CN110317996A

CN110317996A - 一种超低温及酸性服役条件下使用的A516Gr.65(HIC)管件用正火态的钢板及制造方法

Info

Publication number: CN110317996A
Application number: CN201910541487.7A
Authority: CN
Inventors: 石艾来; 许晓红; 白云; 苗丕峰; 林涛; 孙宪进; 许峰
Original assignee: Jiangyin Xingcheng Special Steel Works Co Ltd
Current assignee: Jiangyin Xingcheng Special Steel Works Co Ltd
Priority date: 2019-06-21
Filing date: 2019-06-21
Publication date: 2019-10-11

Abstract

本发明涉及一种超低温及酸性服役条件下使用的A516Gr.65(HIC)管件用正火态的钢板及制造方法，该钢板的化学成分按质量百分比计为C 0.08～0.13％，Si 0.2～0.4％；P≤0.008％；S≤0.001％；Mn 1.1～1.4％；Al 0.02～0.04％；Nb 0.009～0.015％；V0.008～0.012％；Cr+Ni+Cu 0.30～0.60％；Mo≤0.2％；Ti 0.01～0.02％；Ceq≤0.42；余量为Fe及不可避免的杂质。制造流程依次为KR铁水预处理—BOF冶炼—LF和RH炉精炼—板坯连铸—板坯加热—轧制冷却—钢板正火等工序，钢板可满足‑80℃及酸性服役条件下A516Gr.65(HIC)管件用钢的使用要求。

Description

一种超低温及酸性服役条件下使用的A516Gr.65(HIC)管件用正火态的钢板及制造方法

技术领域

本发明属于冶金技术领域，涉及一种超低温及酸性服役条件下使用的A516Gr.65(HIC)管件用正火态的钢板及制造方法。

背景技术

随着世界经济和社会的快速发展，对石油和天然气的需求越来越大，石油和天然气已成为经济发展的血液，为社会的进步提供着动力保障。为了满足长输及存储的要求，需要建设很多压气站、输配气站、储备库等设施，而这些需要通过容器存储压缩，并通过容器钢板制成的管件连接到管线管，进行输送。因此，需要大量的容器钢板制成的管件用钢。在中国的北方、俄罗斯及加拿大等高寒地带的压气站、输配气站、储备库等设施及输送的酸性油气，则需要用到抗低温和抗酸的管件用钢。例如：在需要经过一些严寒地带，例如加拿大、俄罗斯等在超低温及酸性环境中使用的管件，这些地方的极限温度在-80℃左右，所以在使用容器钢板设计的管件，就要考虑到超低温性能、抗酸性能及可焊接性能，以此可更好的满足工程需要，提升工程安全。此类管件在生产过程中，需要焊接、加热成型、校型、热处理等工序，因此，需要材料在经过正火后，仍旧能够满足设计要求。

现在有些低温容器钢也采用中低碳的成分设计，但难以保证抗酸和热处理后超低温的综合性能要求，如专利公告号CN103122436A提出了一种-70℃正火型低温压力容器用钢板，可满足-70℃条件低温条件下使用，但缺少抗酸性能要求；如专利公告号CN102392185B提出的一种正火态抗酸性热轧钢板及其制备方法，成分方面Mn含量有区别，但重点在它没有采用控轧控冷技术，这也就决定它在冲击韧性方面满足不了超低温冲击韧性要求(-80℃超低温冲击韧性)。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种超低温及酸性服役条件下使用的A516Gr.65(HIC)管件用正火态的钢板及制造方法，可满足整体热处理后的A516Gr.65(HIC)管件用钢在-80℃超低温及酸性条件下使用。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种超低温及酸性服役条件下使用的A516Gr.65(HIC)管件用正火态的钢板，所述钢板以Fe为基础元素，且包含如下化学成分(质量百分比)：C 0.08～0.13％，Si 0.2～0.4％；P≤0.008％；S≤0.001％；Mn 1.1～1.4％；Al0.02～0.04％；Nb 0.009～0.015％；V0.008～0.012％；Cr+Ni+Cu 0.30～0.60％；Mo≤0.2％；Ti 0.01～0.02％；Ceq≤0.42；余量为Fe及不可避免的杂质。

本发明采取了中低C+(Nb、V、Cr、Ni、Cu、Ti)等微合金元素的成分设计，通过控制碳当量及复合添加微合金来提高钢的焊接性能、超低温韧性及抗酸性能(HIC及SSCC)。

此外，本发明专利还提供了上述A516Gr.65(HIC)管件用钢的制造方法，具体生产步骤为：KR铁水预处理-转炉-LF精炼-RH真空脱气-150-370mm板坯连铸-缓冷-轧制-冷却-离线正火-精检-性能检测-入库。

本发明中所含有所有成分的作用及其含量选择理由具体说明如下：

C：C是钢中最经济、最基本的强化元素，通过固溶强化和析出强化可明显提高钢的强度，但对钢的韧性以及焊接性能带来不利影响，例如：C过高，韧性及焊接性差；C过低，强度变低；综合考虑，本发明C含量选择范围为0.08-0.13％。

Si：钢中加入Si，可以强化铁素体，提高强度、弹性极限和淬透性，但是Si使钢中的过热敏感性、裂纹倾向增大。综合考虑，本发明Si含量的范围确定为0.2-0.4％。

Mn：通过固溶强化提高钢的强度，是管件用钢中弥补因C含量降低而引起强度损失的最主要的元素，Mn同时还是扩大γ相区的元素，可降低钢的γ→α相变温度，有助于获得细小的相变产物，可提高钢的韧性，降低韧脆性转变温度，Mn也是提高钢的淬透性元素。考虑到检验过程中发现Mn偏析对抗酸性能产生不利影响，同时兼顾到强度要求，本发明中Mn含量设计在1.1～1.4％范围。

Al：脱氧元素，可通过形成AlN起到细化晶粒的作用。本发明Al含量的选择范围为0.02-0.04％。

Nb：是现代微合金化钢特别是低合金钢中最主要的微合金化元素之一，对晶粒细化的作用非常明显。在正火处理过程中，固溶的Nb会形成NbC以弥散强化的形式析出，能够提高强度而不损害韧性，综合考虑，本发明Nb含量的选择范围为0.009-0.015％。

V：碳氮化物形成元素，主要以细晶强化和析出强化为主，通过形成V(C，N)以弥散强化和析出强化的方式细化晶粒，提高钢的强度和韧性。本发明V含量的选择范围为0.008-0.012％。

Cr、Ni、Cu：Cr能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀能力，Cr能在钢表面形成致密的氧化膜，提高钢的钝化能力，但同时降低低温冲击韧性；Ni对酸碱有较高的耐腐蚀能力，但是比较稀缺，价格贵；Cu能提高耐大气腐蚀能力，可以改善材料的耐腐蚀性能，但加入Cu后，钢有热脆倾向，加入适量的Ni可改善含Cu钢的热脆倾向。综合考虑，本发明采用Cr、Ni、Cu复合添加，总含量的范围确定为0.30～0.60％。

Ti：固氮元素，0.02％的Ti就可以固定钢中60ppm以下的N，并通过形成TiN起到析出强化和细晶强化的作用，有效细化晶粒。但Ti含量过多容易出现粗大的析出相，对韧性不利，综合考虑，本发明Ti含量的选择范围为0.01-0.02％。

成分设计上，采取中低碳+微合金复合添加成分设计，重点突出微合金成分的复合添加，从而使材料具有良好的超低温韧性及抗HIC，SSCC能力。

一种超低温及酸性服役条件下使用的A516Gr.65(HIC)管件用正火态的钢板的制造方法，包含以下工艺步骤：

(1)炼钢工序，采用KR铁水预处理、150t转炉冶炼、LF精炼、RH真空脱气处理生产出高纯净钢水，然后利用150-370mm厚度连铸板坯生产连铸坯。随后，对连铸坯进行加罩堆垛缓冷扩氢处理，堆垛缓冷时间≥72小时。

(2)将连铸坯加热至1150～1260℃，均热段保温≥30min，使钢中的合金元素充分固溶以保证性能的均匀性，出炉后使用高压水除鳞除去氧化铁皮。

(3)经高压水除鳞后，进行两阶段轧制，第一阶段为粗轧阶段，开轧温度在950-1100℃，累计综合压下率≥65％；第二阶段为精轧阶段，开轧温度为840-980℃，累计道次压下率≥50％；轧后钢板进行DQ(在线直接淬火)+ACC(在线快速冷却)，冷速控制在10-18℃/s，出水温度550-680℃；然后进行到热矫直-空冷。

(4)离线正火温度为880-930℃，在炉时间2.5-6.5min/mm，出炉后空冷。

本发明针对在低温及酸性条件下使用的正火态管件用钢板，使用中低碳+微合金复合添加的成分设计、高纯净钢的冶炼、150-370mm厚度特厚连铸板坯作为原料，采取控制轧制加控制冷却、离线正火的方法生产出屈服强度280MPa以上的超低温及抗酸A516Gr.65(HIC)管件用钢板，该钢板性能能够满足-80℃低温及酸性条件下使用的要求。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明采用中低碳、微合金复合添加的成分设计，C 0.08～0.13％、Nb+V+Cr+Ni+Cu+Ti；确保钢板具有良好超低温冲击性能、抗酸性能。

(2)本发明所提供的钢板利用控轧控冷+离线正火工艺生产，能满足-80℃超低温条件下使用，-80℃下钢板的1/2厚度处夏比冲击功均值≥100J，具有良好的超低温冲击韧性。

(3)本发明所采用的高纯净钢冶炼技术及微合金复合添加+正火工艺生产，能够满足钢板的抗HIC,SSCC性能，HIC性能：采用A溶液，裂纹敏感率(CSR)≤1％、裂纹长度率(CLR)≤5.0％、裂纹厚度率(CTR)均为≤2％；SSCC无任何裂纹。

附图说明

图1为本发明15.8mm厚度钢板的成品照片。

图2为本发明37.8mm厚度钢板的成品照片。

图3为本发明15.8mm厚度钢板的显微组织照片。

图4为本发明37.8mm厚度钢板的显微组织照片。

具体实施方式

以下结合附图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—150-370mm厚度连铸坯连铸—连铸坯加罩缓冷—连铸坯检查清理—铸坯加热—高压水除鳞—轧制—冷却—矫直—钢板正火工艺步骤，制造-80℃超低温及酸性条件下使用的A516Gr.65(HIC)管件用钢板。

上述加热、轧制、冷却、正火阶段的具体工艺为：将150mm厚度连铸坯加热至1210℃，均热段保温30min(实施例1)或370mm厚度连铸坯加热至1200℃，均热段保温50min(实施例2)，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1050-1100℃，累计综合压下率≥69.8％，中间坯厚度48mm(实施例1)或第一阶段开轧温度1020-1100℃，累计综合压下率≥68.9％，中间坯厚度115mm(实施例2)；第二阶段开轧温度为920℃，累计道次压下率75.6％(实施例1)或第二阶段开轧温度850℃，累计道次压下率68.9％(实施例2)，最终钢板厚度为15.8mm(实施例1)和37.8mm(实施例2)；轧后进行快速冷却，冷速12℃/s，出水温度620℃(实施例1)和冷速16℃/s，出水温度570℃(实施例2)；然后热矫直；热矫直后钢板进行空冷，空冷后进行离线正火处理，正火温度为920℃，正火保温70min(实施例1)和正火温度为920℃，正火保温98min(实施例2)。

试验钢板的力学及抗酸性能见表2和表3；钢板的抗HIC宏观腐蚀情况见图片1和图2；显微组织如图3和图4所示。

表1实施例1和2中管件用钢板的化学成分(wt.％)

其中，Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15；

表2实施例1和2中管件用钢板的力学性能

表3实施例1和2中管件用钢板的抗酸性能

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

1.一种超低温及酸性服役条件下使用的A516Gr.65(HIC)管件用正火态的钢板及制造方法，其特征在于：化学成分按质量百分比计为0.08～0.13％，Si 0.2～0.4％；P≤0.008％；S≤0.001％；Mn 1.1～1.4％；Al 0.02～0.04％；Nb 0.009～0.015％；V0.008～0.012％；Cr+Ni+Cu 0.30～0.60％；Mo≤0.2％；Ti 0.01～0.02％；Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15≤0.42；余量为Fe及不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的一种超低温及酸性服役条件下使用的A516Gr.65(HIC)管件用正火态的钢板，其特征在于所述管件的厚度8-40mm,屈服强度为280～350MPa，抗拉强度为465～520MPa，延伸率为≥38％，屈强比Rt_0.5/Rm≤0.88，-80℃夏比冲击功≥100J；HIC性能：采用A溶液，裂纹敏感率(CSR)≤1％、裂纹长度率(CLR)≤5％、裂纹厚度率(CTR)均为≤2％；SSCC无任何裂纹。

3.一种权利要求1所述的超低温及酸性服役条件下使用的A516Gr.65(HIC)管件用正火态的钢板的制造方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

步骤一、炼钢工序，采用KR铁水预处理、150t转炉冶炼、LF精炼、RH真空脱气处理生产出高纯净钢水，然后利用150-370mm厚度连铸板坯生产连铸坯，随后，对连铸坯进行加罩堆垛缓冷扩氢处理，堆垛缓冷时间≥72小时；

步骤二、将连铸坯加热至1150～1260℃，均热段保温≥30min，使钢中的合金元素充分固溶以保证性能的均匀性，出炉后使用高压水除鳞除去氧化铁皮；

步骤三、经高压水除鳞后，进行两阶段轧制，第一阶段为粗轧阶段，开轧温度在950-1100℃，累计综合压下率≥65％；第二阶段为精轧阶段，开轧温度为840-980℃，累计道次压下率≥50％；轧后钢板进行DQ+ACC；然后进行到热矫直-空冷。

步骤四、离线正火温度为880-930℃，在炉时间2.5-6.5min/mm，出炉后空冷。

4.根据权利要求3所述的一种超低温及酸性服役条件下使用的A516Gr.65(HIC)管件用正火态的钢板的制造方法，其特征在于：轧后钢板进行DQ+ACC时冷速控制在10-18℃/s，出水温度550-680℃。