CN105238997A

CN105238997A - 适于煤制气输送管道的x80管线钢板/带及生产方法

Info

Publication number: CN105238997A
Application number: CN201510702276.9A
Authority: CN
Inventors: 姜志阳; 刘清友; 辛萌; 贾书君; 宋卫臣; 汪兵; 付国强; 孙新军; 张洪伟; 陈小平; 李春艳; 时米波; 陈洪杰
Original assignee: Central Iron and Steel Research Institute; Sinopec Petroleum Engineering Corp
Current assignee: Central Iron and Steel Research Institute; Sinopec Petroleum Engineering Corp
Priority date: 2015-10-26
Filing date: 2015-10-26
Publication date: 2016-01-13

Abstract

一种适于煤制气输送管道的X80管线钢板/带及生产方法，属于金属材料领域，该X80管线钢板/带的化学成分重量百分比为：C:0.02～0.07wt％、Si:0.10～0.50wt％、Mn：1.2～1.8wt％、Nb：0.02～0.08wt％、Mo:0.10～0.50wt％,Ni:0.3～1.0wt％,Cr:0～0.5wt％,Cu:0～0.5wt％、P：≤0.015wt％、S：≤0.005wt％，余量为Fe及不可避免杂质。制备方法包括：铸坯加热温度1180～1220℃，加热时间为2～6小时，两阶段控轧，粗轧末机架入口温度950℃～1020℃，粗轧末机架变形量≥25％，终轧温度780～860℃，层流冷却速度≥5℃/s，终冷或卷取温度：300～450℃，钢板出炉后空冷。优点在于，具有较高强度的同时，兼具优异的抗氢致开裂性能。

Description

适于煤制气输送管道的X80管线钢板/带及生产方法

技术领域

本发明属于金属材料高强度低合金钢技术领域，具体涉及一种适用于制造煤制气输送管道的X80管线钢板/带及生产方法。

背景技术

在石油化工项目中，氢气是一种较常见腐蚀性介质，在有游离水或凝析水的环境下，氢气可分解析出氢原子，氢原子可对金属材料构成氢损伤。实际工程上使用的钢材都存在着缺陷，如面缺陷(晶界、相界等)、位错、三维应力区等，这些缺陷与氢的结合能强，可将氢捕捉陷住，便成为氢的富集区，通常把这些缺陷称为陷阱。当氢原子在金属内部陷阱中富集到一定程度，便会析出氢气。经估算这种氢气的强度可达300MPa，于是促使钢材脆化，局部区域发生塑性变形，萌生裂纹最后导致开裂。由于氢损伤通常是瞬间出现失效，因此氢致开裂是一种危害性比较大的腐蚀形式。

在煤制气输送管道中，气体中掺杂着大量的H₂。以中石化新粤浙管道为例，输送气体中CO₂和H₂的含量之和为3％(mol％)，其中H₂的含量达到2％左右，管道输送压力12MPa,氢分压达到了0.24MPa。目前国内常温输送含H₂天然气介质的管道基本上都采用低钢级管线钢，比如20、B(L245)、X52(L360)等。但是为了提高油气输送效率，管线钢向着高钢级厚规格方向发展。随着管线钢钢级的提高及输送压力的提升，材料的氢致裂纹敏感性增加。为了确保高钢级管道在较高的氢分压下具有较低的氢致裂纹敏感性，降低因氢渗透导致的管道破坏，本发明的X80钢板/带通过优化控轧控冷工艺，使钢板/带中的脆性第二相M/A岛的形态和分布控制在一个较为理想的范围，避免因粗大的硬相M/A岛提高裂纹敏感性。并且通过将化学成分中的Ni含量提高到0.3～1.0％范围，增加了相变过程中奥氏体的稳定性，使室温显微组织中以马氏体为主的M/A岛转变为以奥氏体为主。奥氏体是典型的面心立方结构，八面体间隙较大，可以容纳更多的氢原子，所以从另一方面也降低了管材的氢致开裂风险。因此，本发明的适用于煤制气管道输送的X80钢板/带在具有高屈服强度同时，还具有优异的抗氢致裂纹敏感性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于制造煤制气输送管道的X80管线钢板/带及生产方法，该钢板在满足高强度的同时，大幅提高其抗氢致开裂敏感性。可用于制造氢含量较高的煤制气输送管道生产领域。

本发明的适用于制造煤制气输送管道的X80管线钢板/带的化学成分质量百分比为：C:0.02～0.07wt％、Si:0.10～0.50wt％、Mn：1.2～1.8wt％、Nb：0.02～0.08wt％、Mo:0.10～0.50wt％,Ni:0.3～1.0wt％,Cr:0～0.5wt％,Cu:0～0.5wt％、P：≤0.015wt％、S：≤0.005wt％，其余为Fe及不可避免的杂质。

本发明的X80管线钢板/带的制备方法的工艺包括：冶炼、连铸、加热、控制轧制、控制冷却。在工艺中控制的技术参数为：

铸坯的加热温度为1160～1220℃，根据坯料厚度，其加热时间为2～6小时；

控制轧制工艺采用两阶段轧制，包括再结晶区轧制和未再结晶区轧制，粗轧末机架入口温度970℃～1020℃，粗轧末机架变形量：25％～40％，终轧温度780～860℃，轧后控制冷却采用层流冷却，冷却速度≥5℃/s，终冷温度：300～450℃。

本发明的适用于制造煤制气输送管道的X80管线钢板/带的显微组织特征为针状铁素体基体上弥散分布着细小的以奥氏体组元为主的M/A小岛。

本发明的适用于制造煤制气输送管道的X80管线钢板/带的成分构成中，各主要化学成分的作用为：

C：C在钢中主要以固溶的方式存在，以提高奥氏体的淬透性，得到贝氏体铁素体组织，但C含量不宜过多，易在钢中形成富C的MA组元，恶化材料韧性。同时，高的C含量还会影响其焊接性能。因此，本发明钢板的C含量控制在0.07％以下。

Mn：Mn既能以固溶状态存在，也可以进入渗碳体中取代一部分Fe原子，起到固溶强化作用，还能形成硫化物。Mn元素在奥氏体中聚集，可提高奥氏体稳定性。本发明中Mn含量范围：1.2～1.8wt％。

Nb：在轧制过程中，固溶的Nb能显著提高奥氏体再结晶温度，增加未再结晶区变形量，析出的碳氮化铌颗粒能增加再结晶奥氏体晶粒形核点，并阻止再结晶奥氏体晶粒长大，得到细化的再结晶奥氏体晶粒，从而细化室温组织。在回火时效过程中，析出的碳氮化铌第二相能起到析出强化作用，提高材料强度。本发明的适用于制造煤制气输送管道的X80管线钢板/带中Nb的加入量在0.02～0.08wt％0范围。

Mo：Mo在钢中能明显提高奥氏体的稳定性，抑制多边形铁素体生成，形成单一的针状铁素体或者贝氏体组织。但是如果Mo含量过高，则在贝氏体中会形成粗大的M/A岛，破坏钢基体的韧性和增加氢致开裂敏感性，所以该发明的适用于制造煤制气输送管道的X80管线钢板/带中Mo含量范围为0.10～0.50wt％。

Cu、Cr：这两种合金元素的添加主要是提高材料的淬透性。除此之外，在耐腐蚀管线钢中Cu和Cr还能明显提高材料的耐腐蚀性能。

Ni:Ni以固溶形式存在于基体。尤其是Ni作为奥氏体形成元素，可增强连续冷却过程中奥氏体的稳定性，尤其是在贝氏体钢中，增加Ni含量，可使脆性M/A小岛中的马氏体转变成奥氏体，降低M/A脆性的同时，作为面心立方结构的奥氏体其八面体间隙较大，还可作为氢陷阱，溶解更多的氢原子，降低材料的氢致裂纹敏感性。另外，RARicks等人通过对Ni含量对Fe-Cu合金奥氏体分解规律的研究发现，提高Ni含量还可明显降低合金的Ac1和Ac3温度。更重要的是，钢中的Ni还能大幅度提高材料的韧性。另外，在含Cu量较高的钢中，为改善铸坯表面质量，通常要加入Ni，并且Ni含量至少为Cu含量的1/2，Cu和Ni同时添加还可以提高材料的耐腐蚀性能。所以，在本发明的一种适用于制造煤制气输送管道的X80管线钢板/带化学成分中，Ni含量最好控制在：0.3～1.0wt％,

P：P在钢中可以抑制渗碳体的析出，对铁素体有显著的固溶强化作用。但是，P含量过高，会影响钢的使用性能，如在低温下钢会产生冷脆效应。尤其是本发明的钢板主要在高寒地区使用，所以P含量应该严格控制。尽量能够控制在0.015％以下。

S：S在钢中与Mn结合形成MnS，降低Mn的有效含量，同时降低钢的抗HIC能力，因此，S在钢中的含量控制得越低越好。

本发明可以根据具体的强韧性及抗氢致开裂敏感性要求，适当调整化学成分和工艺参数范围，获得综合的力学性能，满足不同的使用性能要求。

本发明所述的一种适用于制造煤制气输送管道的X80管线钢板/带及其制备方法，适用于制造氢含量较高的煤制气输送管道生产领域。所发明的钢板在满足高强度和高韧性的同时，大幅提高其抗氢致开裂敏感性。

本发明的特征在于钢板的Ni含量较高(0.3～1.0wt％)。同时通过合理控制控轧控冷参数，优化显微组织中硬相M/A岛的形态和分布，降低含氢煤制气管道的氢致裂纹敏感性能，可广泛应用于制造氢含量较高的煤制气输送管道生产领域。

附图说明

图1为22mm厚钢板厚度截面四分之一位置处的金相组织照片。

图2为22mm厚钢板厚度截面四分之一位置处的扫描电镜照片

图3为18.4mm厚X80钢带厚度截面四分之一位置处的金相组织照片。

图4为18.4mm厚X80钢带厚度截面四分之一位置处的扫描电镜照片

具体实施方式

下面列举具体实施例对本发明进行说明，有必要在此指出的是以下具体实施步骤只用于对本发明作进一步说明，不代表对本发明保护范围的限制，其他人根据本发明做出的一些非本质的修改和调整仍属于本发明的保护范围。

下面是本发明的具体实施例：

实施例1

一种适用于制造煤制气输送管道的X80管线钢板，其组成原料按照质量百分数计为：C：0.04wt％、Si：0.3wt％、Mn：1.67wt％、Cu:0.22wt％、Cr:0.2wt％、Ni:0.4wt％、Nb：0.07wt％、Mo：0.15wt％、P：0.0087wt％、S：0.0020wt％,余量为Fe及不可避免的杂质,经转炉冶炼、连铸成300mm铸坯。

将铸坯加热到1180℃，保温3.0小时，然后进行第一阶段—再结晶区轧制，开轧温度为1100℃，粗轧最后道次温度为980℃，粗轧最后道次变形量25％；第二阶段—未再结晶区轧制，开轧温度为950℃，终轧温度为830℃，轧后板厚为22mm。轧后以15℃/s冷速加速冷却到400℃，然后空冷到室温。将轧制后的钢板依据国标进行力学性能检。

经检测，钢板显微组织特点为针状铁素体基体上弥散分布着均匀细化的M/A小岛。显微组织照片如图1、图2所示。

钢板各项力学性能如表1所示。

表1实施例1钢板的力学性能

实施例2

一种适用于制造煤制气输送管道的X80管线钢带，其组成原料按照质量百分数计为：C：0.042wt％、Si：0.27wt％、Mn：1.75wt％、Cu:0.2wt％、Cr:0.25wt％、Ni:0.8wt％、Nb：0.08wt％、Mo：0.12wt％、P：0.0011wt％、S：0.0017wt％,余量为Fe及不可避免的杂质,经转炉冶炼、连铸成300mm铸坯。

将铸坯加热到1180℃，保温3.0小时，然后进行第一阶段—再结晶区轧制，开轧温度为1100℃，粗轧最后道次温度为980℃，粗轧最后道次变形量25％；第二阶段—未再结晶区轧制，开轧温度为950℃，终轧温度为830℃，轧后钢带厚为18.4mm。轧后以17.5℃/s冷速加速冷却到380℃卷取。将轧制后的钢带依据国标进行力学性能检。

经检测，热轧钢带显微组织特点为针状铁素体和贝氏体组织，铁素体基体上弥散分布着均匀细化的M/A小岛。显微组织照片如图3、图4所示。

钢带各项力学性能如表2所示。

表2实施例1钢带的力学性能

Claims

1.适用于制造煤制气输送管道的X80管线钢板/带，其特征在于，化学成分质量百分比为：C:0.02～0.07wt％、Si:0.10～0.50wt％、Mn：1.2～1.8wt％、Nb：0.02～0.08wt％、Mo:0.10～0.50wt％,Ni:0.3～1.0wt％,Cr:0～0.5wt％,Cu:0～0.5wt％、P：≤0.015wt％、S：≤0.005wt％，余量为Fe及不可避免的杂质。

2.一种权利要求1所述的适用于制造煤制气输送管道的X80管线钢板/带的生产方法，工艺包括冶炼、连铸、加热、控制轧制、控制冷却，其特征在于：在工艺中控制的技术参数为：

铸坯的加热温度为1160～1220℃，加热时间为2～6小时；

控制轧制工艺采用两阶段轧制，包括再结晶区轧制和未再结晶区轧制，粗轧末机架入口温度970℃～1020℃，粗轧末机架变形量：25％～40％，终轧温度780～860℃；

轧后控制冷却采用层流冷却，冷却速度≥5℃/s，终冷温度：300～450℃。