一种双峰组织高应变海洋用管线钢、管线管及其制造方法与流程

本发明属于钢材，具体涉及一种双峰组织高应变海洋用管线钢、管线管及其制造方法。

背景技术：

1、随着近陆、近海油气田开发的完成，新建油气田的开发逐渐向海洋等偏远地区发展。近年来世界石油勘探重点已由陆地转向海洋，由浅海转向深海，深水和超深水的油气资源勘探开发已经成为世界油气开采的重点领域。

2、由于在海底管线的铺设施工过程中(j-lay、s-lay、盘卷、拖曳等)，管线不可避免的要经过变形，变形量往往超过0.5％。因此，管线管的高强度和高塑性是深水油气开发的必要保证。同时，恶劣的深海服役环境促使深海用管线钢向高钢级、高韧性(低温)方向发展。通常而言，管线钢强度较低时均匀塑性变形容量较大，而对于高钢级管线钢要获得较大的塑性变形容量比较困难。加之，高钢级管线钢和管线管在随后的防腐过程中由于温度的作用会产生强度和硬度升高，塑性和韧性下降的现象，即产生应变时效现象。管线管在长期的使用过程中也会产生应变时效现象。

3、近年来，随着控轧控冷技术的发展，管线钢的屈强比已从过去的0.80～0.85上升到0.90～0.95，过高的屈强比限制了管线钢和管线管的变形能力，从而对使用安全性产生影响。虽然目前具有高应变性能的高钢级海洋用管线钢在国际上已经开发出来，并得到工程应用，但不能很好地兼顾高强度、高塑性、高韧性三者的匹配性。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明公开了一种双峰组织高应变海洋用管线钢、管线管及其制造方法，能够得到兼备高强度、高塑性、高韧性及良好的焊接性的。

2、本发明是通过以下技术方案来实现：

3、本发明公开的一种双峰组织高应变海洋用管线钢，，具有双峰多边形铁素体+粒状贝氏体双相结构辅以m/a组织形成的复相组织，以质量百分比计，其组成如下：c：0.04％～0.06％、mn：1.50％～1.90％、si：0.15％～0.25％、p≤0.005％、s≤0.003％、al：0.005％～0.03％、n≤0.005％、第一强化成分和第二强化成分，余量为fe；第一强化成分为nb：0.004％～0.008％、v：0.01～0.03％和ti：0.001％～0.025％中的一种或几种，且0.05％≤nb+v+ti≤0.10％；第二强化成分为cr：0.10％～0.30％、mo：0.08％～0.30％、ni：0.10％～0.30％、cu：0.10％～0.30％和b：0.0001％～0.0005％中的一种或几种；碳当量≤0.17。

4、本发明公开的一种双峰组织高应变海洋用管线钢的制造方法，包括以下步骤：

5、s1：将含有上述成分的原材料经氧吹转炉熔炼、ca处理、炉外精炼和真空脱气，连铸成厚板坯；

6、s2：将厚板坯加热至1180～1200℃，保温；经粗轧、精轧后进行弛豫处理；

7、s3：在450～550℃下进行低温回火，冷却后得到管线钢。

8、优选地，s2中，保温的时间为8～15min。

9、优选地，s2中，粗轧的温度为1050～1120℃，采用多道次轧制。

10、优选地，s2中，精轧开始温度为810℃～850℃，精轧终止温度为700℃～750℃，采用多道次轧制。

11、优选地，s2中，弛豫开始温度为700～750℃，弛豫时间为80～150s，然后以20～35℃/s的冷却速度水冷至150～250℃。

12、优选地，s3中，低温回火的时间为15～30min。

13、优选地，s3中，冷却的方式为空冷。

14、采用上述的双峰组织高应变海洋用管线钢制备管线管的方法，包括：将钢板经j-c-o或u-o-e成型，进行直缝埋弧焊接，焊材采用含ti-b的细晶粒针状铁素体低氧含量材料，经0.6％～1.2％扩径，得到管线管。

15、上述采用双峰组织高应变海洋用管线钢制备管线管的方法制得的管线管，管体横向屈服强度529～598mpa，抗拉强度666～694mpa，总延伸率26～38％，-20℃的夏比冲击韧性达到219～295j，-10℃的dwtt剪切面积85～93％，硬度202～236hv10，管体纵向屈服强度536～553mpa，抗拉强度663～680mpa，总延伸率29～43％，均匀延伸率7.2～11.3％，加工硬化率n值0.101～0.126。

16、与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

17、本发明公开的双峰组织高应变海洋用管线钢，采用低碳或超低碳成分，加mn，以增加奥氏体的稳定性，加入第一强化成分nb、v、ti进行微合金化，同时加入少量第二强化成分mo、ni、cu、cr、b，促进ma岛组织的形成，严格控制钢中p、s等有害元素，同时通过严格控制n元素的含量，改善了钢中c、n元素与钢中位错的交互作用所引起的应变时效现象。

18、本发明公开的双峰组织高应变海洋用管线钢的制造方法，采用al、si全脱氧的镇静钢，ca处理控制夹杂物形状，严格控制钢中p、s等有害元素及氧、氢、氮等有害气体；通过奥氏体+铁素体双相区的控制轧制以及临界区的中温弛豫处理、弛豫温度低于贝氏体转变开始温度时加速冷却，以此来获得具有细晶/超细晶多边形铁素体+粒状贝氏体双相组织，且形成典型的双峰结构，有力提高管线管的塑性。最后利用低温回火处理，获得少量的弥散分布的ma组织，进一步提高管线管强度，从而得到高强、高塑、高韧的综合力学性能。

19、本发明制得的双峰组织高应变海洋用管线管，具备优异的性能，特别是具有良好的塑性变形容量和良好的可焊性，能够满足深海地域对这种管线钢和管线管的使用要求。

技术特征：

1.一种双峰组织高应变海洋用管线钢，其特征在于，具有双峰多边形铁素体+粒状贝氏体双相结构辅以m/a组织形成的复相组织，以质量百分比计，其组成如下：c：0.04％～0.06％、mn：1.50％～1.90％、si：0.15％～0.25％、p≤0.005％、s≤0.003％、al：0.005％～0.03％、n≤0.005％、第一强化成分和第二强化成分，余量为fe；第一强化成分为nb：0.004％～0.008％、v：0.01～0.03％和ti：0.001％～0.025％中的一种或几种，且0.05％≤nb+v+ti≤0.10％；第二强化成分为cr：0.10％～0.30％、mo：0.08％～0.30％、ni：0.10％～0.30％、cu：0.10％～0.30％和b：0.0001％～0.0005％中的一种或几种；碳当量≤0.17。

2.一种双峰组织高应变海洋用管线钢的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.如权利要求2所述的双峰组织高应变海洋用管线钢的制造方法，其特征在于，s2中，保温的时间为8～15min。

4.如权利要求2所述的双峰组织高应变海洋用管线钢的制造方法，其特征在于，s2中，粗轧的温度为1050～1120℃，采用多道次轧制。

5.如权利要求2所述的双峰组织高应变海洋用管线钢的制造方法，其特征在于，s2中，精轧开始温度为810℃～850℃，精轧终止温度为700℃～750℃，采用多道次轧制。

6.如权利要求2所述的双峰组织高应变海洋用管线钢的制造方法，其特征在于，s2中，弛豫开始温度为700～750℃，弛豫时间为80～150s，然后以20～35℃/s的冷却速度水冷至150～250℃。

7.如权利要求2所述的双峰组织高应变海洋用管线钢的制造方法，其特征在于，s3中，低温回火的时间为15～30min。

8.如权利要求2所述的双峰组织高应变海洋用管线钢的制造方法，其特征在于，s3中，冷却的方式为空冷。

9.采用如权利要求1所述的双峰组织高应变海洋用管线钢制备管线管的方法，其特征在于，包括：将含有权利要求1所述成分的钢板经j-c-o或u-o-e成型，进行直缝埋弧焊接，焊材采用含ti-b的细晶粒针状铁素体低氧含量材料，经0.6％～1.2％扩径，得到管线管。

10.如权利要求9所述的采用双峰组织高应变海洋用管线钢制备管线管的方法制得的管线管，其特征在于，管体横向屈服强度529～598mpa，抗拉强度666～694mpa，总延伸率26～38％，-20℃的夏比冲击韧性达到219～295j，-10℃的dwtt剪切面积85～93％，硬度202～236hv10，管体纵向屈服强度536～553mpa，抗拉强度663～680mpa，总延伸率29～43％，均匀延伸率7.2～11.3％，加工硬化率n值0.101～0.126。

技术总结
本发明公开了一种双峰组织高应变海洋用管线钢、管线管及其制造方法，属于钢材技术领域。通过Ca处理控制夹杂物形状，严格控制钢中P、S等有害元素及氧、氢、氮等有害气体；通过奥氏体+铁素体双相区的控制轧制以及临界区的中温弛豫处理、弛豫温度低于贝氏体转变开始温度时加速冷却，获得具有细晶/超细晶多边形铁素体+粒状贝氏体双相组织，且形成典型的双峰结构，有力提高塑性。最后利用低温回火处理，获得少量的弥散分布的MA组织，进一步提高管线管强度，从而得到高强、高塑、高韧的综合力学性能。制得的管线管具备优异的性能，特别是具有良好的塑性变形容量和良好的可焊性，能够满足深海地域对这种管线钢和管线管的使用要求。

技术研发人员：王磊,陈宏远,池强,吉玲康
受保护的技术使用者：中国石油天然气集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12