本发明属于管线钢技术领域，特别涉及一种连铸坯生产大壁厚超低温管件用钢板及其制备方法。适用于石油天然气输送工程地面裸露站场和阀室的建设。产品具有高强度、低屈强比、优良的断后伸长率和均匀延伸率，以及优异的低温韧性。
背景技术：
中俄东线是中国的战略能源通道之一，2018年俄罗斯将通过中俄东线向中国供气，气量逐年增长，最终达到380×108m3，累计合同期30年。俄罗斯天然气公司负责气田开发、天然气处理厂和俄罗斯境内管道的建设。中石油负责中国境内输气管道和储气库等配套设施建设。中俄东线途经黑龙江、吉林、辽宁，冬季漫长而寒冷，地面裸露站场位置的冬季环境温度在-39.8～-44.5℃，极端最低温度-48.1℃，因此，寒冷地区裸露站场和阀室用管件的设计温度将达到-45℃，甚至-60℃，而国内管径1016mm以上的x80、x70站场和阀室用低温管件还达不到-45℃的要求，无法满足中俄东线管道的供货需求。因此，中俄东线的管道建设瓶颈在于大壁厚超低温管件能否成功开发。
目前我国已建的西二线、西三线西段工程部分站场和阀室环境温度也低于-45℃，但都采取了保温伴热措施来解决环境温度的影响。俄罗斯境内寒冷地区站场钢管及设备大多也采用了保温伴热措施。保温伴热措施是因为材料无法保证而不得已的办法，采取保温伴热措施一方面能耗高，另一方面需要经常巡检和维护，且本身存在很大安全隐患，因此，开发寒冷地区不采用保温伴热方式地面裸露站场和阀室用低温管件成为亟待解决的技术难题。
管件用热轧钢板在用户使用过程中需要进行多次热加工成型，以及最终的调质热处理，因此，适用于多次热循环加热工艺的母材成分设计是超低温管件产品研发的基础，足够数量的强淬透性元素可以确保管件调质处理后达到高的强度，但合金元素的增加会使材料焊接性和低温抗脆性起裂能力显著下降，因此，必须结合高强度管件热成型特点和现场焊接施工需要，在确保管件焊接性的同时，对材料中c、mn、nb、v、ti、mo、ni、cr、cu等元素种类及数量进行合理控制。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种连铸坯生产大壁厚超低温管件用钢板及其制备方法，解决了40～62mm大壁厚钢板获得高强度、低屈强比、良好的断后伸长率、均匀延伸率以及优异低温韧性的问题。实现了材料自身具有超低温止裂韧性的能力的同时，生产成本与传统的管件用钢相比没有明显增加。适用于寒冷地区不采用保温伴热方式地面裸露站场和阀室的建设，大幅降低了低温管件发生低温脆断的风险。
一种连铸坯生产大壁厚超低温管件用钢板，其化学成份重量百分比为：c：0.06～0.09％，si：0.15～0.30％，mn：1.40～1.60％，p：≤0.010％，s：≤0.0015％，alt：0.01～0.05％，nb：0.02～0.05％，v：0.02～0.05％，ti：0.005～0.016％，ni：0.40～0.70％，mo：0.15～0.50％，余量为fe和不可避免杂质元素。
钢板厚度规格为40～62mm。
一种连铸坯生产大壁厚超低温管件用钢板的制备方法，包括连铸、加热、两阶段控轧、冷却、堆冷等工艺；具体步骤及参数如下：
1、连铸工序采用厚板坯连铸，连铸成厚度为400～500mm的钢坯，连铸坯拉速为0.60～0.75m/min，成品钢板宽度/连铸坯宽度为1.0/1.2，一方面提高总的压缩比，细化晶粒，另一方面改善铸坯的中心偏析，为钢板的超低温韧性打下基础。
2、钢坯经过1180～1200℃的再加热，钢坯总加热时间6～8小时，钢坯均热时间40～70min，抑制原始奥氏体的晶粒长大。
3、然后进行两阶段控轧，粗轧展宽阶段采用差温轧制工艺，通过喷高压水对钢坯表面进行冷却，在钢坯厚度截面形成温度梯度，表面温度比心部温度低150～180℃。差温轧制工艺可以使钢坯表面形成低温硬化层，而钢坯心部高温变形抗力小，使轧制变形充分渗透到心部，细化心部晶粒，提高心部的强度和超低温韧性；由于大壁厚钢板心部往往是薄弱位置，本发明的差温轧制工艺，可以使心部的缺陷充分愈合，并且细化心部晶粒，提高大壁厚钢板厚度截面组织均匀性，提高心部的综合性能。
中间坯待温阶段，对中间坯进行加速冷却，平均冷速2～5℃/s；减少待温时间，抑制奥氏体晶粒长大，细化奥氏体晶粒，进一步提高心部强度和低温韧性，同时提高生产效率。精轧阶段开轧温度为830～860℃，终轧温度为800～830℃；获得充分压扁硬化的奥氏体组织，为后续冷却细化晶粒奠定基础。
4、钢板轧后进行冷却，终冷温度为550～600℃。获得合理的金相组织，良好的金相组织使得钢板获得良好的断后伸长率、均匀延伸率，以及超低温韧性，为用户在后续管件制造过程中的多次热加工成型创造条件，避免发生加工开裂和断裂事故。
5、钢板冷却后进行堆垛缓冷，堆冷时间8～12小时。可以提高大壁厚钢板的探伤性能和低温韧性。
该钢力学性能为：钢板厚度中心横向拉伸性能屈服强度：510～610mpa，抗拉强度：620～700mpa，断后伸长率a50≥45％，屈强比≤0.85，均匀延伸率uel≥6％；钢板厚度中心横向-60℃夏比冲击功≥350j，冲击剪切面积≥90％。
本发明内容的构成要点立足于以下认识：
c元素通过固溶强化提高材料的强度性能，如果当c含量小于0.06wt％时，强度性能水平偏低，当c含量大于0.09wt％时，低温韧性和焊接水平偏低。因此本发明中c含量控制在0.06～0.09wt％范围内。
mn元素能够显著提高强度性能，mn含量太低，材料的抗拉强度不够，mn含量太高，低温韧性降低。因此，本发明经过大量试验得出，mn控制在1.40～1.60wt％范围，既保证材料的强度水平，又不恶化低温韧性。
p、s元素是钢中杂质元素，且易偏析，影响连铸坯内部质量，p、s含量越低越好，为了获得良好的低温韧性和焊接性能，本发明进行了大量试验，发现杂质元素控制在p：≤0.010wt％，s：≤0.0015wt％，对产品的低温韧性、可焊性，尤其是超低温性能有益，因此，必须严格控制p、s含量。
nb元素有固溶强化和细化晶粒的作用，但考虑到后续钢板在用户使用过程中还会经历多道次热加工成型和调质热处理，nb元素适量即可，不必过分添加。因此本发明中nb含量控制在0.02～0.05wt％范围内。
v元素有析出强化的作用，在钢板生产过程中，以及后续钢板在用户使用过程中v元素的析出，可以提高大壁厚钢板的强度水平。因此本发明中v含量控制在0.02～0.05wt％范围内。
ti元素在本发明中进行了大量试验，发现：当ti含量大于0.016wt％时，颗粒尺寸较大的tin粒子会影响材料的低温韧性和焊接性能等。因此本发明中ti含量控制在0.005～0.016wt％范围内。
ni元素是奥氏体稳定性元素，能降低γ→α转变温度，能有效提高管线钢的低温韧性。ni可通过固溶强化作用提高钢的强度，弥补厚规格钢材中因厚度的增加引起的强度下降。最重要的是添加ni合金，可以进一步提高钢的强度和低温韧性。本发明进行了大量试验，发现当ni含量控制在0.40～0.70wt％范围内，低温韧性性能最佳。
mo元素增加淬透性，改善大壁厚钢板厚度方向的组织均匀性，同时对于用户后续多道次热加工成型和调质热处理工序，可以提高强度和低温韧性，稳定材料的强度和韧性水平。本发明进行了大量试验，发现当mo含量控制在0.15～0.50wt％范围内，强度和低温韧性性能最优。
本发明的优点在于，提供了一种连铸坯生产大壁厚超低温管件用钢板及其制备方法，实现了材料自身具有超低温止裂韧性的能力，在40～62mm大壁厚的前提下，获得了高强度、低屈强比，以及优异的低温韧性，生产成本与传统的管件用钢相比增加不明显，并且钢板经过下游用户制造管件过程中的多次热加工成型和调质热处理，最终管件的强度和超低温韧性变化不大，满足标准要求。本发明适用于寒冷地区不采用保温伴热方式地面裸露站场和阀室的建设，可以大幅降低大壁厚低温管件发生低温脆断的风险。
附图说明
图1为本发明管件用钢板扫描组织示意图。
图2为本发明管件用钢板析出物示意图。
具体实施方式
实施例1～5
一、实施例中连铸坯生产大壁厚超低温管件用钢板化学成分如下表1所示：
表1钢板化学成分(wt％)
以上实施例均为化学成分重量百分比，余量均为fe和不可避免杂质元素。
二、实施例工艺制度如下表2所示：
实施例中连铸坯生产大壁厚超低温管件用钢板经过连铸、加热、两阶段控轧、冷却、堆冷，获得准多边形铁素体+少量针状铁素体的组织，基体上分布大量弥散、细小的nb、v析出物，详见图1、2所示。
表2实施例工艺制度
三、实施例力学性能如下表3所示：
实施例1～5生产的连铸坯生产大壁厚超低温管件用钢板，厚度规格为40～62mm，检验其力学性能见表3所示。
表3实施例力学性能
实施例1～5生产的大壁厚超低温管件用钢板，表现出优异的强度、断后伸长率、均匀延伸率、屈强比和厚度中心的-60℃超低温韧性。
本发明大量试验结果表明，钢板化学成分、制备工艺对产品显微组织和力学性能至关重要，实现了材料自身具有超低温止裂韧性的能力，在40～62mm大壁厚的前提下，获得了良好的强塑性匹配和强韧性匹配(高强度、低屈强比、较高的断后伸长率和均匀延伸率，以及优异的超低温韧性)，生产成本与传统的管件用钢相比增加不明显，并且钢板在下游用户制造管件过程中，可加工性和可焊接性优异，未出现加工开裂和焊接开裂问题，且最终经调质处理后管件的强度和超低温韧性优异，均满足标准要求。
本发明适用于寒冷地区不采用保温伴热方式地面裸露站场和阀室的建设，可以大幅降低大壁厚低温管件发生低温脆断的风险。