[发明专利]耐热抗疲劳析出强化管线钢及其生产方法

说明书

本发明提供了一种耐热抗疲劳析出强化管线钢及其生产方法，该钢的成分按重量百分比计如下：C：0.040%~0.060%、Si：0.26%~0.45%、Mn：1.50%~1.69%、P≤0.012%、S≤0.002%、Nb：0.04%~0.07%、Ti：0.012%~0.025%、Mo：0.16%~0.29%、V：0.01%~0.04%、Cr：0.16%~0.30%、Ni＜0.15%、Cu＜0.15%、Al：0.010%~0.025%、Ca：0.0015%~0.0045%、Ca/S≥1.6、N:0.0010%~0.0045%、H≤0.00015%、O≤0.0020%；生产方法包括冶炼、加热、轧制、冷却。应用本发明生产的钢板10⁷周次疲劳强度≥340MPa；60℃横向屈服强度≥450MPa，横向抗拉强度达到≥650MPa，60℃纵向屈服强度≥430MPa，纵向抗拉强度达到≥640MPa。

技术领域

本发明属于低碳低合金钢领域，尤其涉及一种厚度＞25.4mm的厚壁、高强韧性、高应变性兼具良好耐热性和疲劳性的管线钢板及其生产方法；适于制作水下等环境油气采输用直缝埋弧焊管，特别是输送高黏易凝原油、高压湿气等需要主动伴热管道及海底井口等高温区域管道。

背景技术

随着经济和社会的发展，油气能源需求和消耗持续增大。海洋油气资源成为石油天然气资源的重要组成部分，是未来油气资源开采的重要方向；具备水下特别是深海油气开采能力是发展海洋经济，实现海洋强国梦的重要基础。

当水下海底管道输送的介质中含有高黏易凝原油、高压湿气时，管道内部易发生石蜡、沥青质沉积，在深海或管道停输等低温条件下更容易生成水合物，造成管道堵塞，会严重影响管道的工况状态。由于水下环境复杂，一旦发生管道堵塞，处理困难，费用高昂。对于此类水下管道一般采用主动伴热的方式来提高输送介质的温度；其中，热流体循环伴热是重要的主动伴热方式之一；要求管道具有良好的高温性能和低时效敏感性。同时，水下特别是深水油气输送管线在铺设和服役过程中会面临发生塑性变形、承受极高水压和海流等多种复杂恶劣的条件，要求材料具有高强度、高韧性且兼具高均匀延伸率、高应力比、抗疲劳性等多种综合性能。而且，为提升输送压力和安全性或满足深水服役需求，要求钢板具有更大的厚度；但是，厚度增加将导致钢板生产时厚度截面温度梯度增加、厚度方向微观组织和性能均匀性降低、强度-韧性矛盾激化、止裂韧性控制难度显著增加等诸多难题。综上，制作水下输送高黏易凝原油、高压湿气等管道的钢板需具有厚壁、高强度、高韧性、低屈强比、高均匀变形率、高应力比、高的疲劳强度同时兼具良好的耐热性和低时效敏感性等综合技术特征。复杂多样的技术指标要求显著增大了钢板的设计和制造难度。

目前，国内外对水下管线、细小析出强化、耐热管线钢板等有一些研究，经检索发现了部分专利和文献，但其所记载的内容与本发明技术方案所述成分、生产方法、性能、产品类别等方面存在明显差异。

相关专利文献1：CN109023069A《NbC纳米颗粒强化X80塑性管用钢板及其制造方法》。提供了一种X80级塑性管用钢板及其生产方法，成分中贵重合金Nb(0.07％～0.15％)、Ni(0.12％～0.30％)含量高，经济性不足；生产方法方面在钢板完成控轧控冷之后需要采用高温固溶+中温等温工艺达到NbC强化效果，工序复杂，能耗和成本高，制造周期长。

相关专利文献2：CN109234623B《一种X80M深海抗应变管线钢板及轧制工艺》，提供了一种X80级别深海管线钢板，成分中采用高Ni(0.65％～0.85％)、高Mo(0.31％～0.36％)的设计方案，合金含量和成本过高。

相关专利文献3：CN110331343A《一种低屈强比X80MO海底管线用钢板及其制造方法》，提供了一种X80级海底管线钢板及生产方法，成分中加入较多Ni、Nb等元素，成本高；采用高温轧制(≥910℃)微观组织控制困难；要求轧后冷却速度25-35℃/s，对厚规格钢板而言，工艺实现难度大。