CN102286690A - 一种具有抗氢致开裂性的管线钢板及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有抗氢致开裂性的管线钢板及其生产方法，其成分按重量百分比为C0.04～0.09%，Si0.20～0.45%，Mn1.20～1.60%，P≤0.010%，S≤0.015%，Nb0.030～0.060%，Ti0.006～0.020%，Cr≤0.40%，Ni≤0.30%，Al≤0.060%，余量为Fe和杂质。采用控轧控冷工艺，奥氏体化温度为1150℃～1250℃，粗轧温度为1000～1100℃，精轧温度为850～1000℃；随后层流冷却，返红温度为450～600℃，冷却速率5～25℃/s；进行调质处理，采用Ac₃以上温度淬火，再进行高温回火。淬火温度为910℃～950℃，淬火保温时间为20~50min，用水冷却；回火温度为450～700℃，回火保温时间为20~50min，随后空气冷却。生产方法简单易行。

Description

一种具有抗氢致开裂性的管线钢板及其生产方法

 

技术领域

本发明涉及一种管线钢板，具体地说是一种具有优异抗氢致开裂性的管线钢板及其生产方法。

背景技术

自上世纪80年代末期开始，我国开始开发管线钢，目前已经达到X80的强度级别，可以供应热轧板带、中厚板等不同的规格、品种。随着管线钢的产量逐年上升，并逐渐形成包括高强度高韧性的X60和X65、高止裂针状铁素体的X70和X80、抗氢致开裂的X65等不同等级的微合金化管线钢成分设计、冶炼和TMCP 技术和生产质量控制技术体系。产品先后应用于我国西气东输工程、忠武的输气管线工程、番禺－惠州海底输气管线工程以及海外的印度输油管线、土耳其输气管线等一系列国内外重大长距离油气输送管线工程。

随着我国能源结构调整和环保需求，对天然气的需求不断增加，目前每年正以平均7 %的增长速度增加，预计到2020 年中国还将新建50000 km 的天然气管线。今后输送天然气不再是经脱水、脱H₂S处理的气体，而将是未经处理的“富气” （ H₂S ≤300Pa），为此必须提高管线用钢的抗氢致开裂。

抗氢致开裂管线钢板对组织和成分的均匀性有严格的要求。S在钢中主要以MnS形式存在，塑性变形的MnS危害最大，会导致钢板出现各向异性，裂纹极易在此处形成。并且裂纹易沿着C、Mn、P偏析带传播、扩散。钢中的杂质元素S、P含量是高强度管线钢生产的关键，必须严格控制其含量，必须降到要求值以下。抗氢致开裂管线钢板要求有较高的洁净度、较高的铸坯成分均匀性、组织均匀性。这些严格的条件一方面对冶炼提出高标准高要求，另外一方面因合金化和制造工艺等因素使钢的成本显著增加。当某个环节控制不佳，出现在中心偏析带或者夹杂物积聚，通过TMCP工艺也难以消除铸坯的偏析和使硬质夹杂物有利变形，不可避免地形成了级别较高的带状组织和成分偏析，这样给氢致裂纹的产生提供了有利的通道。这就迫切需要采取一些特殊的办法来改善组织和成分的均匀性，在保证产品基本的使用性能的同时，提高抗氢致开裂性能。如美国专利US2008-0283161中公开提出通过热轧板在线调质处理获得良好的抗氢致开裂性能钢和强度值。但是调质以后获得贝氏体/马氏体/网状铁素体型组织，这种组织不是抗HIC最良好的组织形态，在专利中也只给出了抗拉和屈服强度值，并没有给出延伸率和冲击韧性值。如其17#和21#试样调质以后得到铁素体+贝氏体+马氏体（F+B+M）型组织，其中总裂纹面积比（CAR）分别为6.2%和9.4%， CAR超出了5%，不满足抗氢致开裂钢标准要求。表明该发明中的所涉及的方法获得的钢抗氢致开裂性能不稳定，不利于批量生产。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有抗氢致开裂性的管线钢板及其生产方法，该方法通过利用调质工艺获得等轴均匀细小的粒状贝氏体铁素体、板条贝氏体铁素体和铁素体组织，从而得到优异的抗氢致开裂的管线钢板。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种具有抗氢致开裂性的管线钢板，其特征在于：该钢板成分按重量百分比为C 0.04～0.09%，Si 0.20～0.45%，Mn 1.20～1.60%， P≤0.010%，S≤0.015%，Nb 0.030～0.060%，Ti 0.006～0.020%， Cr ≤0.40%，Ni ≤0.30%，Al ≤0.060%，余量为Fe和杂质。

本发明中，钢板成分按重量百分比优选为C 0.06%，Si 0.22%，Mn 1.55%， P 0.009%，S 0.0007%，Nb 0.050%，Ti 0.016%， Cr  0.17%，Ni 0. 02%，Al  0.035%，Cu 0.04%，余量为Fe。

一种具有抗氢致开裂性的管线钢板的生产方法，其特征在于该方法包括以下工序：

控轧控冷工艺：奥氏体化温度为1150℃～1250℃，粗轧温度为1000～1100℃，精轧温度为850～1000℃；随后层流冷却，返红温度450～600℃，冷却速率5～25℃/s；

调质工艺：采用Ac₃以上温度淬火，再进行高温回火。淬火温度为910℃～950℃，淬火保温时间为20~50min，用水冷却；回火温度450～700℃，回火保温时间为20~50min，随后空气冷却，得到具有抗氢致开裂性的管线钢板。

本发明热轧后在Ac₃以上高温区加热，这个加热过程便是一个奥氏体均匀化的过程，首先在形变大的部位形成等轴晶核，而后这些晶核依靠消除原来伸长的晶粒而长大。同时，由铸坯带来的凝固偏析也得以改善。最后，轧制过程中伸长的晶粒全部被新的等轴晶粒取代。合金元素的分布也趋于均匀，碳化物及MA岛溶解后，转变为形状规则的粒状贝氏体铁素体、板条贝氏体铁素体和铁素体组织，组织均匀性增加，各相之间的电位差减小，不容易形成腐蚀电化学反应，从而增加了钢板抗H₂S的腐蚀性能。

本发明具有如下优点：

1、通过简单的热处理方法，可以消除TMCP无法消除由于铸坯中成分偏析形成的带状组织，形成的组织细化，趋于均匀，抗氢致开裂性能提高。

2、生产工艺稳定，经过调质处理后，力学性能仍然满足API 5L X70管线钢级的力学性能要求，并且有适量的富余。

本发明采用的调质方法，有助于改善铸坯成分均匀性，得到贝氏体-铁素体型组织，组织均匀，强韧性得到良好的匹配，完全满足API标准的要求，同时抗氢致开裂性能优异，调质工艺简单易行，便于大量生产。

附图说明

图1为实施例1调质热处理后得到管线钢板在金相显微镜下典型的组织形貌图。

图2为实施例2调质热处理后得到管线钢板在金相显微镜下典型的组织形貌图。

具体实施方式

一种具有优异抗氢致开裂性的管线钢板，其成分按重量百分比如表1所示。

上述具有优异抗氢致开裂性的管线钢板的生产方法，具体要求如下：

控轧控冷工艺：采用控轧控冷工艺（TMCP）两阶段轧制；轧前加热温度1150℃～1250℃，粗轧温度1000～1100℃，精轧开轧温度850～1000℃；轧后层流冷却，返红温度450～600℃，冷却速率5～25℃/s；

热处理工艺：为了使成品获得优异的抗氢致开裂性能进行调质处理，淬火温度为910℃～950℃，淬火保温时间为20~50min，用水冷却；回火温度450～700℃，回火保温时间为20~50min，随后空气冷却。图1、2均为实施例调质处理后得到管线钢板在金相显微镜下典型的组织形貌图。组织均匀细小。仔细观察图2，可以发现有很多弥散分布的颗粒，有序排列在基体上，提高了钢板的抗H₂S腐蚀性能。

调质处理后的力学拉伸性能如表2。抗氢致开裂性能见表3。

                                                

可以看出，实施例1和实施例2 的力学性能均达到API 5L标准中X65的要求，屈强比优于0.80，延伸率≥27%，达到了X65管线钢的要求。同时抗氢致开裂性能满足NACE 0177-2005标准中 CLR≤10% ，CTR≤3%，CSR≤2%。尤其是实施例2，完全没有氢致开裂裂纹和氢鼓泡。该热处理办法简单易行，使材料的综合性能提高。

Claims (4)

1.一种具有抗氢致开裂性的管线钢板，其特征在于：该钢板成分按重量百分比为C 0.04～0.09%，Si 0.20～0.45%，Mn 1.20～1.60%， P≤0.010%，S≤0.015%，Nb 0.030～0.060%，Ti 0.006～0.020%， Cr ≤0.40%，Ni ≤0.30%，Al ≤0.060%，余量为Fe和杂质。

2.根据权利要求1所述的具有抗氢致开裂性的管线钢板，其特征在于：该钢板成分按重量百分比为C 0.06%，Si 0.22%，Mn 1.55%， P 0.009%，S 0.0007%，Nb 0.050%，Ti 0.016%， Cr  0.17%，Ni 0. 02%，Al  0.035%，Cu 0.04%，余量为Fe。

3.一种权利要求1所述的具有抗氢致开裂性的管线钢板的生产方法，其特征在于该方法包括以下工序：

控轧控冷工艺：奥氏体化温度为1150℃～1250℃，粗轧温度为1000～1100℃，精轧温度为850～1000℃；随后层流冷却，返红温度为450～600℃，冷却速率5～25℃/s；

调质工艺：采用Ac₃以上温度淬火，再进行高温回火；淬火温度为910℃～950℃，淬火保温时间为20~50min，用水冷却；回火温度为450～700℃，回火保温时间为20~50min，随后空气冷却，得到具有抗氢致开裂性的管线钢板。

4.根据权利要求3所述的具有抗氢致开裂性管线钢板的生产方法，其特征在于：通过调质工艺，得到组织明显均匀化的贝氏体-铁素体型组织。