CN108998746B - 一种高抗hic性能的x70级管线钢及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高抗HIC性能的X70级管线钢及其制备方法。所述管线钢的化学成分是：C为0.04～0.05wt％；Si为0.2～0.3wt％；Mn为1.1～1.2wt％；P为0.006～0.008wt％；S为0.0008～0.0015wt％；Cu为0.08～0.10wt％；Cr为0.2～0.25wt％；Ni为0.09～0.10wt％；Mo为0.1～0.12wt％；Nb为0.03～0.04wt％；V为0.02～0.03wt％；Ti为0.002～0.005wt％；Mg为0.002～0.005wt％；其余为Fe及不可避免的杂质。所述管线钢的轧制温度是：粗轧终轧为950～1050℃，精轧开轧为920～950℃，精轧终轧为860～890℃；驰豫终止为730～740℃，板坯返红为400～430℃。本发明工艺简单，所制制品的抗HIC性能高。

Description

一种高抗HIC性能的X70级管线钢及其制备方法
技术领域
本发明属于X70级管线钢技术领域。具体涉及一种高抗HIC性能的X70级管线钢及其制备方法。
背景技术
氢致开裂(Hydrogen Induced Cracking，HIC)是管线钢在酸性环境中腐蚀失效的主要形式之一。管线钢在湿H2S环境中发生氢致开裂，主要是由于S2-和HS-起到毒化剂的作用，促进溶液在金属表面产生吸附氢原子Hads，吸附氢原子Hads逐渐渗入钢中成为溶解氢原子Habs，溶解氢原子Habs在钢中的氢陷阱如夹杂物/基体界面、带状组织、位错、晶界等处聚集形成H2产生氢压，随着聚集的H原子数量增加，当氢压超过某一临界值时，便在钢材内部形成裂纹并随氢压的增大进一步扩展。
管线钢作为油气输送的主要通道，被大量应用到石油、天然气的运输环节中。随着全球海洋石油工业的蓬勃发展，需要大批量具有优越性能的海底石油管线钢投入生产运营，这种管线钢要长期经受海潮巨浪的冲击，承受高压、海水腐蚀和氢致开裂风险。一方面，随着管线钢朝着“富气”的趋势发展，即石油气管线输送不再进行预脱水、脱H2S处理，这愈发增加了管线钢发生氢致开裂的可能性；另一方面，由于海底管线钢往往采用阴极保护的方法抵抗海水腐蚀，管线钢作为阴极将为氢原子在材料表面的聚集产生有利驱动力，更进一步加速了氢原子进入到钢中而产生氢致裂纹。
随着管线钢服役环境逐步朝向深海、大壁厚趋势发展，海底用抗酸管线钢的强度也逐步朝着更高级别的X70级管线钢发展，因此，在对X70级管线钢提出高强度要求的同时，也对其抗氢致开裂性能提出了更严格的要求。氢致开裂作为管线钢主要的失效开裂形式之一，其影响因素也有很多。就钢铁材料本身而言，主要有钢的成分、组织及非金属夹杂物的数量、形态等因素。对某一特定牌号的管线钢来说，除方法本身造成的缺陷因素外，影响材料抗氢致开裂的因素主要在于钢中夹杂物。
现代冶金手段虽然能将X70级管线钢中夹杂物数量降低到很低，但该方法成本较高，不适合大规模批量生产管线钢。如“控制抗氢致开裂管线钢中厚板非金属夹杂物的方法”(CN102732666A)专利技术，公开了一种采用RH真空精炼的方法，控制钢中夹杂物在0.5级以内，且该发明专利提供的是X52级别的酸性环境用管线钢，强度级别较低。以及“一种X70级抗酸性管线钢中非金属夹杂物的控制方法”(CN102676725A)专利技术，公开了一种通过保证合适的Ca/S比(1.2～5.0)来控制轧板中非金属夹杂物的类型、数量和尺寸。控制钢板中的夹杂物主要为CaO+Ca，该方法需要通过长时间的精炼处理，增加了生产周期和成本。
“抗HIC性优良的管线钢及用该钢材制造出的管线管”(CN1914341)专利技术，公开了一种通过控制钢中TiN析出物尺寸来提高材料抗HIC能力的方法，该技术通过添加Cu和Ni等元素以阻止氢原子的进入，但Cu元素的添加会造成Cu原子在晶界的偏析，对材料抗HIC性能造成不利影响。
发明内容
本发明旨在克服现有技术缺陷，目的在于提供一种工艺简单、流程短和能耗低的高抗HIC性能的X70级管线钢的制备方法，通过添加Mg、Ti元素达到钢液脱氧并细化夹杂物的目的，减少了Nb和V元素的添加量、降低了添加微合金化元素的成本，同时，采用该方法制备的X70级管线钢表现出高的抗HIC性能。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
所述高抗HIC性能的X70级管线钢的化学成分是：C为0.04～0.05wt％；Si为0.2～0.3wt％；Mn为1.1～1.2wt％；P为0.006～0.008wt％；S为0.0008～0.0015wt％；Cu为0.08～0.10wt％；Cr为0.2～0.25wt％；Ni为0.09～0.10wt％；Mo为0.1～0.12wt％；Nb为0.03～0.04wt％；V为0.02～0.03wt％；Ti为0.002～0.005wt％；Mg为0.002～0.005wt％；其余为Fe及不可避免的杂质。
所述高抗HIC性能的X70级管线钢的制备方法是：依据所述高抗HIC性能X70管线钢化学成分配料，熔融，在1300～1600℃条件下浇铸成钢锭；将所述钢锭加热至1200～1250℃，保温1.5～2.5小时，随后冷却至1080～1130℃，即得待轧钢锭。然后对所述待轧钢锭进行轧制：粗轧终轧温度为950～1050℃，精轧开轧温度为920～950℃，精轧终轧温度为860～890℃。驰豫终止温度为730～740℃，板坯返红温度为400～430℃，随炉冷却，得到高抗HIC性能的X70级管线钢。
由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果：
本发明通过添加Ti、Mg元素进行脱氧处理，减化了繁琐的夹杂物净化工艺，减少了Nb、V等微合金化元素的添加，节省了生产成本和生产周期。MgO在钢水中的临界形核半径约为0.226nm，在钢水中容易形核且形核质点细小，易成为后续夹杂物析出核心，降低夹杂物长大趋势，使夹杂物在钢中的分布更加均匀；而且Ti和Al氧化物临界形核半径相似，易以Ti-Al氧化物复合析出形核，形成大量细小、弥散的Ti-Al和Al-Mg-Ti氧化物作为夹杂物核心，有效减小钢中硫化物夹杂尺寸。
采用INCA-STEEL自动扫描电镜在5000X放大倍数下，对本发明所制备的高抗HIC性能的X70级管线钢进行统计，其中：≤1μm的夹杂物数量达到1300个/mm2；1～5μm的夹杂物达到600个/mm2；≥5μm尺寸夹杂物85个/mm2；夹杂物核心是约1μm的Al-Mg-Ti复合氧化物夹杂，MnS在夹杂表面局部析出，呈典型椭球形。另一种为少量形状不规则尺寸较大的氧化物与MnS的复合夹杂物。该尺寸状态下的夹杂物都能成为较好的不可逆氢陷阱，提高材料抗HIC敏感性。
采用NACE A溶液根据相关标准，对本发明所制备的高抗HIC性能的X70级管线钢进行HIC测试，结果显示：该钢在5％NaCl+0.5％CH3COOH+饱和H2S水溶液持续浸泡96小时后，评定三种试验钢的裂纹敏感率(CSR)、裂纹长度敏感率(CLR)、裂纹厚度敏感率(CTR)指数皆为0，表现出优异的抗HIC敏感性。
因此，本发明专利具有工艺简单和流程短的特点，所制备的高抗HIC性能的X70级管线钢具有高的抗HIC性能。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制：
实施例1
一种高抗HIC性能的X70级管线钢及其制备方法。
所述高抗HIC性能的X70级管线钢的化学成分是：C为0.04～0.05wt％；Si为0.2～0.3wt％；Mn为1.1～1.2wt％；P为0.006～0.008wt％；S为0.0008～0.0015wt％；Cu为0.08～0.10wt％；Cr为0.2～0.25wt％；Ni为0.09～0.10wt％；Mo为0.1～0.12wt％；Nb为0.03～0.04wt％；V为0.02～0.03wt％；Ti为0.002～0.003wt％；Mg为0.002～0.003wt％；其余为Fe及不可避免的杂质。
所述高抗HIC性能的X70级管线钢的制备方法是：依据所述高抗HIC性能X70管线钢化学成分配料，熔融，在1300～1400℃条件下浇铸成钢锭；将所述钢锭加热至1200～1220℃，保温1.5～2.5小时，随后冷却至1080～1100℃，即得待轧钢锭。然后对所述待轧钢锭进行轧制：粗轧终轧温度为950～970℃，精轧开轧温度为920～930℃，精轧终轧温度为860～870℃。驰豫终止温度为730～733℃，板坯返红温度为400～410℃，随炉冷却，得到高抗HIC性能的X70级管线钢。
实施例2
一种高抗HIC性能的X70级管线钢及其制备方法。
所述高抗HIC性能的X70级管线钢的化学成分是：C为0.04～0.05wt％；Si为0.2～0.3wt％；Mn为1.1～1.2wt％；P为0.006～0.008wt％；S为0.0008～0.0015wt％；Cu为0.08～0.10wt％；Cr为0.2～0.25wt％；Ni为0.09～0.10wt％；Mo为0.1～0.12wt％；Nb为0.03～0.04wt％；V为0.02～0.03wt％；Ti为0.003～0.004wt％；Mg为0.003～0.004wt％；其余为Fe及不可避免的杂质。
所述高抗HIC性能的X70级管线钢的制备方法是：依据所述高抗HIC性能X70管线钢化学成分配料，熔融，在1400～1500℃条件下浇铸成钢锭；将所述钢锭加热至1210～1230℃，保温1.5～2.5小时，随后冷却至1090～1110℃，即得待轧钢锭。然后对所述待轧钢锭进行轧制：粗轧终轧温度为970～1000℃，精轧开轧温度为930～940℃，精轧终轧温度为870～880℃。驰豫终止温度为733～736℃，板坯返红温度为410～420℃，随炉冷却，得到高抗HIC性能的X70级管线钢。
实施例3
一种高抗HIC性能的X70级管线钢及其制备方法。
所述高抗HIC性能的X70级管线钢的化学成分是：C为0.04～0.05wt％；Si为0.2～0.3wt％；Mn为1.1～1.2wt％；P为0.006～0.008wt％；S为0.0008～0.0015wt％；Cu为0.08～0.10wt％；Cr为0.2～0.25wt％；Ni为0.09～0.10wt％；Mo为0.1～0.12wt％；Nb为0.03～0.04wt％；V为0.02～0.03wt％；Ti为0.004～0.005wt％；Mg为0.003～0.004wt％；其余为Fe及不可避免的杂质。
所述高抗HIC性能的X70级管线钢的制备方法是：依据所述高抗HIC性能X70管线钢化学成分配料，熔融，在1400～1500℃条件下浇铸成钢锭；将所述钢锭加热至1220～1240℃，保温1.5～2.5小时，随后冷却至1100～1120℃，即得待轧钢锭。然后对所述待轧钢锭进行轧制：粗轧终轧温度为1000～1030℃，精轧开轧温度为940～950℃，精轧终轧温度为880～890℃。驰豫终止温度为736～738℃，板坯返红温度为420～425℃，随炉冷却，得到高抗HIC性能的X70级管线钢。
实施例4
一种高抗HIC性能的X70级管线钢及其制备方法。
所述高抗HIC性能的X70级管线钢的化学成分是：C为0.04～0.05wt％；Si为0.2～0.3wt％；Mn为1.1～1.2wt％；P为0.006～0.008wt％；S为0.0008～0.0015wt％；Cu为0.08～0.10wt％；Cr为0.2～0.25wt％；Ni为0.09～0.10wt％；Mo为0.1～0.12wt％；Nb为0.03～0.04wt％；V为0.02～0.03wt％；Ti为0.004～0.005wt％；Mg为0.004～0.005wt％；其余为Fe及不可避免的杂质。
所述高抗HIC性能的X70级管线钢的制备方法是：依据所述高抗HIC性能X70管线钢化学成分配料，熔融，在1500～1600℃条件下浇铸成钢锭；将所述钢锭加热至1230～1250℃，保温1.5～2.5小时，随后冷却至1110～1130℃，即得待轧钢锭。然后对所述待轧钢锭进行轧制：粗轧终轧温度为1030～1050℃，精轧开轧温度为940～950℃，精轧终轧温度为880～890℃。驰豫终止温度为738～740℃，板坯返红温度为425～430℃，随炉冷却，得到高抗HIC性能的X70级管线钢。
本具体实施方式与现有技术相比具有如下积极效果：
本具体实施方式通过添加Ti、Mg元素进行脱氧处理，减化了繁琐的夹杂物净化工艺，减少了Nb、V等微合金化元素的添加，节省了生产成本和生产周期。MgO在钢水中的临界形核半径约为0.226nm，在钢水中容易形核且形核质点细小，易成为后续夹杂物析出核心，降低夹杂物长大趋势，使夹杂物在钢中的分布更加均匀；而且Ti和Al氧化物临界形核半径相似，易以Ti-Al氧化物复合析出形核，形成大量细小、弥散的Ti-Al和Al-Mg-Ti氧化物作为夹杂物核心，有效减小钢中硫化物夹杂尺寸。
采用INCA-STEEL自动扫描电镜在5000X放大倍数下，对本具体实施方式所制备的高抗HIC性能的X70级管线钢进行统计，其中：≤1μm的夹杂物数量达到1300个/mm2；1～5μm的夹杂物达到600个/mm2；≥5μm尺寸夹杂物85个/mm2；夹杂物核心是约1μm的Al-Mg-Ti复合氧化物夹杂，MnS在夹杂表面局部析出，呈典型椭球形。另一种为少量形状不规则尺寸较大的氧化物与MnS的复合夹杂物。该尺寸状态下的夹杂物都能成为较好的不可逆氢陷阱，提高材料抗HIC敏感性。
采用NACE A溶液根据相关标准，对本具体实施方式所制备的高抗HIC性能的X70级管线钢进行HIC测试，结果显示：该钢在5％NaCl+0.5％CH3COOH+饱和H2S水溶液持续浸泡96小时后，评定三种试验钢的裂纹敏感率(CSR)、裂纹长度敏感率(CLR)、裂纹厚度敏感率(CTR)指数皆为0，表现出优异的抗HIC敏感性。
因此，本具体实施方式专利具有工艺简单和流程短的特点，所制备的高抗HIC性能的X70级管线钢具有高的抗HIC性能。

Claims (2)

1.一种高抗HIC性能的X70级管线钢的制备方法，其特征在于所述高抗HIC性能的X70级管线钢的化学成分是：C为0.04～0.05wt％，Si为0.2～0.3wt％，Mn为1.1～1.2wt％，P为0.006～0.008wt％，S为0.0008～0.0015wt％，Cu为0.08～0.10wt％，Cr为0.2～0.25wt％，Ni为0.09～0.10wt％，Mo为0.1～0.12wt％，Nb为0.03～0.04wt％，V为0.02～0.03wt％，Ti为0.002～0.005wt％，Mg为0.002～0.005wt％，其余为Fe及不可避免的杂质；
所述高抗HIC性能的X70级管线钢的制备方法是：依据所述高抗HIC性能X70管线钢化学成分配料，熔融，在1300～1600℃条件下浇铸成钢锭；将所述钢锭加热至1200～1250℃，保温1.5～2.5小时，随后冷却至1080～1130℃，即得待轧钢锭；然后对所述待轧钢锭进行轧制：粗轧终轧温度为950～1050℃，精轧开轧温度为920～950℃，精轧终轧温度为860～890℃；驰豫终止温度为730～740℃，板坯返红温度为400～430℃，随炉冷却，得到高抗HIC性能的X70级管线钢。
2.一种高抗HIC性能的X70级管线钢，其特征在于所述高抗HIC性能的X70级管线钢是根据权利要求1所述的高抗HIC性能的X70级管线钢的制备方法所制备的高抗HIC性能的X70级管线钢。
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