CN109047694B - 一种tmcp交货的经济型抗hic管线钢板x65ms及其制造方法 - Google Patents

一种tmcp交货的经济型抗hic管线钢板x65ms及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种TMCP交货的经济型抗HIC管线钢板X65MS及其制备方法，化学成分为C 0.06‑0.10，Si 0.3‑0.4，Mn≤1.0，Nb+Ti+V≤0.08，Cr 0.1‑0.3，P≤0.008；S≤0.0008；[N]≤0.002，[O]≤0.0010，[H]≤0.0001，余量为Fe及不可避免的杂质；得到均匀的多边形铁素体组织。工艺流程：KR铁水预处理—转炉冶炼—LF精炼—RH真空脱气—连铸—连铸坯加罩缓冷—连铸坯检查清理—铸坯加热—高压水除鳞—控轧控冷—矫直—钢板堆缓冷。本申请实现了具有成分经济性和抗HIC性能的抗HIC管线钢板X65MS的生产。

Description

一种TMCP交货的经济型抗HIC管线钢板X65MS及其制造方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，涉及一种成分更加经济的TMCP交货的具有抗HIC性能的管线钢板X65MS及其制造方法。
背景技术
当前，随着资源的不断开采，含有硫化氢等腐蚀介质的油气资源越来越多，在输送过程中对管道有一定的腐蚀性，如果采用常规管线钢板设计，会严重影响到输送管道的安全性。为防止由于硫化氢腐蚀导致的开裂，在设计上多采用能够抗硫化氢气体腐蚀的抗HIC钢板，目前主要应用钢级为BMS-X65MS，最高钢级为X70MS，钢级越高，强度越高，HIC的敏感性越大，本专利涉及到的钢种为X65MS。
在硫化氢腐蚀过程中，首先是氢原子在夹杂物或中心偏析组织附近聚集，当聚集到一定程度后，就会形成氢分子，压力增高，导致材料开裂。目前在高等级抗HIC管线钢的开发过程中，在控制夹杂物的基础上，重点围绕控制中心偏析来展开。对于TMCP状态交货的抗HIC管线钢，通常采取降低C、Mn含量来减轻中心偏析，碳含量一般在0.05％以内，Mn含量通常控制在1.2％以内，C、Mn含量降低后，为保证钢板的强度，通常需要加入Ni、Mo、Cu等贵重合金元素，来保证钢板的强度。钢级越高，加入的贵重合金元素越多，从而导致经济性较差，不利于资源节约。
专利申请号CN200510023651.3公开了一种酸性环境用X65M管线钢及其制造方法，成分设计为C0.02-0.05％，Si0.10-0.50％，Mn1.20-1.50％，S≤0.002％，P 0.004-0.012％，Nb 0.05-0.07％，Mo 0.05-0.195％等采用低碳、高Mn、高Nb、加Mo的成分设计，加入了较高的Nb和Mo，同时提高Mn来保证强度，降低C来改善HIC性能，经济性较差，同时Mn偏析会导致中心HIC性能不稳定。专利申请号CN201510870777.8公开了一种厚规格抗酸性X60MS热轧卷板及其制造方法，C 0.05-0.07％，Si 0.15-0.25％，Mn 1.35-1.45％，Mo0.06-0.10％，Cr 0.08-0.18％，Nb 0.025-0.045％等合金设计，通过提高碳、Mn含量,去掉Ni，降低Mo含量来提高经济性，但是，由于C、Mn含量过高，会导致中心偏析加重、HIC性能不稳定，无法保证HIC性能的稳定性。
基于对抗HIC管线钢板的腐蚀机理、中心偏析控制的研究和节约资源成本的考虑，我们提出了一种具有良好经济性和优异的抗HIC性能的经济型抗HIC管线钢板X65MS及其制造方法，不添加Ni、Mo、Cu等贵重金属元素，这在以往未见有过报道。
发明内容
针对TMCP交货的抗HIC管线钢板X65MS，通过合理的成分设计来省去贵重合金元素的使用，提高经济性，同时精确设定加热、轧制和冷却工艺来保证钢板的强度和抗HIC性能，重点解决目前TMCP交货的抗HIC管线钢制造成本高，HIC性能不稳定的技术问题。
本申请解决上述问题的具体技术方案为，一种TMCP交货的经济型抗HIC管线钢板X65MS，其化学成分按质量百分比％计为，C 0.06-0.10，Si 0.3-0.4，Mn≤1.0，Nb+Ti+V≤0.08，Cr 0.1-0.3，P≤0.008；S≤0.0008；[N]≤0.002，[O]≤0.0010，[H]≤0.0001，余量为Fe及不可避免的杂质；得到均匀的多边形铁素体组织。
Nb+Ti+V的添加量均不为0。
进一步地，化学成分中，C 0.06-0.10，Cr 0.25-0.28，不刻意添加Ni、Mo。
本发明通过提高碳含量、降低锰含量+少量Nb、V、Ti为主的微合金成分设计，通过提高碳含量来代替Ni、Mo、Cu等贵重合金元素，提高成分经济性；同时降低Mn含量、用动态轻压下技术和电磁搅拌技术来改善中心偏析，使得中心偏析控制在曼内斯曼M1级，同时严格控制P、S、[O]、[N]、[H]等杂质元素含量；轧钢环节，采用高温加热，均热段温度在1280-1300℃，延长保温时间至150-180min，通过高温二次加热进一步减轻偏析；后续采取合理的轧制和冷却工艺，得到均匀的多边形铁素体组织和优良的抗HIC性能。
本发明中所含有所有关键组分的作用及其含量设置依据具体说明如下：
C：钢中经济性最好的强化元素，对强度贡献最大。过高则对韧性、焊接性、抗HIC性能不好，还容易加重中心偏析，导致中心位置带状组织严重，从而导致HIC性能较差。本发明专利中，重点平衡经济性、强度和抗HIC性能三者之间的关系，C含量选择范围为0.06-0.10％。
Si：以固溶强化形式提高钢的强度，过高会对表面质量、韧性及焊接性能产生不利影响，本发明专利中重点考虑对强度的影响，综合考虑，本发明Si含量选择范围为0.3-0.4％。
Mn：在抗HIC管线中，对强度的贡献仅次于碳，也具有良好的经济性，但是，过多的Mn会加重中心偏析，尤其是在C含量较高的情况下，过多的Mn会极大提高材料的HIC敏感性，因此，本发明专利中，重点考虑随着钢级的升高，在提高C含量的前提下，Mn含量的范围在什么样的范围时能够保证HIC性能的稳定性。综合考量后，将Mn含量范围控制在≤1.0％；
Nb、V、Ti：主要微合金元素，通过细晶强化。析出强化来细化晶粒，提高强度和韧性。本发明Nb+V+Ti含量的选择范围为≤0.08％。
Cr提高淬透性的主要元素，可很好的弥补C含量较低导致强度和淬透性下降的不足。含量过高时，则会对低温冲击韧性和焊接性有不利影响，综合考虑，本发明Cr含量的选择范围为0.1-0.3％。。
P、S、[O]、[N]、[H]：作为钢中的主要杂质元素，过高会导致HIC敏感性增大，在较低合金含量下，控制越低越好。根据现有实际生产条件，本发明P、S、[O]、[N]、[H]含量的选择范围为P≤0.008；S≤0.0008；[N]≤0.002，[O]≤0.0010，[H]≤0.0001，P+S+[N]+[O]+[P]≤100ppm。
本申请钢板的生产流程为：KR铁水预处理-转炉-LF精炼-RH真空脱气-板坯连铸-缓冷-轧制-冷却-精检-性能检测-包装入库。具体步骤如下
(1)冶炼原料依次经KR铁水脱硫预处理、转炉顶底吹炼、LF精炼、RH精炼和连铸工艺处理，形成的高纯净连铸坯，P≤0.008；S≤0.0008；[N]≤0.002，[O]≤0.0010，[H]≤0.0001，A、B、C、D四类夹杂物总和小于等于2级，采用连铸坯轻压下和电磁搅拌技术控制中心偏析，坯料偏析情况符合曼内斯曼标准评级M1；连铸完成后对连铸坯实施加罩缓冷扩氢处理，缓冷时间为≥120小时；
(2)将连铸坯加热至1280～1300℃，均热段保温150-180min，连铸坯出炉后使用高压水除鳞；
(3)采用两阶段轧制工艺：第一阶段为粗轧阶段，开轧温度在1100-1200℃；第二阶段为精轧阶段，开轧温度为≤880℃，控制终轧温度820-880℃，轧后热矫直；
(4)钢板轧制后进入ACC冷却设备进行冷却，终冷温度控制在550-600℃；
(5)热矫直后钢板进行下线堆缓冷，冷却速度8-15℃/s，堆缓冷时间≥24小时。
本发明改变了以往抗HIC管线钢板X65MS采用超低碳(0.02-0.05％)+多种贵重微合金化的成分设计思路，通过提高碳含量(0.06-0.10％)、铬含量(0.1-0.3％)来代替贵重合金元素Ni、Mo等，提高了成分上的经济性；同时降低Mn含量(≤1.0％)来避免由于中心C、Mn偏析导致抗HIC性能下降；在此成分设计基础上，通过高纯净钢的冶炼工艺、动态轻压下技术和电磁搅拌技术，实现高纯净无缺陷连铸坯的生产，中心偏析稳定控制在曼内斯曼1级；同时，利用提高加热温度、延长加热时间以及控制轧制和冷却的方法，实现了具有良好抗HIC性能的经济型抗HIC管线钢板X65MS的生产。
附图说明
图1为本发明X65MS钢板的显微组织；
图2为本发明实施例1和2的抗HIC试验试样截图面。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1和2
根据本发明的化学成分范围及制造方法，经KR铁水预处理—转炉冶炼—LF精炼—RH真空脱气—连铸—连铸坯加罩缓冷—连铸坯检查清理—铸坯加热—高压水除鳞—控轧控冷—矫直—钢板堆缓冷等工艺步骤，制造厚度21mm(实施例1和2)的X65MS经济型抗HIC管线钢。
连铸坯满足，P≤0.008；S≤0.0008；[N]≤0.002，[O]≤0.0010，[H]≤0.0001，A、B、C、D四类夹杂物总和小于等于2级，采用连铸坯轻压下和电磁搅拌技术控制中心偏析，坯料偏析情况符合曼内斯曼标准评级M1；连铸坯加罩缓冷120小时。
上述加热、轧制和缓冷阶段的具体工艺为：将370mm厚度连铸坯加热至1280-1300℃，保温150-180min，连铸坯出炉后使用高压水除鳞；然后进行两阶段轧制，第一阶段开轧温度1100-1150℃，中间坯厚度80mm，第二阶段开轧温度为860-880℃，终轧温度820-840℃，钢板厚度为21mm轧后进行ACC加速冷却，冷却速度8-15℃/s，终冷温度控制在550-600℃；热矫直后钢板进行下线堆缓冷，堆缓冷时间≥24小时。
实施例1和2制得的钢板化学成分见表1，钢板的力学性能见表2，钢板的显微组织如图1所示。
表1实施例1和2中X65MS钢板的化学成分(wt.％)
实例 C Si Mn P S Al Nb+V+Ti [O] [N] [H] Cr
1 0.07 0.35 0.95 0.004 0.0004 0.023 0.078 0.0011 0.0018 0.0001 0.25
2 0.08 0.36 0.98 0.004 0.0005 0.025 0.074 0.0009 0.0021 0.0001 0.28
表2实施例1和2中X65MS钢板的力学性能
Figure BDA0001774950710000041
表3实施例1和2中X65MS钢板的抗HIC性能
Figure BDA0001774950710000042
从图1可以看出，产品组织为均匀的多边形铁素体。
除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种TMCP交货的经济型抗HIC管线钢板X65MS，其特征在于：化学成分按质量百分比%计为，C 0.07-0.10，Si 0.3-0.4，Mn ≤1.0，Nb+Ti+V≤0.08，Nb+Ti+V的添加量均不为0，Cr0.1-0.3， P ≤0.008；S ≤0.0008；[N] ≤0.002，[O] ≤0.0010，[H] ≤0.0001，余量为Fe及不可避免的杂质；得到均匀的多边形铁素体组织；
该管线钢板的制造方法，包括如下步骤
（1）冶炼原料依次经KR铁水脱硫预处理、转炉顶底吹炼、LF精炼、RH精炼和连铸工艺处理，形成的高纯净连铸坯，P ≤0.008；S ≤0.0008；[N] ≤0.002，[O] ≤0.0010，[H] ≤0.0001，A、B、C、D四类夹杂物总和小于等于2级，采用连铸坯轻压下和电磁搅拌技术控制中心偏析，坯料偏析情况符合曼内斯曼标准评级M1；连铸完成后对连铸坯实施加罩缓冷扩氢处理，缓冷时间为≥120小时；
（2）将连铸坯加热至1280～1300℃，均热段保温150-180min，连铸坯出炉后使用高压水除鳞；
（3）采用两阶段轧制工艺：第一阶段为粗轧阶段，开轧温度在1100-1200℃；第二阶段为精轧阶段，开轧温度为≤880℃，控制终轧温度820-880℃，轧后热矫直；
（4）钢板轧制后进入ACC冷却设备进行冷却，终冷温度控制在550-600℃；
热矫直后钢板进行下线堆缓冷，堆缓冷时间≥24小时。
2.根据权利要求1所述的TMCP交货的经济型抗HIC管线钢板X65MS，其特征在于：化学成分中， Cr 0.25-0.28，不刻意添加Ni、Mo。
3.根据权利要求1所述的TMCP交货的经济型抗HIC管线钢板X65MS，其特征在于：连铸坯的厚度为370mm以上，粗轧后中间坯的厚度为80mm。
4.根据权利要求1所述的TMCP交货的经济型抗HIC管线钢板X65MS，其特征在于：步骤4中冷却速度8-15℃/s。
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