一种高强度海洋隔水管用钢及生产方法技术

一种高强度海洋隔水管用钢，其化学成分及wt%为：C：0.050～0.075％、Si：0.10~0.30％、Mn：0.50～1.00％、P：≤0.015％、S≤0.0040％、Cu：0.45～0.90％、Cr：0.30～0.50％、Ni：0.25～0.50％、Mo：0.10~0.40％、Nb：0.010～0.030％、Ti：0.010～0.025％、Al：0.010～0.050％、N：≤0.008％；生产步骤：连铸成坯后加热；粗轧；精轧；冷却；矫直；热处理。本发明专利技术能够沿板厚方向获得理想的细晶粒回火索氏体组织，实现高强度海洋隔水管用钢所要求的优异的强、塑、韧和疲劳性能的良好匹配，且钢板的Rt0.5≥555MPa， Rm≥625MPa，-30℃ KV2≥200J，-15℃ DWTT SA≥85％，-10℃ CTOD≥0.50mm。

【技术实现步骤摘要】
一种高强度海洋隔水管用钢及生产方法
本专利技术涉及一种管线用钢及生产方法，具体地属于一种隔水管用钢及生产方法，确切地为一种适用于海深500米以下深海用高性能隔水管用钢及生产方法。
技术介绍
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。隔水管是整个海洋钻井装备中重要而又薄弱的环节，是海洋油气勘探开发的瓶颈所在，主要起隔离海水和支撑各种控制管线的作用。其在使用过程中需要承受高的外部海水压力、海底洋流、涡激等给隔水管造成的频繁冲击，因此需要所采用的隔水管用钢原材料具有高的抗压溃能力、高强度、优异疲劳性能。随着钢板强度的增加，保证其具有优异的断裂韧性和良好的疲劳性能成为严峻的挑战。经检索：中国专利申请号为CN201110179840.5的文献，公开了“一种低成本高性能海洋隔水管用热轧钢板及其生产方法”，其采用低C、高Mn，少量添加Nb、Cr、Cu、Ni、Mo等合金元素的成分设计，结合TMCP工艺生产低成本隔水管用钢的制造方法。该文献由于Cu、Cr、Ni、Mo等合金含量低，且采用控轧控冷工艺生产，使钢板厚度方向的组织性能均匀性、断裂韧性和疲劳性能稳定性差，难以满足市场要求。中国专利申请号为CN201310478765.1的文献，公开了“一种抗疲劳性能优良的高强度隔水管主管及其制造方法。其采用低C、高Mn，少量添加Nb、V、Cu、Ni、Cr、Mo等合金元素的成分设计，显微组织为针状铁素体+贝氏体复合组织。该文献采用常规陆地管线用X80管线钢的成分设计和制造方法，与上述专利申请相同，钢板厚度方向的组织性能均匀性、断裂韧性和疲劳性能难以保证，无法满足高强度隔水管用钢的稳定使用要求。中国专利申请号为CN201410666155.9的文献，公开了“一种高性能隔水管板材及生产方法”，其采用低C、低Mn，高Cu、高Ni、高Cr，适量添加Mo、Nb等合金元素的成分设计，结合控制轧制+亚温淬火+高温回火的生产方法，该文献由于为高Cu、高Ni、高Cr的成分设计，淬透性过强，生产成本高，且采用亚温淬火生产方式，易产生难以消除的混合组织，导致强度过高而断裂韧性、抗疲劳性能不足，不能满足高强度浅海隔水管用钢。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服上述现有隔水管用钢技术存在的淬透性不足、断裂韧性、组织性能均匀性和抗疲劳性能难以达到要求、难以满足大批量稳定生产等不足，提供一种Rt0.5≥555MPa，Rm≥625MPa、-30℃KV2≥200J，-15℃DWTTSA≥85％，-10℃CTOD≥0.50mm的浅海用隔水管线钢及生产方法。实现上述目的的措施：一种高强度海洋隔水管用钢，其化学成分及重量百分比为：C：0.050～0.075％、Si：0.10~0.30％、Mn：0.50～1.00％、P：≤0.015％、S≤0.0040％、Cu：0.45～0.90％、Cr：0.30～0.50％、Ni：0.25～0.50％、Mo：0.10~0.40％、Nb：0.010～0.030％、Ti：0.010～0.025％、Al：0.010～0.050％、N：≤0.008％，其余为Fe和不可避免的杂质；力学性能：Rt0.5≥555MPa，Rm≥625MPa、-30℃KV2≥200J，-15℃DWTTSA≥85％，-10℃CTOD≥0.50mm。一种高强度海洋隔水管用钢的生产方法，其步骤：1）常规冶炼并连铸成坯后，对铸坯加热，加热温度为1150～1250℃；2）进行粗轧，控制粗轧温度在1020～1200℃，单道次压下率不低于8%，累积压下率不低于60%；3）进行精轧，控制精轧温度在800～950℃，精轧累积压下率不低于70%；4）进行冷却，控制冷却速率在10～30℃/s，终冷温度450~600℃；5）进行矫直，先进行驰豫40～60s后再矫直，矫直入口压下量≤3mm；6）进行热处理，控制淬火温度在850-900℃，淬火时间为1.2~2.0倍的钢板的厚度，其厚度单位为mm；控制回火温度在450~600℃，回火时间为1.0~1.5倍的钢板的厚度，其厚度单位为mm。本专利技术中各元素的作用机理如下：碳（C）含量为0.050～0.075％，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，对高性能海洋隔水管用钢，为保证优异的断裂韧性和疲劳性能，防止碳的中心偏析，将碳含量严格控制在0.075％以下。硅（Si）含量为0.10～0.30％，硅在钢中主要起固溶强化作用，但对高强度隔水管用钢，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。锰（Mn）含量为0.50～1.00％，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，但是对高强度隔水管用钢，过量的锰易形成中心偏聚，导致钢的成分、组织和性能不均。铌（Nb）含量为0.010～0.030％，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，便于实现高温控轧，降低轧机负荷，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。但是在高强度贝氏体钢中，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，将铌的含量限定为0.010～0.030％。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。钼（Mo）含量为0.10～0.40％，钼显著推迟γ→α转变，抑制铁素体和珠光体形核，促进具有高密度位错亚结构的贝氏体/针状铁素体的形成，使得钢在轧后一个较宽的冷速范围内得到贝氏体/针状铁素体组织，此外，钼还有利于提高钢的高温性能稳定性，但钼属于贵重金属，加入量增加会显著提高钢的制造成本，同时过高的钼还会导致钢的低温韧性恶化。镍（Ni）含量为0.25～0.50％，镍能够有效提高钢的淬透性，具有一定的固溶强化作用，还能显著改善钢的低温韧性。此外，镍还能有效阻止Cu的热脆性引起的网裂，并显著提高钢的耐腐蚀性能，因此对高强度隔水管钢，将镍控制在较高水平。但镍与钼类似，属于贵重金属，易导致钢的制造成本大幅提高，此外，过高的镍含量易造成钢板氧化铁皮难以去除，导致钢板表面质量问题。铜（Cu）的含量为0.45～0.90％，添加较高含量的铜元素，提高钢的强度、淬透性和高温稳定性，并能改善钢的耐候、耐腐蚀性能。但铜为低熔点金属，易引起热脆，添加过量对钢的低温韧性不利。铬（Cr）的含量为0.30～0.50％，铬是显著提高钢的淬透性元素，并具有一定的固溶强化作用，此外，加入一定的铬还能改善钢的耐候、耐腐蚀性能。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。铝（Al）的含量为0.010～0.050本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高强度海洋隔水管用钢，其化学成分及重量百分比为：C：0.050～0.075％、Si：0.10~0.30％、Mn：0.50～1.00％、P：≤0.015％、S≤0.0040％、Cu：0.45～0.90％、Cr：0.30～0.50％、Ni：0.25～0.50％、Mo：0.10~0.40％、Nb：0.010～0.030％、Ti：0.010～0.025％、Al：0.010～0.050％、N：≤0.008％，其余为Fe和不可避免的杂质；力学性能：Rt0.5≥555MPa，Rm≥625MPa、‑30℃ KV2≥200J，‑15℃ DWTT SA≥85％，‑10℃ CTOD≥0.50mm。

【技术特征摘要】
1.一种高强度海洋隔水管用钢，其化学成分及重量百分比为：C：0.050～0.057％、Si：0.10~0.19％、Mn：0.50～1.00％、P：≤0.015％、S≤0.0040％、Cu：0.63～0.90％、Cr：0.30～0.50％、Ni：0.25～0.50％、Mo：0.10~0.36％、Nb：0.010～0.025％、Ti：0.016～0.025％、Al：0.010～0.017%或Al：0.043～0.050％、N：≤0.008％，其余为Fe和不可避免的杂质；力学性能：Rt0.5≥555MPa，Rm≥625MPa、-30℃KV2≥200J，-15℃DWTTSA≥85％，-10℃CTOD≥0.50mm；生产方法：1）常规冶炼并连铸成坯后，对铸坯加热，加热温度为1150～1188℃；2）进行粗轧，控制粗轧温度在1020～1200℃，单道次压下率不低于8%，累积压下率不低于60%；3）进行精轧，控制精轧温度在800～950℃，精轧累积压下率不低于70%；4）进行冷却，控制冷却速率在15.3～30℃/s，终冷温度450~596℃；5）进行矫直，先进行驰豫40～...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐进桥，郭斌，徐锋，毛新平，邹航，李利巍，崔雷，孔君华，
申请(专利权)人：武汉钢铁集团公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42