CN107876720A - 一种抗氢致裂纹C‑Mn钢的生产工艺 - Google Patents

Abstract

一种抗氢致裂纹C‑Mn钢的生产工艺，属于连铸、轧制技术领域。该钢种成分为：C＝0.1％～0.2％，Mn＝0.8％～2％，Si≤0.5％，P≤0.01％，S≤0.002％，Al＝0.01％～0.05％，其余为Fe和不可避免残余元素。其屈服强度在220MPa～450MPa之间，抗拉强度在415MPa～580MPa之间。板坯生产过程中，使用高过热度、低拉速浇铸，同时使用强冷工艺来加速凝固过程，抑制碳、锰元素的偏析程度。轧制后快速冷却，冷却开始温度在奥氏体发生相变之前，冷却结束温度在奥氏体完全转变之后，通过大冷却速率再次抑制元素的扩散。通过该方法生产的钢板，其抗酸指标CLR、CTR和CSR三个截面平均值的最大值≤10％、3％和1％，完全满足标准要求。

Description

一种抗氢致裂纹C-Mn钢的生产工艺

技术领域

本发明属于连铸、轧制技术领域，特别是涉及一种抗氢致裂纹C-Mn钢的生产工艺。

背景技术

C-Mn钢是指使用碳元素和锰元素提高钢强度的钢种，其成分较为简单，合金元素主要是碳元素和锰元素，另外含有少量的脱氧元素，除非有特别要求，则不添加其他合金元素。该类钢种具有成本低、易生产等特点，应用非常广泛，生产技术也较为成熟。但该类钢种也存在一定的缺陷，即均匀性不高，尤其当使用板坯生产该类钢种时，由于碳、锰元素均为易偏析元素，连铸板坯心部存在中心缺陷，因此在轧制后钢板的厚度中心位置，存在一定的偏析带，该偏析带质量较差，对于要求抗氢致裂纹的钢种来说，这些偏析带将会带来诸多不利的后果。随着客户需求的提高，对C-Mn钢的抗氢致裂纹性能提出了更高的要求，如何生产抗氢致裂纹的C-Mn钢成为了钢铁企业追求的新目标。

抗氢致裂纹C-Mn钢，主要应用于高含硫油气的生产和运输领域。高含硫油气存在湿硫化氢环境，溶液中的氢离子进入钢基体后，会在钢的缺陷位置生成气体，体积骤增，形成氢致裂纹，氢致裂纹的不断扩展，会最终造成整体材料的严重失效，甚至造成事故。抗氢致裂纹检验标准主要参考NACE0284，其中将氢致裂纹的长度率、厚度率和宽度率分别简写为CLR、CTR和CSR，通常可以接受的指标为CLR、CTR和CSR三个截面平均值的最大值≤15％、5％和2％。

通常生产抗氢致裂纹管线钢时，均采用低碳成分设计，通过降低碳含量来提高铸坯的心部质量，但这必然需要增加其他合金元素来提高钢的强度，而本专利中设计的钢种碳含量在0.1％～0.2％之间，这与抗氢致裂纹管线钢的成分完全不同，碳含量的提高势必会造成铸坯心部质量的极具恶化，相应的生产工艺也必然完全不同，因此抗氢致裂纹管线钢的生产工艺对本专利完全没有参考价值。

对于抗氢致裂纹碳锰钢，由以下相关报道：

刁承民等人公布了一种抗氢致裂纹钢的生产方法，提到了这类钢种的冶炼工艺。

加藤拓等人公布了一种抗氢致裂纹性优异的钢板及其制造方法，提出了一种夹杂物控制方法。

隋鹤龙等人公布了一种450MPa级抗氢致开裂压力容器用钢板及其生产方法。

许少普等人发表文章“特厚抗氢致裂纹及抗层状撕裂用Q345R钢板的开发，2011年全国技术中心建设与新品开发研讨会”，提到了Q345R-Z35的冶炼工艺。

但以上这些报道都没有提到本专利中的工艺，而本专利中的工艺是这类钢种生产的关键点，既简单易行，又经济实惠，是值得推广的发明专利。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抗氢致裂纹C-Mn钢的生产工艺，通过铸坯及钢板的快速冷却抑制碳锰元素的扩散，尽量减轻心部的偏析程度来提高C-Mn钢的抗氢致裂纹性能。

本发明板坯生产过程中，使用高过热度、低拉速浇铸，同时使用强冷工艺来加速凝固过程，抑制碳、锰元素的扩散来减少其偏析程度，同时增加铸坯内部的形核点，促进析出物的生成，从而起到细化铸态晶粒的作用。工艺步骤及控制技术参数如下：

(1)使用连铸板坯生产板坯厚度：150mm～300mm，板坯宽度：1000mm～3000mm；钢种成分为：C＝0.1％～0.2％，Mn＝0.8％～2％，Si≤0.5％，P≤0.01％，S≤0.002％，Al＝0.01％～0.05％，其余为Fe和不可避免残余元素；均为重量百分数。

(2)连铸生产过程拉速采用v：0.65～1.2m/min，钢水过热度在35～60℃之间，连铸冷却比水量：0.9～1.5L/kg钢。

(3)轧制后钢板规格为，钢板厚度：5mm～40mm，钢板宽度：2000mm～3500mm；

(4)将板坯轧制为最终规格的钢板后，对钢板进行冷却，冷却开始钢板的表面温度在750℃～820℃之间，冷却结束时钢板的表面温度在550℃～650℃之间，冷却速率在20℃/s～40℃/s之间；

生产的C-Mn钢具有良好的抗氢致裂纹性能，钢板的屈服强度在220MPa～450MPa之间，抗拉强度在415MPa～580MPa之间。

抗氢致裂纹性能上，使用NACE0284标准进行试验，试验溶液为该标准中的A溶液，其抗氢致裂纹性能指标CLR、CTR和CSR三个截面平均值的最大值≤10％、3％和1％，完全满足标准要求。

本发明的优点在于：

(1)提出了一些关键控制工艺来生产具有抗氢致裂纹性能的高品质C-Mn钢，通过快速的冷却抑制碳、锰元素的扩散，降低心部的偏析程度，提高钢板的均匀性。

(2)该工艺简单易行、更加经济，不需要通过合金的添加来改善性能，更具推广价值。

具体实施方式

钢种设计成分为：C＝0.16％，Mn＝1.4％，Si＝0.35％，P＝0.01％，S＝0.0015％，Al＝0.035％，其余为Fe和不可避免残余元素。

使用连铸板坯生产该类钢种，板坯厚度＝220mm，板坯宽度＝2000mm。

连铸生产过拉速采用v＝0.9m/min，钢水过热度为42℃，连铸冷却比水量＝1.1L/kg钢。

轧制后钢板规格为，钢板厚度＝28mm，钢板宽度＝2800mm。

将板坯轧制成厚度28mm的钢板后，对钢板进行冷却，冷却开始钢板的表面温度为790℃，冷却结束时钢板的表面温度为610℃，冷却速率为28℃/s。

钢板的屈服强度为355MPa，抗拉强度为520MPa。

抗氢致裂纹性能上，使用NACE0284标准进行试验，试验溶液为该标准中的A溶液，CLR、CTR和CSR＝0％、0％和0％。

对比成分相同，规格相同，拉速1m/min，钢水过热度25℃，比水量0.5L/kg钢，轧后冷却速率为15℃/s的钢板，其在抗氢致裂纹性能上，CLR、CTR和CSR三个截面平均值的最大值＝46.5％、14.5％和2.1％。

Claims (1)

1.一种抗氢致裂纹C‐Mn钢的生产工艺，其特征在于，工艺步骤及控制技术参数如下：

(1)使用连铸板坯生产板坯厚度：150mm～300mm，板坯宽度：1000mm～3000mm；钢种成分为：C＝0.1％～0.2％，Mn＝0.8％～2％，Si≤0.5％，P≤0.01％，S≤0.002％，Al＝0.01％～0.05％，其余为Fe和不可避免残余元素；

(2)连铸生产过程拉速采用v：0.65～1.2m/min，钢水过热度在35～60℃之间，连铸冷却比水量：0.9～1.5L/kg钢。

(3)轧制后钢板规格为，钢板厚度：5mm～40mm，钢板宽度：2000mm～3500mm；

(4)将板坯轧制为最终规格的钢板后，对钢板进行冷却，冷却开始钢板的表面温度在750℃～820℃之间，冷却结束时钢板的表面温度在550℃～650℃之间，冷却速率在20℃/s～40℃/s之间；

生产的C-Mn钢具有良好的抗氢致裂纹性能，钢板的屈服强度在220MPa～450MPa之间，抗拉强度在415MPa～580MPa之间。