-30°C冲击功可达300J，DffTT落锤韧性撕裂面积达到85-95% ；
(5)采用了在线淬火工艺(DQ)，实现了钢板强度和韧性的良好匹配。
[0027]表I本发明和【背景技术】记载的实例的合金吨钢加入量，kg
硅铁 f 铌铁 T 钼铁钛铁铬铁金属铜
【权利要求】
1.一种低成本厚规格海底管线钢板，其组成为按重量百分比计的下述组分:碳(C)0.04 -0.06%,硅(Si) 0.15 -0.20%,锰(Mn) 1.43 -1.47%,磷(P)≤ 0.008%、硫(S)≤ 0.003%，镍(Ni)0.10 -0.15%，铌(Nb)0.030 -0.040%，钛(Ti)0.012 -0.023%，铝(Alt)0.015-0.025%，氮(N)≤0.006%, Nb+V+Ti≤0.15%，其余为铁和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的低成本厚规格海底管线钢板，其组成为按重量百分比计的下述组分:碳(C)0.04 -0.05%，硅(Si)0.15 -0.18%，锰(Mn)L 45 -1.47%，磷(P)≤ 0.008%、硫(S)≤ 0.002%，镍(Ni)0.12 -0.15%，铌(Nb)0.033 -0.038%，钛(Ti)0.015 -0.020%,铝(Alt) 0.020-0.025%，氮(N)≤ 0.006%, Nb+V+Ti ≤ 0.15%，其余为铁和不可避免的杂质。
3.根据权利要求2所述的低成本厚规格海底管线钢板，其组成为按重量百分比计的下述组分:碳(C) 0.05%，硅(Si) 0.17%，锰(Mn) 1.46%，磷(P) 0.007%、硫(S) 0.002%,镍(Ni)0.14%，铌(Nb) 0.035%，钛(Ti) 0.016%，铝(Alt) 0.023%，氮(N) 0.004%, Nb+V+Ti0.071%，余量为铁和不可避免的杂质。
4.根据权利要求1或2或3所述的低成本厚规格海底管线钢板，其特征在于，所述钢板厚度为28.6-31.8_。
5.如权利要求1所述的低成本厚规格海底管线钢板的制造方法，包括下述的步骤:(I)铁水预处理脱硫；(2)转炉冶炼及脱磷，采用超低磷脱磷工艺的转炉冶炼，调整成分、温度、合金化；(3) LF及RH精炼，实现钢种超低硫含量，进一步调整钢液温度、成分；(4)板坯连铸；(5)板坯缓冷及加热；(6)轧制，采用再结晶区+未在洁净区两阶段轧制工艺轧制钢板，轧后钢板弛豫缓冷，随后水冷至终冷温度。
6.根据权利要求1所述的低成本厚规格海底管线钢板的制造方法，具体步骤为: (1)铁水预处理脱硫:使其中硫脱至0.002-0.005%,经过KR深脱硫预处理且扒渣后铁水亮面大于90%，铁水温度1250-1350°C，铁水中砷(As) ( 0.006% ； (2)转炉冶炼及脱磷:采用转炉的造渣工艺冶炼超低磷钢水；所述的脱磷步骤中，第一次造渣期间即脱磷期吹氧冶炼时间5-7min，转炉脱磷期供氧强度为23000-26000m3/h，枪位为1800-2000mm，矿石的加入过程温度1590-1630°C，底吹强度50-55m3/h ;当碳0.20%时补吹一次，终点碳含量目标为≤0.03%,P ≤ 0.008%，出钢温度目标为1600-16300C ;采用挡渣塞、挡渣棒双挡渣出钢；电解镍随废钢加入转炉，出钢过程加铝锰铁、石灰和萤石造顶渣；依次加入金属锰、铝锰铁、硅铁、铌铁进行合金化，出钢过程吹氩时间10-15分钟； (3)LF及RH精炼:LF采用早期造白渣方式，在LF精炼炉进行深脱硫，对各合金元素进行微调至目标并加入钛铁，出站温度1620-1650°C ；RH真空处理真空度不大于1.5mbar,保真空时间15-20分钟；RH后喂钙铁线，钢中硫变性，喂线后吹氩时间15-30分钟； (4)板坯连铸:连铸拉速0.9-1.lm/min，全氩气保护浇铸； (5)板坯缓冷及加热:板坯堆垛缓冷及再加热:对连铸坯堆垛缓冷48-72小时，之后进行加热，加热时间按照8-10min/cm,加热后出炉温度在1120-1150°C ； (6)轧制:采用连铸坯横向成材工艺，即连铸坯的长度与成品钢板的宽度相当，将连铸坯长度方向作为钢板的宽度方向进行轧制；在再结晶区轧制时控制终轧温度990-1020°C，总压下量65-75%，最后3道次压下量20-30% ;在未再结晶区轧制总压下量60-70%，终轧温度在750-810°C ;轧制后钢板弛豫缓冷，之后采用MULPIC对钢板进行在线淬火，冷却速度控制在20-30°C /s，终冷温度控制在350-450°C。
7.根据权利要求6所述的低成本厚规格海底管线钢板的制造方法，其特征在于，步骤(6)所述的弛豫缓冷后钢板开始冷却温度范围为710-780°C。
8.根据权利要求6所述的低成本厚规格海底管线钢板的制造方法，其特征在于，步骤(6)采用连铸坯横向成材工艺，连铸坯的长度与成品钢板的宽度二者相差±15_。
9.根据权利要求6所述的低成本厚规格海底管线钢板的制造方法，其特征在于，步骤(2)采用2IOt转炉的造 渣工艺冶炼超低磷钢水。
【文档编号】C21D8/02GK103451536SQ201310457780
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年9月30日 优先权日:2013年9月30日
【发明者】韩启彪, 孙卫华, 赵乾, 楚世豪, 刘晓东, 孙风晓, 宋国栋, 刘晓美, 周波, 刘海波, 鞠传华 申请人:济钢集团有限公司