CN102839326A - 抗氢致裂纹bns钢板及其生产方法 - Google Patents

Abstract

一种抗氢致裂纹BNS钢板及其生产方法，属于低碳结构钢技术领域。钢板成分为：C：0.03～0.07％，Si：0.01～0.40％，Mn：1.00～1.50％，P：≤0.015％，S：≤0.003％，Alt：0.01～0.06％，N：≤0.006％，H：≤0.0002％，添加V、Ti微合金强化元素，V+Ti≤0.10%，还含有Cu：0.00～0.30％、Ni：0.00～0.20％、Cr：0.00～0.30％中的1～3种。其余为Fe和不可避免杂质元素。金相组织由细晶铁素体组织组成。生产工艺为：将浇铸成250～350mm厚板坯装入加热炉加热出炉进行轧制；粗轧开轧温度1060～1160℃，单道次压下率15~30%；精轧开轧温度850～950℃；终轧温度780～860℃；入水温度740～820℃；正火温度900℃～950℃。该钢板在满足力学性能的基础上拥有优良的抗氢致裂纹性能。

Description

抗氢致裂纹BNS钢板及其生产方法

技术领域

本发明属于低碳结构钢技术领域，特别是涉及一种抗氢致裂纹BNS（BNS是API 5L标准对牌号的定义，B代表B级管线，N代表正火态，S表示酸性服役）正火钢板及其生产方法，适用于输送石油、天然气的直缝埋弧焊管的生产。

背景技术

从20世纪50年代以来，由于H₂S管道腐蚀发生的管道破坏事故屡见不鲜，引起了人们充分注意，国内外钢铁企业及研究机构纷纷开展抗H₂S管道腐蚀的研究。用于运输含H₂S腐蚀介质的钢管需要具有良好的抗氢致开裂的能力，即抗HIC性能。因而要钢板具有极高的钢水纯净度，非常均匀的组织与应力分布。而正火态钢板由于组织与应力的均匀性使得在抗氢致开裂的开发中具有独特的优势，难点在于在满足抗氢致裂纹性能的同时还要满足一定的强度要求。抗硫化氢管线钢的生产一直是冶金、材料专家研究的热点，钢板抗氢致开裂性能控制的关键点一直是困扰各大钢厂的难题，氢致裂纹率合格率偏低，给生产厂和最终使用用户都带来了巨大的安全隐患。

发明内容

本发明提供的目的在于提供一种抗氢致裂纹BNS正火钢板及其生产方法，有效地解决了管线钢原油输送管氢致开裂的问题，提高了石油管道的使用安全性，对我国的管道事业发展具有重大意义。

本发明的板坯成分为C：0.03～0.07％，Si：0.01～0.40％，Mn：1.00～1.50％，P：≤0.015％，S：≤0.003％，Alt：0.01～0.06％，N：≤0.006％，H：≤0.0002％，添加V、Ti微合金强化元素，V+Ti≤0.10%，还含有Cu：0.00～0.30％、Ni：0.00～0.20％、Cr：0.00～0.30％中选择的1～3种。其余为Fe和不可避免杂质元素，均为重量百分数；金相组织为细晶铁素体，晶粒度为10级；

本发明生产中在轧制和正火工艺中控制的技术参数为：

（1）将按化学成分设计冶炼好的钢水浇铸成250～350mm厚板坯；将坯料装入板坯加热炉加热，加热温度1140～1230℃，加热时间3～6h；然后出炉进行轧制；

（2）粗轧开轧温度控制在1060～1160℃，单道次压下率在15～30%；中间坯待温厚度55～85mm；精轧开轧温度控制在850～950℃；终轧温度控制在780～860℃；

（3）入水温度控制在740～820℃，冷速10～15℃/s,终冷温度550～650℃；

(4)正火温度900℃～950℃，保温时间控制在10±5min。

本发明内容的构成要点立足于以下认识：C的降低对抗氢致开裂性能是有利的，但同时降低了强度性能，但是为了优先保证抗氢致开裂性能,碳的含量控制在较低范围内。Mn能够通过固溶强化、相变强化来有效的提高钢材的强韧性，但是Mn的提高对抗氢致开裂性能是有不利的，所以锰的含量控制在较低的范围内。为了保证钢板的强度性能，添加V,Cr等强化元素来保证强度性能。

采用该控轧控冷工艺的依据是：通过第一阶段的奥氏体再结晶控制轧制细化奥氏体晶粒，通过在奥氏体未再结晶区的累积形变，增加了相变的形核点，为了细化相变组织，有效降低钢板带状组织级别，冷速控制在10～15℃/S,终冷温度550～650 ℃。通过轧后快速冷却得到细化的铁素体和珠光体组织。

采用正火工艺的依据是：正火可以降低钢板的组织应力与内应力，使钢板的组织更均匀化，更有效消除钢板带状组织，提高抗氢致开裂性能。

本发明的优点在于，所述的BNS正火钢板，其抗拉强度在415MPa以上，-20℃的夏比冲击功在300J以上，带状组织评级≤2级，氢致裂纹率：裂纹长度率CLR≤15%，裂纹宽度率CTR≤5%，裂纹面积率CSR≤2%。具有非常优良的强韧性性能以及抗氢致开裂性能，使得原油输送管的使用安全性得到提高。

附图说明

图1为本发明的金相组织。

具体实施方式

实施例1

抗氢致裂纹BNS钢板按重量百分比计的设计成分为：C 0.07%，Mn 1.50%，Si 0.25%，Cr 0.20%，V0.04%,S 0.002%，Alt 0.035%，P0.008%，其余为Fe及不可避免的杂质。钢板规格为：20.6×2040×12000 mm（厚度×宽度×长度）。

TMCP工艺包括加热、粗轧、精轧、水冷以及正火，具体为：

（1）将按化学成分设计冶炼好的钢水浇铸成300mm厚板坯；将坯料装入板坯加热炉加热，加热温度1200℃，加热时间280min；然后出炉进行轧制；

（2）粗轧开轧温度控制在1070℃，单道次压下率在15%以上；中间坯待温厚度60mm；精轧开轧温度控制在900℃；终轧温度控制在820℃；

（3）入水温度控制在780℃，冷速13℃/S,终冷温度620℃；

(4) 正火温度920℃，保温时间控制在10±5min。

生产的产品其抗拉强度为467MPa，-20℃的夏比冲击功在300J以上，带状组织评级2级，氢致裂纹率：裂纹长度率CLR 8.2%，裂纹宽度率CTR1.3%，裂纹面积率CSR 0.7%。

实施例2

抗氢致裂纹BNS钢板按重量百分比计的设计成分为：C 0.04%，Mn 1.00%，Si 0.25%，Cr 0.20%，V0.06%,S 0.002%，Alt 0.035%，P0.008%，其余为Fe及不可避免的杂质。钢板规格为：20.6×2040×12000 mm（厚度×宽度×长度）。

TMCP工艺包括加热、粗轧、精轧、水冷以及正火，具体为：

（2）粗轧开轧温度控制在1070℃，单道次压下率在15%以上；中间坯待温厚度60mm；精轧开轧温度控制在900℃；终轧温度控制在820℃；

（3）入水温度控制在780℃，冷速13℃/s,终冷温度620℃；

(4) 正火温度900℃，保温时间控制在10±5min。

生产的产品其抗拉强度为415MPa，-20℃的夏比冲击功在300J以上，带状组织评级0级，氢致裂纹率：裂纹长度率CLR 0%，裂纹宽度率CTR0%，裂纹面积率CSR 0%。

实施例3

抗氢致裂纹BNS钢板按重量百分比计的设计成分为：C 0.055%，Mn1.20%，Si 0.25%，Cr 0.25%，V0.06%，S 0.002%，Alt 0.035%，P 0.008%，其余为Fe及不可避免的杂质。钢板规格为：20.6×2040×12000 mm（厚度×宽度×长度）。

TMCP工艺包括加热、粗轧、精轧、水冷以及正火，具体为：

（2）粗轧开轧温度控制在1070℃，单道次压下率在15%以上；中间坯待温厚度60mm；精轧开轧温度控制在900℃；终轧温度控制在820℃；

（3）入水温度控制在780℃，冷速13℃/S,终冷温度620℃；

(4) 正火温度900℃，保温时间控制在10±5min。

生产的产品其抗拉强度为437MPa，-20℃的夏比冲击功在300J以上，带状组织评级1级，氢致裂纹率：裂纹长度率CLR 0%，裂纹宽度率CTR0%，裂纹面积率CSR 0%。

Claims (3)

1.一种抗氢致裂纹BNS钢板，其特征在于，钢板成分为：C：0.03～0.07％，Si：0.01～0.40％，Mn：1.00～1.50％，P：≤0.015％，S：≤0.003％，Alt：0.01～0.06％，N：≤0.006％，H：≤0.0002％，添加V、Ti微合金强化元素，V+Ti≤0.10%，其余为Fe和不可避免杂质元素，均为重量百分数；金相组织为细晶铁素体，晶粒度为10级。

2.权利要求1所述的抗氢致裂纹BNS钢板，其特征在于，在上述的钢成分中还含有Cu：0.00～0.30％、Ni：0.00～0.20％、Cr：0.00～0.30％中的1～3种。

3.一种生产权利要求1所述抗氢致裂纹BNS钢板的方法，其特征在于，在轧制和正火工艺中控制的技术参数为：

（1）将按化学成分设计冶炼好的钢水浇铸成250～350mm厚板坯；将坯料装入板坯加热炉加热，加热温度1140～1230℃，加热时间3～6h；然后出炉进行轧制；

（2）粗轧开轧温度控制在1060～1160℃，单道次压下率在15～30%；中间坯待温厚度55～85mm；精轧开轧温度控制在850～950℃；终轧温度控制在780～860℃；

（3）入水温度控制在740～820℃，冷速10～15℃/s,终冷温度550～650℃；

(4)正火温度900℃～950℃，保温时间控制在5～15min。

Images