CN110747401A - 一种具有耐海水冲刷腐蚀性能管线钢热轧钢带及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有耐海水冲刷腐蚀性能管线钢热轧钢带及其生产方法，所述管线钢热轧钢带包括如下重量百分比的化学成分C0.040～0.060％、Si0.20～0.30％、Mn1.70～1.80％、P≤0.012％、S≤0.0020％、Als0.020～0.035％、Cr0.20～0.24％、Mo0.12～0.14％、Ni0.06～0.08％、V0.02～0.04％、Ti0.012～0.020％、N≤50ppm；采用以下工艺生产：铁水预处理→转炉冶炼→合金微调站→LF精炼→连铸→铸坯热处理→控轧控冷→平整→横切→成品；按照如上方法生产的钢板力学性能中屈服强度达到650MPa以上、抗拉强度750MPa以上，‑20℃夏比冲击韧性冲击功100J以上，且具有良好的耐海水冲刷腐蚀性能，完全可以满足海洋环境输送管线钢的使用要求。
Description
技术领域
本发明属于钢板热轧领域，涉及到一种具有耐海水冲刷腐蚀性能管线钢热轧钢带及其生产方法，这种产品广泛应用于海底输送工程或是与海洋气候接触的输送工程，例如海底输油输气管道、海滨城市输送管道等。
背景技术
海洋腐蚀是构件在海洋环境中发生的腐蚀。海洋环境是一种复杂的腐蚀环境。在这种环境中，海水本身是一种强的腐蚀介质，同时波、浪、潮、流又对金属构件产生低频往复应力和冲刷，加上海洋微生物、附着生物及它们的代谢产物等都对腐蚀过程产生直接或间接的加速作用。海洋腐蚀主要是局部腐蚀，即从构件表面开始，在很小区域内发生的腐蚀，如电偶腐蚀、点腐蚀、缝隙腐蚀等。对于应用于海底输送工程或是与海洋气候接触的输送工程的管线钢材，不仅要求有较高的强度、良好的塑韧性和焊接性能，还要保证在海洋环境中能起到抗海水冲刷腐蚀的作用。目前国内处在海洋环境作业的管线钢为了抗击海水腐蚀还需要刷耐海水腐蚀的涂层才能工作，增加了作业工序时间导致成本增加，因此开发耐海水冲刷腐蚀性能管线钢是很有必要的。
对于这种钢材，不仅要满足其强度、韧性等要求，还要提高其耐冲刷性能及海水局部腐蚀磨损性能。由于海水环境中的腐蚀是由构件表面开始局部开始蔓延的，这就要求不仅要采用合理的合金添加提高钢材的耐腐蚀性，还要保证较高的钢水洁净度控制夹杂物的产生抑制钢材的局部腐蚀。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有耐海水冲刷腐蚀性能管线钢热轧钢带及其生产方法，采用低碳合金成分和恰当的炼钢及合适的TMCP工艺，生产出具有较好的力学性能及耐海水冲刷腐蚀性能的热轧板带。钢板生产是通过炼钢、连铸、加热、控轧控冷和相关工艺而生产。
本发明采取的技术方案为：
一种具有耐海水冲刷腐蚀性能管线钢热轧钢带，包括如下重量百分比的化学成分C0.040～0.060％、Si0.20～0.30％、Mn1.70～1.80％、P≤0.012％、S≤0.0020％、Als0.020～0.035％、Cr0.20～0.24％、Mo 0.12～0.14％、Ni0.06～0.08％、V0.02～0.04％、Ti0.012～0.020％、N≤50ppm。
所述具有耐海水冲刷腐蚀性能管线钢热轧钢带的金相组织为针状铁素体、粒状贝氏体及少量回火马氏体，其中粒状贝氏体、回火马氏体的含量分别约为40％-35％、15％-10％；所述具有耐海水冲刷腐蚀性能管线钢热轧钢带的屈服强度达到650MPa以上、抗拉强度750MPa以上，-20℃夏比冲击韧性冲击功100J以上。
本发明还提供了所述具有耐海水冲刷腐蚀性能管线钢热轧钢带的生产方法，所述生产方法包括以下步骤：铁水预处理→转炉冶炼→合金微调站→LF精炼→连铸→铸坯热处理→控轧控冷→平整→横切→成品；铸坯要求堆垛缓冷处理，红坯要及时入垛，缓冷时间为48小时。
进一步地，铸坯冷装入炉，在炉时间≥3小时，优选为3～4小时；钢坯出炉温度按1200℃控制。
板卷中间坯目标厚度60mm。
粗轧机压下模式为3+5模式，精轧机七机架全部投入使用。
精轧机组压下率采用均衡分配模式，适当增加F4～F7机架的压下量，精轧压缩比按3.0控制。
轧后冷却采用全段层流冷却模式，冷却速度≥20℃/s，优选为25℃/s。
均热温度1200℃，精轧终轧温度800℃，卷取位置温度550℃。
本发明提供的技术方案中，成分设计上采用在降C控低Si的合金成分中，添加Cr、Mo、Ni、V、Ti合金元素的钢种组。在钢种中添加Cr元素可以增加材料的强度、硬度及耐磨性，但是会导致材料塑韧性的降低，考虑到塑韧性的提升以及在后续制造中的焊接性，这就需要在添加Cr元素提高材料硬度和耐磨性的同时添加Mo、Ti元素等相关元素以改善其塑韧性和焊接性，Ni元素的添加镍对酸碱有较高的耐腐蚀在高温下有防锈和耐热能力。在炼钢的过程中要严格控制钢水的洁净度，降低钢水成分中S、P的含量，转炉不使用铁块，提高优质废钢比例，避免铁块引起的S、P高现象，进一步减轻专炉、精炼的脱硫任务，同时提高钢水洁净度，预防夹杂物的产生。并在后续的轧制过程中需要使用恰当的生产工艺来控制钢材的最佳性能。并在后续的轧制过程中，采用增加精轧机组压下率，在层流冷却阶段采用全冷却段冷却来增加冷却速率及降低卷取段温度的生产工艺来控制钢材的最佳性能。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)本发明的具有耐海水冲刷腐蚀性能管线钢热轧钢带不仅具有良好的化学成分稳定性、表面质量及较好的力学性能，相比较传统的管线钢热轧板带还具有较好的耐海水冲刷腐蚀性能。
2)按照如上方法生产的钢板力学性能中屈服强度达到650MPa以上、抗拉强度750MPa以上，-20℃夏比冲击韧性冲击功100J以上。
3)通过户外海水飞溅区域挂片实验，对传统的管线钢和具有耐海水冲刷腐蚀性能管线钢进行了对比观察，具有耐海水冲刷腐蚀性能管线钢的抗海水腐蚀能力要远远好于传统钢材，完全可以满足海洋环境输送管线钢的使用要求。
附图说明
图1为实施例1的管线钢热轧钢带的金相组织图；
图2为实施例2的管线钢热轧钢带的金相组织图；
图3为实施例1中管线钢热轧钢带(a)、对比例1中的传统管线钢(b)经180天海水飞溅区域挂片试验图；
图4为实施例1中管线钢热轧钢带(a)、对比例1中的传统管线钢(b)经180天海水飞溅区域挂片试验局部图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明。
各实施例中的用于制备管线钢热轧钢带冶炼钢水的化学成分见表1。
表1钢水化学成分wt％
成分设计上采用在降C控低Si的合金成分中，添加Cr、Mo、Ni、V、Ti合金元素的钢种组。铁水必须进行脱硫处理降低S、P含量。转炉不使用铁块，提高优质废钢比例，避免铁块引起的S、P高现象，进一步减轻专炉、精炼的脱硫任务，同时提高钢水洁净度，预防夹杂物的产生。采用在钢种中添加Cr元素可以增加材料的强度、硬度及耐磨性，但是会导致材料塑韧性的降低，考虑到塑韧性的提升以及在后续制造中的焊接性，这就需要在添加Cr元素提高材料硬度和耐磨性的同时添加、Mo、Ti元素等相关元素以改善其塑韧性和焊接性，Ni元素的添加镍对酸碱有较高的耐腐蚀在高温下有防锈和耐热能力。
各实施例中管线钢热轧钢带的生产工艺控制及轧制细节如下：
1)铁水预处理要求前后扒渣；
2)转炉生产处要加强出钢挡渣工作，出渣过程中进行脱氧合金化；
3)合金微调站加入铝粒并强搅对顶渣初步还原；
4)LF炉处使用FeTi70，并保证喂钙线前后总弱搅时间大于11min；
5)连铸区中包目标温度控制在液相线温度以上30℃；
6)钢种铸坯要求堆垛缓冷处理，红坯要及时入垛，缓冷时间为48小时，48小时后要对铸坯进行检查；
7)铸坯冷装入炉，在炉时间3～4小时；钢坯出炉温度按1200℃控制；
8)板卷中间坯目标厚度：60mm；
9)粗轧机压下模式为3+5模式，精轧机七机架全部投入使用；
10)精轧机组压下率采用均衡分配模式，适当增加F4～F7机架的压下量，精轧压缩比按3.0控制；
11)轧后冷却采用全段层流冷却模式，冷却速度按25℃/s控制；
12)均热温度1200℃，精轧终轧温度800℃，卷取位置温度550℃。
各实施例中管线钢热轧钢带分别进行拉伸、冲击、冷弯试验，结果见表2。
表2试验结果数据
将各实施例制备得到的管线钢热轧钢带在海水飞溅区域进行挂片试验，并以对比例中的普通管线钢热轧钢带进行对比，将试验试样除锈后测量平均重量，根据其试验前的试样重量数值，计算出损失重量，再与其试验前的试样重量相除，得到试样的失重率，结果见表3。
表3各实施例及比较例中的试样在海水腐蚀试验试样除锈后失重率
对比例
6例普通管线钢热轧钢带的成分如表4所示，制备工艺与各实施例中相同，性能如表5所示。
表4 6例普通管线钢热轧钢带的成分
| 对比例1 | 对比例2 | 对比例3 | 对比例4 | 对比例5 | 对比例6 | |
| C | 0.050 | 0.043 | 0.051 | 0.051 | 0.042 | 0.045 |
| Si | 0.224 | 0.23 | 0.215 | 0.221 | 0.217 | 0.215 |
| Mn | 1.71 | 1.73 | 1.75 | 1.742 | 1.741 | 1.745 |
| P | 0.010 | 0.009 | 0.006 | 0.007 | 0.0019 | 0.0078 |
| S | 0.0010 | 0.0010 | 0.0009 | 0.0008 | 0.0007 | 0.0016 |
| Als | 0.030 | 0.035 | 0.032 | 0.031 | 0.030 | 0.035 |
| Cr | 0.25 | 0.18 | 0.10 | —— | 0.21 | 0.23 |
| Mo | 0.15 | 0.10 | 0.135 | 0.120 | 0.125 | 0.13 |
| Ni | —— | —— | 0.060 | 0.050 | 0.055 | 0.058 |
| V | 0.020 | 0.022 | 0.0221 | 0.024 | —— | —— |
| Ti | 0.015 | 0.013 | 0.013 | 0.014 | 0.018 | 0.016 |
| N | 15ppm | 9ppm | 8ppm | 11ppm | 15ppm | 17ppm |
表5 6例普通管线钢热轧钢带力学性能
由表4与表5可知，对比于传统的普通管线钢热轧钢带，本发明通过Ni元素、V元素、Cr元素的添加与合理配比是使得管线钢耐腐蚀性能提高的关键，其次钢水中P、S含量的低含量控制可以有效的降低钢带中的夹杂，从而进一步的提高钢水纯净度，提高耐腐蚀性。从表5的海水腐蚀试验试样除锈后失重率数据可知，如改变了本发明的钢成分组成或者含量，就会导致管线钢耐腐蚀性能降低。
实例说明：
1)本发明的具有耐海水冲刷腐蚀性能管线钢热轧钢带不仅具有良好的化学成分稳定性、表面质量及较好的力学性能，相比较传统的管线钢热轧板带还具有较好的耐海水冲刷腐蚀性能。
2)金相组织可见，此钢种的金相组织由针状铁素体、粒状贝氏体及少量回火马氏体构成(针状铁素体55-45％％、粒状贝氏体40％-35％、回火马氏体约15％-10％)。马氏体组织的存在一定程度上增加了材料的硬度，增加了对变形、开裂和磨损的抗力，贝氏体实为铁素体与碳化物的非层状混合组织，增加了材料的强度和塑韧性配合。细小的晶粒，提高了材料的焊接性能。
3)按照如上方法生产的钢板力学性能中屈服强度达到650MPa以上、抗拉强度750MPa以上，-20℃夏比冲击韧性冲击功100J以上，180度冷弯d＝2a全部合格。
4)通过户外海水飞溅区域挂片实验，对对比例1中的传统的管线钢和各实施例中的具有耐海水冲刷腐蚀性能管线钢进行了对比观察，具有耐海水冲刷腐蚀性能管线钢的抗海水腐蚀能力要远远好于传统钢材，且耐海水冲刷腐蚀性能管线钢试样除锈后失重率要远小于普通管线钢。
上述参照实施例对一种具有耐海水冲刷腐蚀性能管线钢热轧钢带及其生产方法进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种具有耐海水冲刷腐蚀性能管线钢热轧钢带，其特征在于，包括如下重量百分比的化学成分C0.040～0.060％、Si0.20～0.30％、Mn1.70～1.80％、P≤0.012％、S≤0.0020％、Als0.020～0.035％、Cr0.20～0.24％、Mo 0.12～0.14％、Ni0.06～0.08％、V0.02～0.04％、Ti 0.012～0.020％、N≤50ppm。
2.根据权利要求1所述的具有耐海水冲刷腐蚀性能管线钢热轧钢带，其特征在于，所述具有耐海水冲刷腐蚀性能管线钢热轧钢带的金相组织为针状铁素体、粒状贝氏体及少量回火马氏体，其中粒状贝氏体、回火马氏体的含量分别约为40％-35％、15％-10％；所述具有耐海水冲刷腐蚀性能管线钢热轧钢带的屈服强度达到650MPa以上、抗拉强度750MPa以上，-20℃夏比冲击韧性冲击功100J以上。
3.一种如权利要求1或2所述的具有耐海水冲刷腐蚀性能管线钢热轧钢带的生产方法，其特征在于，所述生产方法包括以下步骤：铁水预处理→转炉冶炼→合金微调站→LF精炼→连铸→铸坯热处理→控轧控冷→平整→横切→成品；铸坯要求堆垛缓冷处理，红坯要及时入垛，缓冷时间为48小时。
4.根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于，铸坯冷装入炉，在炉时间≥3小时；钢坯出炉温度按1200℃控制。
5.根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于，板卷中间坯目标厚度60mm。
6.根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于，粗轧机压下模式为3+5模式，精轧机七机架全部投入使用。
7.根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于，精轧机组压下率采用均衡分配模式，适当增加F4～F7机架的压下量，精轧压缩比按3.0控制。
8.根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于，轧后冷却采用全段层流冷却模式，冷却速度≥20℃/s。
9.根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于，均热温度1200℃，精轧终轧温度800℃，卷取位置温度550℃。
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