一種浮式lng管線用x80q熱軋厚板及其生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于低碳低合金鋼領(lǐng)域，尤其涉及一種海洋天然氣開采、輸運浮式LNG項 目管線用厚度彡25. 4_的X80Q熱乳厚板及其生產(chǎn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著世界對石油和天然氣需求量日益增加及陸上油氣資源的逐漸枯竭，新興油氣 資源的開采目標逐漸向海洋轉(zhuǎn)移，近年來，各國對海底資源的勘探和開采愈加重視，相應(yīng)的 海底油氣開采、輸運項目和設(shè)施的建設(shè)大幅增加，對相應(yīng)管線用鋼板、鋼管的需求日益增 大。
[0003] LNG (Liquefied Natural Gas)指液化天然氣，浮式LNG項目是海洋天然氣工程 中一種新型的海上氣田開發(fā)項目，集海上天然氣的凈化、液化、儲存、再氣化、裝卸和外輸為 一體，具有建設(shè)周期短、便于迀移和可重復(fù)使用及對環(huán)境影響小等優(yōu)點，是未來海上油氣項 目建設(shè)的一個重要領(lǐng)域。浮式LNG項目所用管線鋼一般為調(diào)質(zhì)態(tài)產(chǎn)品，厚度相對較大，除 了要求鋼板保證相應(yīng)的強度外還需具有良好的低溫韌性、耐腐蝕性、焊接性等，兼具組織性 能穩(wěn)定、內(nèi)應(yīng)力低等特點。浮式LNG項目管線用厚度多25. 4mm的X80Q鋼板要求屈服強度 560-665MPa，抗拉強度625-825MPa，屈強比彡0. 92, -30°C下平均沖擊功彡180J，-20°C下 DWTT平均韌性剪切面積彡85%。
[0004] 一般來說，管線鋼的厚度越大其晶粒細化和微觀組織均勻性控制越困難，造成 DWTT性能顯著惡化，因此，大壁厚（厚度超過30mm)管線鋼的DWTT性能控制一直是管線鋼 生產(chǎn)應(yīng)用的重大難題，嚴重影響了相應(yīng)油氣管道輸送項目的建設(shè)。同時，浮式LNG項目管線 一般為調(diào)質(zhì)態(tài)產(chǎn)品，而在油氣管道中通常熱煨彎管和管件為調(diào)質(zhì)態(tài)產(chǎn)品，但不保證DWTT性 能；并且，各國浮式LNG項目的建設(shè)正處于起步階段，對浮式LNG管線用鋼的研究不足，大壁 厚高強度浮式LNG管線用X80Q的相應(yīng)技術(shù)更為稀少。
[0005] 《一種低屈強比X80管線鋼及其制造方法》（CN101768703A)，公開了一種X80管 線鋼，其化學(xué)成分重量百分比為(： ：0.02%~0.06%、5丨：0.22%~0.29%、]\111:1.60%~ 1. 90 %、P 彡 0· 012 %、S 彡 0· 002 %、Cu :0· 15 % ~0· 25 %、Ni :0· 20 % ~0· 30 %、Nb : 0· 07%~0· 11%、V :0· 03%~0· 057%、Ti :0· 012%~0· 022%、Cr :0· 08%~0· 26%、Mo : 0· 22%~0· 32%、A1彡0· 045%、N彡0· 0043%、Ca彡0· 0018% ;其不足之處在于，其成分 上Nb、Mo、Ni等合金元素含量較多，制造方法上其乳后冷卻采用超快冷+弛豫+加速冷卻的 方案，且超快冷冷速不低于80°C /s，其所述鋼板厚度不超過16mm，工藝操作復(fù)雜，對厚規(guī)格 鋼板極難實現(xiàn)。
[0006] 《一種調(diào)質(zhì)型管線鋼板及其生產(chǎn)方法》（CN103266287A)，公開的管線鋼的化學(xué) 成分重量百分比為 C :0· 08 % ~0· 12 %、Si :0· 20 % ~0· 40 %、Mn : 1. 10 % ~1. 60 %、 Ρ 彡 0· 008%、S 彡 0· 002%、Ti :0· 010%~（λ 030%、Α1 :0· 020%~0· 055%、Ni :0· 20%~ 0. 50 %、Mo :0. 20 % ~0. 50 %、V :0. 03 % ~0. 06 %、Nb :0. 02 % ~0. 05 %、Cr :0. 20 % ~ 0. 50%，其不足之處在于，所公開的管線鋼同樣貴重合金含量較多，未公開鋼板DWTT性能， 且未涉及熱處理工藝。
[0007] 《一種高強度焊管及其生產(chǎn)方法》（US2009297872A1)，公開了一種X80級高強度 焊管，從其公開內(nèi)容可以看出，其成分為（重量百分比）C :0.02~0. 10%、Si彡0.6%、 Mn : 1. 5 % ~2. 5 %、Ni :0· 10 % ~0· 70 %、Nb :0· 01 % ~0· 10 %、Ti :0· 005 % ~0· 030 %、 AK0.1%、N:0.001%~0.006%、B<0.0025%、Cu<0.60%、(X0.80%、Mo<0.35%、 V彡0. 05 %、Ca彡0. 006 %、Mg彡0. 006 %，其余為Fe或雜質(zhì)元素。產(chǎn)品厚度20mm，其不足 之處在于，合金元素含量較多，采用控乳控冷或控乳控冷+回火方式生產(chǎn)。該發(fā)明同樣存在 廣品厚度小，生廣成本尚等問題。
[0008] 《一種管線用低溫落錘性能優(yōu)異的高強度熱乳鋼帶的生產(chǎn)方法》 (KR20060028967 (A))，公開了了一種熱乳管線鋼，雖然-20°C下具有良好的DWTT性能，但 其鋼板厚度小于15111111，無法滿足浮式1^6厚壁乂800的要求，且成分中含有附 ：0.20%~ 0. 30%、Mo :0. 20%~0. 30%等較多的貴重元素。
[0009] 此外，文獻《超快冷對X80管線鋼屈強比的影響》主要分析冷卻工藝對X80管線鋼 性能、組織影響且其工藝與本發(fā)明差異明顯；文獻《熱處理對X80管線鋼組織性能影響的研 究》、《不同調(diào)質(zhì)熱處理X80鋼厚板的組織與性能》所涉及的鋼板主要用于制作彎管和管件， 側(cè)重介紹熱處理工藝與組織、性能的關(guān)系，且在成分及工藝方面與本發(fā)明有明顯差異。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明的目的在于克服上述問題和不足而提供一種海洋天然氣浮式LNG項目管 線用韌性良好的X80Q熱乳厚板及其生產(chǎn)方法，所生產(chǎn)熱乳厚板的殘余應(yīng)力小，組織帶狀和 成分偏析低，服役條件下微觀組織結(jié)構(gòu)和性能穩(wěn)定，安全性、耐用性更為優(yōu)異，工藝靈活，便 于實施。
[0011] 本發(fā)明目的是這樣實現(xiàn)的：
[0012] -種浮式LNG管線用X80Q熱乳厚板，其特征在于，該鋼板的成分按重量百分比計 如下 ：(：：0.040%~0.075%、51:0.21%~0.35%、]?11 :1.65%~1.85%、？彡0.015%、 S 彡 0· 002 %、Nb :0· 03 % ~0· 05 %、Ti :0· 021 % ~0· 039 %、V :0· 07 % ~0· 10 %、Als : 0. 021 % ~0. 039 %、N :0. 003 % ~0. 006 %、Ti/N :3. 42 ~7. 45、Mo :0 ~0. 14 %、Ni : 0· 10 % ~0· 19 %、Cu :0· 16 % ~0· 24 %、Cr < 0· 30 %、（Mo+Ni+Cu) :0· 30 % ~0· 45 %，余 量為鐵和不可避免的雜質(zhì)；所述浮式LNG管線用X80Q熱乳厚板的CEIIW控制在0.40%~ 0· 44%、CEPai空制在 0· 17%~0· 20%，其中 CEIIW= C+Mn/6+(Ni+Cu)/15+(Cr+Mo+V)/5，CEPcn =C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B。
[0013] 本發(fā)明成分設(shè)計理由：
[0014] C是最為廉價有效的強化元素，可以提高淬透性，起到固溶強化和沉淀強化作用， 因此，碳含量不宜過低；但是，碳含量的增加對材料韌性和焊接性不利，本發(fā)明設(shè)定碳控制 范圍為0.04%~0.075%。
[0015] Si可以起到強化作用，但其含量過高會使鋼的塑性和韌性降低，對本發(fā)明而言，其 最佳范圍是〇· 21%~0· 35%。
[0016] Μη可以起到固溶強化作用，還能增加奧氏體穩(wěn)定性，對提高淬透性也有利，但是， 錳含量過高易誘發(fā)偏析，惡化韌性和耐腐蝕性，因此本發(fā)明認為將Μη含量控制在1. 65%~ 1. 85 %較為適宜。
[0017] Nb、V、Ti在加熱過程中可以抑制奧氏體晶粒長大，細化相變組織；同時還能形成 C、N化物沉淀，起到析出強化作用。本發(fā)明充分利用了 Nb、Ti、V的細晶和析出強化作用，使 鋼板在熱處理后具有良好的綜合性能；但其含量過高一方面會造成合金成本增加，另一方 面對焊接性產(chǎn)生不良影響，因此，本發(fā)明控制Nb :0. 03%~0. 05%、Ti :0. 021%~0. 039%、 V :0· 07%~0· 10%。
[0018] A1是有效的脫氧元素，但A1含量過高會使鋼中的夾雜物增加，影響焊接性，因此， Als的含量控制在0. 021 %~0. 040%為宜。
[0019] N可以與Ti、Nb結(jié)合形成較高熔點的析出物，對抑制板坯加熱和鋼板熱處理時晶 粒長大發(fā)揮明顯作用，因此，鋼中存在一定的N對性能有利，但含量過高會惡化母材和焊接 熱影響區(qū)的韌性，其含量控制在0. 003 %~0. 006 %為宜；Ti/N :3. 42-7. 45可有效控制鋼中 游離N含量，充分發(fā)揮N的有益效果。
[0020] Mo可以明顯提高奧氏體穩(wěn)定性和淬透性，增加鋼板厚度方向冷卻均勻性，促進中 低溫轉(zhuǎn)變組織形成，但是，鉬含量過高不但會增加成本，還對材料焊接性有不利影響，因此， 應(yīng)控制其含量為〇~〇. 14%。
[0021] Ni、Cu可以起到固溶強化作用，是奧氏體穩(wěn)定元素，可以提高淬透性，還能夠改善 鋼的耐腐蝕性能；但Ni價格較高、Cu含量過高會使韌性惡化，因此，本發(fā)明將Ni含量控制 在0· 10%~0· 19%、Cu含量控制在0· 16%~0.24%。
[0022] Cr有很強的固溶強化作用，還可以有效提高組織穩(wěn)定性，但Cr含量過高會影響焊 接性和韌性，所以，Cr含量不超過0. 30%為宜。
[0023] 本發(fā)