CN111321347A - 一种煤气管道用高韧性耐酸钢及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种煤气管道用高韧性耐酸钢及其制造方法，成分为：C：0.04～0.06％；Si：0.25％～0.50％；Mn：0.70～0.90％；P：≤0.020％；S：≤0.008％；Cr：0.80～1.00％；Ni：0.10～0.25％；Cu：0.25～0.35％；Als：0.020～0.045％；Ti：0.015～0.040％；Sb：0.06～0.12％；余量为Fe及不可避免的夹杂。与现有技术相比，本发明提供的煤气管道用高韧性耐酸钢，具有优良的低温冲击韧性和耐酸性腐蚀性能。

Description

一种煤气管道用高韧性耐酸钢及其制造方法
技术领域
本发明属于钢铁材料及其制造领域，具体涉及一种煤气管道用高韧性耐酸钢及其制造方法。
背景技术
工厂高炉煤气输送管道通常采用普通碳钢，高炉燃料中含有的硫经燃烧分解成二氧化硫和三氧化硫，在露点温度与水蒸气结合变成硫酸，对高炉煤气管道具有强烈的腐蚀作用，使得煤气泄漏等事故的风险升高，高炉管道的使用寿命降低，维修工作量大。另外，考虑到部分煤气输送管道在极寒条件下服役，譬如我国的东北地区，要求制管材料具有良好的低温韧性。因此研发煤气管道用高韧性耐酸钢板对提高煤气管道的使用寿命，降低后期维护成本，保证煤气输送的安全性具有重要的意义，并具有巨大的市场空间。
目前，国内关于耐硫酸露点腐蚀钢及其制造方法申报的专利已有多项。例如：2010年7月14日公开的，公开号为CN 101775544A的专利公开了一种耐硫酸露点腐蚀钢KNS及其轧制方法，其化学成分为：C≤0.10％，Si：0.30％～0.40％，Mn：0.70％～0.80％，V：≤0.010％，Cu：0.20～0.30％，Cr：0.60％～0.90％，Ti：0.015％～0.025％，Sb：≤0.010％，S：≤0.020％，P：≤0.020％，其余为Fe及不可避免的不纯物。所得耐硫酸露点腐蚀钢耐腐蚀性能是普通钢Q195的5.3倍，是SPA-H的2.89倍，比普碳钢和耐候钢有更优良的耐硫酸腐蚀性能。但是低温韧性达不到要求，无法保证极寒条件下服役的安全性。
2015年5月20日公开的，公开号为CN 104630657A公开了一种耐磨耐硫酸露点腐蚀热连轧钢，其特征是各种成分的质量百分比为：C：0.10％～0.20％，Si：0.10％～0.35％，Mn：1.0％～1.8％，P：≤0.02％，S：≤0.01％，Cu：0.2％～0.5％，Sb：0.04％～0.10％，Ti：0.01％～0.06％，Nb：0.01％～0.03％，余量为Fe。成分设计中没有添加镍元素，而是以锑元素替代镍元素，锑与铜元素结合可显著提高钢种的耐硫酸腐蚀性能，但是低温韧性达不到要求，无法保证极寒条件下服役的安全性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种煤气管道用高韧性耐酸钢，优化成分设计，具有良好的低温韧性、耐酸性腐蚀性能，主要应用于煤气管道，还可拓展应用至具有耐酸性腐蚀要求的其他领域。
本发明另一目的在于提供一种煤气管道用高韧性耐酸钢的制造方法。
本发明具体技术方案如下：
一种煤气管道用高韧性耐酸钢，包括以下质量百分比的元素：
C：0.04～0.06％；Si：0.25％～0.50％；Mn：0.70～0.90％；P：≤0.020％；S：≤0.008％；Cr：0.80～1.00％；Ni：0.10～0.25％；Cu：0.25～0.35％；Als：0.020～0.045％；Ti：0.015～0.040％；Sb：0.06～0.12％；余量为Fe及不可避免的夹杂。
进一步的，所述煤气管道用高韧性耐酸钢所含元素满足耐候指数I≥6.0的要求：
参照美国材料与试验协会标准ASTM G101-01中修正的Legault-Leckie公式计算该钢种的耐候指数I，I＝26.01(％Cu)+3.88(％Ni)+1.20(％Cr)+1.49(％Si)+17.28(％P)-7.29(％Cu)×(％Ni)-9.10(％Ni)×(％P)-33.39(％Cu)2≥6.0。
本发明提供的一种煤气管道用高韧性耐酸钢的制造方法，包括以下工艺流程：
铁水预处理→转炉冶炼→LF精炼→连铸→板坯加热→粗轧→精轧→层流冷却→卷取。
进一步的，铁水预处理深脱硫至[S]≤0.008％；
精炼采用LF炉处理，降低非金属夹杂物含量，提高钢水洁净度。
为保证连铸过程的流程顺畅和铸坯的质量良好，钢水浇铸全流程采用专用保护渣保护浇铸，所述连铸板坯的厚度为230mm。
板坯在加热炉中进行加热，加热温度为1200℃～1250℃，板坯出炉后粗轧和精轧。粗轧阶段采用2架四辊可逆式轧机在奥氏体再结晶区进行往返轧制。精轧采用7架四辊轧机连轧，入口温度≤1030℃，精轧终轧温度为850～890℃，结束后进行层流控制冷却、卷取，卷取温度控制在550～640℃，热轧卷空冷至室温。
按上述方法生产的钢板，金相组织为铁素体+珠光体，铁素体晶粒度为10～12级。
C含量过高会使贝氏体转变区右移，并与Cr共同作用促进第二相的析出，Mn含量过高会导致形成大尺寸的晶粒和成分的偏析，过高的C和Mn含量都不利于提高材料的韧性，因而本发明采用低C低Mn的合金成分设计。区别于传统的Cu-P-Cr-Ni系耐候钢，成分设计时将P含量控制在0.020％以下，从而降低P元素在晶界偏析对钢材低温韧性的不利影响。生产过程中采用的高品质洁净钢冶炼工艺控制技术，将S含量控制在0.008％以下，炉外精炼提高钢水纯净度，钢水浇铸全流程采用专用保护渣保护浇铸，避免钢水被二次氧化，减少钢水中非金属夹杂物含量，提高其塑韧性。通过上述的工艺步骤使得本发明具有良好的低温韧性。
通过合理的Cu、Cr和Ni元素匹配，并添加提高钢板耐酸性的合金元素Sb，提高其耐酸性腐蚀性能。采用550～640℃卷取使得钢板的显微组织为铁素体+珠光体。
本发明钢板的力学性能：屈服强度≥345MPa，抗拉强度≥470MPa，延伸率≥25％，-40℃横向夏比V型冲击功KV2＞300J(试样尺寸：10mm×10mm×55mm)，具有优良的强韧性匹配。
本发明钢板具有良好的耐酸性腐蚀性能：按照JB/T 7901《金属材料实验室均匀腐蚀全浸试验方法》规定的试验方法，在温度20℃、硫酸浓度20％、全浸24h条件下，腐蚀速率为1.00～1.05mm/a，相对于Q235B腐蚀速率约为15.48％。
本发明提供的煤气管道用高韧性耐酸钢，屈服强度≥345MPa，抗拉强度≥470MPa，延伸率≥25％，-40℃横向夏比V型缺口冲击功＞300J(试样尺寸：10mm×10mm×55mm)；按照JB/T 7901规定的试验方法，在温度20℃、硫酸浓度20％、全浸24h条件下，腐蚀速率为1.00～1.05mm/a，具有优良的低温冲击韧性和耐酸性腐蚀性能。
附图说明
图1为本发明实施例3的金相组织，铁素体占比92.48％，珠光体7.52％。
具体实施方式
以下通过具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。
实施例1-实施例3
一种煤气管道用高韧性耐酸钢，按照本发明提供的化学成分要求，铁水预处理→转炉冶炼→LF精炼→连铸→板坯加热→粗轧→精轧→层流冷却→卷取。具体包括：
铁水预处理深脱硫至[S]≤0.008％；
精炼采用LF炉处理，降低非金属夹杂物含量，提高钢水洁净度。
为保证连铸过程的流程顺畅和铸坯的质量良好，钢水浇铸全流程采用专用保护渣保护浇铸，所述连铸板坯的厚度为230mm。
板坯在加热炉中进行加热，加热温度为1200℃～1250℃，板坯出炉后粗轧和精轧。粗轧阶段采用2架四辊可逆式轧机在奥氏体再结晶区进行往返轧制。精轧采用7架四辊轧机连轧，入口温度≤1030℃，精轧终轧温度为850～890℃，结束后进行层流控制冷却、卷取，卷取温度控制在550～640℃，热轧卷空冷至室温。
以其中3炉钢作为本发明的3个实施例。具体工艺参数按照表2进行控制。上述没有限定的生产方法，按照现有技术进行。
经过LF炉外精炼后，钢中化学成分满足重量百分比(wt％)如表1所示，表1没有显示的余量为Fe和不可避免的夹杂，耐候指数I＞6.0。成分检测根据GB/T 4336《碳素钢和中低合金钢多元素含量的测定火花放电原子发射光谱法(常规法)》进行。
表1本发明各实施例的化学成分
Figure BDA0002402888190000041
实施例1-实施例3煤气管道用高韧性耐酸钢的轧制工艺参数和生产的煤气管道用高韧性耐酸钢如表2所示。
表2各实施例轧制工序主要工艺参数及力学性能
Figure BDA0002402888190000042
表3各实施例夏比V型横向冲击吸收功
Figure BDA0002402888190000043
拉伸性能测试根据GB/T 228.1-2010《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》进行，冲击性能测试根据GB/T 229-2007《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》进行，弯曲性能测试根据GB/T 232-2010《金属材料弯曲试验方法》进行。
实施例1-实施例3煤气管道用高韧性耐酸钢按照JB/T 7901《金属材料实验室均匀腐蚀全浸试验方法》相关规定，在温度20℃，硫酸浓度20％，全浸24h条件下进行试验，试验结果如表4所示。实施例1-3中的高韧性耐酸钢相对于Q235B低合金钢耐酸性腐蚀性能提高了6倍以上，具有优良的耐酸性腐蚀性能。
表4实施例1-3耐酸性腐蚀性能
Figure BDA0002402888190000044
Figure BDA0002402888190000051
本发明通过成分和控轧控冷工艺设计，使得钢板显微组织为铁素体+珠光体，铁素体晶粒度为10～12级。
综上所述，按本发明钢种化学成分设计范围及轧制工艺控制技术所得实施例钢的屈服强度≥345MPa，抗拉强度≥470MPa，延伸率≥25％，-40℃横向夏比V型缺口冲击功＞300J(试样尺寸：10mm×10mm×55mm)；按照JB/T 7901规定的试验方法，在温度20℃、硫酸浓度20％、全浸24h条件下，腐蚀速率为1.00～1.05mm/a，该钢具有优良的耐酸性腐蚀性能和高韧性，可应用于酸性条件下工厂高炉煤气输送管道的制造，还可拓展应用至具有耐酸性腐蚀要求的其他领域。

Claims (10)

1.一种煤气管道用高韧性耐酸钢，其特征在于，所述煤气管道用高韧性耐酸钢包括以下质量百分比的元素：
C：0.04～0.06％；Si：0.25％～0.50％；Mn：0.70～0.90％；P：≤0.020％；S：≤0.008％；Cr：0.80～1.00％；Ni：0.10～0.25％；Cu：0.25～0.35％；Als：0.020～0.045％；Ti：0.015～0.040％；Sb：0.06～0.12％；余量为Fe及不可避免的夹杂。
2.根据权利要求1所述的煤气管道用高韧性耐酸钢，其特征在于，所述煤气管道用高韧性耐酸钢所含元素满足耐候指数I≥6.0的要求。
3.一种权利要求1或2所述的煤气管道用高韧性耐酸钢的制造方法，包括以下工艺流程：铁水预处理→转炉冶炼→LF精炼→连铸→板坯加热→粗轧→精轧→层流冷却→卷取。
4.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，铁水预处理深脱硫至[S]≤0.008％。
5.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，板坯在加热炉中进行加热，加热温度为1200℃～1250℃。
6.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，粗轧阶段采用2架四辊可逆式轧机在奥氏体再结晶区进行往返轧制。
7.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，精轧采用7架四辊轧机连轧，入口温度≤1030℃，精轧终轧温度为850～890℃。
8.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，卷取温度控制在550～640℃。
9.根据权利要求3或8所述的制造方法，其特征在于，所制造的气管道用高韧性耐酸钢金相组织为铁素体+珠光体，铁素体晶粒度为10～12级。
10.根据权利要求3或9所述的制造方法，其特征在于，所制造的气管道用高韧性耐酸钢，屈服强度≥345MPa，抗拉强度≥470MPa，延伸率≥25％，-40℃横向夏比V型缺口冲击功＞300J，腐蚀速率为1.00～1.05mm/a。
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