武鋼深海用管線鋼化學(xué)成分及其力學(xué)性能

1、隨著世界經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和能源資源的逐步枯竭，管道建設(shè)向極地凍土地帶、海洋等環(huán)境惡劣的地區(qū)發(fā)展。因此，海底管線鋼的開(kāi)發(fā)具有日趨重要的意義。近年來(lái)，世界范圍內(nèi)已有多條海底管道完成建設(shè)。海底管線的使用環(huán)境惡劣，因此其力學(xué)性能的要求也較陸地管線更為苛刻，包括低的屈強(qiáng)比、良好的低溫沖擊韌性和止裂性能。南海項(xiàng)目是國(guó)內(nèi)首個(gè)天然氣項(xiàng)目，其深海段管線將在1500m的水深處進(jìn)行鋪設(shè)，需要承受15MPa的外壓。本文介紹了武鋼根據(jù)南海項(xiàng)目的技術(shù)條件要求對(duì)深海用管線鋼的開(kāi)發(fā)。1、深海用管線鋼的研制目標(biāo)本次試制以為南海項(xiàng)目供貨為目標(biāo)，因此，南海項(xiàng)目深海用管線鋼的技術(shù)條件即為研制目標(biāo)。其主要的力學(xué)性能要求如表1所示。表1：

2、深海用管線鋼的主要力學(xué)性能要求拉伸性能（橫、縱向）沖擊性能-20DWTT SA/%HV10Rt0.5/MPaRm/MPaA50/%Rt0.5/Rm-20KV2/JFA/%450-600535-750240.85120（90）90（80）85（75）240由表1可以看出，深海用管線鋼的力學(xué)性能指標(biāo)非常嚴(yán)格，要求高強(qiáng)度、良好的低溫夏比沖擊韌性和止裂韌性，同時(shí)要求很低的屈強(qiáng)比。2、深海用管線鋼合金化設(shè)計(jì)為滿足深海用管線鋼的力學(xué)性能要求，采用低C-高M(jìn)n-Nb-Ti的合金化設(shè)計(jì)。為保證深海用管線鋼具有優(yōu)異的焊接性能和良好的低溫韌性，碳含量嚴(yán)格控制在0.07%以下，加人較高的錳含量，以達(dá)到所要求的強(qiáng)度，

3、降低合金化成本。通過(guò)加入適量的Mo、Ni、Cu和Cr，使試制鋼板軋后在一個(gè)較寬的冷速范圍內(nèi)獲得細(xì)小、均勻的貝氏體/針狀鐵素體組織。加入較高的Nb含量，以充分發(fā)揮其細(xì)晶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化的作用。此外，煉鋼過(guò)程中，采用鈣處理和潔凈鋼冶煉技術(shù)，嚴(yán)格控制鋼中的S、P、N、O等夾雜物。具體的化學(xué)成分如表2所示。表2：武鋼深海用管線鋼的化學(xué)成分（wt，%）CSiMnSP其他CeqPcm0.250.00100.0070Nb、Ti Mo、Ni、Cu、Cr0.3620.1613、控軋控冷工藝深海用管線鋼的試制在鄂鋼4300mm寬厚板產(chǎn)線上完成。采用控制軋制、軋后加速冷卻的控軋控冷工藝生產(chǎn)。為獲得細(xì)小、均勻的顯微組織

4、，采用較大的單道次變形量、較高的累積壓下率和冷卻速率。4、顯微組織試制鋼板典型的金相組織如圖1所示。圖1：試制鋼板的典型金相組織a）1/4厚度處；b）心部由圖1可以看出，試制鋼板的晶粒細(xì)小，平均晶粒尺寸5m，主要為針狀鐵素體組織，針狀鐵素體的基體上分布有一定量的M/A島。5、試制鋼板的力學(xué)性能按照DNV OS F101標(biāo)準(zhǔn)對(duì)試制鋼板的力學(xué)性能進(jìn)行了檢驗(yàn)，主要性能結(jié)果如表3所示。表3：試制鋼板的力學(xué)性能拉伸性能（橫、縱向）沖擊性能-20 DWTT SA/%HV10Rt0.5/MPaRm/MPaA50/%Rt0.5/Rm-20KV2/JFA/%440-510610-66045-50210-32510090-98190-220橫向系列溫度沖擊和落錘撕裂性能結(jié)果分別如圖2和圖3所示。圖2：系列溫度夏比沖擊試驗(yàn)圖3：系列溫度落錘撕裂試驗(yàn)由表3可以看出，武鋼所試制鋼板的各項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)全面滿足南海項(xiàng)目的技術(shù)條件要求，其夏比沖擊試驗(yàn)85%的韌脆轉(zhuǎn)變溫度低