CN115287535A - 一种氢气输送管道用钢及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种氢气输送管道用钢及其制备方法，属于钢材制备技术领域，所述氢气输送管道用钢的化学成分包括：C、Si、Mn、P、S、Al、Nb、V、Ti、Ni、Cr、Cu、Fe以及来自制备所述氢气输送管道用钢的杂质；所述氢气输送管道用钢的金相组织包括：铁素体和析出物粒子；所述铁素体的晶粒度≥9级，心部带状组织≤1级。该钢具体为一种高压氢气输送管道用L360MH钢，在6.3MPa高压氢气环境下：钢的氢脆敏感性≤30％，钢的氢脆断裂韧性≥100MPa/m2，适用于氢气压力≥5MPa的高压服役工况，能够抵抗氢脆而不发生断裂失效问题，大幅提高了服役寿命和安全性，具有良好的应用前景。

Description

一种氢气输送管道用钢及其制备方法
技术领域
本申请涉及钢材制备技术领域，尤其涉及一种氢气输送管道用钢及其制备方法。
背景技术
在氢气输送以及使用过程中与其相接触的金属材料都有可能发生氢损伤进而失效。氢损伤是指在金属中由于含有氢或金属中的某些成分与氢发生反应而造成金属的力学性能发生改变的现象，氢损伤会导致金属材料的韧性或塑性降低，易使材料发生开裂或脆断。一般来说，氢气对金属的损伤主要包括氢脆和氢致开裂等。金属材料在高压高纯氢气环境中，更容易发生延性和塑形损减、氢致滞后断裂等。
目前，虽然全球输氢管道已有很多工程应用，但现有氢气输送管道用钢因存在抗氢脆性能差，导致无法适用于高压(≥5MPa)氢气输送；同时，针对高压(≥5MPa)氢气输送这类材料在国内外还是一片空白。
发明内容
本申请实施例提供了一种氢气输送管道用钢及其制备方法，以解决现有氢气输送管道用钢因存在抗氢脆性能差，导致无法适用于高压(≥5MPa)氢气输送的技术问题。
第一方面，本申请实施例提供了一种氢气输送管道用钢，所述氢气输送管道用钢的化学成分包括：
C、Si、Mn、P、S、Al、Nb、V、Ti、Ni、Cr、Cu、Fe以及来自制备所述氢气输送管道用钢的杂质；
所述氢气输送管道用钢的金相组织包括：铁素体和析出物粒子；
所述铁素体的晶粒度≥9级，心部带状组织≤1级。
进一步地，以体积分数计，所述铁素体含量≥90％。
进一步地，所述析出物粒子包括Nb/C粒子和V/C粒子中的至少一种。
进一步地，以质量分数计，所述氢气输送管道用钢的化学成分包括：
C：0.01～0.05％，Si：0.10～0.30％，Mn：0.75～0.99％，P：≤0.006％，S：≤0.0006％，Alt：0.01～0.05％，Nb：0.010～0.040％，V：0.01～0.04％，Ti：0.005～0.020％，Ni：0.10～0.20％，Cr：0.10～0.20％，Cu：0.10～0.20％，余量为Fe和来自制备所述氢气输送管道用钢的杂质。
进一步地，所述氢气输送管道用钢中A类非金属夹杂物、B类非金属夹杂物、C类非金属夹杂物和D类非金属夹杂物均≤1.0级，且，所述A类非金属夹杂物、B类非金属夹杂物、C类非金属夹杂物和D类非金属夹杂物之和≤3.0级。
进一步地，在6.3MPa高压氢气环境下，所述氢气输送管道用的的氢脆敏感性≤30％，氢脆断裂韧性≥100MPa/m2。
第二方面，本申请实施例提供了一种第一方面所述的氢气输送管道用钢的制备方法，所述制备方法包括：
得到含有所述氢气输送管道用钢化学成分的连铸坯；
将所述连铸坯进行轧制，后冷却，得到氢气输送管道用钢。
进一步地，所述轧制包括粗轧和精轧；所述粗轧的工艺参数包括：粗轧末道次压下率为40％～50％。
进一步地，所述精轧的工艺参数包括：精轧终轧温度为830～850℃，精轧末道次压下率为20％～30％。
进一步地，所述冷却采用ACC加速冷却工艺。
本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：
本申请实施例提供了一种氢气输送管道用钢，该钢具体为一种高压氢气输送管道用L360MH钢，通过控制材料的金相组织为细晶铁素体+弥散的析出物粒子，细晶铁素体的组织细小均匀，晶粒度≥9级，心部带状组织≤1级，弥散的析出物粒子为纳米析出相；细晶铁素体组织硬度低，弥散的析出物粒子既能提高强度，又能构造高密度的晶内氢陷阱，提高抗氢脆性能，从而解决了高强度和抗氢脆性能的矛盾，使该氢气输送管道用钢具备高强度、低硬度、以及优异的抗氢脆性能，可满足高压(≥5MPa)氢气输送的使用要求。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种氢气输送管道用钢制备方法的流程示意图；
图2为本申请实施例提供的一种氢气输送管道用钢的金相显微组织图；
图3为本申请实施例提供的氢气输送管道用钢中高密度纳米析出物粒子图。
具体实施方式
下面将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。
在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
在氢气输送以及使用过程中与其相接触的金属材料都有可能发生氢损伤进而失效。氢损伤是指在金属中由于含有氢或金属中的某些成分与氢发生反应而造成金属的力学性能发生改变的现象，氢损伤会导致金属材料的韧性或塑性降低，易使材料发生开裂或脆断。一般来说，氢气对金属的损伤主要包括氢脆和氢致开裂等。金属材料在高压高纯氢气环境中，更容易发生延性和塑形损减、氢致滞后断裂等。
目前虽然全球输氢管道已有很多工程应用，但为了保证输氢管道的安全性，普遍特点是钢级低、管径小、压力低，钢级都在L245级别，管径≤Φ500mm，运行压力≤4MPa。而随着氢能产业规模的扩大，在未来长距离、大规模的氢气运输中，必然要提高输送压力(≥5MPa)、提高材料钢级(≥X52)，目前该类材料在国内外还是一片空白，用什么材料安全输送高压氢气，如何设计材料的成分和组织，是困扰氢能发展的重要因素，因此，开发高性能的高压氢气输送用钢迫在眉睫。
本发明实施例提供的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
第一方面，本申请实施例提供了一种氢气输送管道用钢，所述氢气输送管道用钢的化学成分包括：
C、Si、Mn、P、S、Al、Nb、V、Ti、Ni、Cr、Cu、Fe以及来自制备所述氢气输送管道用钢的杂质；
所述氢气输送管道用钢的金相组织包括：铁素体和析出物粒子；
所述铁素体的晶粒度≥9级，心部带状组织≤1级。
本申请实施例提供了一种氢气输送管道用钢，该钢具体为一种高压氢气输送管道用L360MH钢，通过控制材料的金相组织为细晶铁素体+弥散的析出物粒子，细晶铁素体的组织细小均匀，晶粒度≥9级，心部带状组织≤1级，弥散的析出物粒子为纳米析出相；细晶铁素体组织硬度低，弥散的析出物粒子既能提高强度，又能构造高密度的晶内氢陷阱，提高抗氢脆性能，从而解决了高强度和抗氢脆性能的矛盾，使该氢气输送管道用钢具备高强度、低硬度、以及优异的抗氢脆性能，可满足高压(≥5MPa)氢气输送的使用要求。
当金相组织不符合本发明上述要求时，会导致抗氢脆性能差等问题，比如：金相组织的晶粒尺寸越大，在晶界处越易发生氢脆断裂；金相组织中带状组织越严重，沿着带状组织越易发生氢脆断裂；金相组织中出现珠光体、贝氏体、粒状贝氏体、MA等硬相时，在该类组织处易发生氢脆断裂；夹杂物尺寸越大，在夹杂物处越易引发氢脆断裂。
作为本发明实施例的一种实施方式，以体积分数计，所述铁素体含量≥90％。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述析出物粒子包括Nb/C粒子和V/C粒子中的至少一种。
本申请中，析出物粒子包括Nb/C粒子和V/C粒子等，其作为纳米析出相。
作为本发明实施例的一种实施方式，以质量分数计，所述氢气输送管道用钢的化学成分包括：
C：0.01～0.05％，Si：0.10～0.30％，Mn：0.75～0.99％，P：≤0.006％，S：≤0.0006％，Alt：0.01～0.05％，Nb：0.010～0.040％，V：0.01～0.04％，Ti：0.005～0.020％，Ni：0.10～0.20％，Cr：0.10～0.20％，Cu：0.10～0.20％，余量为Fe和来自制备所述氢气输送管道用钢的杂质。
本发明主要化学成分设计中控制原理具体如下：
C：0.01～0.05％，C元素通过固溶强化提高材料的强度性能，碳含量的高低对强度、硬度、抗氢脆性能影响较大。本发明经过大量的试验证明，C含量＞0.05％，中心偏析严重，带状组织恶化，强度和硬度值偏高，会导致抗氢脆性能较差，C含量＜0.01％，强度性能太低。因此本发明C含量控制在0.01～0.05％范围内，才能得到高强度、低硬度、抗氢脆性能优异。
Si：0.10～0.30％，Si元素固溶强化作用。本发明进行了大量试验，优化Si元素含量，发现当Si：0.10～0.30％时，配合低C、低Mn元素，才能在得到高强度的同时，获得稳定细晶铁素体组织和优异的抗氢脆性能。
Mn：0.75～0.99％，Mn元素是易偏析元素，当Mn＞0.99％时会带来强度、硬度偏高、连铸坯中心偏析差，导致带状组织和抗氢脆性能差的问题，Mn＜0.75％时强度性能又不够。因此，本发明经过大量试验得出，Mn控制在0.75～0.99％窄范围，既保证材料的高强度，同时获得优良的抗氢脆性能。
P：≤0.006％，S：≤0.0006％，P、S元素是钢中杂质元素，且易偏析，影响连铸坯内部质量，而且在晶界易偏聚，因此，P、S含量需要优化，获得良好的抗氢脆性能。本发明进行了大量试验，发现杂质元素控制在P：≤0.006wt％，S：≤0.0006wt％，才能得到高强度、低硬度和良好的抗氢脆性能。本发明发现当P＞0.007％、S＞0.0007％时，会带来元素偏聚的地方出现硬质相，很容易导致脆性起裂，抗氢脆性能较差。因此，本发明通过大量试验，不断的优化P、S元素的含量，并与一定含量的C、Mn、Ni、Cr、Cu元素配合，相互作用，从而获得高强度、低硬度，抗氢脆性能优良。
Nb：0.010～0.040％，V：0.01～0.04％，Ti：0.005～0.020％，Nb、V、Ti元素可以获得大量的纳米析出物粒子，见图2，构筑晶内氢陷阱，用于钉扎氢原子，提高抗氢脆性能。因此本发明经过大量实验，确定钢中Nb含量控制在0.010～0.040wt％范围内、V含量控制在0.01～0.04wt％范围内、Ti含量控制在0.005～0.020wt％范围内，才能得到良好的高强度、低硬度，抗氢脆性能优良。
Ni：0.10～0.20％，Ni元素是奥氏体稳定性元素，能降低γ→α转变温度，能有效提高管线钢的低温韧性。Ni可通过固溶强化作用提高钢的强度和低温止裂韧性。但过多的Ni会大幅增加成本。因此，本发明进行了大量试验，发现当Ni含量控制在0.10～0.20wt％范围内，强韧性、抗氢脆性和经济性最佳。
Cu：0.10～0.20％，Cu元素可改善钢板的强韧性能。但本发明进行了大量试验，发现：当Cu含量控制在0.10～0.20wt％范围内，钢板组织均匀性、强韧性、低硬度、经济成本和抗氢脆性能最优。
Cr：0.10～0.20％，Cr元素对提高管线钢的抗拉强度是有效的，可显著降低材料的屈强比。但较高的Cr含量会对焊接性能和抗氢脆性能不利。本发明进行了大量试验，当Cr含量控制在0.10～0.20％范围内，强韧性能、硬度和抗氢脆性能最佳。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述氢气输送管道用钢中A类非金属夹杂物、B类非金属夹杂物、C类非金属夹杂物和D类非金属夹杂物均≤1.0级，且，所述A类非金属夹杂物、B类非金属夹杂物、C类非金属夹杂物和D类非金属夹杂物之和≤3.0级。
作为本发明实施例的一种实施方式，在6.3MPa高压氢气环境下，所述氢气输送管道用的的氢脆敏感性≤30％，氢脆断裂韧性≥100MPa/m2。
本申请中，在6.3MPa高压氢气环境下，所述氢气输送管道用的的氢脆敏感性≤30％，氢脆断裂韧性≥100MPa/m2，兼具有优异的高强度和抗氢脆性，可适用于氢气压力≥5MPa的高压服役工况，能够抵抗氢脆而不发生断裂失效问题，大幅提高了服役寿命和安全性，具有良好的应用前景。
第二方面，本申请实施例提供了一种第一方面所述的氢气输送管道用钢的制备方法，所述制备方法包括：
得到含有所述氢气输送管道用钢化学成分的连铸坯；
将所述连铸坯进行轧制，后冷却，得到氢气输送管道用钢。
本申请中，连铸坯可采用现有技术公开的冶炼和连铸工艺制得。在一些具体实施例中，冶炼和连铸工艺的参数包括：VD((Vacuum Degassing，真空除气)深真空时间18～20min，钢中Ca含量12～20ppm，连铸拉速0.85～0.90m/min。本申请中，VD深真空时间18～20min的好处是可以充分去除钢水气体N、H、O的含量，以及去除夹杂物；钢中Ca含量12～20ppm的好处是使夹杂物变性处理，使得夹杂物A/B/C/D类≤1.0级，A+B+C+D类夹杂物之和≤3.0级；连铸拉速0.85～0.90m/min的好处是控制连铸坯的中心偏析，减少缩孔等缺陷；以上关键参数所起的作用都是保证良好的内部质量，提高材料的抗氢脆性能。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述轧制包括粗轧和精轧；所述粗轧的工艺参数包括：粗轧末道次压下率为40％～50％。
本申请中，粗轧末道次压下率为40％～50％的好处是使奥氏体充分再结晶得到细化，同时细化心部晶粒，提高组织均匀性。在一些具体实施例中，粗轧为4～5道次。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述精轧的工艺参数包括：精轧终轧温度为830～850℃，精轧末道次压下率为20％～30％。
本申请中，精轧终轧温度为830～850℃，精轧末道次压下率为20％～30％的目的都是积累位错和相变能，保证后续铁素体相变充分细化晶粒，改善抗氢脆性能。若终轧温度＜830℃，压下率＞30％，轧机负荷较大；若终轧温度＞850℃，压下率＜20％，形变累积效果差，后续铁素体相变晶粒粗大，最终影响抗氢脆性能。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述冷却采用ACC加速冷却工艺。
本申请中，采用ACC(轧后加速冷却控制系统)加速冷却工艺进行冷却。在一些具体实施例中，ACC加速冷却工艺的工艺参数包括：开冷温度750～800℃，终冷温度为500～580℃，冷速为30～40℃/s。本申请中，控制终冷温度为500～580℃，冷速为30～40℃/s的好处是获得理想的相变产物(细晶铁素体+弥散的Nb/C等纳米析出物粒子)，细晶铁素体比例≥90％，晶粒度≥9级，带状组织≤1级。若终冷温度＜500℃，冷速＞40℃/s，造成贝氏体等硬相组织生成，且无法获得大量Nb/C析出物；若终冷温度＞580℃，冷速＜30℃/s，造成珠光体等富碳组织生产，且铁素体晶粒尺寸和析出物粒子尺寸粗大，最终影响材料的抗氢脆性能。
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照国家标准测定。若没有相应的国家标准，则按照通用的国际标准、常规条件、或按照制造厂商所建议的条件进行。
实施例1-5提供了一种氢气输送管道用钢，各例中组分含量如表1所示。
表1各实施例的化学成分质量分数
Figure BDA0003745910440000071
实施例1-5提供的氢气输送管道用钢的制备方法，如图1所示，具体包括：
S1、实施例1-实施例5采用如表1所示的化学成分的钢水进行转炉冶炼和连铸，获得连铸坯；冶炼和连铸工艺中，VD深真空时间18～20min，钢中Ca含量12～20ppm，连铸拉速0.85～0.90m/min；
S2、将所述铸坯进行粗轧、精轧和轧后ACC加速冷却，获得高强度、低硬度、优良抗氢脆性能的L360MH钢，所述粗轧工艺中，粗轧4～5道次，粗轧末道次压下率为40％～50％。所述精轧工艺中，精轧终轧温度为830～850℃，精轧末道次压下率为20％～30％。所述ACC加速冷却工艺中，开冷温度750～800℃，终冷温度为500～580℃，冷速为30～40℃/s。
实施例1-5的工艺参数具体如表2所示。
表2制备工艺参数表
Figure BDA0003745910440000081
测试例
本例对实施例1-5提供的氢气输送管道用钢进行性能测试，结果见表3。
表3各实施例的力学性能统计结果
Figure BDA0003745910440000082
Figure BDA0003745910440000091
由表3的数据可知，本发明实施例1-5最后制备得到的高压氢气输送管道用L360MH钢，均表现出高强度、-40℃夏比冲击功、低硬度、良好的抗氢脆性能，大幅提高了材料的高压氢环境下服役寿命和使用安全性。
实施例1制备得到的高压氢气输送管道用钢(L360MH钢)的金相显微组织图如图2所示，由图2可知，金相组织为细晶铁素体，无带状组织，无其它硬相。实施例1制备得到的高压氢气输送管道用钢(L360MH钢)中高密度纳米析出物如图3所示，由图3可知，组织基体分布有大量弥散的、高密度、纳米级析出物粒子。
综上所述，本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
(1)本发明通过限定钢的特定化学成分及其含量，可以获得同时具备高强度、低硬度、以及优异的抗氢脆性能的L360MH输氢用钢。
(2)本发明在限定钢的特定化学成分及其含量的基础上，对制备工艺进行了大量和深入的研究：采用特定的冶炼、连铸工艺、粗轧、精轧工艺、冷却工艺，获得由细晶铁素体+弥散的析出物粒子构成的组织，铁素体晶粒度≥9级，心部带状组织≤1级，金相组织细小均匀，硬度低，弥散的析出物粒子构造高密度的晶内氢陷阱，从而解决了高强度和抗氢脆性能的矛盾，使该材料具备高强度、低硬度、以及优异的抗氢脆性能。
(3)本发明提供的高压氢气输送管道用L360MH钢，具备优异的力学性能：钢的屈服强度380-430MPa，抗拉强度460-510MPa，低维氏硬度≤190HV10；在6.3MPa高压氢气环境下：进行慢应变速率拉伸(应变速率≤10-4/s)试验，钢的氢脆敏感性≤30％，进行慢速率加载断裂韧度(位移速率≤0.01mm/min)试验，钢的氢脆断裂韧性≥100MPa/m2，适用于氢气压力≥5MPa的高压服役工况，能够抵抗氢脆而不发生断裂失效问题，大幅提高了服役寿命和安全性，具有良好的应用前景。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种氢气输送管道用钢，其特征在于，所述氢气输送管道用钢的化学成分包括：
C、Si、Mn、P、S、Al、Nb、V、Ti、Ni、Cr、Cu、Fe以及来自制备所述氢气输送管道用钢的杂质；
所述氢气输送管道用钢的金相组织包括：铁素体和析出物粒子；
所述铁素体的晶粒度≥9级，心部带状组织≤1级。
2.根据权利要求1所述的氢气输送管道用钢，其特征在于，以体积分数计，所述铁素体含量≥90％。
3.根据权利要求1所述的氢气输送管道用钢，其特征在于，所述析出物粒子包括Nb/C粒子和V/C粒子中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的氢气输送管道用钢，其特征在于，以质量分数计，所述氢气输送管道用钢的化学成分包括：
C：0.01～0.05％，Si：0.10～0.30％，Mn：0.75～0.99％，P：≤0.006％，S：≤0.0006％，Alt：0.01～0.05％，Nb：0.010～0.040％，V：0.01～0.04％，Ti：0.005～0.020％，Ni：0.10～0.20％，Cr：0.10～0.20％，Cu：0.10～0.20％，余量为Fe和来自制备所述氢气输送管道用钢的杂质。
5.根据权利要求1所述的氢气输送管道用钢，其特征在于，所述氢气输送管道用钢中A类非金属夹杂物、B类非金属夹杂物、C类非金属夹杂物和D类非金属夹杂物均≤1.0级，且，所述A类非金属夹杂物、B类非金属夹杂物、C类非金属夹杂物和D类非金属夹杂物之和≤3.0级。
6.根据权利要求1～5任一项所述的氢气输送管道用钢，其特征在于，在6.3MPa高压氢气环境下，所述氢气输送管道用的的氢脆敏感性≤30％，氢脆断裂韧性≥100MPa/m2。
7.一种权利要求1～6任一项所述的氢气输送管道用钢的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
得到含有所述氢气输送管道用钢化学成分的连铸坯；
将所述连铸坯进行轧制，后冷却，得到氢气输送管道用钢。
8.根据权利要求7所述的氢气输送管道用钢的制备方法，其特征在于，所述轧制包括粗轧和精轧；所述粗轧的工艺参数包括：粗轧末道次压下率为40％～50％。
9.根据权利要求8所述的氢气输送管道用钢的制备方法，其特征在于，所述精轧的工艺参数包括：精轧终轧温度为830～850℃，精轧末道次压下率为20％～30％。
10.根据权利要求7所述的氢气输送管道用钢的制备方法，其特征在于，所述冷却采用ACC加速冷却工艺。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116145040A (zh) * 2023-03-26 2023-05-23 湖南华菱湘潭钢铁有限公司 一种x52mh掺氢输氢管线钢及其生产方法

Citations (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101928885A (zh) * 2009-06-26 2010-12-29 上海梅山钢铁股份有限公司 抗硫化氢腐蚀管线用钢及其生产方法
CN102839326A (zh) * 2012-09-07 2012-12-26 首钢总公司 抗氢致裂纹bns钢板及其生产方法
CN103343282A (zh) * 2013-07-02 2013-10-09 首钢总公司 抗硫化氢腐蚀x70ms钢板及其生产方法
CA2907514A1 (en) * 2013-03-29 2014-10-02 Jfe Steel Corporation Steel structure for hydrogen gas, method for producing hydrogen storage tank, and method for producing hydrogen line pipe
CN104388837A (zh) * 2014-12-19 2015-03-04 山东钢铁股份有限公司 一种抗酸性腐蚀x70管线钢板及其制造方法
RU2581696C1 (ru) * 2015-01-19 2016-04-20 Публичное акционерное общество "Северсталь" (ПАО "Северсталь") Способ производства горячекатаных листов из низколегированной стали
CN105695863A (zh) * 2016-02-04 2016-06-22 首钢总公司 一种天然气输送管线用热轧卷板及其制造方法
CN106544587A (zh) * 2016-10-26 2017-03-29 首钢总公司 连铸坯大壁厚深海管线用热轧钢板及其生产方法
CN107794455A (zh) * 2017-09-12 2018-03-13 舞阳钢铁有限责任公司 屈服380MPa级酸性环境服役管线钢板及其生产方法
CN108103407A (zh) * 2018-01-31 2018-06-01 舞阳钢铁有限责任公司 屈服450MPa级酸性环境服役管线钢板及其生产方法
CN109182922A (zh) * 2018-10-30 2019-01-11 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 高韧性铁素体型油气管线用热连轧钢带及其生产方法
CN109371318A (zh) * 2018-09-26 2019-02-22 武汉钢铁有限公司 氢脆裂纹敏感性低的1180MPa级高强热镀锌钢板及制备方法
CN110230007A (zh) * 2019-06-18 2019-09-13 武汉钢铁有限公司 海洋超低温服役用抗酸高强管线钢及制备方法
CN111218618A (zh) * 2020-02-27 2020-06-02 钢铁研究总院 用于紧固件的抗氢脆、高强韧不锈钢棒材及其制造方法
CN112195409A (zh) * 2020-09-30 2021-01-08 首钢集团有限公司 一种高强度低硬度抗硫化氢腐蚀钢及其制备方法
CN113249659A (zh) * 2021-04-15 2021-08-13 首钢集团有限公司 一种延展性优良的高强度抗止裂钢及其制备方法
CN113249660A (zh) * 2021-04-15 2021-08-13 首钢集团有限公司 一种极薄宽幅耐硫化氢腐蚀热轧钢板及其制备方法
CN113278878A (zh) * 2021-04-01 2021-08-20 江阴兴澄特种钢铁有限公司 一种厚度＞200～250mm抗氢致开裂压力容器钢板及其制造方法
CN113388773A (zh) * 2021-05-21 2021-09-14 鞍钢股份有限公司 1.5GPa级高成形性抗氢脆超高强汽车钢及制备方法
CN113614269A (zh) * 2019-03-26 2021-11-05 杰富意钢铁株式会社 铁素体系不锈钢板及其制造方法
CN114318159A (zh) * 2021-12-02 2022-04-12 首钢集团有限公司 一种抗氢致开裂性能的345MPa级容器钢板及其制备方法
CN114645215A (zh) * 2022-03-26 2022-06-21 湖南华菱湘潭钢铁有限公司 一种l245s掺氢管线钢及其生产方法
CN114737027A (zh) * 2022-04-15 2022-07-12 首钢集团有限公司 抗氢致开裂性能优异的345MPa级容器钢及其制备方法

Patent Citations (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101928885A (zh) * 2009-06-26 2010-12-29 上海梅山钢铁股份有限公司 抗硫化氢腐蚀管线用钢及其生产方法
CN102839326A (zh) * 2012-09-07 2012-12-26 首钢总公司 抗氢致裂纹bns钢板及其生产方法
CA2907514A1 (en) * 2013-03-29 2014-10-02 Jfe Steel Corporation Steel structure for hydrogen gas, method for producing hydrogen storage tank, and method for producing hydrogen line pipe
CN103343282A (zh) * 2013-07-02 2013-10-09 首钢总公司 抗硫化氢腐蚀x70ms钢板及其生产方法
CN104388837A (zh) * 2014-12-19 2015-03-04 山东钢铁股份有限公司 一种抗酸性腐蚀x70管线钢板及其制造方法
RU2581696C1 (ru) * 2015-01-19 2016-04-20 Публичное акционерное общество "Северсталь" (ПАО "Северсталь") Способ производства горячекатаных листов из низколегированной стали
CN105695863A (zh) * 2016-02-04 2016-06-22 首钢总公司 一种天然气输送管线用热轧卷板及其制造方法
CN106544587A (zh) * 2016-10-26 2017-03-29 首钢总公司 连铸坯大壁厚深海管线用热轧钢板及其生产方法
CN107794455A (zh) * 2017-09-12 2018-03-13 舞阳钢铁有限责任公司 屈服380MPa级酸性环境服役管线钢板及其生产方法
CN108103407A (zh) * 2018-01-31 2018-06-01 舞阳钢铁有限责任公司 屈服450MPa级酸性环境服役管线钢板及其生产方法
CN109371318A (zh) * 2018-09-26 2019-02-22 武汉钢铁有限公司 氢脆裂纹敏感性低的1180MPa级高强热镀锌钢板及制备方法
CN109182922A (zh) * 2018-10-30 2019-01-11 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 高韧性铁素体型油气管线用热连轧钢带及其生产方法
CN113614269A (zh) * 2019-03-26 2021-11-05 杰富意钢铁株式会社 铁素体系不锈钢板及其制造方法
CN110230007A (zh) * 2019-06-18 2019-09-13 武汉钢铁有限公司 海洋超低温服役用抗酸高强管线钢及制备方法
CN111218618A (zh) * 2020-02-27 2020-06-02 钢铁研究总院 用于紧固件的抗氢脆、高强韧不锈钢棒材及其制造方法
CN112195409A (zh) * 2020-09-30 2021-01-08 首钢集团有限公司 一种高强度低硬度抗硫化氢腐蚀钢及其制备方法
CN113278878A (zh) * 2021-04-01 2021-08-20 江阴兴澄特种钢铁有限公司 一种厚度＞200～250mm抗氢致开裂压力容器钢板及其制造方法
CN113249659A (zh) * 2021-04-15 2021-08-13 首钢集团有限公司 一种延展性优良的高强度抗止裂钢及其制备方法
CN113249660A (zh) * 2021-04-15 2021-08-13 首钢集团有限公司 一种极薄宽幅耐硫化氢腐蚀热轧钢板及其制备方法
CN113388773A (zh) * 2021-05-21 2021-09-14 鞍钢股份有限公司 1.5GPa级高成形性抗氢脆超高强汽车钢及制备方法
CN114318159A (zh) * 2021-12-02 2022-04-12 首钢集团有限公司 一种抗氢致开裂性能的345MPa级容器钢板及其制备方法
CN114645215A (zh) * 2022-03-26 2022-06-21 湖南华菱湘潭钢铁有限公司 一种l245s掺氢管线钢及其生产方法
CN114737027A (zh) * 2022-04-15 2022-07-12 首钢集团有限公司 抗氢致开裂性能优异的345MPa级容器钢及其制备方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116145040A (zh) * 2023-03-26 2023-05-23 湖南华菱湘潭钢铁有限公司 一种x52mh掺氢输氢管线钢及其生产方法

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