CN102851590B - 一种抗酸性低锰x70管线钢及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种抗酸性低锰X70管线钢及其生产方法,化学成分组成为C:0.05%~0.07%,Si:0.10%~0.25%,Mn:1.05%~1.25%;P:0%~0.019%;S:0%~0.006%;Nb:0.06%~0.09%;Ti:0.010%~0.020%;Mo:0.20%~0.30%;Ni:0.05%~0.30%;Cu:0.05%~0.30%;Alsoul:0.015%~0.040%,其余为铁及不可避免的杂质。生产工艺:铸坯→再加热→粗轧→待温→精轧机→加速冷却→空冷,再加热1110~1150℃;粗轧总的压下量为50%~60%;精轧总的压下量大于80%,精轧最后一道次的压下量为5%~35%,精轧980~850℃;热轧后5s内进入水冷区冷却,冷却速度15~25℃/s冷却至420~500℃。本发明特点是低锰、不添加B,降低炼钢精炼成本,通过工艺控制获得了细小、均匀的组织,保证了最终优异的综合力学性能。
Description
技术领域
本发明属于金属材料领域,涉及一种抗酸性低锰X70管线钢及其生产方法。
背景技术
随着世界能源结构的调整,天然气的需求量日益增加。高压输气管线用钢不仅对管线钢的强度和韧性提出了更高的要求,在输送含有硫化氢(H2S)酸性介质的天然气,为防止硫化氢对管线引起的破坏,还要求管线钢具有抗氢致裂纹(HydrogenInducedCrack,简写HIC)性能。
氢致裂纹是指金属材料处在含有H2S的介质环境中,由于电化学腐蚀过程中败给析出的氢进入材料内部,氢原子聚集成氢分子时产生一定的压力。当氢聚集到由沿轧制方向延伸的MnS夹杂与基体的界面处,很容易产生裂纹,这些裂纹的形成与扩展最终导致管线钢发生破坏性断裂。
为提高管线钢的抗HIC性能,通常采取以下措施:1)提高钢的纯净度,如降低硫含量。管线钢中的硫和锰容易形成硫化锰(MnS),而MnS夹杂是管线钢中HIC最容易形核的地方。减少硫含量可减少硫化锰的数量,从而提高抗HIC性能。2)降低铸坯的偏析;3)减少夹杂物的数量,进行钙处理改变硫化物的形状等;4)采用控制轧制和控制冷却工艺,得到细小、均匀的最终组织。
为保证抗HIC性能,目前对在酸性环境下服役的X70等高强高韧性管线钢,要求其硫含量控制在0.003%以下。如:公开号为CN1626688A(申请日20031212)所公开的专利“一种提高现有针状铁素体管线钢抗硫化氢的方法”,其中涉及的在酸性环境服役X70管线钢的硫含量为0.0007%。
公开号为CN1914341A(申请日20040617)所公开的专利“抗HIC性优良的管线钢及用该钢材制造的管线管”,其中涉及的在酸性环境服役管线钢的硫含量为<0.004%,Mn含量为0.5~1.80%,可加入0.01~0.3%的V、0.0001~0.001%的B和0.003~0.1%的Nb中的一种。其实际实施例中X70级的Mn含量为1.28~1.45%。
较低的硫含量在保证了在酸性环境服役的X70管线钢抗HIC性能,但其冶炼成本较高。近几年一种抗酸性低锰X70管线钢开发出来,如报道“ThermomechanicalprocessingofpipelinesteelswithareducedMncontent”,ISIJInternational,2009,Vol.49:284-292。该报道中,低锰X70管线钢的Mn含量为0.29%,S含量为0.0060%,添加0.55%的Cr和0.0013%的B。由于通常X70管线钢要求不得有意添加B,因此加B的X70管线钢的实用性不高。
原有的抗酸性X70管线钢技术存在如下问题:1)S含量要求较低,炼钢时精炼成本较高;2)部分管线钢添加了一般要求不得随意添加的B。
发明内容
针对上述现有X70管线钢存在的问题,本发明采用一种低Mn、添加适当Ni、Mo,但不含B的的合金设计,并通过控制加热温度、精轧压下量、轧后冷却速度等TMCP工艺来生产一种抗酸性低锰X70管线钢及其生产方法。
本发明的目的是这样实现的,其化学成分组成为(质量百分比)如下:C:0.05%~0.07%,Si:0.10%~0.25%,Mn:1.05%~1.25%;P:0%~0.019%;S:0%~0.006%;Nb:0.06%~0.09%;Ti:0.010%~0.020%;Mo:0.20%~0.30%;Ni:0.05%~0.30%;Cu:0.05%~0.30%;Alsoul:0.015%~0.040%,其余为铁及不可避免的杂质。
按上述设计成分的一种抗酸性低锰X70管线钢采取下列生产方法,生产工艺由以下步骤组成:铸坯→再加热→粗轧→待温→精轧→加速冷却→空冷,特点在于:
1)再加热时采用较低的出炉温度,其范围为1110~1150℃;
2)粗轧总的压下量为50%~60%;
3)精轧总的压下量大于80%,精轧最后一道次的压下量为5%~35%,精轧温度范围为980~850℃;
4)热轧后5s内进入水冷区冷却,并以15~25℃/s冷却速度冷却至420~500℃。
本发明的基本思路如下:采用低锰并适当添加Mo、Ni、Cu的合金设计,通过优化控制TMCP工艺,生产具有良好的组织均匀性的X70管线钢。
本发明的依据是:在Mn较高的X70管线钢中,Mn起着固溶强化和细晶强化的作用。在低锰X70管线钢中,Mn含量降低引起的的固溶强化和细晶强化对强度贡献的降低,可以通过以下措施来弥补:①低温加热:再加热温度定位1120~1150℃,以此控制再加热过程中的奥氏体晶粒尺寸;②增加精轧变形量,并在轧后立即快冷至较低的温度。随着钢中Mn含量降低,钢中C和N的活度降低,这样Nb(C,N)的溶度积降低,Nb(C,N)的析出增多,对热轧过程中再结晶的阻碍也增加,因此未再结晶温度Tnr升高,这样就可以增加精轧的“窗口温度”,因此可以增加精轧变形量。随着精轧变形量的增加,变形奥氏体内单位体积内的有效形核面积Sv增加,这可使相变时铁素体的形核率增加;与此同时,锰含量的降低可以使Ar3温度升高,因此精轧的温度范围要高于较高锰含量的X70钢,有利于精轧实施较大的变形量和板型控制。为避免较高的精轧温度对相变后组织和性能的影响,轧后立即快冷至较低温度,使铁素体形核后的长大变慢,因此细化了轧后得到占85%左右的针状铁素体组织。
本发明的优点及效果在于,
1)低锰的合金设计,硫含量的上限放宽到<0.0060%。减少了炼钢时的精炼成本。
2)采用不添加B的合金设计,实用性强。
3)通过工艺控制(增加精轧总变形量及轧后快冷等),获得了细小、均匀的组织,保证了最终优异的综合力学性能。
具体实施方式
本发明的具体实施方式如下:
本发明其化学成分组成为(质量百分比)如下:C:0.05%~0.07%,Si:0.10%~0.25%,Mn:1.05%~1.25%;P:0%~0.019%;S:0%~0.006%;Nb:0.06%~0.09%;Ti:0.010%~0.020%;Mo:0.20%~0.30%;Ni:0.05%~0.30%;Cu:0.05%~0.30%;Alsoul:0.015%~0.040%,其余为铁及不可避免的杂质。
按上述设计成分的一种抗酸性低锰X70管线钢采取下列生产方法,生产工艺由以下步骤组成:铸坯→再加热→粗轧→待温→精轧→加速冷却→空冷,特点在于:
1)再加热时采用较低的出炉温度,其范围为1110~1150℃;
2)粗轧总的压下量为50%~60%;
3)精轧总的压下量大于80%,精轧最后一道次的压下量为5%~35%,精轧温度范围为980~850℃;
4)热轧后5s内进入水冷区冷却,并以15~25℃/s冷却速度冷却至420~500℃。
该成分与对比例1、2和3的成分比较见表1。
表1本发明与现有技术的成分对比(wt%)
下面介绍本发明的几个具体实施例,其化学成分、主要工艺和最终的力学性能见表2~表4。
表2实施例的化学成分(%)
实施例 | C | Si | Mn | P | S | Nb | Ti | Mo | Ni | Cu | Als | N | Ceq |
1 | 0052 | 0.17 | 1.25 | 0.016 | 0 0038 | 0 08 | 0.014 | 0 25 | 0.23 | 0.22 | 0.021 | 0 0027 | 0 357 |
2 | 0.063 | 0.20 | 1.21 | 0.014 | 0.0036 | 0.07 | 0.013 | 0.24 | 0.24 | 0.24 | 0.033 | 0.0034 | 0.344 |
3 | 0.068 | 0.22 | 1.08 | 0.017 | 0.0033 | 0.08 | 0.015 | 0.25 | 0.21 | 0.23 | 0 052 | 0.0035 | 0.327 |
4 | 0.054 | 0.16 | 1 05 | 0.015 | 0.0041 | 0 07 | 0.016 | 0 26 | 0 20 | 0 22 | 0.031 | 0 0033 | 0.309 |
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6 | 0.061 | 0.21 | 1 09 | 0 017 | 0 0052 | 0.08 | 0 014 | 0 27 | 0.21 | 0.21 | 0.036 | 0.0031 | 0.323 |
表3实施例的主要工艺参数
表4实施例的力学性能
抗HIC性能:按照NACETM0284-2003标准,采用B溶液浸泡96小时,进行抗HIC性能检验,检验结果如表4。
表4抗HIC性能检验结果
Claims (1)
1.一种抗酸性低锰X70管线钢的生产方法,其特征在于,化学成分组成按质量百分比:C:0.05%~0.07%,Si:0.10%~0.25%,Mn:1.05%~1.12%;P:0%~0.019%;S:0%~0.006%;Nb:0.06%~0.09%;Ti:0.010%~0.020%;Mo:0.20%~0.30%;Ni:0.05%~0.30%;Cu:0.05%~0.30%;Alsoul:0.015%~0.040%,其余为铁及不可避免的杂质;生产工艺由以下步骤组成:铸坯→再加热→粗轧→待温→精轧→加速冷却→空冷,其中:
1)再加热时采用较低的出炉温度,其范围为1110~1145℃;
2)粗轧总的压下量为50%~60%;
3)精轧总的压下量大于80%,精轧最后一道次的压下量为5%~35%,精轧温度范围为980~850℃;
4)热轧后5s内进入水冷区冷却,并以15~25℃/s冷却速度冷却至420~500℃。
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