一种厚壁大口径的ERW海底管线用热轧钢板卷及其制备方法与流程

本发明属于海底管线用热轧钢制备
技术领域：
，具体涉及一种厚壁大口径的erw海底管线用热轧钢板卷及其制备方法。
背景技术：
：能源不断扩大的需求促进了海上油气资源的开发，海底管线的重要性日益凸显。海底蕴藏着丰富的油气资源，占世界油气资源总量的1/3以上。近年来，各国对海底资源的勘探和开采愈加重视，海底油气输送管道建设和发展迅速，对海底管线用钢的需求日益增加。一方面，出于安全性的考虑，要求海底管线在具备厚壁的同时兼备强韧性、焊接性、耐腐蚀性等指标；同时，海底复杂的服役环境在要求海底管线具备均衡的内在性能时，也要求具备精确的外形尺寸精度，以应对复杂多变的海底环境。热轧板卷通过高频直缝电阻焊(erw)制管，与其他制管工艺相比，erw制管技术的成型方式和焊接工艺决定了erw管具有尺寸精度高、壁厚均匀、抗挤毁能力强等优点。国内采用erw方式制管的海底管线，壁厚往往在20mm以下，管径在600mm以下，壁厚和管径限制了erw海底管线的应用领域。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种厚壁大口径的erw海底管线用热轧钢板卷及其制备方法。在2250热连轧产线开发一种厚壁大口径的erw海底管线用热轧钢板卷，用于生产管径超过600mm、壁厚20～22mm的erw海底管线。这种板卷通过合理的冶炼、加热、热轧、冷却及卷取工艺，可以获得具有优良力学性能的海底管线钢板卷，此种海底管线钢板卷可通过高频电阻焊接方式制造厚壁大口径的海底管线。本发明采取的技术方案为：一种厚壁大口径的erw海底管线用热轧钢板卷，包括以下重量百分比的化学成分：c：0.020％～0.060％、si：≤0.30％、mn：1.50％～1.70％、p：≤0.015％、s：≤0.0050％、mo：0.10％～0.35％、nb：0.040％～0.050％、v：0.020～0.050％、ti：0.010～0.020％、als：0.020～0.035％；其余为fe及不可避免的杂质。所述的厚壁大口径erw海底管线钢板卷壁厚为20～22mm，管径大于600mm。进一步地，优选为包括以下重量百分比的化学成分：c：0.042％～0.048％、si：0.22～0.26％、mn：1.51～1.56％、p：≤0.011％、s：≤0.0015％、mo：0.10～0.16％、nb：0.043％～0.046％、v：0.027～0.032％、ti：0.013～0.018％、als：0.026～0.032％；其余为fe及不可避免的杂质。所述厚壁大口径的erw海底管线用热轧钢板卷的金相组织为针状铁素体，晶粒度为10～12级，带状组织≤1.0级。所述厚壁大口径的erw海底管线用热轧钢板卷的横向力学性能：rt0.5：462～531mpa，rm：567～655mpa，a50：34％～38％；纵向力学性能：rt0.5：448～518mpa，rm：546～636mpa，a50：34％～37％；-20℃，横向冲击功大于300j；ctod：0.40～0.58mm。本发明还提供了所述厚壁大口径的erw海底管线用热轧钢板卷的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：铁水预处理、转炉冶炼、lf炉精炼、rh炉精炼、连铸、铸坯缓冷、加热、轧制、层流冷却以及卷取。进一步地，所述铁水预处理步骤中，控制脱硫后的铁水[s]≤0.0020％，后扒渣亮面≥70％；转炉冶炼终点控制：[p]≤0.010％，[s]≤0.0100％；出钢过程加入大部分合金使钢水成分达到或接近内控下限；做好挡渣操作，防止下渣回磷；所述lf炉精炼步骤中：钢包顶渣充分还原，调成分至目标值或接近目标值；所述rh炉精炼步骤中：调整所有成分至目标值；真空处理12min以上，使钢水[h]≤1.5ppm，若大于1.5ppm，继续循环5min后定氢，直至达到[h]≤1.5ppm。进一步地，所述连铸工艺中，钢水镇静时间不小于20min，塞棒吹氩4～6nl/min，恒拉速操作，液面波动范围控制在±3mm。铸坯堆垛缓冷48小时以上，优选为50～60h。所述加热步骤中，加热温度控制在1170～1210℃，优选为1170～1192℃，均热段保温时间不小于60min。所述轧制步骤中，采用2机架粗轧+7机架精轧，粗轧阶段在奥氏体再结晶区轧制，粗轧轧制温度控制在1000～1060℃，精轧阶段采用7架四辊cvc轧机进行连轧，累计变形量≥60％，通过累计大变形，增加形变奥氏体内的形变带和位错密度，增加相变形核点细化晶粒，终轧温度控制在830～870℃。所述层流冷却方式为后段层流冷却，冷却速度控制在20～30℃/s，控制冷却后的钢板卷取温度在400～500℃，卷取后空冷至室温。本发明在成分设计上主要采用超低c、低si、低p、低s，c：0.020％～0.060％是保证强度的必要元素，为了保证强度，c含量必须保证下限为0.020％，但c含量增加，材料的韧性、焊接性和抗腐蚀性能均会下降，因此，上限设为0.060％。mn是保证强度的有效元素，但易偏析，含量过高会影响韧性和抗腐蚀性，因此本发明认为mn含量控制在1.50％～1.70％。p、s为钢中有害杂质元素，会诱发偏析，增大材料脆性，因此，其含量越低越好。本发明优选的nb含量为0.040～0.050％，优选为0.043％～0.046％，加入nb可以显著提高钢板的再结晶温度，扩大非再结晶区温度范围，从而可以实现高温轧制，降低轧机负荷；同时，nb还可以与钢中的c、n形成nb(c、n)析出物，从而提高强度，过低的nb则达不到预期的强度目标，过高的nb则会带来成本的大幅增加。本发明ti含量为0.010～0.020％，优选为0.013～0.018％，加入ti，可以细化晶粒，同时提高钢的强韧性能，并且ti有利于焊接时对热影响区的晶粒控制，改善焊接热影响区的韧性。本发明的als含量为0.020～0.035％，优选为0.026～0.032％，主要起脱氧作用，减少钢中的氧含量，同时形成aln，细化晶粒。本发明v含量为0.020～0.050％，优选为0.027～0.032％，v是钢中优良的脱氧剂，钢中加入一定量的v可以细化晶粒，提高强韧性，同时v可以和nb、ti元素形成复合强化机制。本发明优选的mo含量为0.10％～0.35％，优选为0.10～0.16％，mo可以抑制奥氏体再结晶，细化奥氏体晶粒，在提高强度的同时提高钢材的韧性，过低的mo则达不到强化的效果，过高的mo则会带来成本的增加。本发明在热轧工艺设计上，加热温度控制在1170～1210℃，均热段保温时间不小于60min，其主要目的是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。然后采用两阶段轧制，第一阶段是再结晶区域轧制，轧制温度控制在1000～1060℃，通过反复变形和再结晶，使奥氏体晶粒显著细化，第二阶段是在未再结晶区域轧制，精轧温度控制在900～1000℃，是形变和相变同时进行的阶段，在这阶段中奥氏体晶粒被伸长，同时产生滑移带，奥氏体晶界的增加和滑移带出现为铁素体形核提供了有利条件，进而得到细晶粒铁素体。对于厚壁的海底管线钢，宜采用较大的冷却速度，但终冷温度不宜过低，以防止岛状马氏体出现。为此设定轧后快速冷却，冷却速度20～30℃/s，冷却至400～500℃，进行卷取，这样可以减少先共析铁素体和珠光体的析出，使奥氏体组织能够有充分的空间析出针状铁素体组织。与现有技术相比，本发明提供的大管径、大壁厚erw海底管线用热轧钢板卷，用热轧板卷壁厚突破了20mm，钢管直径突破了600mm，具有技术领先性和突破性，可应用于更深的海域。附图说明图1为实施例1中的底管线用热轧钢板卷的金相组织图。具体实施方式以下通过具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。按照本发明提供的化学成分要求，采用铁水预处理→转炉炼钢→合金微调站→lf炉外精炼→rh炉外精炼→连铸→铸坯缓冷→加热→轧制→层流冷却→卷取制备。经过lf炉外精炼后，钢中化学成分满足重量百分比(wt％)：c：0.020％～0.060％、si：≤0.30％、mn：1.50％～1.70％、p：≤0.015％、s：≤0.0050％、mo：0.10％～0.35％、nb：0.040％～0.050％、v：0.020～0.050％、ti：0.010～0.020％、als：0.020～0.035％；其余为fe及不可避免的夹杂。连铸全过程进行保护浇铸。本发明各实施例和比较例的化学成分如表1所示。成分检测根据gb/t4336《碳素钢和中低合金钢火花源原子发射光谱分析方法(常规法)》进行。表1本发明各实施例和比较例的化学成分csimnpsmotivnbals实施例10.0420.241.550.0100.00150.100.0160.0300.0450.026实施例20.0460.251.520.0080.00120.110.0130.0310.0450.028实施例30.0430.221.520.0090.00080.140.0180.0270.0460.030实施例40.0440.231.510.0110.00100.110.0150.0290.0430.032实施例50.0480.261.560.0080.00080.120.0180.0320.0450.029比较例10.0630.331.410.0080.00150.320.0050.0240.0350.015比较例20.0300.241.750.0100.00120.050.0220.0620.0300.038轧制工序采用板坯加热至1170～1210℃→高压水除鳞→2机架粗轧→7机架精轧→层流冷却→卷取，主要轧制工艺参数及试验钢的拉伸力学性能如表2、表3所示。表2轧制工序主要工艺参数及力学性能表3力学性能本发明试验钢的v型冲击功和ctod检验结果如表4所示。表4本发明试验钢的冲击功和ctod值本发明试验钢的非金属夹杂物检验结果如表4所示。表4本发明试验钢的非金属夹杂物综上所述，按本发明钢种化学成分设计范围及轧制工艺控制技术所得实施例钢的性能：横向力学性能：rt0.5：492～511mpa，rm：589～605mpa，a50：34％～38％；纵向力学性能：rt0.5：470～485mpa，rm：562～605mpa，a50：34％～37％；横向冲击功大于300j；ctod：0.40～0.58mm；成品的力学性能稳定，晶粒度为10～12级，带状组织≤1.0级。上述参照实施例对一种厚壁大口径的erw海底管线用热轧钢板卷及其制备方法进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。当前第1页12