[发明专利]一种-45℃极低温环境用韧性优良的管线钢及其制造方法

说明书

一种‑45℃极低温环境用韧性优良的管线钢及其制造方法，该钢化学元素质量百分比为：C：0.030～0.060％、Si：0.10～0.30％、Mn：1.30～1.60％、P≤0.0100％，S≤0.0015％，Ni：0.40～0.55％，Cr：0.05～0.20％，Nb：0.050～0.075％，Ti：0.008～0.020％，Ca：0.0010～0.0040％，Al：0.010～0.050％，B≤0.0005％，N：0.0010～0.0060％，O≤0.0050％，其余为Fe以及不可避免的杂质；且上述元素同时需满足如下关系：Ni≥1.6*(C+Mn/6)，log(C*Nb)≤‑2.5，0.28％≤C+Mn/6+Cr/5≤0.35％，2.5≤Ti/N≤5.0。本发明管线钢的屈服强度≥450MPa，抗拉强度≥535MPa，延伸率≥18％；‑45℃夏比冲击功AKV≥250J；‑45℃下DWTT断口剪切面积率SA％≥85％。

技术领域

本发明涉及管线钢及其制造方法，具体涉及一种-45℃极低温环境用韧性优良的管线钢及其制造方法。

背景技术

石油天然气在未来一次能源消费中仍占主要部分，而且需求不断上升，开采区域逐步扩大，现已深入到北极圈等极寒地区，极地地区管线工程中的出海立管、场站管等地面管道的服役温度可低至-45℃。虽然，现代控轧控冷技术已经能够获得兼具强度和韧性的管线钢，但尚难以满足-45℃的低温韧性要求，因此，具有极低温韧性的管线钢具有可观的应用前景。

管线钢的低温韧性通常是指夏比冲击性能(CVN)和落锤撕裂性能(DWTT)，其中，尤其以落锤撕裂性能为主要难点，行业标准API Spec 5L规定，在设计最低服役温度下进行试验，DWTT试样的断口剪切面积率均值应在85％及以上。随着现代高纯净钢冶炼技术和控轧控冷技术的发展，具有-20℃低温韧性的管线钢已经获得批量的工程应用，而-45℃环境服役的管道因低温韧性难以满足要求，通常采用保温层等手段来提高管道的实际服役温度。管线钢极低温韧性的提高始终是行业内的重要研究课题，尤其当管线钢壁厚增加时，满足低温DWTT性能的难度会显著增加。

中国专利CN106480381A公开了一种低温管线用塑韧性良好的热轧宽厚板，该专利通过较低Ni(0.06～0.15％)、含Mo的成分设计的成分设计，生产成本较高，其DWTT性能仅满足-20℃要求。

中国专利CN105861937A公开了一种LNG输气干线用低温管线钢。该专利公开的技术方案采用低Ni(0.21～0.35％)和高Nb(0.05～0.08％)成分设计，组织为准多边形铁素体+粒状贝氏体，其DWTT性能仅满足-25℃要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种-45℃极低温环境用韧性优良的管线钢及其制造方法，所述管线钢的屈服强度Rt0.5≥450MPa，抗拉强度Rm≥535MPa，延伸率A_50.8≥18％；-45℃夏比冲击功AKV≥250J；-45℃下DWTT断口剪切面积率SA％≥85％，满足北极圈等极寒地区管线工程建设的需要。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

本发明采用低C、高Ni、高Nb、微Ti的成分设计，配合轧制大压下、低温终轧、高冷速等工艺，提出一种-45℃极低温环境用韧性优良的管线钢及其制造方法。通过合理控制显微组织，获得均匀、细化的高韧性铁素体和粒状贝氏体组织，其中，晶粒尺寸小于10μm的多边形铁素体含量为15～40％，多边形铁素体具有大角度晶界，对低温韧性有积极作用，可以缓解裂纹扩展过程中的应力集中。