南钢海底管线用钢研发及产业化

规范同时还要求整批交付的钢管其纵向YS应比较均匀，
海底管线 设计要求
变化幅度应≤120MPa。 具有优异的低温断裂韧性和止裂能力， 满足CTOD 、DWTT、CVN等性能指标 钢管还需满足应变时效性能，时效后的屈强比、强度及变化 幅度、CVN等韧性指标应满足时效前的技术指标要求。
要求具有优良的管形（如直径、椭圆度、切斜、直度、壁厚等），
深海管线
FPSO 17条
陆上终 端 12 个
平台 151座
设计要求
以人为本 同心共进
既要能承受较大的内压，最大设计操作压力22.9MPa，又要承受较高 的外压15MPa和可能的冲击，要求钢管必须具有足够的强度 和较大的 刚度，即抗压溃能力。因此要求大壁厚，小管径，即大的厚径比（t/D） 要求具有优异的抗大变形能力，规范要求钢管的纵向 拉伸， 为减少和缓和铺管过程造成应力集中，DNV
韧性
深海管线用SMYS450F钢冶炼内控成分(wt,%) C ≤0.07 Si Mn P S ≤ 0.10- 1.40≤ 0.013 0.002 0.30 1.60 Ni 0.100.30 Cr+Mo Nb Ti 0.08- 0.050- 0.010.060 0.02 0.25
以人为本 组织设计
同心共进
为了确保力学性能， 尤其是低屈强比 （钢板纵横向屈强 比 ≤ 0.85） 和 低 温
DWTT ， 采 用
F+AF+B的复合组 织结构
SMYS450F钢组织的金相照片
以人为本 连续冷却过程中的相变
Reheating 1200℃
同心共进
动态CCT曲线可
以看出：
随着冷速增加， 组织结构发生变化， 热轧后应控制冷速
LD5-2 LD4-2 LD10-1 NB35-2 C FD11-3/5
方公里，油气地质资源量
390亿吨 油气田分布
天外天气
渤海海域41个 南海西部海域17个
LF13-2
南海东部海域21个
东海海域2个 共81个油气田，大部分油 气需通过海底管线输送
中海油的油气田分布
以人为本 同心共进 海底管线钢应用前景
以人为本 同心共进
DWTT/%
单个 76 100 90 3.7 平均值 85 100 90 2.9
批量数据统计结果：
-20℃落锤试验单个试样剪切面积最小值≥76%，平均值的最小值≥85% 应变时效夏比冲击功大于300J 99.5%钢板的冲击功大于358J
低温性能
3.系列温度冲击和DWTT性能
夏比冲击功(J)
600 550 500
以人为本 同心共进
200
22.2mm夏比冲击功 22.2mm夏比冲击剪切面积
180
不同厚度规格钢板-70℃冲击功 均在400J以上 -30℃DWTT均值在85%以上 钢板具有优异的低温韧性
600 550 500 450 400 350 300 80 250 60 200 40 150 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 200
400
屈服强度(MPa)
屈服强度(MPa)
横向屈服分布图
15.3 13.1
纵向屈服分布图
15.3 13.1
频率(%)
11.0
10.9 8.8 6.6 4.4 2.2 0.0 0.68 0.70 0.72 0.74 0.76 0.78 0.80 0.82 0.84 0.86
频率(%)
8.8 6.6 4.4 2.2 0.0 0.66 0.68 0.70 0.72 0.74 0.76 0.78 0.80 0.82 0.84 0.86
平均值 0.042 1.54 0.15 0.009 0.0010 0.18 0.094 0.053 0.0133
标准 偏差
46
1.20
0.34
0.138
0.0038 0.015 0.016 0.0014 0.0002 0.008 0.0034 0.0012 0.0016
7.0
0.38
0.006
0.005
南海荔湾1500m深海管的钢板内控订货技术要求
试 样 方 Rt0.5 向 Mpa 横 向 纵 向 410510 400500 拉伸 Rm Mpa 535750 535750 Rt0.5 /Rm ≤ 0.85 ≤ 0.85 A50 % ≥30 ≥30 夏比冲击韧性 20℃ Akv均值 J ≥180 剪切面 积均值 ≥90% 横向时效冲 击-20℃ 5%应变 250℃ 保温1小时 ≥未时效横 向冲击值的 50% DWTT -25℃ 均值 ≥85% CTOD -10℃ ≥0.20 mm ≥0.20 mm
以人为本 同心共进
最小值 最大值 平均值 标准偏差
延伸率/% 横向 纵向 45 46 59.5 59.0 51 51 2.9 2.8
屈强比 横向 纵向 0.67 0.67 0.85 0.85 0.76 0.76 0.030 0.027
工业化生产了43000吨
横向和纵向屈服强度分别为410-510MPa和400-500MPa 横向和纵向抗拉强度545-645MPa和535-635MPa
工艺控制要点
热轧工艺要点
以人为本 同心共进
加热工艺：出钢温度1150-1200℃，加热时间为10-13min/cm 第二阶段开轧温度：为保证DWTT性能，第二阶段开轧温度小于900℃
终轧温度：兼顾现场轧制板形控制以及确保在Ar3相变温度点以上终轧
入水温度： 为了满足F+AF+B的多相组织设计，入水温度控制在奥氏体 +铁素体两相区域 弛豫时间：终轧完了至入水前控制一定的时间，以得到适量的多边形铁 素体，首次把 “弛豫时间自动化控制”固化在生产程序中，达到对组织 定量控制的目的，最终获得所需要的性能
窄成分控制和高纯净度控制，为提高钢板性能均匀性奠定了良好的基础
微观组织
以人为本 同心共进
微观组织的SEM照片
析出物的TEM像
成品组织为F+AF+B的复相组织 析出物尺寸细小，弥散分布
力学性能
1.拉伸性能
拉伸性能统计分析如下表 屈服强度/MPa 横向 纵向 410 400 510 500 446 441 20.1 17.8 抗拉强度/MPa 横向 纵向 545 535 645 635 591 580 16.5 16.4
温度/℃Leabharlann Baidu
Temperature
900 800 700
Ac1=735℃
F
600 500 400 300
A B Ms 40 Mf 30 20 15 8 10 5
P 3 1
0.5 ℃/s
在一定范围内
在10~30℃/s的范 围内都能得到针状
200
铁素体型组织
WQ
100 0
270 221 212 200 184 290 250 Air Cooling WQ WQ 340
以便现场对接。钢管的纯净度要求高，高焊接热输入下粗晶热影响区细
小弥散的复合夹杂物促使针状铁素体的形成，可有效抑制奥氏体晶粒 迅速长大，提高热影响区的综合性能。
力学性能指标
以人为本 同心共进
我国南海荔湾3-1气田是我国首个1500米深海油气 项目，该项目用材质为SMYS450F(X65)的直缝埋 弧焊管，钢管规格为558.8mm×22.2-31.0mm （D/t=18.03~25.17）
以人为本 同心共进
南钢1500米海底管线用钢
研发及产业化
南京钢铁股份有限公司 2013年5月
以人为本 主要内容
同心共进
1. 研发背景
2. 基础研究
3. 工业化生产 4.应用研究及供货 5.结论 6.3000米深海管线开发
以人为本 同心共进
1.研发背景
以人为本 中海油油气田分布 同心共进
全海域盆地：面积160万平
[C]≤0.07%、S≤0.0020%、P≤0.0130%、[N]≤0.0060%，严格控制残余元 素Pb、Bi、Sb、Sn、As含量 LF冶炼：造还原性渣、温度和合金成分微调 RH冶炼： RH精炼低真空度(≤3mbar)保持时间≥15min。喂丝结束后静搅
时间≥15min
连铸：过热度控制在10-30℃之间；连铸保护浇注；适时向中间包内加 无碳覆盖剂；结晶器液面±3mm波动，防止卷渣；稳定控制拉速
阿曼-印度海底天然气管道
以人为本 同心共进
Requirements for Oman-India gas-transmission pipeline 荔湾深水 Length of submarine line: 1200 km 160Km Max. water depth: 3500 m 1500m Max. pipe size: 610 mm I.D. x 41 mm W.T. 558.8 mm I.D. x 22.2~31 mm W.T. Material: X70 non-sour SMYS450F(X65) Yield strength: 482 - 586 MPa 450- 570 MPa Tensile strength: 565 - 793 Mpa 535 - 760 MPa CVN base, -10℃: 200 / 150 J 180 / 150 J CVN weld, -10℃: 100 / 75 J 45 / 38 J DWT, -10℃: min. 85% SA 85% SA CTOD weld, -10℃: min. 0.15 mm 0.20mm Out - of - roundess: ≤ 4 mm 4mm D/t ：16.9 20.7
屈强比
屈强比
横向屈强比分布图
纵向屈强比分布图
拉伸性能波动较小，屈强比较低
低温性能
2.低温韧性
SMYS450F钢板-20℃冲击和DWTT值统计
夏比冲击（-20℃） 钢板 最小值 最大值 平均值 标准偏差 冲击功/J 单个 211 511 432 28.6 平均值 225 499 432 24.1 剪切面积/% 单个 90 100 100 0.4 平均值 92 100 100 0.3
析出物控制
(a)
Nb
以人为本 同心共进
1
Nb Ti
2
2 1
Ti
(b)
Nb
Nb Cu
Ti
钢中典型的析出物及其能谱
以人为本 同心共进
3.工业化生产
工艺路线
以人为本 同心共进
精炼（LF+RH）
工艺控制要点
冶炼及连铸工艺要点
铁水预处理脱硫：铁水预处理后控制[S]≤0.002%
以人为本 同心共进
转炉冶炼：保证终点温度和碳同时命中，减少拉碳次数，终点碳控制在
以人为本 同心共进
2.基础研究
以人为本 成分设计思路 ① 低碳 (≤0.07%): 保证良好的焊接性能和低温韧性 ② 高锰： 高强度、细化晶粒、节约合金成本
同心共进
③ 铌、钛：晶粒细化&析出强化
④ 钼、镍、铬：提高钢的淬透性，保证沿板厚方向得到均匀的显微组 织，提高韧性
⑤ 硫、磷、氧、氮等： 尽可能降低其含量以净化钢质，显著提高钢的
屈强比≤0.85
拉伸性能分布 以人为本
20.0 17.5
同心共进
25.0 22.5 20.0
15.0 12.5
17.5 15.0
频率(%)
频率(%)
420 440 460 480 500 520
10.0 7.5 5.0
12.5 10.0 7.5 5.0
2.5 0.0
2.5 0.0 400 420 440 460 480 500
172
166 HV
10
100
1000
Time
时间/s
析出物控制
析出物类型：
以人为本 同心共进
①高温条件下析出：外形规则的TiN为主，附着复合析出相或Nb的析
出相
②低温条件下析出：NbC为主，尺寸细小，圆形或椭圆形
析出物作用：
①抑制再结晶，细化晶粒；
②析出强化，提高材料强度； ③增加铁素体形核点，细化成品组织
海洋油气占全球石油天然气总
量的70%，随着陆地能源枯竭， 海上石油开采将成为主战场 中国南海油气资源占我国油气 资源的三分之一，是我国未来 油气开发的重点 荔湾3-1气田是我国第一个世 界级深水天然气项目，也是国 内最大、最深的海上气田，具 有十分重要的战略意义 国家正加大对南海油气资源的 开发力度，海底管线钢的需求 数量必将大幅度增加 海底管道 216条 ，总长4626公里
终冷温度：为确保钢板低屈强比、合适的强度，终冷温度小于450℃
化学成分
成分统计分析如下表
C Mn Si P S Ni Mo Nb Ti
以人为本 同心共进
N/ppm H/ppm CEⅡW CEPcm
32 67 0.39 2.22 0.33 0.35 0.13 0.15
最小值 0.034 1.50 0.12 0.006 0.0006 0.17 0.088 0.050 0.010 最大值 0.055 1.59 0.21 0.013 0.0017 0.21 0.103 0.055 0.018