一种经济型高强度海底管线钢及生产方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种管线用钢及生产方法，具体地属于一种经济型高强度海底管线钢 及生产方法。
【背景技术】
[0002] 随着陆地油气资源的逐步枯竭，新的资源开采向海洋、极地等地质条件恶劣的地 区延伸。目前，已探明世界海洋石油资源占世界石油资源总量的34%，而海洋天然气的年产 量也达到全球天然气年总产量的32%，全球已有100多个国家在进行海上石油勘探，其中 一半以上对深海、超深海海域进行了石油勘探，因此，海洋油气开采用钢，尤其是深海、超深 海海域用海底管用钢的开发和应用的重要性日益凸显。
[0003] 海底管道运行过程中需要承受高的外部海水压力和内部输送压力，同时还需要承 受海底低温洋流、涡激等给海底管道造成的频繁冲击，因此需要所采用的管线钢原材料具 有高的均质稳定性、良好的抗压溃能力、高强度、优异的低温韧性、抗变形能力和疲劳性能。
[0004] 近年来，随着钢铁行业产能严重过剩，高端同质化竞争日趋激烈，管线钢系列产品 的盈利能力不断降低，为提升市场竞争力，实现规模化稳定生产，必须开发新的经济型生产 工艺。
[0005] 经检索：中国专利申请号为CN201110232809. 3的文献，公开了"深海用彡25mm厚 的管线钢及其生产方法"，其采用低C、高Mn，较高Nb、Mo,适量加Cu、Ni、Cr、V、Ti等合金元 素的成分设计，结合中厚板TMCP工艺生产厚规格海底管线钢板的制造方法。该文献由于 Mn、Nb含量高，并添加Ni、Cu等贵重合金元素，生产成本很高，且采用单张钢板乳制的生产 方式，生产效率低。
[0006] 中国专利申请号为CN201410092713. 5的文献，公开了 "一种经济型X70石油天然 气管线钢及其生产方法"，其采用中低C、较高Mn，并添加Cr、Nb、V、Ti等合金元素的成分 设计，结合中厚板TMCP工艺生产高强度X70管线钢的制造方法，该文献采用0. 10%以上的 碳含量设计，Mn含量亦较高（1. 25~1. 50%)，不可避免的会形成较严重的中心偏析和带状组 织，导致韧性不足，难以满足海底管线钢高洁净度、高均质化要求，且同上采用单张钢板乳 制的生产方式，生产效率低。
[0007] 中国专利申请号为CN201310001802的文献，公开了一种"经济型高韧性X70管线 钢热乳板卷的制备方法"，其用低C、较高Mn、高Nb，适量添加Cr、Ti等合金元素的成分设计， 结合热连乳控乳控冷工艺生产X70级管线钢的制造方法，该方法采用较高Mn、高Nb的成分 设计，生产成本也较高；再精乳开乳温度高，乳后冷却速率低，使强度难以满足要求。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的强度、韧性不足、生产效率低、制造 成本高的不足，提供一种在满足使用性能即屈服强度R ta5> 485MPa，抗拉强度Rm彡570MPa， 屈强比Rta5/K 0. 90,延伸率A5am> 30%，通卷强度波动彡30MPa的前提下，使生产成本较 现有技术降低至少5%的经济型高强度海底管线钢及生产方法。
[0009] 实现上述目的的措施： 一种经济型高强度海底管线钢，其化学成分及重量百分比为：C :0. 050~0. 080%、 Si :0? 10~0. 30%、Mn :0? 80 ~1. 30%、P :彡 0? 015%、S 彡 0? 0015%、Cr :0? 10 ~0? 30%、 Nb :0. 015 ~0. 040%、V :0. 020~0. 045%、Ti :0. 010 ~0. 025%、A1 :0. 010 ~0. 050%、N : 彡0. 008%，残余元素的重量百分比含量必须满足：As彡0. 010, Sn彡0. 02, Pb彡0. 01，其 余为Fe和不可避免的杂质。
[0010] 一种经济型高强度海底管线钢的生产方法，其步骤： 1) 常规冶炼并连铸成坯后，对铸坯加热，加热温度为1150~1200°C ; 2) 进行粗乳，控制粗乳结束温度在970~1030°C，粗乳累积压下率不低于70%，末两道次 道次压下率不低于25% ; 3) 进行精乳，控制精乳温度在760~960°C，精乳累积压下率不低于70%，并采用恒加速 车L制，加速度控制为〇. 0004~0. 010m/s2; 4) 进行冷却，控制冷却速率不低于70°C /s，终冷温度300~450°C ; 5) 进行卷取，控制卷取温度在200~350°C，并控制通卷卷取温度波动彡30°C ; 6) 自然冷却至室温，待用。
[0011] 本发明中各元素的作用机理如下： 碳（C)含量为0. 050~0. 080%，碳是最经济的强化元素，加入一定量的碳，可以显著提 高钢的强度，但对高钢级海底管线钢，为保证优异的断裂韧性和焊接性能，防止碳的中心偏 析，将碳含量控制在〇. 080%以下。
[0012] 硅（Si)含量为0. 10~0. 30%，硅在钢中主要起固溶强化作用，但对高钢级海底管 线钢，为保证焊接热影响区的低温韧性，应严格控制钢中的硅含量，降低钢中硅酸盐夹杂含 量，避免M-A组元的过量形成。
[0013] 锰（Mn)含量为0.80~1.30%，加入一定量的经济合金化元素锰，可以显著提高钢 的强度，此外，锰还可以在一定程度上细化晶粒，改善钢的冲击韧性，但是对高强度海底管 线钢，过量的锰易形成中心偏聚，导致钢的成分、组织不均。
[0014] 铌（Nb)含量为0. 015~0. 040%，铌可以显著提高钢的奥氏体再结晶温度，扩大 未再结晶区范围，便于实现高温控乳，降低乳机负荷，同时铌还可以抑制奥氏体晶粒长大， 具有显著的细晶强化和析出强化作用。但是Nb属于贵重合金，提高Nb含量会显著增加合 金成本，且在高强度管线钢中，添加过量的铌会促进M-A岛的生成，降低焊接热影响区的韧 性，因此，将铌的含量限定在较低水平。
[0015] 钒（V)含量为0. 020~0. 045%，钒可以补充铌析出强化的不足，还可以在一定程 度上改善钢的焊后韧性。但由于钒具有较强的沉淀强化和较弱的细晶强化作用，加入过量 的钒易导致钢的韧脆转变温度提高，因此将钒的含量控制在较低的含量水平。
[0016] 钛（Ti)含量为0. 010~0. 025%，钛与铌在钢中的作用类似，有较强的细晶强化和 析出强化作用，微量的钛还可以在高温下与碳、氧结合，形成高温难熔的析出物，有利于抑 制焊接热影响区的奥氏体晶粒长大，显著改善焊接热影响区的韧性。但超过〇. 025%的Ti 易引起Ti的碳/氮化物的粗化和过度析出，导致低温韧性大幅降低。
[0017] 铬（Cr)的含量为0. 10~0. 30%。铬是提高钢的淬透性元素，具有一定的固溶强 化作用。此外，加入一定的络还能改善钢的耐候、耐酸腐蚀性能。但加入过高的Cr易导致 钢的淬透性过高，产生难以消除的淬硬组织，使钢的强度过高而韧性不足。
[0018] 铝（A1)的含量为0.010