CN109055645B - 一种正火态交货的经济型抗hic管线钢板x52ns及其制造方法 - Google Patents

一种正火态交货的经济型抗hic管线钢板x52ns及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种正火态交货的经济型抗HIC管线钢板X52NS，化学成分为，C≤0.12％，Si 0.3‑0.4；Mn≤1.25％；Nb+Ti≤0.03；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，钢板为正火态交货，具有铁素体珠光体组织。工艺流程：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。在此成分设计基础上，重点进行正火工艺设计，通过精确控制正火过程中的升温、保温工艺，在保证正火钢板强度均匀性和抗HIC性能的基础上，开发了一种经济型正火交货态X52NS钢板的生产方法。

Description

一种正火态交货的经济型抗HIC管线钢板X52NS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正火态交货的具有抗HIC性能的管线钢板X52NS及其制造方法。
背景技术
随着石油天然气的不断开采挖掘，越来越多的新开采资源中，都含有硫化氢等腐蚀性介质，对管道使用寿命有显著影响。同时，管道输送仍是当前石油、天然气等能源介质的主要输送手段。因此，市场上对于抗硫化氢腐蚀的管线用钢板需求越来越多。在一些工程设计中，考虑到整体管道的均匀性和安全性，设计方没有采用TMCP工艺，而是指定采用正火工艺生产抗硫化氢管线钢板，目前该类工程的强度级别最高应用在X52NS级别。
对于硫化氢腐蚀导致材料开裂的主要原因有两种，一种是氢原子在夹杂物位置聚集形成氢分子，导致开裂；一种是氢原子在中心偏析组织位置聚集形成氢分子导致开裂。为提高材料的抗硫化氢(HIC)腐蚀性能，通常采用低碳低Mn的成分设计，来改善中心偏析，碳含量一般在0.05％以内，Mn含量控制在1.2％以下，但是如此低的碳Mn含量，无法保证正火交货的管线钢板的强度。钢板通过正火处理后，强度主要取决于成分和晶粒度，因此，只能采用中低碳、低Mn、加多种合金元素的成分来保证正火处理后钢板强度。而对于由于提高碳以后，所导致的中心偏析问题，则通过提高正火温度、延长正火时间来减轻中心偏析对硫化氢的敏感性，但这在一定程度上又降低了钢板的强度，因此，需加入大量的Cr、Ni、Mo、V等合金元素来弥补由于中低碳、低Mn和延长热处理时间导致的强度不足问题，从而导致该类钢板的经济性很差，生产成本很高。
开发具有良好经济性和抗HIC性能的正火交货状态的经济型抗HIC管线钢是本领域技术人员需要思考的技术难题。
发明内容
针对正火交货的抗HIC管线钢板X52NS，通过合理的成分设计来去除贵重合金元素提高经济性，同时精确设定正火工艺来保证钢板的强度和抗HIC性能，重点解决目前正火交货的抗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，一种正火态交货的经济型抗HIC管线钢板X52NS，化学成分按质量百分比％计为，C≤0.12％，Si 0.3-0.4；Mn≤1.25％；Nb+Ti≤0.03；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，钢板为正火态交货，具有铁素体珠光体组织。化学成分中不刻意添加Cr、Ni、Mo、Cu，这些元素分别作为杂质元素存在于成分中。
本发明采取了中低碳、低锰含量+少量Nb、Ti为主的微合金成分设计，不添加Cr、Ni、Mo、Cu等贵重合金元素，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1200-1280℃，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正火处理工艺，通过精确控制正火加热和冷却过程中各段时间的参数设计，得到均匀的铁素体珠光体组织和优良的抗HIC性能，属于一款经济型X52NS产品。
本发明中所含有所有关键组分的作用及其含量选择理由具体说明如下：
C：钢中经济性最好的强化元素，可通过固溶强化和析出强化进行强化。在正火中，对强度的贡献最大，但是过高容易加重中心偏析，还容易导致铁素体珠光体带状组织严重，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，最终C含量选择范围为≤0.12％。
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：在正火钢中，Mn是主要合金强化元素，对强度的贡献仅次于碳，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。综合考虑经济性、强度和抗HIC性能之间的利弊，Mn含量范围为≤1.25％。
Nb、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。加入过多会带来成本的显著增加，为保证经济性，本发明Nb+Ti含量的选择范围为≤0.03％。
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。
上述钢板的生产流程为：KR铁水预处理-转炉-LF精炼-RH真空脱气-板坯连铸-缓冷-轧制-正火-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，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1200～1280℃，均热段保温150-180min。
(3)加热后进行两阶段轧制，第一阶段为粗轧阶段，开轧温度在1100-1150℃；第二阶段为精轧阶段，开轧温度为≤880℃，轧后进行热矫直。
(4)钢板矫直后进行正火处理，正火的加热过程控制分为两个阶段，第一阶段为室温到Ac1之间的温度阶段，该段保温时间控制在4-6min/mm，通过延长该阶段的加热时间，实现均匀加热和钢板扩氢的目的；第二阶段为Ac1到Ac3+5℃的温度阶段，该段保温时间控制在0.8-1min/mm，在前期均匀加热的基础上，通过快速升温和短时间保温的方式，既保证钢板充分奥氏体化，又控制奥氏体晶粒不过分长大；正火后空冷，保证钢板强度。
本发明改变以往正火交货的抗HIC管线钢板采用中低碳低Mn+多种贵重微合金化，延长正火处理时间来提高抗HIC性能的成分工艺设计思路，通过优化碳、Mn范围，去掉贵重合金元素，提高经济性；在此成分设计基础上，重点进行正火工艺设计，通过精确控制正火过程中的升温、保温工艺，在保证正火钢板强度均匀性和抗HIC性能的基础上，开发了一种经济型正火交货态X52NS钢板的生产方法。
附图说明
图1为本发明正火态X52NS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1-2：
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—矫直—正火等工艺步骤，制造厚度30mm(实施例1和2)的X52NS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。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1200-1280℃，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≤880℃，钢板厚度为30mm，轧后进行热矫直，然后进行正火处理。正火工艺分为两阶段控制，第一阶段温度范围为≤Ac1(计算得知746℃)，在炉时间为120min；第二阶段温度范围为746℃-900℃，在炉时间为30min；正火后空冷。
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，钢板的抗HIC性能见表3，钢板的显微组织(随机取样)如图1，图1中清晰的显示组织为非常均匀的铁素体珠光体组织。
表1实施例1和2中X52NS钢板的化学成分(wt.％)
实例 C Si Mn P S Al Nb+Ti [O] [N] [H]
1 0.10 0.35 1.15 0.005 0.0007 0.023 0.028 0.0010 0.0019 0.0001
2 0.11 0.34 1.20 0.004 0.0005 0.025 0.029 0.0009 0.0022 0.0001
表2实施例1和2中X52NS钢板的力学性能
Figure BDA0001774957870000041
表3实施例1和2中X52NS钢板的抗HIC性能
Figure BDA0001774957870000042
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 (3)

1.一种正火态交货的经济型抗HIC管线钢板X52NS的制造方法，其特征在于：管线钢板的化学成分按质量百分比%计为，C≤0.12%，Si 0.3-0.4；Mn ≤1.25%；Nb+Ti≤0.03；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，钢板为正火态交货，具有铁素体珠光体组织；
制造流程为KR铁水预处理-转炉-LF精炼-RH真空脱气-板坯连铸-缓冷-轧制-正火，主要步骤具体如下
（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；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1200～1280℃，均热段保温150-180min，连铸坯出炉后使用高压水除鳞；
（3）进行两阶段轧制，第一阶段为粗轧阶段，开轧温度在1100-1150℃；第二阶段为精轧阶段，开轧温度≤880℃，轧后热矫直；
（4）钢板矫直后进行正火处理，正火的加热过程控制分为两个阶段，第一阶段为室温到Ac1之间的温度阶段，该段保温时间控制在4-6min/mm；第二阶段为Ac1到Ac3+5℃的温度阶段，该段保温时间控制在0.8-1min/mm；正火后空冷。
2.根据权利要求1所述的制造方法，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。
3.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于：化学成分中不刻意添加Cr、Ni、Mo、Cu，这些元素分别作为杂质元素存在于成分中。
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