武钢深海用管线钢化学成分及其力学性能.docx

随着世界经济的高速发展和能源资源的逐步枯竭，管道建设向极地冻土地带、海洋等环境恶劣的地区发展。因此，海底管线钢的开发具有日趋重要的意义。近年来，世界范围内已有多条海底管道完成建设。海底管线的使用环境恶劣，因此其力学性能的要求也较陆地管线更为苛刻，包括低的屈强比、良好的低温冲击韧性和止裂性能。

南海项目是国内首个天然气项目，其深海段管线将在1500m的水深处进行铺设，需要承受15MPa的外压。本文介绍了武钢根据南海项目的技术条件要求对深海用管线钢的开发。

1、深海用管线钢的研制目标

本次试制以为南海项目供货为目标，因此，南海项目深海用管线钢的技术条件即为研制目标。其主要的力学性能要求如表1所示。

表1：深海用管线钢的主要力学性能要求
拉伸性能（横、纵向）冲击性能-20℃
DWTTSA/%HV10Rt0.5/MPaRm/MPaA50/%Rt0.5/Rm-20℃KV2/JFA/%450-600535-750≥24≤0.85≥120（90）≥90（80）≥85（75）≤240
由表1可以看出，深海用管线钢的力学性能指标非常严格，要求高强度、良好的低温夏比冲击韧性和止裂韧性，同时要求很低的屈强比。

2、深海用管线钢合金化设计

为满足深海用管线钢的力学性能要求，采用低C-高Mn-Nb-Ti的合金化设计。为保证深海用管线钢具有优异的焊接性能和良好的低温韧性，碳含量严格控制在0.07%以下，加人较高的锰含量，以达到所要求的强度，降低合金化成本。通过加入适量的Mo、Ni、Cu和Cr，使试制钢板轧后在一个较宽的冷速范围内获得细小、均匀的贝氏体/针状铁素体组织。加入较高的Nb含量，以充分发挥其细晶强化和析出强化的作用。此外，炼钢过程中，采用钙处理和洁净钢冶炼技术，严格控制钢中的S、P、N、O等夹杂物。具体的化学成分如表2所示。

表2：武钢深海用管线钢的化学成分（wt，%）
CSiMnSP其他CeqPcm0.250.00100.0070Nb、TiMo、Ni、Cu、Cr0.3620.161
3、控轧控冷工艺

深海用管线钢的试制在鄂钢4300mm宽厚板产线上完成。采用控制轧制、轧后加速冷却的控轧控冷工艺生产。为获得细小、均匀的显微组织，采用较大的单道次变形量、较高的累积压下率和冷却速率。

4、显微组织

试制钢板典型的金相组织如图1所示。

图1：试制钢板的典型金相组织
a）1/4厚度处；b）心部

由图1可以看出，试制钢板的晶粒细小，平均晶粒尺寸≤5μm，主要为针状铁素体组织，针状铁素体的基
体上分布有一定量的M/A岛。

5、试制钢板的力学性能

按照DNVOSF101标准对试制钢板的力学性能进行了检验，主要性能结果如表3所示。

表3：试制钢板的力学性能
拉伸性能（横、纵向）冲击性能-20℃DWTTSA/%HV10Rt0.5/MPaRm/MPaA50/%Rt0.5/Rm-20℃KV2/JFA/%440-510610-66045-50210-32510090-98190-220
横向系列温度冲击和落锤撕裂性能结果分别如图2和图3所示。

图2：系列温度夏比冲击试验

图3：系列温度落锤撕裂试验

由表3可以看出，武钢所试制钢板的各项力学性能指标全面满足南海项目的技术条件要求，其夏比冲击试验85%的韧脆转变温度低于-80℃，落锤撕裂试验80%的韧脆转变温度约-40℃。所有检验结果表明，武钢试制的深海用管线钢具有高强度、低屈强比和优异低温韧性的良好匹配。