一種高強度海洋隔水管用鋼及生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種管線用鋼及生產(chǎn)方法，具體地屬于一種隔水管用鋼及生產(chǎn)方法， 確切地為一種適用于海深500米以下深海用高性能隔水管用鋼及生產(chǎn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著陸地油氣資源的逐步枯竭，新的資源開采向海洋、極地等地質(zhì)條件惡劣的地 區(qū)延伸。目前，已探明世界海洋石油資源占世界石油資源總量的34%，而海洋天然氣的年產(chǎn) 量也達到全球天然氣年總產(chǎn)量的32%，全球已有100多個國家在進行海上石油勘探，其中 一半以上對深海、超深海海域進行了石油勘探，因此，海洋油氣開采用鋼，尤其是深海、超深 海海域用海底管用鋼的開發(fā)和應用的重要性日益凸顯。
[0003] 隔水管是整個海洋鉆井裝備中重要而又薄弱的環(huán)節(jié)，是海洋油氣勘探開發(fā)的瓶頸 所在，主要起隔離海水和支撐各種控制管線的作用。其在使用過程中需要承受高的外部海 水壓力、海底洋流、渦激等給隔水管造成的頻繁沖擊，因此需要所采用的隔水管用鋼原材料 具有高的抗壓潰能力、高強度、優(yōu)異疲勞性能。隨著鋼板強度的增加，保證其具有優(yōu)異的斷 裂韌性和良好的疲勞性能成為嚴峻的挑戰(zhàn)。
[0004] 經(jīng)檢索：中國專利申請?zhí)枮镃N201110179840. 5的文獻，公開了"一種低成本高性 能海洋隔水管用熱乳鋼板及其生產(chǎn)方法"，其采用低C、高Mn，少量添加Nb、Cr、Cu、Ni、Mo等 合金元素的成分設計，結(jié)合TMCP工藝生產(chǎn)低成本隔水管用鋼的制造方法。該文獻由于Cu、 Cr、Ni、Mo等合金含量低，且采用控乳控冷工藝生產(chǎn)，使鋼板厚度方向的組織性能均勻性、斷 裂韌性和疲勞性能穩(wěn)定性差，難以滿足市場要求。
[0005] 中國專利申請?zhí)枮镃N201310478765. 1的文獻，公開了 "一種抗疲勞性能優(yōu)良的高 強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 素的成分設計，顯微組織為針狀鐵素體+貝氏體復合組織。該文獻采用常規(guī)陸地管線用X80 管線鋼的成分設計和制造方法，與上述專利申請相同，鋼板厚度方向的組織性能均勻性、斷 裂韌性和疲勞性能難以保證，無法滿足高強度隔水管用鋼的穩(wěn)定使用要求。
[0006] 中國專利申請?zhí)枮镃N201410666155. 9的文獻，公開了 "一種高性能隔水管板材及 生產(chǎn)方法"，其采用低C、低Mn，高Cu、高Ni、高Cr，適量添加Mo、Nb等合金元素的成分設計， 結(jié)合控制乳制+亞溫淬火+高溫回火的生產(chǎn)方法，該文獻由于為高Cu、高Ni、高Cr的成分 設計，淬透性過強，生產(chǎn)成本高，且采用亞溫淬火生產(chǎn)方式，易產(chǎn)生難以消除的混合組織，導 致強度過高而斷裂韌性、抗疲勞性能不足，不能滿足高強度淺海隔水管用鋼。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是為了克服上述現(xiàn)有隔水管用鋼技術(shù)存在的淬透性不足、斷裂韌 性、組織性能均勻性和抗疲勞性能難以達到要求、難以滿足大批量穩(wěn)定生產(chǎn)等不足，提 供一種 Rt0.5彡 555MPa，Rn> 625MPa、-3(TC KV2> 200J，-15°c DWTT SA 彡 85%，-KTC CTOD彡0. 50mm的淺海用隔水管線鋼及生產(chǎn)方法。
[0008] 實現(xiàn)上述目的的措施： 一種高強度海洋隔水管用鋼，其化學成分及重量百分比為：C :0. 050~0. 075%、Si : 0? 10~0. 30 %、Mn :0? 50 ~1. 00 %、P :彡 0? 015 %、S 彡 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%、A1 :0? 010~0? 050%、N :彡0? 008%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)；力 學性能：Rt0.5彡 555MPa，Rn> 625MPa、-3(TC KV2> 200J，-15°C DWTT SA 彡 85%，-KTC CTOD 多 0. 50mm。
[0009] -種高強度海洋隔水管用鋼的生產(chǎn)方法，其步驟： 1) 常規(guī)冶煉并連鑄成坯后，對鑄坯加熱，加熱溫度為1150~1250°C ; 2) 進行粗乳，控制粗乳溫度在1020~1200°C，單道次壓下率不低于8%，累積壓下率不 低于60%; 3) 進行精乳，控制精乳溫度在800~950°C，精乳累積壓下率不低于70% ; 4) 進行冷卻，控制冷卻速率在10~30°C /s，終冷溫度450~600°C ; 5) 進行矯直，先進行馳豫40~60s后再矯直，矯直入口壓下量彡3mm ; 6) 進行熱處理，控制淬火溫度在850-900°C，淬火時間為1. 2~2. 0倍的鋼板的厚度，其 厚度單位為mm;控制回火溫度在450~600°C，回火時間為1. 0~1. 5倍的鋼板的厚度，其厚度 單位為mm。
[0010] 本發(fā)明中各元素的作用機理如下： 碳（C)含量為0. 050~0. 075%，碳是最經(jīng)濟的強化元素，加入一定量的碳，可以顯著提 高鋼的強度，對高性能海洋隔水管用鋼，為保證優(yōu)異的斷裂韌性和疲勞性能，防止碳的中心 偏析，將碳含量嚴格控制在〇. 075%以下。
[0011] 硅（Si)含量為0. 10~0.30%，硅在鋼中主要起固溶強化作用，但對高強度隔水管 用鋼，為保證焊接熱影響區(qū)的低溫韌性，應嚴格控制鋼中的硅含量，降低鋼中硅酸鹽夾雜含 量，避免M-A組元的過量形成。
[0012] 錳（Mn)含量為0.50~1.00%，加入一定量的經(jīng)濟合金化元素錳，可以顯著提高鋼 的強度，此外，錳還可以在一定程度上細化晶粒，改善鋼的沖擊韌性，但是對高強度隔水管 用鋼，過量的錳易形成中心偏聚，導致鋼的成分、組織和性能不均。
[0013] 鈮（Nb)含量為0. 010~0. 030%，鈮可以顯著提高鋼的奧氏體再結(jié)晶溫度，擴大未 再結(jié)晶區(qū)范圍，便于實現(xiàn)高溫控乳，降低乳機負荷，同時鈮還可以抑制奧氏體晶粒長大，具 有顯著的細晶強化和析出強化作用。但是在高強度貝氏體鋼中，添加過量的鈮會促進M-A 島的生成，降低焊接熱影響區(qū)的韌性，因此，將鈮的含量限定為0. 010~0. 030%。
[0014] 鈦（Ti)含量為0. 010~0. 025%，鈦與鈮在鋼中的作用類似，有較強的細晶強化和 析出強化作用，微量的鈦還可以在高溫下與碳、氧結(jié)合，形成高溫難熔的析出物，有利于抑 制焊接熱影響區(qū)的奧氏體晶粒長大，顯著改善焊接熱影響區(qū)的韌性。
[0015]鉬（Mo)含量為0. 10~0. 40%，鉬顯著推遲y - a轉(zhuǎn)變，抑制鐵素體和珠光體形 核，促進具有高密度位錯亞結(jié)構(gòu)的貝氏體/針狀鐵素體的形成，使得鋼在乳后一個較寬的 冷速范圍內(nèi)得到貝氏體/針狀鐵素體組織，此外，鉬還有利于提高鋼的高溫性能穩(wěn)定性，但 鉬屬于貴重金屬，加入量增加會顯著提高鋼的制造成本，同時過高的鉬還會導致鋼的低溫 韌性惡化。
[0016] 鎳（Ni)含量為0. 25~0. 50%，鎳能夠有效提高鋼的淬透性，具有一定的固溶強化 作用，還能顯著改善鋼的低溫韌性。此外，鎳還能有效阻止Cu的熱脆性引起的網(wǎng)裂，并顯著 提高鋼的耐腐蝕性能，因此對高強度隔水管鋼，將鎳控制在較高水平。但鎳與鉬類似，屬于 貴重金屬，易導致鋼的制造成本大幅提高，此外，過高的鎳含量易造成鋼板氧化鐵皮難以去 除，導致鋼板表面質(zhì)量問題。
[0017] 銅（Cu)的含量為0. 45~0. 90%，添加較高含量的銅元素，提高鋼的強度、淬透性 和高溫穩(wěn)定性，并能改善鋼的耐候、耐腐蝕性能。但銅為低熔點金屬，易引起熱脆，添加過量 對