CN104831182B

CN104831182B - 一种低屈强比抗hic及抗ssccx70管线钢板及其制造方法

Info

Publication number: CN104831182B
Application number: CN201510153165.7A
Authority: CN
Inventors: 蒋昌林; 李国忠; 林涛; 胡建国; 李经涛; 石艾来; 徐伟明
Original assignee: Jiangyin Xingcheng Special Steel Works Co Ltd
Current assignee: Jiangyin Xingcheng Special Steel Works Co Ltd
Priority date: 2015-04-02
Filing date: 2015-04-02
Publication date: 2017-03-01
Anticipated expiration: 2035-04-02
Also published as: CN104831182A

Abstract

本发明公开了低屈强比抗HIC及抗SSCCX70管线钢板，该钢板的化学成分按质量百分比计为C0.03～0.05%，Mn1.15～1.35%，Si0.1～0.3%，S≤0.0005%，P≤0.010%，Nb0.05～0.07%，Ti0.008～0.03%，V≤0.10%，Al≤0.06%，N≤0.010%，O≤0.006%，Mo0.15～0.25%，Cu0.18～0.30%，Ni0.2～0.45%，Cr≤0.30%，Ca0.0005～0.0015%，且Ca/S的含量比值为1.0～2.0，余量为Fe及不可避免的杂质元素。本发明根据H在组织中的行为规律，通过改良精炼+连铸+TMCP工艺，使钢材具有优异的抗HIC、抗SSCC性能的组织以及优异的低温韧性。

Description

一种低屈强比抗HIC及抗SSCCX70管线钢板及其制造方法

技术领域

本发明涉及X70管线用钢板制造领域，具体涉及抗HIC及抗SSCC的X70管线用钢板及其制造方法。

背景技术

目前世界需求的能源中化石能源还占能源结构中的主体地位，近年来世界经济的急速增长极大带动了化石能源需求的急速增长。陆地及碱性石油天然气等资源已开采上百年，面临日益枯竭。因此人类已逐渐将目光投向酸性石油天然气地域，酸性油气田的特性是在石油或天然气中含有一定H₂S等酸性气体，给输送管道造成腐蚀，其腐蚀方式主要有HIC（氢致裂纹）及SSCC（应力腐蚀）两种方式，目前抗HIC及抗SSCC管线钢应用的最高钢级在X65钢级。X70钢级目前只有单一抗HIC钢板或钢管报到，但是具备抗HIC及抗SSCC的X70管线钢板还现有公开。

申请专利号为CN102851590A“一种抗酸性低锰X70管线钢及其生产方法”，其主要特点是：1）该专利只提到抗HIC性能，未提到抗SSCC性能，实际上随着钢级的提高，抗SSCC性能将变得更加重要；2）该专利也采用低碳低锰设计，即主要强调Mn偏析会导致抗HIC性能恶化，但实际上MnS条状夹杂往往是抗HIC性能恶化的另一主要原因，因此还需要对MnS夹杂进行球化处理，但该专利未提出。

申请专利号为CN104388837A“一种抗酸性腐蚀X70管线钢板及其制造方法”，其主要特点如下：1）该专利成分设计提到Si含量控制在0～0.04%，这表明该发明中添加Si含量很低甚至不加，由于双抗X70管线钢C含量均很低，若不采用Si脱氧，将只能采用Al脱氧，这将带来两个问题：一是冶炼成本将大大提高；二是将会带来因采用Al脱氧造成的Al₂O₃夹杂物风险，反而恶化抗HIC及抗SSCC性能，实际上一定含量Si可抑制碳化物析出，对抗HIC有利；2）该发明专利中Mn含量成分设计为1.30～1.7%，实际生产表明，当生产规格在20mm规格以下时，由于只需采用200mm厚规格板坯，铸坯的Mn偏析较轻，这样后续钢板抗HIC性能比较理想，当生产26.4mm厚及以上规格X70钢板时，由于至少采用300mm厚规格连铸坯，这样Mn偏析很严重，从而有恶化后续钢板抗HIC性能趋势，实践中已经得到证实。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种低屈强比抗HIC及抗SSCC X70管线钢板及制造方法，采用低碳低锰设计，同时加入微量的Nb、V、Ti等微合金化元素，同时加入少量的Mo、Cu、Ni等元素，根据H在组织中的行为规律，通过改良精炼+连铸+TMCP工艺，使钢材具有优异的抗HIC、抗SSCC性能的组织以及优异的低温韧性。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为，一种低屈强比抗HIC及抗SSCCX70管线钢板，该钢板的化学成分按质量百分比计为C：0.03～0.05%，Mn：1.15～1.35%，Si：0.1～0.3%，S：≤0.0005%，P：≤0.010%，Nb：0.05～0.07%，Ti：0.008～0.03%，V：≤0.10%，Al：≤0.06%，N：≤ 0.010%，O：≤ 0.006%， Mo：0.15～0.25%， Cu：0.18～0.30%，Ni：0.2～0.45%，Cr≤ 0.30%， Ca：0.0005～0.0015%，且Ca/S的含量比值为1.0～2.0，余量为Fe 及不可避免的杂质元素。

进一步地，本发明的低屈强比抗HIC及抗SSCC X70钢板最厚度规格在35mm。同时具有优异的低屈强比和低温韧性性能，如屈强比不高于0.80，-46℃低温冲击为400J左右；-60℃低温冲击在360J左右；-20℃落锤剪切面积在90%以上，-30℃落锤剪切面积在80%以上，并获得优异的抗HIC及抗SSCC性能。。

本发明钢板的化学成分是这样确定的:

C：是钢中最经济、最基本的强化元素，通过固溶强化和析出强化可明显提高钢的强度，但对钢的韧性及延性以及焊接性能带来不利影响，因此管线钢的发展趋势是不断降低C含量，HIC对钢中C含量很敏感，考虑到本发明为超厚规格，故将钢中C含量控制在0.03～0.05%。

Mn：通过固溶强化提高钢的强度，是管线钢中弥补因C含量降低而引起强度损失的最主要的元素，Mn同时还是扩大γ相区的元素，可降低钢的γ→α相变温度，有助于获得细小的相变产物，可提高钢的韧性，但过高的Mn含量会导致Mn偏析，尤其是生产特厚钢板情况下，需要特厚板坯，由于连铸规律，厚规格板坯容易在铸坯心部形成偏析，因此将Mn含量控制在1.15～1.35%。

Nb：是现代微合金化钢特别是管线钢中最主要的微合金化元素之一，对晶粒细化的作用非常明显。通过Nb的固溶拖曳及热轧过程中的Nb（C,N）应变诱导析出可阻碍形变奥氏体的回复、再结晶，经TMCP使未再结晶区轧制的形变奥氏体在相变时转变为细小相变产物，以使钢具有高强度和高韧性，本发明主要是通过C与Nb含量的关系来确定Nb含量范围。

V：具有较高的析出强化和较弱的晶粒细化作用，在Nb、V、Ti三种微合金化元素中复合试用时，V主要其析出强化作用。

Ti：是强的固N元素，Ti/N的化学计量比为3.42，利用0.02%左右的Ti就可固定钢中60ppm以下的N,在板坯连铸过程中即可形成TiN析出相，这种细小的析出相可有效阻止板坯在加热过程中奥氏体晶粒的长大，有助于提高Nb在奥氏体中的固溶度，同时可改善焊接热影响区的冲击韧性，是管线钢中不可缺少的元素。

Mo：可推迟γ→α相变时先析出铁素体相的形成，促进针状铁素体形成的主要元素，对控制相变起到重要作用，,同时也是提高钢的淬透性元素。在一定的冷却速度和终冷温度下通过添加一定Mo即可获得明显的针状铁素体或贝氏体组织。

S、P：是管线钢中不可避免的杂质元素，希望越低越好，通过超低硫及Ca处理改变硫化物形态，从而提高钢的抗HIC性能。

Cu、Ni：可通过固溶强化提高钢的强度，Ni的加入一方面可提高钢的韧性，另同时改善Cu在钢中易引起的热脆性。Cu的加入可提高钢的强度，同时Cu的加入可生成CuS,.从而降低生产MnS机率，但在酸性环境下Cu对抗HIC性能有限。

Cr ：Cr的加入可提高钢的淬透性，同时一定的Cr含量可提高抗HIC性能。

本发明的另一目的是提供上述低屈强比抗HIC及抗SSCC的X70管线钢板的制造方法，具体工艺步骤如下：

首先将冶炼原料依次经KR铁水预处理，转炉冶炼，LF 精炼、RH 真空精炼，精炼过程中控制钢水中S含量≤0.0005%，随后喂入Ca-Si线，控制钢水中Ca/S的含量比值为1.0～2.0，然后连铸出满足化学成分要求、厚度为不小于350mm的连铸坯，连铸时钢水的过热度不高于15℃；将连铸坯再加热至1150～1230℃，保温不小于7小时；出炉后进行两阶段轧制：第一阶段为再结晶区轧制，终轧温度控制在1000～1100℃，再结晶区轧制时控制连续两道次的单道次压下率不低于25%；第二阶段为非再结晶区轧制，开轧温度控制在830～940℃，终轧温度控制在820～870℃，非再结晶区累计变形率不小于60%；随后通过ACC进行冷却，终止冷却温度不高于580℃；冷却速度为10～25℃/s；之后冷却到室温即得钢板成品。

根据H原子或离子的特性，在钢中的扩散是必然的，H进入钢中后会形成H陷阱，有些H陷阱是不可逆的。这类氢陷阱内H将会大量聚集，最终形成宏观缺陷。这类氢陷阱与不同组织，夹杂物类型及形貌、不同组织界面有关。

理论上单一且均匀的某类组织是获得优异的抗HIC及SSCC性能的基本保障。但是实际很难做到。板材中或多或少都会有带状组织的生成，尤其是厚规格以及特厚规格，钢板芯部由于存在Mn偏析，同时厚规格甚至超厚规格下TMCP工艺极限，更易生成带状组织。带状组织是导致HIC的重要原因之一。本发明为了要实现抑制钢中带状组织的生产，从连铸开始，浇注时采用低过热度，可尽可能改善铸坯中的原始带状，后续工序中在通过加热工艺以及特定的TMCP工艺可将钢中带状特别是心部带状组织基本上消除，从而保证了钢板心部优良的抗HIC及抗SSCC性能。

为保证优良的抗HIC及抗SSCC性能，钢的纯净度非常重要，其中需要尽可能控制钢中S含量及S夹杂物含量和形貌，本发明将S控制在0.0005%及以下，同时通过Ca处理来使MnS以球化方式存在，这样Mn在钢中发生偏析的量极少，基本上转化成了球化的MnS。实践表明当钢中S含量低至0.0005%及以下，Ca/S比控制在1～2时，MnS已球化完全，此时钢中Ca含量不会过量，因而不会对炉衬过分侵蚀。

另外，通常低碳、低锰成分设计获得的组织通常具有较高的屈强比，而本发明专利由于采用了特定的TMCP工艺，生成特定组织，获得低屈强比，屈强比不高于0.8。

与现有技术相比，本发明具有如下特点：1）根据超厚规格所需板坯的连铸特点，采用低碳及较低Mn成分设计，避免Mn偏析，而为获得厚规格的X70钢级，再通过采用适量合金和微合金化来确保强度；2）采用S≤0.0005%成分处理以及控制Ca/S的比值1.0～2.0，使MnS球化，钢水中Ca含量不过量，可大大减小Ca对炉衬的侵蚀，有助于延长了精炼炉的使用寿命，和降低成本；3）采用低过热度进行连铸，尽量减少原始带状组织形成；4）在后续板坯加热及轧制时采用特定TMCP工艺，获得特定的组织，同时通过特定TMCP工艺控制钢中的二次带状组织形成，从而使钢板获得优异的抗HIC及抗SSCC性能，并具有优异的低温韧性，低屈强比；5）采用这种成分设计及工艺设计，可生产35mm厚度规格的X70管线钢板。

附图说明

图1为本发明实施例1中钢板的组织结构图；

图2为本发明实施例钢板的抗HIC检测图；

图3为本发明实施例钢板的抗SSCC检测图（a加载应力为实际屈服应力的85%）。

具体实施方式

以下结合附图、实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1

本实施例的低屈强比抗HIC及抗SSCC的X70管线钢板的厚度为35mm，其化学成分按质量百分比计为：C：0.05%，Mn：1.15%，Si：0.25%，S：0.0005%，P：0.01%，Nb：0.055%，Ti：0.018%，V：≤ 0.05%，Al：0.030%，Mo+Cu+Ni+Cr≤ 0.9%， N≤ 0.010%，O：≤ 0.006%，Ca：0.0008%，余量为Fe 及不可避免的杂质元素。

该X70管线用钢板的制造工艺为，按上述钢板成品的化学组分配置冶炼原料依次经KR铁水预处理，转炉冶炼，LF 精炼、RH 真空精炼，精炼过程中控制钢水中S含量≤0.0005%，随后喂入Ca-Si线，控制钢水中Ca/S的含量比值为1.0～2.0，然后连铸出满足化学成分要求、厚度为350mm的连铸坯，连铸时钢水的过热度不高于15℃；将连铸坯再加热至1221℃，保温不小于7小时；出炉后进行两阶段轧制：第一阶段为再结晶区轧制，终轧温度控制在1000～1100℃，再结晶区轧制时控制连续两道次的单道次压下率分别为24%和24.5%；第二阶段为非再结晶区轧制，开轧温度控制在830～940℃，终轧温度控制在820～870℃，非再结晶区累计变形率为66%；随后通过ACC进行冷却，终止冷却温度不高于500℃；冷却速度为15℃/s；之后冷却到室温即得钢板成品。

经由上述制造工艺制得的35mm厚的X70管线用钢板，综合性能优异，机械性能详见表1，抗HIC及抗SSCC性能见表2。

实施例2

本实施例的低屈强比抗HIC及抗SSCC的X70管线钢板的厚度为26.4mm，其化学成分按质量百分比计为：C：0.04%，Mn：1.25%，Si：0.15%，S：0.0005%，P：0.01%，Nb：0.05%，Ti：0.018%，V：≤ 0.05%，Al：0.035%，Mo+Cu+Ni+Cr≤ 0.9%， N≤ 0.010%，O：≤ 0.006%，Ca：0.0010%，余量为Fe 及不可避免的杂质元素。

该X70管线用钢板的制造工艺为，按上述钢板成品的化学组分配置冶炼原料依次经KR铁水预处理，转炉冶炼，LF 精炼、RH 真空精炼，精炼过程中控制钢水中S含量≤0.0005%，随后喂入Ca-Si线，控制钢水中Ca/S的含量比值为1.0～2.0，然后连铸出满足化学成分要求、厚度为350mm的连铸坯，连铸时钢水的过热度不高于15℃；将连铸坯再加热至1200℃，保温不小于7小时；出炉后进行两阶段轧制：第一阶段为再结晶区轧制，终轧温度控制在1000～1100℃，再结晶区轧制时控制连续两道次的单道次压下率分别为24%和24.2%；第二阶段为非再结晶区轧制，开轧温度控制在830～940℃，终轧温度控制在820～870℃，非再结晶区累计变形率为64%；随后通过ACC进行冷却，终止冷却温度不高于450℃；冷却速度为20℃/s；之后冷却到室温即得钢板成品。

经由上述制造工艺制得的26.4mm厚的X70管线用钢板，综合性能优异，机械性能详见表1，抗HIC及抗SSCC性能见表2。

实施例3

本实施例的低屈强比抗HIC及抗SSCC的X70管线钢板的厚度为16mm，其化学成分按质量百分比计为：C：0.03%，Mn：1.35%，Si：0.2%，S：0.0005%，P：0.01%，Nb：0.06%，Ti：0.018%，V：≤ 0.05%，Al：0.03%，Mo+Cu+Ni+Cr≤ 0.9%， N≤ 0.010%，O：≤ 0.006%，Ca：0.0011%，余量为Fe 及不可避免的杂质元素。

该X70管线用钢板的制造工艺为，按上述钢板成品的化学组分配置冶炼原料依次经KR铁水预处理，转炉冶炼，LF 精炼、RH 真空精炼，精炼过程中控制钢水中S含量≤0.0005%，随后喂入Ca-Si线，控制钢水中Ca/S的含量比值为1.0～2.0，然后连铸出满足化学成分要求、厚度为350mm的连铸坯，连铸时钢水的过热度不高于15℃；将连铸坯再加热至1183℃，保温不小于7.5小时；出炉后进行两阶段轧制：第一阶段为再结晶区轧制，终轧温度控制在1000～1100℃，再结晶区轧制时控制连续两道次的单道次压下率分别为24.1%和24.3%；第二阶段为非再结晶区轧制，开轧温度控制在830～940℃，终轧温度控制在820～870℃，非再结晶区累计变形率为63%；随后通过ACC进行冷却，终止冷却温度不高于400℃；冷却速度为13℃/s；之后冷却到室温即得钢板成品。

经由上述制造工艺制得的16mm厚的X70管线用钢板，综合性能优异，机械性能详见表1，抗HIC及抗SSCC性能见表2。

表1 各实施例所生产的钢板的机械性能

表2 实施例所生产钢板的抗HIC以及抗SSCC性能

Claims

1.一种低屈强比抗HIC及抗SSCCX70管线钢板，其特征在于：该钢板的化学成分按质量百分比计为C：0.03～0.05%，Mn：1.15～1.35%，Si：0.1～0.3%，S：≤0.0005%，P：≤0.010%，Nb：0.05～0.07%，Ti：0.008～0.03%，V：≤0.10%，Al：≤ 0.06%，N：≤ 0.010%，O：≤ 0.006%，Mo：0.15～0.25%， Cu：0.18～0.30%，Ni：0.2～0.45%，Cr≤ 0.30%， Ca：0.0005～0.0015%，且Ca/S的含量比值为1.0～2.0，余量为Fe 及不可避免的杂质元素；

制备工艺步骤如下：首先将冶炼原料依次经KR铁水预处理，转炉冶炼，LF 精炼、RH 真空精炼，精炼过程中控制钢水中S含量≤0.0005%，随后喂入Ca-Si线，控制钢水中Ca/S的含量比值为1.0～2.0，然后连铸出满足化学成分要求、厚度为不小于350mm的连铸坯，连铸时钢水的过热度不高于15℃；将连铸坯再加热至1150～1230℃，保温不小于7小时；出炉后进行两阶段轧制：第一阶段为再结晶区轧制，终轧温度控制在1000～1100℃，再结晶区轧制时控制连续两道次的单道次压下率不低于25%；第二阶段为非再结晶区轧制，开轧温度控制在830～940℃，终轧温度控制在820～870℃，非再结晶区累计变形率不小于60%；随后通过ACC进行冷却，终止冷却温度不高于580℃；冷却速度为10～25℃/s；之后冷却到室温即得钢板成品。