CN115838896A - 一种抗h2s腐蚀的x60级别管线钢板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明特别涉及一种抗H2S腐蚀的X60级别管线钢板及其制备方法，属于钢材制备技术领域，钢板的化学成分以质量分数计包括：C:0.04％‑0.07％、Si：0.01％‑0.70％、Mn：≤1.6％、P：≤0.010％、S：≤0.001％、Al：0.025％‑0.035％、Nb：＞0、V：＞0、Ti：＞0，其余为Fe和不可避免的杂质，其中，Nb+V+Ti：≤0.07，采用低碳成分体系，通过控制沿钢板厚度不同位置处的冷却工艺获得沿钢板厚度不同位置处的组织类型，使钢板具备优异的抗氢致开裂性能。
Description
技术领域
本发明属于钢材制备技术领域，特别涉及一种抗H2S腐蚀的X60级别管线钢板及其制备方法。
背景技术
石油、天然气输送管道作为目前世界能源的主要运输渠道之一，它的安全性一直受到社会的高度关注。由于钢铁材料在此服役环境中，易吸收含水硫化物溶液中的氢，从而引起氢致开裂，其造成的腐蚀破坏可能导致管道破裂，可能造成巨大财产损失和严重人员伤亡事故，因此，其运行安全性对管道运输公司和管道途经地段的人民生命财产安全的影响是巨大的。而且，管线用钢在具备基本力学性能的同时，抗氢致开裂性能也是一项十分重要的性能。
影响氢致裂纹的因素很多，主要有组织类型、夹杂物、中心偏析、析出物等。中国发明专利申请CN106811700B公开了厚规格抗酸性X60MS热轧卷板及其制造方法，该发明对象针对≥13mm的卷板，并未涉及25～48mm厚的热轧中厚板。对于具有一定厚度的钢板而言，经过TMCP处理之后，钢板沿厚度方向组织控制不均匀，再加上心部存在的中心偏析，会进一步加剧软硬相组织的硬度差，从而导致氢致裂纹开裂。
发明内容
本申请的目的在于提供一种抗H2S腐蚀的X60级别管线钢板及其制备方法，以解决目前中厚板氢致裂纹开裂的问题。
本发明实施例提供了一种抗H2S腐蚀的X60级别管线钢板，所述钢板的化学成分以质量分数计包括：C:0.04％-0.07％、Si：0.01％-0.70％、Mn：≤1.6％、P：≤0.010％、S：≤0.001％、Al：0.025％-0.035％、Nb：＞0、V：＞0、Ti：＞0，其余为Fe和不可避免的杂质，其中，Nb+V+Ti：≤0.07。
可选的，所述钢板的化学成分以质量分数计包括：C:0.05％-0.06％、Si：0.20％-0.50％、Mn：≤1.0％、P：≤0.010％、S：≤0.001％、Al：0.027％-0.032％、Nb：＞0、V：＞0、Ti：＞0，其余为Fe和不可避免的杂质，其中，Nb+V+Ti：≤0.07。
可选的，所述钢的金相组织以体积分数计为：92％-93％的铁素体，7％-8％的珠光体。
可选的，所述铁素体的晶粒尺寸为3μm-25μm，所述珠光体的晶粒尺寸为3-10μm。
可选的，所述钢板的厚度为25mm-48mm。
可选的，所述钢板沿厚度方向的硬度差值最大为70HV，所述钢板芯部硬度最大值≤250HV，且所述钢板芯部处软相组织与硬相组织硬度差值≤60HV。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种如上所述的抗H2S腐蚀的X60级别管线钢板的制备方法，所述方法包括：
将铁水进行冶炼和连铸，得到板坯；
将所述板坯进行第一加热、粗轧和精轧，得到精轧板；
将所述精轧板进行冷却，得到钢板。
可选的，所述第一加热的保温温度为1100℃-1200℃，所述第一加热的保温时间为60min-75min。
可选的，所述粗轧的开始温度为1050℃-1100℃，所述粗轧的结束温度为950℃-1000℃，所述精轧的开始温度为850℃-900℃，所述精轧的结束温度为800℃-830℃。
可选的，所述将所述精轧板进行冷却，得到钢板，具体包括：
将所述精轧板进行第一冷却，得到冷却中间板；
将所述冷却中间板进行第二加热，得到加热板；
将所述加热板进行第二冷却，得到钢板；
所述第一冷却中，所述精轧板包括快冷区和缓冷区，所述快冷区为上表面至上1/4处和下表面至下1/4处，所述快冷区的冷却速度为95℃/s-105℃/s，所述缓冷区的冷却速度为30℃/s-40℃/s；
所述加热板的表面温度为450℃-550℃，所述加热板的芯部温度为410℃-440℃；
所述第二冷却为空冷。
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：
本发明实施例提供的抗H2S腐蚀的X60级别管线钢板，钢板的化学成分以质量分数计包括：C:0.04％-0.07％、Si：0.01％-0.70％、Mn：≤1.6％、P：≤0.010％、S：≤0.001％、Al：0.025％-0.035％、Nb：＞0、V：＞0、Ti：＞0，其余为Fe和不可避免的杂质，其中，Nb+V+Ti：≤0.07，采用低碳成分体系，实现了沿钢板厚度不同位置处的组织类型均匀分布，使钢板具备优异的抗氢致开裂性能。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明实施例1提供的钢板的金相组织图；
图2是本发明实施例2提供的钢板的金相组织图；
图3是本发明实施例3提供的钢板的金相组织图；
图4是本发明实施例4提供的钢板的金相组织图；
图5是本发明实施例5提供的钢板的金相组织图；
图6是本发明实施例提供的方法的流程图。
具体实施方式
下文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。
本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
根据本发明一种典型的实施方式，提供了一种抗H2S腐蚀的X60级别管线钢板，所述钢板的化学成分以质量分数计包括：C:0.04％-0.07％、Si：0.01％-0.70％、Mn：≤1.6％、P：≤0.010％、S：≤0.001％、Al：0.025％-0.035％、Nb：＞0、V：＞0、Ti：＞0，其余为Fe和不可避免的杂质，其中，Nb+V+Ti：≤0.07。
本申请中各元素的作用如下：
C元素是提高强度的手段之一，但是如果含量过高，会在钢板厚度中心处产生偏析，对抗氢致开裂性能等带来十分不利的影响。且本发明中添加了适量的Nb、Ti合金元素来保证强度，因此采用超低碳含量，将C含量控制在0.04～0.07％范围内。
Mn元素也极易在钢板厚度处偏析，促进带状组织和硬相的形成，含量增多会增大氢致开裂的倾向，恶化材料的抗腐蚀性能。此外，它还易与S结合形成MnS夹杂物，增大局部氢压，成为氢致裂纹的易发位置。因此，将Mn控制在≤1.6％范围。
P、S元素是钢中杂质元素，且易偏析，影响连铸坯内部质量。为了获得优异的抗氢致开裂性能，必须严格控制P、S含量。本发明中其含量控制范围为：P：≤0.010％，S：≤0.001％。
Nb、V能提高奥氏体的再结晶温度，扩大未再结晶区温度范围，推迟了未再结晶的进行，可以有效地细化晶粒。细化晶粒不仅能提高钢材的强度，也能从一定程度上提高钢材的低温韧性和塑性。微合金元素Nb的C、N化物等弥散的分布在基体上，也能有效的细化晶粒。Ti是强碳化物形成元素，富集在晶界处，能有效的抑制晶粒长大，起到细化晶粒的作用。同时，在焊接热影响区中能组织奥氏体晶粒的长大，改善焊接性能。因此，综合考虑，将Nb+V+Ti控制在≤0.07％以内，Nb、V、Ti均不为0。
在一些是实施例中，所述钢板的化学成分以质量分数计包括：C:0.05％-0.06％、Si：0.20％-0.50％、Mn：≤1.0％、P：≤0.010％、S：≤0.001％、Al：0.027％-0.032％、Nb：＞0、V：＞0、Ti：＞0，其余为Fe和不可避免的杂质，其中，Nb+V+Ti：≤0.07。
在一些是实施例中，该钢板厚度规格为25～48mm，所获组织类型为铁素体+7％～8％珠光体，且铁素体尺寸为3～25μm，平均尺寸为15μm；钢板沿厚度方向的硬度差值最大为70HV，其中，心部硬度最大值≤250HV，且心部处软相组织与硬相组织硬度差值≤60HV。钢板的裂纹长度率、裂纹厚度率、裂纹敏感率均为0，具有优异的抗氢致开裂性能。
根据本发明另一种典型的实施方式，提供了一种如上所述的抗H2S腐蚀的X60级别管线钢板的制备方法，所述方法包括：
S1.将铁水进行冶炼和连铸，得到板坯；
S2.将所述板坯进行第一加热、粗轧和精轧，得到精轧板；
在一些实施例中，第一加热的保温温度为1100℃-1200℃，所述第一加热的保温时间为60min-75min。
在一些实施例中，粗轧的开始温度为1050℃-1100℃，所述粗轧的结束温度为950℃-1000℃。
在一些实施例中，精轧的开始温度为850℃-900℃，所述精轧的结束温度为800℃-830℃。
S3.将所述精轧板进行冷却，得到钢板。
在一些实施例中，将所述精轧板进行冷却，得到钢板，具体包括：
S3.1.将所述精轧板进行第一冷却，得到冷却中间板；
所述第一冷却中，所述精轧板包括快冷区和缓冷区，所述快冷区为上表面至上1/4处和下表面至下1/4处，所述快冷区的冷却速度为95℃/s-105℃/s，所述缓冷区的冷却速度为30℃/s-40℃/s；
S3.2.将所述冷却中间板进行第二加热，得到加热板；
所述加热板的表面温度为450℃-550℃，所述加热板的芯部温度为410℃-440℃；
S3.3.将所述加热板进行第二冷却，得到钢板；
所述第二冷却为空冷。
控制快冷区的冷却速度为95℃/s-105℃/s是为了保证沿钢板厚度方向获得合适的组织类型，该取值过大导致钢板表面至1/4位置处的组织硬度过大，与心部组织硬度差会加大，增大氢致开裂敏感性；过小则无法获得目标组织类型。
控制缓冷区的冷却速度为30℃/s-40℃/s是为了获得目标组织类型，该取值过大导致组织较硬，不利于提高抗氢致开裂性能；过小则导致与钢板表面至1/4位置处硬度差值较大，氢致敏感性增加。
进行第二加热的作用：一方面可以消除部分应力，另一方面为了通过沿钢板厚度方向精细化温度控制获得目标组织类型，控制加热板的表面温度为450℃-550℃、芯部温度为410℃-440℃的原因是获得目标组织类型。
具体而言，将板坯进行加热、粗轧、精轧和冷却。加热保温温度为1100～1200℃，保温时间为60～75min。粗轧开始温度为1050～1100℃，粗轧结束温度950～1000℃，精轧开始温度850～900℃，精轧结束温度800～830℃。钢板经历两阶段轧制后，冷却工艺：钢板经历两阶段轧制后，先冷却至200～280℃，其中在冷却至580℃的过程中，上表面至上1/4处、下表面至下1/4处的冷却速度较快，达到100℃/s，心部冷却速度为35℃/s；快速冷却之后，再将钢板加热，其中表面加热至500℃，心部加热至410～440℃，然后空冷。
该方法采用的是经济的低碳、低合金成分体系，更进一步优化了控轧之后的冷却工艺，更精准地控制了沿钢板厚度方向不同位置处的组织类型、比例及显微硬度，减少了氢致开裂的可能性，使钢板具备优异的抗氢致开裂性能。
下面将结合实施例、对照例及实验数据对本申请的抗H2S腐蚀的X60级别管线钢板及其制备方法进行详细说明。
实施例1-5
一种抗H2S腐蚀的X60级别管线钢板的制备方法，所述方法包括：
S1.将铁水进行冶炼和连铸，得到板坯；
S2.将所述板坯进行第一加热、粗轧和精轧，得到精轧板；
S3.将所述精轧板进行冷却，得到钢板。
各实施例的板坯的化学成分如下表所示：
| C/％ | Si/％ | Mn/％ | P/％ | S/％ | Al/％ | Nb/％ | Ti/％ | V/％ | |
| 实施例1 | 0.043 | 0.18 | 0.8 | 0.01 | 0.0009 | 0.031 | 0.02 | 0.017 | 0.020 |
| 实施例2 | 0.053 | 0.2 | 0.9 | 0.01 | 0.0008 | 0.030 | 0.025 | 0.026 | 0.013 |
| 实施例3 | 0.068 | 0.24 | 1 | 0.006 | 0.0009 | 0.032 | 0.035 | 0.015 | 0.015 |
| 实施例4 | 0.052 | 0.19 | 1.5 | 0.007 | 0.0008 | 0.034 | 0.030 | 0.026 | 0.012 |
| 实施例5 | 0.045 | 0.27 | 1.2 | 0.008 | 0.0008 | 0.0030 | 0.038 | 0.018 | 0.010 |
生产过程的加热、粗轧、精轧、冷却的工艺参数控制情况如下两表所示：
所述第二冷却为空冷。
对比例1-3
一种抗H2S腐蚀的X60级别管线钢板的制备方法，所述方法包括：
S1.将铁水进行冶炼和连铸，得到板坯；
S2.将所述板坯进行第一加热、粗轧和精轧，得到精轧板；
S3.将所述精轧板进行冷却，得到钢板。
各实施例的板坯的化学成分如下表所示：
| C/％ | Si/％ | Mn/％ | P/％ | S/％ | Al/％ | Nb/％ | Ti/％ | V/％ | |
| 对比例1 | 0.043 | 0.18 | 0.8 | 0.01 | 0.0009 | 0.031 | 0.02 | 0.017 | 0.020 |
| 对比例2 | 0.053 | 0.2 | 0.9 | 0.01 | 0.0008 | 0.030 | 0.025 | 0.026 | 0.013 |
| 对比例3 | 0.068 | 0.24 | 1 | 0.006 | 0.0009 | 0.032 | 0.035 | 0.015 | 0.015 |
生产过程的加热、粗轧、精轧、冷却的工艺参数控制情况如下两表所示：
实验例
将实施例1-5和对比例1-3制得的钢进行力学性能检测，测试结果如下表所示。
由上表可得，采用本申请实施例提供的方法制备的钢板沿厚度方向的硬度差值最大为70HV，其中，心部硬度最大值≤250HV，且心部处软相组织与硬相组织硬度差值≤60HV，通过对比例和实施例的比较可得，当所述快冷区、缓冷区的冷却速度不在本申请实施例要求保护的范围内时，会出现钢板沿厚度方向的硬度差值>70HV，心部处软相组织与硬相组织硬度差值>60HV。
将实施例1-5和对比例1-3制得的钢进行抗氢致开裂性能检测，检测结果如下表所示：
| 裂纹长度率/％ | 裂纹厚度率/％ | 裂纹敏感率/％ | |
| 实施例1 | 0 | 0 | 0 |
| 实施例2 | 0 | 0 | 0 |
| 实施例3 | 0 | 0 | 0 |
| 实施例4 | 0 | 0 | 0 |
| 实施例5 | 0 | 0 | 0 |
| 对比例1 | 17.88 | 6.73 | 5.23 |
| 对比例2 | 20.13 | 3.29 | 4.38 |
| 对比例3 | 19.68 | 7.34 | 2.11 |
由上表可得，采用本申请实施例提供的方法制备的钢板的裂纹长度率、裂纹厚度率、裂纹敏感率均为0，具有优异的抗氢致开裂性能，通过对比例和实施例的比较可得，当某项参数不在本申请实施例要求保护的范围内时，会出现氢致裂纹，增大氢致裂纹敏感性。
附图1-5的详细说明：
如图1所示，为实施例1提供的钢板的金相组织图，该钢板的微观组织为铁素体+7％珠光体；
如图2所示，为实施例2提供的钢板的金相组织图，该钢板的微观组织为铁素体+7％珠光体；
如图3所示，为实施例3提供的钢板的金相组织图，该钢板的微观组织为铁素体+8％珠光体；
如图4所示，为实施例4提供的钢板的金相组织图，该钢板的微观组织为铁素体+7.5％珠光体；
如图5所示，为实施例5提供的钢板的金相组织图，该钢板的微观组织为铁素体+8％珠光体。
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少还具有如下技术效果或优点：
(1)本发明实施例提供的方法不仅采用的是经济的低碳、低合金成分体系，更进一步优化了控轧之后的冷却工艺，更精准地控制了沿钢板厚度方向不同位置处的组织类型、比例及显微硬度，减少了氢致开裂的可能性，使钢板具备优异的抗氢致开裂性能；
(2)本发明实施例提供的钢板厚度规格为25～48mm，所获组织类型为铁素体+7％～8％珠光体，且铁素体尺寸为3～25μm，平均尺寸为15μm；钢板沿厚度方向的硬度差值最大为70HV，其中，心部硬度最大值≤250HV，且心部处软相组织与硬相组织硬度差值≤60HV。钢板的裂纹长度率、裂纹厚度率、裂纹敏感率均为0，具有优异的抗氢致开裂性能。
最后，还需要说明的是，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。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种抗H2S腐蚀的X60级别管线钢板，其特征在于，所述钢板的化学成分以质量分数计包括：C:0.04％-0.07％、Si：0.01％-0.70％、Mn：≤1.6％、P：≤0.010％、S：≤0.001％、Al：0.025％-0.035％、Nb：＞0、V：＞0、Ti：＞0，其余为Fe和不可避免的杂质，其中，Nb+V+Ti：≤0.07。
2.根据权利要求1所述的抗H2S腐蚀的X60级别管线钢板，其特征在于，所述钢板的化学成分以质量分数计包括：C:0.05％-0.06％、Si：0.20％-0.50％、Mn：≤1.0％、P：≤0.010％、S：≤0.001％、Al：0.027％-0.032％、Nb：＞0、V：＞0、Ti：＞0，其余为Fe和不可避免的杂质，其中，Nb+V+Ti：≤0.07。
3.根据权利要求1所述的抗H2S腐蚀的X60级别管线钢板，其特征在于，所述钢的金相组织以体积分数计为：92％-93％的铁素体，7％-8％的珠光体。
4.根据权利要求3所述的抗H2S腐蚀的X60级别管线钢板，其特征在于，所述铁素体的晶粒尺寸为3μm-25μm，所述珠光体的晶粒尺寸为3-10μm。
5.根据权利要求1所述的抗H2S腐蚀的X60级别管线钢板，其特征在于，所述钢板的厚度为25mm-48mm。
6.根据权利要求1所述的抗H2S腐蚀的X60级别管线钢板，其特征在于，所述钢板沿厚度方向的硬度差值最大为70HV，所述钢板芯部硬度最大值≤250HV，且所述钢板芯部处软相组织与硬相组织硬度差值≤60HV。
7.一种权利要求1-6任一项所述的抗H2S腐蚀的X60级别管线钢板的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
将铁水进行冶炼和连铸，得到板坯；
将所述板坯进行第一加热、粗轧和精轧，得到精轧板；
将所述精轧板进行冷却，得到钢板。
8.根据权利要求7所述的抗H2S腐蚀的X60级别管线钢板的制备方法，其特征在于，所述第一加热的保温温度为1100℃-1200℃，所述第一加热的保温时间为60min-75min。
9.根据权利要求7所述的抗H2S腐蚀的X60级别管线钢板的制备方法，其特征在于，所述粗轧的开始温度为1050℃-1100℃，所述粗轧的结束温度为950℃-1000℃，所述精轧的开始温度为850℃-900℃，所述精轧的结束温度为800℃-830℃。
10.根据权利要求7所述的抗H2S腐蚀的X60级别管线钢板的制备方法，其特征在于，所述将所述精轧板进行冷却，得到钢板，具体包括：
将所述精轧板进行第一冷却，得到冷却中间板；
将所述冷却中间板进行第二加热，得到加热板；
将所述加热板进行第二冷却，得到钢板；
所述第一冷却中，所述精轧板包括快冷区和缓冷区，所述快冷区为上表面至上1/4处和下表面至下1/4处，所述快冷区的冷却速度为95℃/s-105℃/s，所述缓冷区的冷却速度为30℃/s-40℃/s；
所述加热板的表面温度为450℃-550℃，所述加热板的芯部温度为410℃-440℃；
所述第二冷却为空冷。
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