CN107988547A - 一种高频电阻焊管用x52ms热轧卷板及其制造方法 - Google Patents

一种高频电阻焊管用x52ms热轧卷板及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种高频电阻焊管用X52MS热轧卷板及其制造方法。钢中化学成分按重量百分比为：C 0.061％～0.080％、Si 0.10％～0.25％、Mn 1.10％～1.30％、Nb 0.010％～0.028％、Ti 0.008％～0.025％、Als 0.015％～0.045％、P≤0.015％、S≤0.0015％、N≤0.006％，余量为Fe和不可避免的杂质。连铸坯厚度200mm以下，连铸坯经步进式加热炉加热至1180～1220℃出炉，随后经粗轧及精轧机组进行两阶段控制轧制，粗轧的终轧温度为980～1050℃，精轧开轧温度≤980℃，精轧终轧温度为820～880℃，随后采用层流冷却方式以10～30℃/s的速度均匀冷却，在540～630℃进行卷取。产品用于油气输送。

Description

一种高频电阻焊管用X52MS热轧卷板及其制造方法
技术领域
本发明属于高强度低合金钢技术领域，主要涉及一种油气输送用管线钢及其热轧卷板的制造方法，尤其是一种抗HIC和抗SSCC性能优异的高频电阻焊管用X52MS管线钢热轧卷板及其制造方法。
背景技术
油气管道工程中使用的管材可分为无缝钢管、高频电阻焊钢管(ERW或HFW)、埋弧焊钢管三大类。高频电阻焊管是将热轧卷板经过成型机后，利用高频电流的集肤效应和邻近效应，使管缘加热熔化，在挤压辊的作用下进行压力焊接来生产的，因此采用高频电阻焊工艺制管对母材质量特别是板卷边部质量要求十分严格。
近年来，随着认识的提高和技术的进步，抗酸性管线钢逐步受到业内的重视，美国石油协会在管线钢管规范(API 5L)中专门制定了酸性服役条件钢管的相关标准，同时美国腐蚀工程师协会(NACE)定义，在含有水和H2S的天然气中，当H2S分压≥300Pa时，则为酸气，必须对管材提出抗酸性检验要求。管线在遭受H2S腐蚀时，可能发生均匀腐蚀、坑蚀、氢鼓泡、氢诱发阶梯裂纹，氢脆及应力腐蚀开裂等，且各种腐蚀形式互相促进，最终导致管材开裂并引发大量恶性事故，造成了巨大经济损失和环境污染。
国外如日本、欧洲等，抗酸性管线钢管的开发受到了普遍的重视，特别是在中东地区得到大力推广及应用，钢级主要为X70MS及以下，国内虽然已将此作为未来管线钢发展的重点方向之一，但研究和应用还较少。以下是与本发明较接近的国内外相关文献：
CN201410338917.2公开了无铜镍抗酸管线钢X52MS及其热轧板卷的制造方法。该专利成分的重量百分比为C 0.02％～0.06％、Si 0.05％～0.35％、Mn 1.0％～1.4％、P≤0.018％、S≤0.003％、Cr 0.10％～0.50％、Ti 0.005％～0.10％、Nb 0.005％～0.10％、V0～0.05％。此专利C含量偏低，添加0.10％-0.50％的Cr和少量V，合金成本高，另外S≤0.003％，不符合API 5L标准要求。
CN201210271608.9公开了正火态抗酸管线用钢X52NS热轧板卷及其制造方法。该专利成分的重量百分比为C 0.02％～0.06％、Si 0.10％～0.35％、Mn 1.0％～1.4％、P≤0.018％、S≤0.003％、Cr 0～0.50％、Ti 0.005％～0.10％、Nb 0.005％～0.10％、V0.005％～0.05％、Ni 0～0.30％、Cu 0～0.30％。此专利C含量偏低，有意添加V、Ni、Cu等，合金成本高，S≤0.003％不符合API 5L标准要求。另外该专利采用正火工艺生产，而不是热机械控制轧制工艺(TMCP)，工艺较为落后。
JPH0681034A公开了优良的抗HIC性能的钢管用热轧带钢制造方法。该专利合金设计有意添加V、Mo、Ni、Cu等，另外工艺上铸坯加热温度≥1250℃，耗费能源且成本高。
CN200910187515.6公开了一种低成本抗酸性管线钢热轧卷板及其制造方法。此专利实施例中能达到X52MS钢级的产品Mn含量均大于1.30％，Nb含量≥0.03％，合金成本高。
CN201310005953.2公开了一种抗HIC管线钢板及其生产方法。此专利为一种钢板的生产方法，精炼采取LF+VD，轧后采用正火工艺，不卷取，与热轧板卷生产不同。同时该专利成分的重量百分比为C 0.11％～0.13％、Mn 1.50％～1.60％、P≤0.008％、S≤0.002％、Nb 0.020％～0.033％、Al 0.020％～0.055％、Ti 0.010％～0.020％、V 0.025％～0.040％，成分中C、Mn含量高，且含有0.025％～0.040％的V，成本高。
边育秀等人在《第二届全国金属材料与冶金工程学术交流会论文集》2011：92-94页发表了论文——“太钢X52级别管线钢抗HIC性能研究”，论文中公开的抗HIC性能的管线钢C含量≤0.060％，Mn含量低于1.0％，添加Nb、Ti但未给出含量范围，添加Ni、Cu，合金成本高。
7)李利巍等人在《钢铁研究》，2010(38)：92-95页发表了论文——酸性介质用X52MS管线钢热轧板卷的研制与生产，论文中未给出明确的Nb、Ti合金元素范围和热轧工艺，文中提及通过添加Nb、V、Mo、Cu等元素使其性能很好的满足抗HIC钢的要求，产品中应添加了V、Mo、Cu，合金成本高。
以上文献在合金设计上多添加了较为贵重的Ni、Cu、V、Cr等元素，提高了生产成本。另外本专利生产的板卷制管方式采用高频电阻焊，对板卷的边部质量有更为严格的要求，因此在生产工艺上与上述文献也多有明显不同。
发明内容
本发明的目的是，提供一种具有优良抗HIC和抗SSCC性能的高频电阻焊管用X52MS管线钢及其热轧卷板的制造方法，本发明合金设计以C-Mn钢为主，添加微量Nb、Ti合金化，并结合合理的纯净钢冶炼和热机械控制轧制工艺，获得具有优异综合性能的产品。本发明合金元素添加极少，成本经济，工艺流程简单有效，有利于工业化批量生产。
具体的技术方案是：
一种高频电阻焊管用X52MS热轧卷板的组成成分，按重量百分比计为：C 0.061％～0.080％、Si 0.10％～0.25％、Mn 1.10％～1.30％、Nb 0.010％～0.028％、Ti 0.008％～0.025％、Als 0.015％～0.045％、P≤0.015％、S≤0.0015％、N≤0.006％，余量为Fe和不可避免杂质。
X52MS管线钢的成分设计以C-Mn为主，添加微量Nb、Ti合金化，并结合合理的纯净钢冶炼和热机械控制轧制工艺获得细小均匀的贫珠光体组织，以保证产品具有优异的综合性能，其主要元素的选择理由如下：
C：是钢中最经济有效的强化元素，但是C为易偏析元素，随着C含量的提高，管线钢抗HIC敏感性增加，另外碳含量过高会使钢在热轧时生成对氢致鼓泡最为敏感的马氏体组织。因此，本发明将碳含量控制为0.061％～0.080％。
Si：脱氧元素，固溶于铁素体以提高钢的强度，但同时要损失塑性和韧性，本发明将Si含量控制为0.10％～0.25％。
Mn：锰具有固溶强化作用，还可降低γ－α相变温度，进而细化铁素体晶粒，同时补偿因C含量降低而引起强度损失的主要强化元素。但是在中、低强度铁素体–珠光体管线钢中，Mn偏析产生的带状组织在热轧过程形成了对HIC敏感的低温转换硬组织带，促进HIC和SSCC敏感性增加。本发明的锰含量为1.10％～1.30％。
Nb：是现代微合金化管线钢中进行控制轧制的最主要元素，NbC应变诱导析出阻碍形变奥氏体的回复、再结晶，降低相变温度，促进针状铁素体组织和M-A岛的形成。Nb可通过细晶强化、析出强化、沉淀强化、相变强化等多种强化机制提高钢的性能，但Nb为贵重元素，故本发明将铌含量控制为0.010％～0.028％。
Ti：是强的固氮元素，Ti/N的化学计量比为3.42。加入0.015％左右Ti时，可在板坯连铸时形成高温稳定细小的TiN析出相，这种析出相可有效阻止连铸坯在加热过程中奥氏体晶粒的长大，同时对改善钢焊接时热影响区的断裂韧性有明显作用。因此，本发明将Ti含量控制在0.008％～0.025％。
Als：脱氧元素，添加适量的铝可形成细小弥散的AlN粒子，有利于细化晶粒，提高钢的强韧性能，本发明的Als含量控制在0.015％～0.045％。
S：是抗酸性管线钢中极为有害的元素，急剧提高HIC和SSCC敏感性。S与Mn生成的MnS夹杂是HIC最易成核的位置，一般通过钙处理可使MnS成为散的球状体，从而可以抑制HIC的形成，使裂纹敏感性明显降低。因此，本发明将S含量控制为S≤0.0015％。
P：是钢中不可避免的杂质元素，同时是易偏析元素，造成成分和组织的不均匀，增大裂纹敏感性。因此，本发明将P含量控制为P≤0.015％。
N：是钢中不可避免的杂质元素。本发明中N含量控制为N≤0.006％。
本发明还提出一种高频电阻焊管用X52MS热轧卷板的生产方法，即采用纯净钢冶炼连铸+热机械控制轧制工艺经济地生产X52MS管线钢热轧卷板的方法。其生产工艺流程：铁水预处理—转炉冶炼—炉外精炼(RH+LF+钙处理)—连铸板坯—板坯下线清理—板坯再加热－轧制－层流冷却—卷取。
(1)冶炼连铸工艺：铁水预处理进行深脱硫，同时扒净铁水脱硫渣，转炉顶底复合吹炼，保证终渣有较高的碱度，避免转炉内钢水回磷，冶炼初期和末期采用较大强度的底吹氩搅拌，双挡渣出钢，并在出钢过程中加入一定量的合成渣，以减少LF处理过程中钢水回磷。采用RH+LF真空精炼处理，RH炉可大幅度降低O、N、H等气体杂质含量，LF炉中保持较高的钢渣碱度，再次进行深脱硫处理，同时钢水在炉外精炼后进行钙处理，保证钢中夹杂物完全球化。中间包钢水采用低过热度，全程保护浇注，必须投入动态轻压下，严格控制连铸坯的中心偏析和中心疏松，保证连铸坯质量。铸坯厚度200mm以下，其凝固冷却速率远远大于传统的厚板坯，二次枝晶间距大幅度减小。由于ERW焊管对板卷边部质量有很高的质量要求，因此为保证质量，连铸板坯下线清理边角。
(2)板坯再加热和轧制工艺：连铸坯经步进式加热炉加热至1180～1220℃出炉，随后经粗轧及精轧机组两阶段控制轧制，粗轧的终轧温度为980～1050℃，精轧开轧温度≤980℃，精轧终轧温度为820～880℃，随后采用层流冷却方式以10～30℃/s的速度均匀冷却，在540～630℃进行卷取。
本发明的X52MS热轧卷板产品性能优异、波动小。板卷屈服强度Rt0.5为400～470MPa，抗拉强度Rm为500～580MPa，延伸率A50mm≥30％，-20℃夏比冲击功Akv≥200J，按国际NACE标准检验抗HIC性能和抗SSCC性能，均完全符合要求。
本发明技术方案的特别之处在于：
(1)合金设计简单、合理，以C-Mn钢为主，仅添加微量的Nb、Ti合金元素，成本十分经济。
(2)由于制管方式为高频电阻焊，无焊丝焊剂，对板卷边部有很高的质量要求，因此连铸板坯下线清理边角。
(3)产品耐酸性能优异，抗HIC性能检验均无氢致鼓泡和裂纹、抗SSCC性能在加载80％屈服强度载荷条件下未断裂，完全符合国家标准和国际标准要求。
有益效果：
本发明X52MS管线钢，成分设计经济合理，并结合合理的纯净钢冶炼连铸和热机械控制轧制工艺轧制成卷板，质量优异，经高频电阻焊制成的钢管可广泛应用到油气输送管道建设，产品各项指标均满足API SPEC 5L规范及中石油中石化通用技术条件要求，具备突出的经济效益和良好的社会效益。
附图说明
图1为本发明实施例3钢板典型的金相组织，图中组织为贫珠光体组织。
具体实施方式
本发明涉及的技术问题采用下述技术方案解决：一种高频电阻焊管用X52MS热轧卷板及其制造方法，其化学成分质量百分比为：C 0.061％～0.080％、Si 0.10％～0.25％、Mn 1.10％～1.30％、Nb 0.010％～0.028％、Ti 0.008％～0.025％、Als 0.015％～0.045％、P≤0.015％、S≤0.0015％、N≤0.006％，其余为Fe和不可避免的杂质。采用转炉冶炼，炉外精炼，连铸成坯，轧制等工序，连铸坯厚度在200mm以下，连铸坯经步进式加热炉加热至1180～1220℃出炉，随后经粗轧及精轧机组两阶段控制轧制，粗轧的终轧温度为980～1050℃，精轧开轧温度≤980℃，精轧终轧温度为820～880℃，随后采用层流冷却方式以10～30℃/s的速度均匀冷却，在540～630℃进行卷取。
以下实施例用于具体说明本发明内容，这些实施例仅为本发明内容的一般描述，并不对本发明内容进行限制。
其中表1为实施例钢的化学成分，表2为实施例钢的具体工艺制度，表3为实施例钢的力学性能，表4为实施例钢的抗HIC性能，表5为实施例钢的抗SSCC性能。
表1实施例钢化学成分(wt，％)
实施例 C Si Mn P S Nb Ti Als N
1 0.062 0.20 1.15 0.010 0.0009 0.017 0.014 0.033 0.004
2 0.068 0.19 1.22 0.012 0.0006 0.019 0.009 0.038 0.005
3 0.073 0.22 1.18 0.013 0.0012 0.022 0.021 0.028 0.004
4 0.078 017 1.24 0.009 0.0010 0.026 0.015 0.026 0.003
5 0.070 0.21 1.19 0.011 0.0011 0.016 0.018 0.031 0.005
6 0.065 0.18 1.17 0.008 0.0008 0.018 0.024 0.025 0.004
表2实施例钢工艺制度
表3实施例钢力学性能
注：拉伸试验、夏比冲击试验和落锤撕裂试验(DWTT)试样的取样方向均为横向。
表4实施例钢抗HIC性能
注：试样表面均无氢鼓泡。
表5实施例钢抗SSCC性能
从实施例可以看出，本发明实施例钢的屈服强度Rt0.5≥405MPa，抗拉强度Rm≥513MPa，延伸率A50mm≥32.5％，-20℃夏比冲击功Akv≥220J，按国际NACE标准检验抗HIC性能和抗SSCC性能，均完全符合要求。整体表现出本发明钢的具有优良的耐HIC和SSCC性能。

Claims (2)

1.一种高频电阻焊管用X52MS热轧卷板，其特征在于，钢中化学成分按重量百分比为：C0.061％～0.080％、Si 0.10％～0.25％、Mn1.10％～1.30％、Nb 0.010％～0.028％、Ti0.008％～0.025％、Als0.015％～0.045％、P≤0.015％、S≤0.0015％、N≤0.006％，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.一种如权利要求1所述的高频电阻焊管用X52MS热轧卷板的制造方法，钢板的生产工艺为：铁水预处理—转炉冶炼—炉外精炼—连铸板坯—板坯下线清理—板坯再加热－轧制－层流冷却—卷取，其特征在于，连铸坯厚度200mm以下，连铸坯经步进式加热炉加热至1180～1220℃出炉，随后经粗轧及精轧机组进行两阶段控制轧制，粗轧的终轧温度为980～1050℃，精轧开轧温度≤980℃，精轧终轧温度为820～880℃，随后采用层流冷却方式以10～30℃/s的速度均匀冷却，在540～630℃进行卷取。
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