CN1142309C - 一种超低碳高韧性抗硫化氢用输气管线钢 - Google Patents
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Abstract
一种超低碳高韧性抗硫化氢用X65级输气管线钢，其特征在于：它的化学成分重量百分比为C0.02～0.04%，Si0.15～0.35%，Mn1.4～1.6%，Nb0.03～0.05%，V0.02～0.04%，Mo0.2～0.4%，S＜0.0007%，P＜0.0030%，其余为铁Fe。相应的热机械控轧工艺制度为加热温度1200℃，开轧温度1150℃，待温温度1000℃～950℃，终轧温度900℃～830℃，终冷温度300℃～400℃，水冷为15-30℃/s。显微组织为针状铁素体AF+少量的准多边形铁素体+M/A组元。由本发明得到的管线钢不但具有更高的强度和极高的低温冲击韧性，而且具有很好的抗硫化氢应力腐蚀能力。
Description
本发明属于高强度低合金控轧控冷钢的领域，主要用于制造抗硫化氢用石油天然气输送管线钢。
石油天然气是国民经济的重要组成部分，是社会发展的物质基础。到2010年，我国原油缺口每年达7000万吨，天然气缺口达40-50亿立方米，为此，我国近一年来制定了“西气东输”的宏伟战略方针，将铺设数千公里的自西向东的输气管线，同时将建立从国外向国内的数千公里输送管线，引进国外的能源。而在众多的输送管线网中，抗硫化氢应力腐蚀和抗氢致诱发裂纹管线钢是输送酸性天然气管线用的重要用钢，也是管线钢中要求最为严格，技术水平要求最高的钢种。为了降低油气输送成本，抗硫化氢管线用钢也是在向大管径大输量的高压输送方向发展。目前国内最高水平也只能生产X52级抗硫化氢管线用钢，X60抗硫化氢管线用钢也只是在试制阶段。因此对于更高级别的抗硫化氢管线用钢还是空白。高级别的抗硫化氢管线钢的组织结构、化学成分、热机械控制轧制工艺制度与低级别的抗硫化氢管线用钢有很大的差异。
本发明的目的是在原X60强度级别的输气管线钢基础上进行化学成分调整，通过超纯净冶炼提供一种具有高强韧性的X65抗硫化氢管线用钢，通过优化控制轧制工艺制度获得具有以细的针状铁素体(无珠光体)为主的复相组织。
本发明提供了一种超纯净化的抗硫化氢管线用钢，其化学成分(重量％)为：C0.02～0.04％，Si0.15～0.35％，Mn1.4～1.6％，Nb0.03～0.05％，V0.02～0.04％，Mo0.2～0.4％，S＜0.0007％，P＜0.0030％，其余为铁Fe。
本发明的化学成分设计依据是：
对于X65级的抗硫化氢管线用钢，为避免在碳含量较高的情况下用提高Mn含量的方法来保证强度，而引起钢的成分偏析及产生带状珠光体组织或马氏体等一些硬相组织，而采用超低碳或低碳。
加入Mo元素一方面通过固溶强化提高材料的强度，另一方面推迟奥氏体的转变温度，抑制先共析铁素体的形成，促进中温相变组织即晶内针状铁素体AF的形成，来提高材料的强度和韧性。
钢中的S和P是有害元素，通过超纯净冶炼最大限度地降低S、P特别是S的含量，减少硫化锰夹杂来降低氢致诱发裂纹的形成点。本发明的管线钢中S、P控制为(重量％)S＜0.0007％，P＜0.0030％。
本发明的管线钢中未加入Cu和Ni，主要是降低材料的经济成本，通过超纯净化和组织的控制来达到抗硫化氢应力腐蚀和抗氢致诱发裂纹的目的。
本发明对超纯净化冶炼的X65抗硫化氢管线钢提供了一种新的热机械控制轧制工艺制度，即：
1.轧制道次分配：共五道次，第一道次从厚度60mm轧至44mm，第二道次从44mm轧至32mm，第三道次从32mm轧至22mm，第四道次从22mm轧至12mm，最后一道次从12mm轧至8mm；在奥氏体再结晶区和未再结晶区多道次控轧控冷，加热温度1200℃，开轧温度1150℃，待温温度区间1000℃～950℃，终轧温度区间900℃～830℃，终冷温度区间500℃～400℃；
2)冷却方式：15～30℃/s水冷。
采用该TMCP工艺的依据是：对组织进行控制并细化晶粒，即利用在奥氏体再结晶区和奥氏体未再结晶区的较低温度区域进行多道次轧制，并加大最后一道次变形量，再配合中等的冷却速度(15-30℃/s)，能够获得以针状铁素体AF为主的无珠光体复相组织，且晶粒得到超细化。
本发明对超纯净化冶炼的X65抗硫化氢管线钢提供了一种新的组织状态，它不同于传统的抗硫化氢管线钢是由铁素体F+少量珠光体P组成，而是由以针状铁素体AF为主的复相组织组成即针状铁素体AF为主+少量的准多边形铁素体+M/A组元的复相组织
采用该复相组织的依据是：
在上贝氏体形成温度以上形成的细的非等轴针状铁素体AF基体中弥散分布着渗碳体和马氏体岛，其亚结构具有较高的位错密度；该种组织与细小的准多边形铁素体F形成的复相组织结构具有较高的强度和韧性。针状铁素体AF具有连续屈服的特性，更重要的是针状铁素体AF能够削弱因包辛格效应引起的屈服强度降低。针状铁素体AF具有轧制强化和相变强化的综合作用，克服了铁素体F+珠光体P管线钢的弱点，避免了裂纹沿珠光体带的发生和扩展。。
本发明X65抗硫化氢管线钢与现有X60输气管线钢相比具有如下优点：
1.本发明管线钢具有更高级别的强度和极佳的低温冲击韧性，很好的抗硫化氢应力腐蚀能力。
2.本发明管线钢的晶粒尺寸明显小于X60陕京管线钢，晶粒平均尺寸达到3um左右。
3.本发明管线钢的综合性能：σs＝510～528MPa，σb＝571～589MPa，δ50＝24～29.2％，ψ＝81.3～84.6，CVN-20℃＝418～456J/mm2，CVN-50℃＝443～460J/mm2，CVN-80℃＝417～449J/mm2。
下面通过实施例详述本发明。
附图1为实施例的金相组织
实施例
根据本发明管线钢的化学成分范围，采用真空感应炉熔炼，锻造并加工成60×80×140的方坯，在小型轧机上进行热机械控轧控冷，最后在等温炉中模拟卷取，轧制成8mm厚的板材。其化学成分见表1，TMCP工艺制度见表2，杌械性能见表3，抗硫化氢应力腐蚀性能见表4，金相组织见图1。
表1、实施例管线钢的化学成分
| 钢号 | C | Si | Mn | Mo | Nb | V | S | P | O(ppm) | N(ppm) |
| E | 0.025 | 0.24 | 1.56 | 0.032 | 0.039 | 0.019 | 0.0006 | 0.0020 | 43 | 62 |
表2、TMCP工艺制度
表3材料机械性能试验结果
表4 SSCC试验结果(室温+28℃，150hrs)
| 试样号 | 60～44 | 44～32 | 32-22 | 22-12 | 12-8 | 冷却时间 | 冷却速度 | 终冷温度 |
| 开轧 | 待温 | 终轧 | ||||||
| E1 | 1074 | 1000 | 900 | 21 | 24 | 387 | ||
| E2 | 1070 | 950 | 907 | 852 | 17 | 28 | 382 | |
| E3 | 1094 | 1074 | 950 | 930 | 832 | 15 | 30 | 388 |
| E4 | 1122 | 1075 | 951 | 895 | 830 | 21 | 17 | 434 |
| 试样号 | σsMPa | σbMPa | Y·R | δ50％ | ψ％ | CVN-20℃J/mm2 | CVN-50℃J/mm2 | CVN-80℃J/mm2 |
| E31 | 515 | 571 | 0.90 | 27.5 | 81.3 | 418 | 460 | 433 |
| E32 | 525 | 588 | 0.89 | 28.0 | 84.6 | 436 | 450 | 449 |
| E3 | 528 | 589 | 0.90 | 24.0 | 84.6 | 452 | 443 | 438 |
| E4 | 510 | 572 | 0.89 | 29.2 | 83.3 | 456 | 450 | 417 |
| 名义应力MPa | E | |
| 试样数 | 开裂数 | |
| 90％σs | 5 | 0 |
| 560 | ||
| 630 | 1 | 0 |
| 700 | ||
| 770 | 1 | 0 |
| 840 | ||
| 910 | 1 | 0 |
| 1000 | ||
| 1050 | 2 | 0 |
| 1120 | 1 | 0 |
| 1260 | 1 | 0 |
| Sc/70MPa | ＞18 | |
Claims (2)
1、一种超低碳高韧性抗硫化氢用输气管线钢，其特征在于化学成分重量百分比为：C0.02～0.04％，Si0.15～0.35％，Mn1.4～1.6％，Nb0.03～0.05％，V0.02～0.04％，Mo0.2～0.4％，S＜0.0007％，P＜0.0030％，其余为铁Fe。
2、一种如权利要求1所述超低碳高韧性抗硫化氢用输气管线钢的加工方法，其特征在于热机械控制轧制工艺制度如下：
1)轧制道次分配：共五道次，第一道次从厚度60mm轧至44mm，第二道次从44mm轧至32mm，第三道次从32mm轧至22mm，第四道次从22mm轧至12mm，最后一道次从12mm轧至8mm；在奥氏体再结晶区和未再结晶区多道次控轧控冷，加热温度1200℃，开轧温度1150℃，待温温度区间1000℃～950℃，终轧温度区间900℃～830℃，终冷温度区间500℃～400℃；
2)冷却方式：15～30℃/s水冷。
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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