CN104099522A - 无铜镍抗酸管线钢x52ms及其热轧板卷的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无铜镍抗酸管线钢X52MS，包括以下重量百分比的成分，C:0.02～0.06wt％、Si:0.05～0.35wt％、Mn:1.0～1.4wt％、P≤0.018wt％、S≤0.003wt％、Cr:0.10～0.50wt％、Ti:0.005～0.10wt％、Nb:0.005～0.10wt％、V:0～0.05wt％,其他为Fe和不可避免的微量杂质；还提供了一种无铜镍抗酸管线钢X52MS热轧板卷的制备方法；本发明利用Cr部分或全部代替原有的Ni/Cu元素，在保证材料抗HIC性能的前提下大幅降低材料成本。

Description

无铜镍抗酸管线钢X52MS及其热轧板卷的制造方法

技术领域

本发明涉及热轧钢领域，具体涉及一种无铜镍抗酸管线钢X52MS及其热轧板卷的制造方法。

背景技术

目前，石油、天然气输送管线在服役过程中，因为阴极保护，电化学反应过程中阴极析出的氢原子浸入钢中，容易导致硫化物应力腐(SSCC)和氢致开裂(HIC)，从而造成管线腐蚀穿孔，造成经济损失和环境污染。

为解决此类缺陷，现有技术中通过添加合金元素来使管线钢具有抗酸腐蚀的性质，常添加的主要为Ni、Cu等合金元素。

本发明的申请人发现，Ni、Cu合金元素由于其价格很高，因此造成管线钢的生产成本高，产品市场竞争力差。

发明内容

为了解决以上技术问题，本发明提供一种无铜镍抗酸管线钢X52MS及其热轧板卷的制造方法，利用Cr部分或全部代替原有的Ni/Cu元素，在保证材料抗HIC性能的前提下大幅降低材料成本。

本发明通过以下技术方案实现：

一种无铜镍抗酸管线钢X52MS，包括以下重量百分比的成分，C:0.02～0.06wt％、Si:0.05～0.35wt％、Mn:1.0～1.4wt％、P≤0.018wt％、S≤0.003wt％、Cr:0.10～0.50wt％、Ti:0.005～0.10wt％、Nb:0.005～0.10wt％、V:0～0.05wt％,其他为Fe和不可避免的微量杂质。

以上所述的无铜镍抗酸管线钢X52MS热轧板卷的制造方法，包括如下步骤：

(1)铁水预处理，预处理过程中保证S的含量小于0.004wt％；

(2)转炉炼钢；

(3)LF炉精炼，进站S含量控制在0.0040wt％以内；

(4)RH炉精炼，RH后控制RH炉中S的质量分数为8-12ppm、Ca/S比大于2.0；

(5)板坯浇注；

(6)钢坯精整，采用铸坯凝固末端动态轻压下技术、稳定的过热度、恒定拉速、结晶器液面波动在±3mm之间；

(7)加热炉加热；

(8)控制轧制；

(9)控制冷却，采取层流冷却，冷却前段稀疏冷却或空冷；

(10)卷取，卷取温度500～600℃。

在上述技术方案中，所述板坯浇注步骤中采用全保护浇注技术，采用铸坯凝固末端动态轻压下技术，控制过热度10-30℃，拉速0.8-1.6m/min。

在上述技术方案中，所述加热炉加热步骤中，加热温度1200-1280℃。

在上述技术方案中，所述控制轧制步骤中，粗轧终止温度950～1050℃；精轧入口温度1010-1027℃，精轧终止温度820～900℃。

本发明利用Cr部分或全部代替原有的Ni/Cu元素，Cr在靠近钢板表面的内层膜中富集，使氧化铁皮呈现结构致密的非晶态，从而弥补无Ni、Cu造成的抗HIC性能损失；其次，为了保证良好的抗HIC性能，采用低碳、低锰的成分，减少中心偏析以及最终产品的带状组织，对P/S等有害元素进行严格控制，提高了钢水洁净度，从而提高钢的韧性与抗HIC性能。

附图说明

图1为X52MS热轧卷板的金相组织照片，从图中可见，组织为多边形铁素体和珠光体类型为主。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进行详细描述。

实施例一

一种无铜镍抗酸管线钢X52MS，包括以下重量百分比的成分，C:0.02～0.06wt％、Si:0.05～0.35wt％、Mn:1.0～1.4wt％、P≤0.018wt％、S≤0.003wt％、Cr:0.10～0.50wt％、Ti:0.005～0.10wt％、Nb:0.005～0.10wt％、V:0～0.05wt％,其他为Fe和不可避免的微量杂质，实际冶炼时6个编号的实验钢使用成分的重量百分比如表1所示：

表1(单位wt％)

编号	C	Si	Mn	P	S	Cr	Alt	V	Nb	Ti	Ceq	Pcm
													1	0.0335	0.185	1.07	0.0093	0.001	0.167	0.0329	0.0038	0.0305	0.0135	0.23	0.10
2	0.0321	0.189	1.09	0.0087	0.001	0.157	0.0386	0.0036	0.0296	0.0167	0.23	0.10
													3	0.033	0.191	1.1	0.0085	0.0009	0.155	0.0414	0.0033	0.0303	0.0151	0.23	0.10
4	0.0341	0.21	1.09	0.0092	0.0008	0.155	0.0328	0.0035	0.0305	0.0153	0.23	0.10
													5	0.0328	0.177	1.09	0.0093	0.0008	0.197	0.0333	0.0037	0.03	0.0152	0.23	0.10
6	0.0372	0.187	1.08	0.0104	0.001	0.178	0.0327	0.0037	0.0298	0.0157	0.24	0.11

本发明的无铜镍抗酸管线钢X52MS的成分及含量的选择原因及作用如下：

C：是强化钢最有效的元素，然而对韧性塑性焊接性等有不利的影响。降低碳含量可以改善转变温度和钢的焊接性能。对于微合金化钢，低的碳含量可以提高抗HIC的能力和热塑性。随着Ceq(碳当量)的增加，抗HIC性能逐渐变差。当C>0.13％，Ceq>0.38％时，抗HIC性能基本就不能满足标准要求。因此本发明C含量选择为0.02～0.06％，优选为0.035％。

Mn：提高管线钢的淬透性，起到固溶强化的作用，弥补低碳或超低碳造成的强度下降。在抗氢蚀的钢种设计上，Mn含量不能超过1.6％，否则CLR会增加。在中低强度铁素体－珠光体管线钢中，HIC常沿珠光体带扩展，而带状组织的形成，主要是Mn和P的偏析引起的，生成了对HIC敏感的低温转换硬组织带。这同时也是管线钢的HIC多出现在板厚中心的原因。因此本发明选择的Mn含量为1.0～1.4％，优选为为1.1％，在保证钢卷强度的同时尽可能降低Mn含量，减少中心偏析。

P：磷的偏析会促使氢致开裂形成，钢在凝固过程中，枝晶间富集P，使Ar3温度升高。在热轧冷却时先生成铁素体，而碳却被排斥于树枝晶枝干，并生成珠光体，从而造成P偏析的铁素体－珠光体带状组织，使钢的抗HIC敏感性增强。本发明P含量控制在0.018％以内。

S：硫能促进HIC发生，是极为有害的元素，生成的MnS夹杂是HIC最易成核的位置，也是最应该避免的夹杂。因此本发明S含量目标控制在0.001％以内。

Nb：铌的最突出作用是抑制高温形变过程中的再结晶，Nb(C、N)未溶质点及应变诱导析出是抑制再结晶的主要因素。利用固溶Nb的拖曳效果和Nb(C,N)析出物阻碍变形奥氏体的回复、再结晶和晶粒长大，特别是精轧阶段未再结晶区的低温大变形可以显著降低相变后的晶粒尺寸。本发明Nb优选添加量为0.035％。

V：钒主要通过铁素体中C、N化合物的析出对强度有贡献。V能产生沉淀强化作用进而提高屈服强度。本发明V的添加量为0～0.05％。

Ti：钛能产生强烈的沉淀强化作用，使钢的强度提高，还能阻止奥氏体再结晶。它能产生晶粒细化作用，提高钢材屈服强度。本发明Ti优选添加量为0.018％。

Cr：首先Cr具有显著的固溶强化效果，可以弥补由于C、Mn降低引起的强度下降，尤其抗拉强度降低；其次Cr降低γ→α相变温度，可以获得细小的相变产物，提高强韧性。在本发明中Cr的主要作用还在于在靠近钢板表面的内层膜中富集，使氧化铁皮呈现结构致密的非晶态，从而弥补无Ni、Cu造成的抗HIC性能损失。本发明Cr优选添加量为0.20％。

实施例二

一种无铜镍抗酸管线钢X52MS热轧板卷的制造方法，包括如下步骤：

(1)铁水预处理，预处理过程中保证S的含量小于wt0.004％；

(2)转炉炼钢，控制转炉冶炼结束S的含量小于wt0.006％；

(3)LF炉精炼，进站S的含量小于wt0.0040％；

(4)RH炉精炼，RH炉中S的质量分数控制为8-12ppm，Ca/S比大于2.0；

(5)板坯浇注，采用全保护浇注技术，采用铸坯凝固末端动态轻压下技术，控制过热度10-30℃，拉速0.8-1.6m/min；

(6)钢坯精整，采用铸坯凝固末端动态轻压下、稳定的过热度、恒定拉速、结晶器液面波动在±3mm之间；

(7)入库检验；

(8)加热炉加热，加热温度1200-1280℃；

(9)控制轧制，粗轧终止温度950～1050℃；精轧终止温度820～900℃；

(10)控制冷却，采取层流冷却，冷却前段稀疏冷却或空冷；

(11)卷取，卷取温度500～600℃。

具体6个编号的实验钢使用的轧制和卷取参数如表2所示：

表2

编号	精轧入口温度℃	终轧温度℃	卷取温度℃
				1	1010	865	595
2	1021	858	577
				3	1019	859	581
4	1027	845	590
				5	1017	848	583
6	1018	836	587

本发明的无铜镍抗酸管线钢热轧板卷X52MS的制造方法在控制冷却步骤采用稀疏冷却或空冷等缓冷措施，使先共析等轴铁素体发生一定程度的粗化，提高珠光体含碳量及硬度，从而显著降低抗酸管线钢成分设计带来的间隙固溶元素C含量少导致的屈强比过高缺陷；卷取温度采用500～600℃可促进Nb、V碳氮化物的析出。

实施例三

将6个编号的实验钢进行如下性能测试：

拉伸性能测试：得出Rt0.5：360～530MPa，Rm:≥460MPa,A％≥22；

夏比V型缺口冲击性能测试：试验温度为-20℃，取实验钢的尺寸为10×10×55mm，V型缺口试样的冲击功平均值≥300J，剪切面积100％。

DWTT性能测试：试验温度-15℃,实验钢剪切面积SA≥85％。

硬度试验：HV10≤240。

金相组织：晶粒度为10级或更细。

具体检测结果见表3。

表3

抗HIC性能测试：在本发明的钢板宽度的1/4、1/2位置处和板边各取纵向试样一个，试验按照NACE TM0284-96标准，提供A溶液(含饱和H₂S的5％NaCl+0.5％CH₃COOH溶液，PH＝3)和B溶液(含饱和H₂S的人工海水溶液，PH＝5)试验条件下浸泡96小时。检验标准：裂纹敏感率(CSR)≤2％，裂纹长度率(CLR)≤15％，裂纹厚度率(CTR)≤5％，具体检验结果见表4。

表4.

SSCC性能测试：6个编号的实验钢的应力加载量为100％最小屈服强度(360MPa)，经过H₂S饱和溶液(A溶液)浸泡720小时试验后，试样未发现有裂纹。

检验结果：6个编号的实验钢拉伸性能稳定,A溶液和B溶液HIC检验结果CLR％、CTR％和CSR％全部为零，无裂纹。经过720小时的A溶液抗SSCC试验后，试样表面完全没有裂纹，因此6个编号的实验钢都表现出了良好的抗酸性能。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本材料的技术实施方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种无铜镍抗酸管线钢X52MS，其特征在于，包括以下重量百分比的成分，C:0.02～0.06wt％、Si:0.05～0.35wt％、Mn:1.0～1.4wt％、P≤0.018wt％、S≤0.003wt％、Cr:0.10～0.50wt％、Ti:0.005～0.10wt％、Nb:0.005～0.10wt％、V:0～0.05wt％,其他为Fe和不可避免的微量杂质。

2.如权利要求1所述的无铜镍抗酸管线钢X52MS热轧板卷的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)铁水预处理，预处理过程中保证S的含量小于0.004wt％；

(2)转炉炼钢；

(3)LF炉精炼，进站S含量控制在0.0040wt％以内；

(4)RH炉精炼，RH后控制RH炉中S的质量分数为8-12ppm、Ca/S比大于2.0；

(5)板坯浇注；

(6)钢坯精整，采用铸坯凝固末端动态轻压下技术、稳定的过热度、恒定拉速、结晶器液面波动在±3mm之间；

(7)加热炉加热；

(8)控制轧制；

(9)控制冷却，采取层流冷却，冷却前段稀疏冷却或空冷；

(10)卷取，卷取温度500～600℃。

3.如权利要求1所述的无铜镍抗酸管线钢X52MS热轧板卷的制造方法，其特征在于，所述板坯浇注步骤中采用全保护浇注技术，采用铸坯凝固末端动态轻压下技术，控制过热度10-30℃，拉速0.8-1.6m/min。

4.如权利要求1所述的无铜镍抗酸管线钢X52MS热轧板卷的制造方法，其特征在于，所述加热炉加热步骤中，加热温度1200-1280℃。

5.如权利要求1所述的无铜镍抗酸管线钢X52MS热轧板卷的制造方法，其特征在于，所述控制轧制步骤中，粗轧终止温度950～1050℃；精轧入口温度1010-1027℃，精轧终止温度820～900℃。