一种抗疲劳海洋立管用钢及其制备方法与流程

1.本发明涉及海洋管线钢制造领域，尤其涉及一种抗疲劳海洋立管用钢及其制备方法。


背景技术：

2.近年来，随着油气资源需求量日益增大，以及勘探、开采等各项科技技术的不断进步，海洋油气资源的开采渐渐由浅海向深海领域发展。对于我国来说，北起渤海之滨，南至南沙群岛，海域面积辽阔，蕴藏着丰富的海洋资源，其中探明的油气资源当量达4
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10
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吨以上。
3.海洋立管系统是海洋油气开发必不可少的关键装备，它连接了海底油气与海面作业平台，进行勘探、钻井、导液、导泥等工作。由于立管所处的海洋环境复杂，时刻都承受风、浪、流、冰和地震等多载荷影响，立管会发生碰撞、波频振动、涡激振动、参激振动等，这些都会造成立管的疲劳损伤和断裂失效，不仅会给工程带来巨大的经济损失，还会对自然环境造成严重的次生灾害。提高海洋立管的抗疲劳性能，可以降低管道管理过程中对管跨段长度和支撑条件的要求，降低海底管道管理运营成本。专利“海洋立管用x65热轧钢板及其制备方法”(申请号：201910334937.5)报道的海洋立管热轧钢板，虽然能够满足立管强韧性能的要求，但是没有综合考虑立管的抗疲劳性能，针对海底油气开采的迫切需求，亟需开发一种新型抗疲劳海洋立管用钢，在满足强韧性能的基础上能够显著提高管材的疲劳性能，为了确保强韧性的同时显著提高立管用钢的抗疲劳性能，合理的组织设计和工艺控制至关重要。


技术实现要素：

4.鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种抗疲劳海洋立管用钢及其制备方法，解决现有海洋立管用钢无法同时具有良好强韧性和高抗疲劳性能的问题。
5.本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
6.本发明提供了一种抗疲劳海洋立管用钢，所述抗疲劳海洋立管用钢的化学成分按质量百分比计为：c：0.04～0.07％，si：0.20～0.40％，mn：1.00～1.60％，nb：0.02～0.06％，v：0.03～0.055％，ti：0.01～0.02％，cr：0.10～0.30％，ni：0.10～0.30％，mo：0.05～0.25％，p：＜0.005％，s：＜0.005％，其余为fe和不可避免的杂质。
7.进一步地，所述抗疲劳海洋立管用钢的化学成分按质量百分比计为：c：0.046～0.061％，si：0.27～0.31％，mn：1.22～1.58％，nb：0.04～0.052％，v：0.032～0.052％，ti：0.014～0.015％，cr：0.14～0.20％，ni：0.12～0.19％，mo：0.13～0.16％，p：＜0.003％，s：＜0.003％，其余为fe和不可避免的杂质。
8.进一步地，所述海洋立管用钢的微观组织为超细晶铁素体和针状铁素体，超细晶铁素体的平均晶粒尺寸≤6μm。
9.进一步地，所述超细晶铁素体体积分数为30％～60％。
10.本发明还提供了一种抗疲劳海洋立管用钢的制备方法，用于制备上述海洋立管用钢，包括以下步骤：
11.步骤1：铁水预处理：kr脱硫后，s含量低于0.002％；
12.步骤2：转炉冶炼-精炼-连铸：通过转炉冶炼、炉外精炼及连铸工艺，得到连铸坯；
13.步骤3：控轧控冷：将连铸坯进行加热，对连铸坯控轧控冷，得到成品钢，加热温度为1180～1195℃，保温时间为1～2小时。
14.进一步地，步骤3中，所述加热温度为1180～1185℃。
15.进一步地，步骤3中，所述控轧采用两阶段轧制，第一阶段轧制为粗轧，粗轧开轧温度为1050～1000℃，粗轧终轧温度为990～980℃，最后2-3道次累计变形量大于50％。
16.进一步地，所述两阶段轧制中，第二阶段为精轧，精轧开轧温度为880～820℃，精轧终轧温度为830～780℃，累计变形量大于50％。
17.进一步地，所述控冷过程为：经精轧的钢坯空冷至开冷温度后，采用层流冷却的方式进行加速冷却至终冷温度，然后空冷至室温，其中开冷温度为780～700℃，终冷温度为500～400℃。
18.进一步地，所述开冷温度为760～700℃，终冷温度为450～400℃。
19.与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：
20.1、本发明通过控制元素种类、元素含量及立管钢的轧制和冷却工艺，保证钢的微观组织为超细晶铁素体+针状铁素体，其中针状铁素体具有优异的综合强韧性能，是海洋立管用钢获得良好强韧性能的基础，在组织中进一步引入超细晶多边形铁素体，增加了组织中高取向差界面的比例，从而提高对疲劳裂纹扩展的阻碍作用，提高海洋立管用钢的抗疲劳性能。
21.2、本发明在常规nb微合金化的基础上，配合v微合金化，通过含v第二相的复合析出和二次析出，提高海洋立管用钢环焊接头软化区的强度，避免在该位置产生应力集中，提高了海洋立管环焊缝的抗疲劳性能。
22.本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
23.附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
24.图1为本发明实施例1提供的海洋立管用钢的微观组织图；
25.图2为本发明实施例2提供的海洋立管用钢的微观组织图。
具体实施方式
26.本发明提供了一种抗疲劳海洋立管用钢，所述抗疲劳海洋立管用钢的化学成分按质量百分比计为：c：0.04～0.07％，si：0.20～0.40％，mn：1.00～1.60％，nb：0.02～0.06％，v：0.03～0.055％，ti：0.01～0.02％，cr：0.10～0.30％，ni：0.10～0.30％，mo：
0.05～0.25％，p：＜0.005％，s：＜0.005％，其余为fe和不可避免的杂质。
27.目前，现有的海洋立管用钢不能满足具有良好强韧性的基础上同时兼具高的抗疲劳性能的要求，本发明通过控制元素种类、元素含量及立管钢的轧制和冷却工艺，保证钢的微观组织为超细晶铁素体+针状铁素体，并精确调控组织中各相的比例，解决了海洋立管用钢具有良好强韧性的基础上同时具有高的抗疲劳性能的难题。
28.优选地，一种抗疲劳海洋立管用钢，所述抗疲劳海洋立管用钢的化学成分按质量百分比计为：c：0.046～0.061％，si：0.27～0.31％，mn：1.22～1.58％，nb：0.05～0.052％，v：0.032～0.052％，ti：0.014～0.015％，cr：0.14～0.20％，ni：0.12～0.19％，mo：0.13～0.16％，p：＜0.003％，s：＜0.003％，其余为fe和不可避免的杂质。
29.对本发明中抗疲劳海洋立管用钢及其制备方法的铸坯成分限定理由进行说明，以下仅用％表示组成中的质量百分比。
30.c：碳是保证钢板强度的元素，同钒和钛形成碳化物延迟奥氏体再结晶从而细化晶粒；碳元素的含量对钢的冲击韧性影响较大，含量过高会明显破坏焊接性能，因此，c含量控制在0.04～0.07％。
31.si：硅通常作为炼钢时的脱氧剂使用，当硅含量低于0.2％时，钢水易氧化；硅也是固溶强化元素，但是多量的硅对焊接性能通常是不利的，为保证钢的韧性，si含量应控制在小于0.4％。因此，si含量控制在0.20～0.40％。
32.mn：锰具有固溶强化作用，可以弥补碳含量降低导致的屈服强度下降，同时还可提高钢的韧性，降低韧脆转变温度；锰能降低冷却时钢的相变温度，对铁素体的晶粒尺寸具有细化作用；过高的锰含量会加大控轧钢板的中心偏析，对焊接性能不利；因此，mn含量控制在1.00～1.60％。
33.v：钒是本发明海洋立管用钢中的关键微合金化元素，钒能控制钢轧制时，应变诱导析出纳米级的含v第二相粒子，产生明显的沉淀强化作用；通过含v第二相在焊接热影响区的二次析出，可以提高海洋立管用钢环焊接头软化区的强度，避免在该位置产生应力集中，从而有利于提高海洋立管环焊缝的抗疲劳性能；当钒含量低于0.03％时，提高软化区强度的效果不够明显；同时出于成本和效果溢出情况考虑，上限应控制在0.055％。
34.nb：铌是本发明海洋立管用钢中的关键微合金化元素。nb可以阻止奥氏体晶粒的长大，在控轧再热过程中，未溶微合金元素nb、v、ti的碳、氮化物将通过质点钉扎晶界的机制而明显阻止奥氏体晶粒的粗化过程；nb可以延迟形变γ的再结晶，在钢板的控轧过程中，通过固溶微合金元素nb、v、ti的溶质原子拖曳和应变诱导沉淀析出的微合金碳、氮化物质点对晶界和亚晶界的钉扎作用，可显著阻止形变γ的再结晶，从而通过由未再结晶γ发生的相变而获得细小的相变组织；nb可以延迟“γ-α”的相变过程，在高温形变后的冷却过程中，微合金元素nb、v、ti在晶界偏聚会阻碍新相形成，从而降低“γ-α”相变温度，抑制多边形铁素体相变，促进针状铁素体形成。
35.ti：高温下形成稳定的tin，在再加热过程中抑制奥氏体晶粒长大；含量过高会形成大尺寸的析出相，影响钢的韧性；ti含量控制在0.01～0.02％，即进行微钛处理。
36.mo：钼能够降低过冷奥氏体的相变温度，抑制多边形铁素体的形成，促进针状铁素体转变；在含nb管线钢中，mo可提高nb(c、n)在奥氏体中的固溶度，降低nb(c、n)的析出温度，使更多的nb(c、n)在低温α中析出，从而提高nb(c、n)的沉淀强化效果；碳化物形成元素，
在焊接热循环过程中可以融入微合金碳氮化物的晶格中降低错配能，从而促进微合金碳氮化物的析出；如果mo含量低于0.05％，mo的作用较低；如果mo含量超过0.25％时，损害钢板的焊接性，特别是大线能量焊接下的韧性；因此mo含量控制在0.05～0.25％。
37.ni：作为钼的补加元素，对相变过程的影响与钼类似；ni能够提高材料的低温韧性，因此ni含量控制在0.1～0.3％。
38.cr：作为钼的补加元素，对相变过程的影响与钼类似。cr能够提高材料的淬透性，能够以碳化物形式提高材料的强度，如果cr含量低于0.1％时难以发挥其作用，但是cr含量超过0.3％，将降低钢的韧性，同时增加了材料的制造成本，因此cr含量控制在0.1～0.3％。
39.p：磷是钢中杂质元素，会损害海洋立管用钢的韧性；因此，p含量控制在0.005％以下。
40.s：硫是钢中杂质元素，会形成硫化物夹杂，成为裂纹源；因此，s含量控制在0.005％以下。
41.本发明还提供了一种海洋立管用钢的制备方法，用以制备上述海洋立管用钢，包括如下步骤：
42.步骤1：铁水预处理：通过铁水预处理降低钢中的杂质元素，保证kr脱硫后，s含量低于0.002％；
43.步骤2：转炉冶炼+精炼+连铸：通过转炉冶炼和炉外精炼，钢水浇注成连铸坯；
44.步骤3：控轧控冷：将连铸坯进行加热，对连铸坯控轧控冷，得到成品钢；
45.具体的，步骤3中，将铸坯放入加热炉中加热，加热温度为1180～1195℃，保温时间为1～2小时；加热使钢材产生塑性变形，优选地，加热温度为1180～1185℃。控制轧制采用两阶段轧制法，分为第一阶段轧制和第二阶段轧制，第一阶段轧制为粗轧，粗轧分为3个道次轧制，粗轧开轧温度为1050～1000℃，粗轧终轧温度为990～980℃，最后2-3道次累计变形量大于50％，通过粗轧使得再结晶奥氏体充分细化；第二阶段轧制为精轧，精轧开轧温度为880～820℃，精轧终轧温度为830～780℃，累计变形量大于50％，通过精轧为后铁素体相变提供足够多的形核位置，优选地，粗轧开轧温度为1030～1010℃，精轧开轧温度为860～820℃。将经精轧过后的钢坯进行控制冷却，首先将钢坯空冷至开冷温度，该阶段冷却过程中，钢坯组织中析出超细晶铁素体，当钢坯温度降低到开冷温度时，采用层流冷却的方式进行加速冷却，开冷温度为780～700℃，终冷温度为500～400℃，之后空冷至室温，加速冷却过程钢坯组织析出针状铁素体，钢坯温度达到终冷温度后，钢坯的组织不再发生变化，优选地，开冷温度为760～700℃，终冷温度为450～400℃。
46.本发明钢的微观组织为超细晶铁素体和针状铁素体，所述超细晶铁素体体积分数为30％～60％，超细晶铁素体的平均晶粒尺寸≤6μm。其中，粗轧阶段的奥氏体细化以及精轧阶段的奥氏体充分扁平化是获得双相组织中超细晶铁素体的关键，同时本发明通过调节开冷温度来调控超细晶铁素体的比例，进一步调节终冷温度来控制针状铁素体相变；在合金元素方面，通过增加v的含量，同时降低相应的nb含量，可以达到与高nb钢相似的奥氏体晶粒细化和针状铁素体相变效果，同时，v元素可以有效的改善后续管线钢焊接的热影响区软化问题。
47.本发明制备的海洋立管用钢屈服强度450～570mpa，抗拉强度535～675mpa，-20℃冲击功≥380j，107周次疲劳强度≥360mpa，同时具有较低的疲劳裂纹扩展速率，环焊热影
响区无明显软化现象；满足良好强韧性能的基础上具有良好的抗疲劳性能以及抗热影响区软化性能。
48.下面将以具体的实施例与对比例来展示本发明元素化学成分、含量和制备工艺参数精确控制的优势。
49.实施例1
50.一种抗疲劳海洋立管用钢，其化学成分按重量计包含：c：0.046％，si：0.31％，mn：1.22％，nb：0.052％，v：0.031％，ti：0.015％，cr：0.14％，ni：0.12％，mo：0.13％，p：0.003％，s：0.002％，其余为fe和不可避免的杂质。其制备方法包括以下步骤：
51.步骤1：铁水预处理：kr脱硫后，s含量低于0.002％；
52.步骤2：转炉冶炼-精炼-连铸：通过转炉冶炼、炉外精炼及连铸工艺，得到连铸坯；
53.步骤3：控轧控冷：将连铸坯进行加热，对连铸坯控轧控冷，得到成品钢。
54.加热温度为1180℃，保温时间为2h；将加热后的钢坯进行粗轧和精轧，在轧制过程中，粗轧开轧温度1050℃，粗轧终轧温度为986℃，最后三个道次累计变形量为52％。精轧开轧温度为880℃，精轧终轧温度为820℃，精轧累计变形量为56％。将精轧过后的钢坯进行冷却，开冷温度为740℃，终冷温度为490℃，最后空冷至室温，得到成品钢。
55.本实施例所制得的海洋立管用钢板屈服强度为493mpa，抗拉强度为581mpa，-20℃冲击功为396j，107周次疲劳强度为363mpa，疲劳裂纹扩展速率方程为da/dn＝1.18
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10-12
(δk)
4.91
；环焊热影响区无软化现象。
56.实施例2
57.一种抗疲劳海洋立管用钢，其化学成分按重量计包含：c：0.046％，si：0.31％，mn：1.22％，nb：0.052％，v：0.031％，ti：0.015％，cr：0.14％，ni：0.12％，mo：0.13％，p：0.003％，s：0.002％，其余为fe和不可避免的杂质。其制备方法包括以下步骤：
58.步骤1：铁水预处理：kr脱硫后，s含量低于0.002％；
59.步骤2：转炉冶炼-精炼-连铸：通过转炉冶炼、炉外精炼及连铸工艺，得到连铸坯；
60.步骤3：控轧控冷：将连铸坯进行加热，对连铸坯控轧控冷，得到成品钢。
61.加热温度为1185℃，保温时间为2h；将加热后的钢坯进行粗轧和精轧，在轧制过程中，粗轧开轧温度1000℃，粗轧终轧温度为990℃，最后三个道次累计变形量为55％。精轧开轧温度为820℃，精轧终轧温度为780℃，精轧累计变形量为55％。将精轧过后的钢坯进行冷却，开冷温度为700℃，终冷温度为400℃，最后空冷至室温，得到成品钢。
62.本实施例所制得的海洋立管用钢板屈服强度为523mpa，抗拉强度为636mpa，-20℃冲击功为395j，107周次疲劳强度为371mpa，疲劳裂纹扩展速率方程为da/dn＝3.23
×
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(δk)
4.93
；环焊热影响区无软化现象。
63.实施例3
64.一种抗疲劳海洋立管用钢，其化学成分按重量计包含：c：0.061％，si：0.27％，mn：1.58％，nb：0.050％，v：0.046％，ti：0.014％，cr：0.20％，ni：0.19％，mo：0.16％，p：0.003％，s：0.002％，其余为fe和不可避免的杂质。其制备方法包括以下步骤：
65.步骤1：铁水预处理：kr脱硫后，s含量低于0.002％；
66.步骤2：转炉冶炼-精炼-连铸：通过转炉冶炼、炉外精炼及连铸工艺，得到连铸坯；
67.步骤3：控轧控冷：将连铸坯进行加热，对连铸坯控轧控冷，得到成品钢。
68.加热温度为1180℃，保温时间为2h；将加热后的钢坯进行粗轧和精轧，在轧制过程中，粗轧开轧温度1040℃，粗轧终轧温度为986℃，最后三个道次累计变形量为53％。精轧开轧温度为873℃，精轧终轧温度为818℃，精轧累计变形量为55％。将精轧过后的钢坯进行冷却，开冷温度为738℃，终冷温度为487℃，最后空冷至室温，得到成品钢。
69.本实施例所制得的海洋立管用钢板屈服强度为496mpa，抗拉强度为595mpa，-20℃冲击功为392j，107周次疲劳强度为365mpa，疲劳裂纹扩展速率方程为da/dn＝1.64
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10-12
(δk)
4.92
；环焊热影响区无软化现象。
70.实施例4
71.一种抗疲劳海洋立管用钢，其化学成分按重量计包含：c：0.061％，si：0.27％，mn：1.58％，nb：0.050％，v：0.046％，ti：0.014％，cr：0.20％，ni：0.19％，mo：0.16％，p：0.003％，s：0.002％，其余为fe和不可避免的杂质。其制备方法包括以下步骤：
72.步骤1：铁水预处理：kr脱硫后，s含量低于0.002％；
73.步骤2：转炉冶炼-精炼-连铸：通过转炉冶炼、炉外精炼及连铸工艺，得到连铸坯；
74.步骤3：控轧控冷：将连铸坯进行加热，对连铸坯控轧控冷，得到成品钢。
75.加热温度为1192℃，保温时间为2h。将加热后的钢坯进行粗轧和精轧，在轧制过程中，粗轧开轧温度1030℃，粗轧终轧温度为980℃，最后三个道次累计变形量为55％。精轧开轧温度为840℃，精轧终轧温度为800℃，精轧累计变形量为51％；将精轧过后的钢坯进行冷却，开冷温度为720℃，终冷温度为446℃，最后空冷至室温，得到成品钢。
76.本实施例所制得的得到的海洋立管用钢板屈服强度为542mpa，抗拉强度为655mpa，-20℃冲击功为387j，具有良好的强韧性能。同时，107周次疲劳强度为383mpa，疲劳裂纹扩展速率方程为da/dn＝2.86
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10-12
(δk)
4.96
；环焊热影响区无软化现象。
77.实施例5
78.一种抗疲劳海洋立管用钢，其化学成分按重量计包含：c：0.046％，si：0.31％，mn：1.22％，nb：0.052％，v：0.031％，ti：0.015％，cr：0.14％，ni：0.12％，mo：0.13％，p：0.003％，s：0.002％，其余为fe和不可避免的杂质。其制备方法包括以下步骤：
79.步骤1：铁水预处理：kr脱硫后，s含量低于0.002％；
80.步骤2：转炉冶炼-精炼-连铸：通过转炉冶炼、炉外精炼及连铸工艺，得到连铸坯；
81.步骤3：控轧控冷：将连铸坯进行加热，对连铸坯控轧控冷，得到成品钢。
82.加热温度为1180℃，保温时间为2h；将加热后的钢坯进行粗轧和精轧，在轧制过程中，粗轧开轧温度1040℃，粗轧终轧温度为988℃，最后三个道次累计变形量为52％。精轧开轧温度为881℃，精轧终轧温度为823℃，精轧累计变形量为56％。将精轧过后的钢坯进行冷却，开冷温度为772℃，终冷温度为490℃，最后空冷至室温，得到成品钢。
83.本实施例所制得的海洋立管用钢板屈服强度为507mpa，抗拉强度为612mpa，-20℃冲击功为389j，107周次疲劳强度为366mpa，疲劳裂纹扩展速率方程为da/dn＝5.76
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10-12
(δk)
4.98
；环焊热影响区无软化现象。
84.对比例1
85.本对比提供了一种钢，化学成分按重量计包含：c：0.042％，si：0.30％，mn：1.28％，nb：0.093％，ti：0.012％，cr：0.15％，ni：0.11％，mo：0.12％，p：0.003％，s：0.002％，其余为fe和不可避免的杂质。其制备方法包括以下步骤：
86.步骤1：铁水预处理：
87.步骤2：转炉冶炼：采用转炉冶炼，钢水浇筑成连铸坯；
88.步骤3：控轧控冷：将连铸坯进行加热，对连铸坯控轧控冷，得到成品钢；
89.加热温度为1188℃，保温时间为2h。将加热后的钢坯进行粗轧和精轧，在轧制过程中，粗轧开轧温度1010℃，粗轧终轧温度为981℃，最后三个道次累计变形量为53％。精轧开轧温度为866℃，精轧终轧温度为827℃，精轧累计变形量为53％；将精轧过后的钢坯进行冷却，开冷温度为741℃，终冷温度为497℃，最后空冷至室温，得到成品钢。
90.本对比例所制得的钢板屈服强度为497mpa，抗拉强度为586mpa，-20℃冲击功为391j，具有良好的强韧性能。同时，107周次疲劳强度为344mpa，疲劳裂纹扩展速率方程为da/dn＝2.02
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(δk)
4.99
；环焊热影响区细晶区发生软化。
91.本对比例不含v元素，nb元素不在本发明所要求的含量范围内，最终制得的钢板107周次疲劳强度为344mpa，低于本发明所制得的钢，并且在环焊热影响区出现了软化现象，严重影响服役安全性。
92.对比例2
93.本对比提供了一种钢，化学成分按重量计包含：c：0.051％，si：0.33％，mn：1.26％，nb：0.046％，v：0.035％，ti：0.017％，cr：0.14％，ni：0.13％，mo：0.15％，p：0.004％，s：0.001％，其余为fe和不可避免的杂质。其制备方法包括以下步骤：
94.步骤1：铁水预处理：
95.步骤2：转炉冶炼：采用转炉冶炼，钢水浇筑成连铸坯；
96.步骤3：控轧控冷：将连铸坯进行加热，对连铸坯控轧控冷，得到成品钢；
97.加热温度为1190℃，保温时间为2h；将加热后的钢坯进行粗轧和精轧，在轧制过程中，粗轧开轧温度1016℃，粗轧终轧温度为976℃，最后三个道次累计变形量为26％。精轧开轧温度为877℃，精轧终轧温度为816℃，精轧累计变形量为42％；将经精轧过后的钢坯进行冷却，开冷温度为741℃，终冷温度为493℃，最后空冷至室温，得到成品钢。
98.本对比例所制得的钢板屈服强度为433mpa，抗拉强度为550mpa，-20℃冲击功为356j，107周次疲劳强度为296mpa，疲劳裂纹扩展速率方程为da/dn＝8.60
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10-12
(δk)
4.96
；环焊热影响区无软化现象。
99.对比例3
100.一种抗疲劳海洋立管用钢，其化学成分按重量计包含：c：0.046％，si：0.31％，mn：1.22％，nb：0.052％，v：0.031％，ti：0.015％，cr：0.14％，ni：0.12％，mo：0.13％，p：0.003％，s：0.002％，其余为fe和不可避免的杂质。其制备方法包括以下步骤：
101.步骤1：铁水预处理：kr脱硫后，s含量低于0.002％；
102.步骤2：转炉冶炼-精炼-连铸：通过转炉冶炼、炉外精炼及连铸工艺，得到连铸坯；
103.步骤3：控轧控冷：将连铸坯进行加热，对连铸坯控轧控冷，得到成品钢。
104.加热温度为1182℃，保温时间为2h；将加热后的钢坯进行粗轧和精轧，在轧制过程中，粗轧开轧温度1046℃，粗轧终轧温度为996℃，最后三个道次累计变形量为51％。精轧开轧温度为876℃，精轧终轧温度为820℃，精轧累计变形量为53％。将精轧过后的钢坯进行冷却，开冷温度为820℃，终冷温度为473℃，最后空冷至室温，得到成品钢。
105.本对比例所制得的海洋立管用钢板屈服强度为567mpa，抗拉强度为676mpa，-20℃
冲击功为388j，107周次疲劳强度为398mpa，疲劳裂纹扩展速率方程为da/dn＝8.92
×
10-12
(δk)
5.02
；环焊热影响区无软化现象。
106.表1为实施例和对比例钢的化学成分及其含量；表2为实施例和对比例钢的制备过程工艺参数；表3为实施例和对比例钢的力学性能。
107.表1实施例和对比例钢的化学成分(wt，％)
108.编号csimnpsnbvtimonicr实施例10.0460.311.220.0030.0020.0520.0310.0150.130.120.14实施例20.0460.311.220.0030.0020.0520.0310.0150.130.120.14实施例30.0610.271.580.0030.0020.0500.0460.0140.160.190.20实施例40.0610.271.580.0030.0020.0500.0460.0140.160.190.20实施例50.0460.311.220.0030.0020.0520.0310.0150.130.120.14对比例10.0420.301.280.0030.0020.093-0.0120.120.110.15对比例20.0510.331.260.0040.0010.0460.0350.0170.150.130.14对比例30.0460.311.220.0030.0020.0520.0310.0150.130.120.14
109.表2实施例和对比例的制备工艺
[0110][0111][0112]
表3实施例和对比例钢的性能
[0113][0114]
对比例1中，不含有v元素，使得疲劳强度有所降低，最主要的在其环焊热影响区的细晶区发生了软化现象。
[0115]
对比例2中，制备过程中粗轧变形量小于50％，不符合本发明要求，导致多边形铁素体晶粒细化程度不够；同时相变驱动力不足，使得铁素体的体积分数也在本发明要求范围外，最后导致疲劳强度低，疲劳裂纹扩展速率显著增加。
[0116]
对比例3和实施例1成分配比相同，开冷温度不在本发明要求的范围内，得到针状铁素体单相组织，虽然疲劳强度升高，但是疲劳裂纹扩展速率显著增加，导致综合抗疲劳性能降低。此外，单相组织的塑性也不如本发明所述的双相组织，不适用于海洋立管用钢。
[0117]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种抗疲劳海洋立管用钢，其特征在于，所述抗疲劳海洋立管用钢的化学成分按质量百分比计为：c：0.04～0.07％，si：0.20～0.40％，mn：1.00～1.60％，nb：0.02～0.06％，v：0.03～0.055％，ti：0.01～0.02％，cr：0.10～0.30％，ni：0.10～0.30％，mo：0.05～0.25％，p：＜0.005％，s：＜0.005％，其余为fe和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的海洋立管用钢，其特征在于，所述抗疲劳海洋立管用钢的化学成分按质量百分比计为：c：0.046～0.061％，si：0.27～0.31％，mn：1.22～1.58％，nb：0.04～0.052％，v：0.032～0.052％，ti：0.014～0.015％，cr：0.14～0.20％，ni：0.12～0.19％，mo：0.13～0.16％，p：＜0.003％，s：＜0.003％，其余为fe和不可避免的杂质。3.根据权利要求1或2所述的海洋立管用钢，其特征在于，所述海洋立管用钢的微观组织为超细晶铁素体和针状铁素体，超细晶铁素体的平均晶粒尺寸≤6μm。4.根据权利要求3所述的海洋立管用钢，其特征在于，所述超细晶铁素体体积分数为30％～60％。5.一种抗疲劳海洋立管用钢的制备方法，用于制备权利要求1至4任一项所述的海洋立管用钢，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：铁水预处理：kr脱硫后，s含量低于0.002％；步骤2：转炉冶炼-精炼-连铸：通过转炉冶炼、炉外精炼及连铸工艺，得到连铸坯；步骤3：控轧控冷：将连铸坯进行加热，对连铸坯控轧控冷，得到成品钢，加热温度为1180～1195℃，保温时间为1～2小时。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤3中，所述加热温度为1180～1185℃。7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤3中，所述控轧采用两阶段轧制，第一阶段轧制为粗轧，粗轧开轧温度为1050～1000℃，粗轧终轧温度为990～980℃，最后2-3道次累计变形量大于50％。8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述两阶段轧制中，第二阶段为精轧，精轧开轧温度为880～820℃，精轧终轧温度为830～780℃，累计变形量大于50％。9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述控冷过程为：经精轧的钢坯空冷至开冷温度后，采用层流冷却的方式进行加速冷却至终冷温度，然后空冷至室温，其中开冷温度为780～700℃，终冷温度为500～400℃。10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述开冷温度为760～700℃，终冷温度为450～400℃。

技术总结
本发明涉及一种抗疲劳海洋立管用钢及其制备方法，属于海洋管线钢制造领域，解决现有海洋立管用钢无法同时具有良好强韧性和高抗疲劳性能的问题。一种抗疲劳海洋立管用钢，化学成分按质量百分比计为：C：0.04～0.07％，Si：0.20～0.40％，Mn：1.00～1.60％，Nb：0.02～0.06％，V：0.03～0.055％，Ti：0.01～0.02％，Cr：0.10～0.30％，Ni：0.10～0.30％，Mo：0.05～0.25％，P：＜0.005％，S：＜0.005％，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明制备的还有海洋立管用钢，具有良好强韧性和高抗疲劳性能。具有良好强韧性和高抗疲劳性能。具有良好强韧性和高抗疲劳性能。


技术研发人员：李拔 贾书君 童帅 刘清友 汪兵
受保护的技术使用者：中联先进钢铁材料技术有限责任公司
技术研发日：2023.06.02
技术公布日：2023/8/9