一种低温韧性优异的超厚规格管线钢板及制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于低合金高强度管线钢制造技术领域，涉及到一种低温韧性优异的厚规 格管线钢板及其制造方法。
【背景技术】
[0002] 随着中国经济快速发展，国家对石油天然气能源需求量越来越大。所以，为提高输 送效率，管道输送压力和管径不断增加，同时，为提高管道输送安全性，设计者提高了能源 输送管道的壁厚。目前，市场对多35mm厚规格管线钢需求呈明显上升趋势，特别是随着中 石化新粵浙江管线项目和中俄东线管线项目的陆续开工，为提高输气效率和石油输送的安 全性能，厚规格高韧性指标等综合性能要求的系列管线钢更是成为国内外专家关注和研究 的热点。
[0003] 管线钢原材料的夏比冲击性能和动态撕裂韧性（DWTT)随壁厚的增加，其夏比冲 击性能指标和抗动态止裂韧性能力呈下降趋势，并且，钢板厚度效应对低温夏比冲击功和 DWTT性能合格率影响明显，同时，如何降低超厚规格管线钢中的夹杂物和提升管线钢超低 P、S钢炼钢水平，提高铸坯心部与边部铸态组织统一性，带动其它高附加值高要求钢的发 展，也是国内外钢铁企业和研究机构比较头疼的问题。另外，厚规格管线钢落锤性能对全厚 度组织均匀性要求非常高，需要对冶炼工艺、乳制规程和冷却模型一系列关键技术要求严 格。本发明针对生产超厚规格管线钢项目中的诸多难题，结合现场的生产实践和工艺装备， 综合利用合适的超洁净钢冶炼技术，连铸动态轻压下技术，控乳控冷控制冷却工艺（TMCP 工艺），钢板返红和循环高压水冷却技术和阶梯压下矫直技术和自回火技术，突破了超厚规 格（35mm)管线钢止裂韧性性能差等限制国内外管线产品质量等级进一步提高的瓶颈，对 企业调整高附加值产品结构和提升产品竞争力有着重要意义。
[0004] 鉴于厚规格管线钢研究在行业中的重要意义，国内外也有很多专利也从冶炼，控 制乳制和控制冷却工艺等不同方面对厚规格管线钢进行了深入研究，其中包括：
[0005] 1)授权公告号CN 102409224 B的专利涉及的是低温韧性优异的厚规格海底管线 用热乳钢板及其生产方法，其特征在于：乳制过程中连铸坯的加热温度1150~1220°C，加 热时间1. 0-1. 5min/mm，均热段保温时间不小于60min ;粗乳阶段采用横纵向乳制，道次压 下量不小于15 %，横向乳制变形量不小于30 %，粗乳末道次变形量不小于20 %，粗乳温度 1000~1KKTC，该粗乳工艺在保证奥氏体再结晶细化的同时，降低纵横向组织的差异，保 证良好的纵横向性能，精乳温度770~860°C，精乳阶段累计变形量60%~75% ;乳后冷却 速度5~35 °C /s，终冷温度450~600 °C，之后空冷。
[0006] 2)公告号CN 102416406 B的专利涉及一种提高大壁厚管线钢边部和心部组织均 匀性的方法，工艺为：连铸工序采用厚板坯连铸，连铸坯厚度300~400_，连铸坯拉速为 0. 60~0. 80m/min，中间包过热度为10~25 °C。连铸坯厚度/成品钢板厚度为10. 0~ 13. 5,成品钢板宽度/连铸坯宽度为1. 0~1. 55。热乳工序采用两阶段乳制，粗乳展宽阶段 总压下率为0~36 %，粗乳展宽后纵乳总压下率为50~75 %，粗乳纵乳阶段压下率逐道次 增加，粗乳最后一道次压下率为20~30%;精乳阶段总压下率为65~75%，精乳阶段压下 率逐道次减少，精乳最后一道次压下率为10~15%。提高了 30~40mm壁厚管线钢边部和 心部组织均匀性。
[0007] 3)公布号CN 102941226 A的专利涉及的是一种保性能特厚板控乳控冷工艺，以 解决厚规格钢板以往只能通过热处理工艺或提高合金元素含量来满足产品性能的问题。包 括以下步骤：板坯加热、一阶段乳制、待温过程、二阶段乳制、控制冷却。本发明、通过合理调 整加热工艺，适度降低板坯炉内加热温度，为后续乳制及表面质量控制提供有利条件，降低 二阶段开乳温度及终乳温度，提高待温厚度，增大终乳道次压下量及乳制力，最大程度的获 得较高的内部组织晶粒度，同时采用汽雾式大水量快速冷却工艺，提高钢板内部组织均匀 性，有效提尚钢板综合性能指标。
[0008] 4)公布号CN 103834874 A的专利涉及厚壁高DWTT性能的X65-70海底管 线钢及制造方法，其成分重量百分比为：C0. 03~0.050 %，Si彡0.25%，Mnl. 47~ 1. 70 %，P 彡 0? 010 %，S 彡 0? 001 %，Ti0.00 6 ~0? 010 %，CrO. 10 ~0? 20 %，CuO. 12 ~ 0. 20 %，NiO. 36 ~0. 45 %，A10. 025 ~0. 045 %，Ca0.00 08 ~0. 0025 %，N 彡 0. 0035 %， 0< 0? 0025%，Nb0. 040 ~0? 0? 050%，其余为 Fe 和不可避免杂质；且 Ceq = 0? 34 ~0? 040， Pcm = 0. 13~0. 17。采用热乳TMCP方式生产，合金成分简单，生产周期短、生产方法简单， 钢材成本较低。本发明钢板具有厚规格、高强度、优良的低温冲击韧性和可焊性及良好的 DWTT性能，可用于海底天然气输送用直缝焊管的辅设。
[0009] 5)公布号CN 104762461 A涉及一种稳定控制大壁厚管线钢低温韧性的控乳方 法，属于低碳微合金钢生产技术领域。乳制分粗乳和精乳两阶段，在完成粗乳倒数第2道次 乳制后，待钢坯温度降至975~990°C时进行粗乳末道次乳制，并采用快速连续的两道次乳 制方式代替末道次乳制，且两道次变形率均控制在16~21%，两道次间隔时间控制在4~ 8s，以确保两道次叠加变形率达到32~42%;同时，需确保两阶段乳制过程道次压下率呈 近似正态分布。优点在于，采用本发明的方法能有效地稳定控制大壁厚管线钢具有优良的 低温韧性，夏比冲击韧性：_20°C时钢板厚度方向心部10X10X55mmV型缺口试样夏比冲击 功彡354J ;落锤韧性：-15°C时全壁厚试样落锤剪切面积多85%。
[0010] 以上专利文献中均涉及低温韧性优异的厚规格管线钢板。1)仅仅涉及的是低温韧 性优异的厚规格海底管线用热乳钢板的连铸、乳制和冷却工艺，要求粗乳末道次变形量不 小于20 %，没有从特厚钢板的均匀性特征上采取有效手段控，很难保证钢板的低温韧性及 性能的均匀性；2)、3)、5)均涉及增大粗乳道次变形量的手段提高厚规格钢板的低温韧性， 没有涉及到钢板释放应力，很容易形成组织织构，造成钢板性能的各项异性；4)涉及厚壁 高DWTT性能要求X65-X70的海底管线钢板，均没有涉及钢板均匀性控制手段，很难得到各 项性能均匀、低温韧性优异且综合性能良好的超厚规格管线钢板。而本发明工艺数据均现 场获得，针对低温韧性优异的超厚规格管线钢进行最佳的产品成分和工艺设计产品成分设 计采用超低碳超洁净钢冶炼工艺生产，其中P采用双转炉法保障含量最大值〇. 006%，通过 转炉预脱磷和LF+RH双联法精炼深脱硫技术保障S含量最大值0. 002 %，稀有气体元素总和 N+0+H+S+P 彡 lOOpprn，钢水中稀有金属含量为 Sn 彡 0? 015%，Pb 彡 0? 005%，Sb 彡 0? 010%， Bi< 0. 005%.其余部分包含Fe。钢中非金属夹杂物A、B、C、D类夹杂物细系、粗细均不大 于1. 5级，总和不大于4. 0级，利用双碟式和三环式交叉电磁搅拌技术等多手段兼顾保障钢 质的纯净化，最大限度的为超厚规格管线钢的生产提供"精料";采用"超大压下率乳制+钢 板充分返红+循环高压水冷却"模式进行控制，循环4次，在细化奥氏体晶粒尺寸的同时有 效消除钢板内部织构，通过快速预矫直技术、阶梯式矫直技术和自回火技术保证厚规格钢 板的板形，保证本发明钢板具有优良的强度和低温韧性和低温止裂韧性的同时，具有高强 度、高性能均匀性、良好焊接性等优良的综合性能产品。为了达到更优的产品效果，对产品 成分和各工艺步骤中的条件进行创新、优化、选择，达到预期效果。本发明的整体产品是包 括有机整体的各个组成部分，其中的每个成分组成、制备方法步骤都是有机整体中的一个 部分。兼顾钢板性能和生产节奏，更适宜大规模工业化生产。
[0011] 以上专利2最接近现有技术，本专利主要是在专利2的基础上存在的缺陷做出的， 上述专利仅仅考虑通过增大粗乳和精乳道次的压下率和压下量，而没有考虑到大的压下量 和压下率很容易造成钢板织构，反而更容易造成钢板性能不均匀，本发明正是考虑到粗乳 可能形成的钢板各向异性，冶炼上创新应用双转炉法脱磷、双联法脱硫、交叉电磁搅拌技术 保证钢水的均匀性，并严格控制各关键元素的含量，得到"精料"。乳制工艺上在对"精料" 增大乳制压下率的基础上进行"超大压下率乳制+钢板充分返红+循环高压水冷却"模式 进行控制，消除织构，并配合预矫直技术、多路径冷却技术、阶梯式矫技术和自回火技术等 一系列创新技术，得到性能优越且均匀的产品。
[0012] 技术实施后典型钢板的韧性指标如下表1 :
[0013] 表1系列温度夏比冲击功
[0014]
【发明内容】
[0016] 本发明涉及到一种低温韧性优异的超厚规格管线钢板及制造方法，在提高现场生 产效率和降低合金成本的前提下，生产出具有优异的低温韧性、小的组织织构和高的性能 均匀性等综合性能良好的的针状铁素体型超厚规格管线钢。
[0017] 优选的，本发明的超厚规格管线钢板采用了如下成分设计：按重量百分比计算组 分，C :0? 050. 07%，Si :0? 20 ~0? 25%，M n :1. 70 ~1. 75%，P 彡 0? 005%，S 彡 0? 002%， Nb :0? 038 ~0? 040%，Ti :0? 018 ~0? 020%，M〇:0. 15-0. 25%，Cu 彡 0? 20%:Cr 彡 0? 1