CN109234618B - 一种经济型抗hic管线钢板x70ms及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种经济型抗HIC管线钢板X70MS，产品的化学成分按质量百分比％计为，C≤0.030，Si 0.3～0.4，Mn 1.7～1.9，0＜Nb+Ti+V≤0.08，Cr 0.3～0.4,Cu 0.1～0.2,P≤0.008；S≤0.0008；[N]≤0.002，[O]≤0.0010，[H]≤0.0001，Ca 0.001～0.002，Ca/S≥1.5，余为Fe及不可避免的杂质；产品为均匀的多边形铁素体组织。产品的生产工艺流程为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。本发明设计采用超低碳、中高锰含量+少量Nb、V、Ti为主的微合金成分设计，通过提高锰来代替Ni、Mo等贵重合金元素，提高其经济性；再结合轧钢环节的高温加热，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。

Description

一种经济型抗HIC管线钢板X70MS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抗HIC性能的管线钢板X70MS及其制造方法。

背景技术

为满足输送含有硫化氢腐蚀介质的油气资源的需要，在管线工程设计中通常采用具有抗HIC腐蚀性能的钢板。目前主要应用钢级为BMS～X70MS，最高钢级为X70MS，钢级越高，强度越高，HIC的敏感性越大，安全系数就越低，本申请涉及的钢种为X70MS。

通常，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。因此，为防止硫化氢腐蚀，首先要控制好夹杂物或者带状组织，其次要控制好中心偏析。对于TMCP状态交货的抗HIC管线钢，通常采取降低碳、锰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，碳、锰含量降低后，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。

专利公告号CN104388837A“一种抗酸性腐蚀X70管线钢板及其制造方法”，提出了一种低Si抗酸管线钢的制造方法，Si含量在0～0.04％之间，采用全Al脱氧的合金体系设计，虽然Mn含量范围为1.30～1.70％，但是重点突出了脱氧方式改变来达到良好抗酸性能的目的；但会导致脱氧成本的大幅升高，同时增加了Ni、Mo等贵重元素，经济性较差；专利公告号CN 104831182A“一种低屈强比抗HIC及抗SSCCX70管线钢板及其制造方法”，其主要特点为：(1)提出了一种低碳、低Mn成分设计的方法，同时配合少量合金元素以保证最终强度性能(2)通过合理的炼钢和轧钢工艺来得到良好的组织和性能；但是由于加入较多的Ni、Mo等贵重合金元素，成本较高，经济性不好。

发明内容

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X70MS及其制造方法，不添加Ni、Mo等贵重金属元素，目前未见有过报道。

本申请解决上述问题的具体技术方案为，一种经济型抗HIC管线钢板X70MS，该钢板的化学成分按质量百分比％计为，C≤0.030，Si 0.3～0.4，Mn 1.7～1.9，0＜Nb+Ti+V≤0.08，Cr 0.3～0.4,Cu 0.1～0.2,P≤0.008；S≤0.0008；[N]≤0.002，[O]≤0.0010，[H]≤0.0001，Ca 0.001～0.002，Ca/S≥1.5，余为Fe及不可避免的杂质；产品为均匀的多边形铁素体组织。

进一步地，C 0.025～0.030，Cr 0.25～0.28，不刻意添加Ni、Mo。

本发明采取了超低碳、中高锰含量+少量Nb、V、Ti为主的微合金成分设计，通过提高锰来代替Ni、Mo等贵重合金元素，提高其经济性；同时采用超低碳成分设计，碳≤0.03％，基本消除碳的偏析以及带来的中心带状组织，同时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，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，在低碳管线钢中，碳含量的范围直接决定了对应的铁素体的数量。含量过高则对韧性、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≤0.030％。

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，重点考虑随着钢级强度的升高，如何平衡碳含量和锰含量的关系，在降低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，又能够保证最终的强化效果。综合对比后，Mn含量范围为1.7-1.9％；

Nb、V、Ti：现代管线钢设计中最主要的微合金化元素，Nb通过固溶强化和应变诱导析出强化能够细化原奥氏体晶粒，同时对未再结晶组织产生细化，从而提高钢的强度和韧性；V的析出强化效果较好，但是细晶强化效果较差；Ti可与N形成Ti(CN)，细化原奥氏体晶粒，同时提高Nb的固溶度，降低含Nb钢的微裂纹敏感性，一般与Nb复合加入；综合考虑，对本发明Nb+V+Ti含量的选择范围为≤0.08％。

Cr可以提高钢的淬透性，对强度有一定贡献，可很好的弥补C含量较低导致强度和淬透性下降的不足，同时，可在一定程度上提高抗HIC性能，综合考虑，本发明发明专利中Cr含量的选择范围为0.3-0.4％。

Cu:适量的Cu不仅可以提高钢的强度，而且能够提高低H2S溶液浓度下的抗HIC腐蚀性能，但是含量过多会导致钢板热裂纹。本发明专利中Cu的选择范围为0.1-0.2％。

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。

本申请另外提供一种经济型抗HIC管线钢板X70MS的制造方法，工艺流程为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；

主要步骤的具体操作如下

冶炼原料依次经KR铁水脱硫预处理、转炉顶底吹炼、RH精炼脱碳处理、LF精炼、RH精炼脱气处理和连铸工艺处理，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，按照曼内斯曼标准评级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；

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；

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；

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。

针对管线钢的实际厚度，结合轧制的压下率，设置连铸坯的厚度为370mm以上，粗轧后中间坯的厚度为70-80mm。

优选地，步骤4中冷却速度8～15℃/s。

(1)本发明通过RH真空脱碳处理，将钢水中的碳含量降低到0.01％以内，后续通过LF精炼时间、低碳合金、连铸无碳保护渣等技术的应用，将炼钢过程增碳控制在0.02％以内，实现了碳≤0.03％的超低碳抗酸管线钢的冶炼和连铸制造。

(2)本发明在超低碳的基础上，提高Mn含量来代替Ni、Mo等贵重合金元素，实现了具有良好经济性的抗HIC管线钢X70MS的制造。碳降低到0.03％以下时，在整个连铸断面上，基本可以消除掉碳的偏析带，在这种情况下，即使将Mn含量提高到1.7-1.9％，只要将S含量控制在8ppm以内，仍可对生产过程中硫化锰夹杂物的偏析进行有效抑制，使钢板仍具有良好的抗HIC性能。

附图说明

图1为本发明为X70MS钢板的显微组织照片；

图2为本发明实施例钢板的抗HIC试验试样截面图。

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—RH精炼-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18mm(实施例1)和25mm(实施例2)的X70MS经济型抗HIC管线钢。

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70mm(实施例1)80mm(实施例2)，第二阶段开轧温度为860-880℃(实施例1)和840-860℃(实施例2)，终轧温度800-820℃(实施例1和2)，钢板厚度为18mm(实施例1)和25mm(实施例2)，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℃(实施例1和2)；热矫直后钢板进行下线加罩堆缓冷，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，从图1可以看出，产品组织为均匀的多边形铁素体。

表1实施例1和2中X70MS钢板的化学成分(wt.％)

实例	C	Si	Mn	P	S	Cu	Nb+V+Ti	[O]	[N]	[H]	Ca	Cr
													1	0.028	0.37	1.81	0.005	0.0006	0.12	0.075	0.0011	0.0019	0.0001	0.001	0.41
2	0.027	0.36	1.79	0.005	0.0005	0.18	0.073	0.0013	0.0022	0.0001	0.00088	0.39

表2实施例1和2中X70MS钢板的力学性能

表3实施例1和2中X70MS钢板的抗HIC性能

如图2所示，为实施例1、2的HIC试验的检测面图片，11、12、13为实施例1三件样品的HIC试验检测面，21、22、23为实施例2三件样品的HIC试验检测面。

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 (6)

1.一种经济型抗HIC管线钢板X70MS，其特征在于：化学成分按质量百分比%计为，C ≤0.030，Si 0.3～0.4，Mn 1.7～1.9，0＜Nb+Ti+V≤0.08，Cr 0.3～0.4, Cu 0.1～0.2, P ≤0.008；S ≤0.0008；[N] ≤0.002，[O] ≤0.0010，[H] ≤0.0001，Ca 0.001～0.002，Ca/S≥1.5，余为Fe及不可避免的杂质；产品为均匀的多边形铁素体组织。

2. 根据权利要求1所述的经济型抗HIC管线钢板X70MS，其特征在于：化学成分中，C0.025～0.030，Cr 0.25～0.28，不刻意添加Ni、Mo。

3. 一种经济型抗HIC管线钢板X70MS的制造方法，其特征在于：生产工艺流程为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；

主要步骤的具体操作如下

冶炼原料依次经KR铁水脱硫预处理、转炉顶底吹炼、RH精炼脱碳处理、LF精炼、RH精炼脱气处理和连铸工艺处理，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，按照曼内斯曼标准评级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，连铸坯的化学成分为按质量百分比%计为，C ≤0.030，Si 0.3～0.4，Mn 1.7～1.9，0＜Nb+Ti+V≤0.08，Cr 0.3～0.4, Cu 0.1～0.2, P ≤0.008；S ≤0.0008；[N] ≤0.002，[O] ≤0.0010，[H] ≤0.0001，Ca 0.001～0.002，Ca/S ≥1.5，余为Fe及不可避免的；

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；

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；

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。

4.根据权利要求3所述的经济型抗HIC管线钢板X70MS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70-80mm。

5.根据权利要求3所述的经济型抗HIC管线钢板X70MS的制造方法，其特征在于：钢板在ACC冷却设备中的冷却速度8～15℃/s。

6.根据权利要求3所述的经济型抗HIC管线钢板X70MS的制造方法，其特征在于：成分中C降低到0.03%以下时，在整个连铸坯断面上无碳的偏析带，在此条件下，Mn含量提高到1.7-1.9%，并将S含量控制在8ppm以内，仍可在加热和轧制过程中控制硫化锰的析出，使钢板具有良好的抗HIC性能。

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