專利名稱：一種低成本抗酸性管線鋼熱軋卷板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高強度低合金鋼，具體涉及一種低成本抗酸性管線鋼及其熱軋 卷板制造方法。
背景技術(shù)：
管道輸送是長距離輸送石油、天然氣最經(jīng)濟、安全、高效和環(huán)保的運輸方式， 在石油天然氣輸送中，從氣井到集氣站之間的原氣輸送H2S含量較高，輸氣管道長期處 在酸性環(huán)境中，普通管線鋼管不具備抗HIC和抗SSCC能力，國內(nèi)外含H2S較高的輸氣管 線，特別是油氣田集氣管線基本上都采用專用抗酸性管線鋼鋼管，以保證輸氣管線的運 行安全?？顾嵝怨芫€鋼鋼管普遍遵循美國石油協(xié)會API SPEC 5L規(guī)范第44版(ISO 3183-2007)附錄H要求，為滿足抗酸性相關(guān)要求，除了常規(guī)管線鋼要求的高強度、高韌 性和可焊性外，還對抗HIC和SSCC能力提出了單獨要求，因此抗酸性管線鋼必須降低 P、S等有害元素含量，控制夾雜物形態(tài)，同時還要保證組織均勻性。與本發(fā)明較為接近的發(fā)明專利有1)中國專利，公開號CN1811002A， “酸性 環(huán)境用X65管線鋼及其制造方法” ；2)中國專利，公開號CN 1914341A， “抗HIC性優(yōu) 良的管線鋼及用該鋼材制造出的管線管” ；3)中國專利，公開號CN 1715435A， “具有 抗HIC性能X80管線鋼及其熱軋板制造方法”；4)中國專利，公開號CN1948538A，“抗 硫化氫應(yīng)力腐蝕的石油鋼管及其制造方法” ；5)中國專利，公開號CN 1351189A，“一 種超低碳高韌性抗硫化氫用輸氣管線鋼” ；6)中國專利，公開號CN 101418421A，“一 種抗硫化氫腐蝕高強度油套管及其制造方法” ；7)日本專利，特開平2006-274338，“抗 酸性高強電焊鋼管用鋼卷及其制造方法” ；8)日本專利，特開平2002-327212，“制管用 管線鋼卷及其制造方法” ；9)日本專利，特開平2005-240051，“電阻焊管用抗酸性高韌 性熱軋鋼板及其制造方法”。以上專利文獻公開的抗酸性管線鋼部分為無縫鋼管或熱軋鋼板，其余部分是卷 板但不能同時具備抗HIC和抗SSCC性能，同時還需要添加Ni、Cu、Mo等貴重合金 元素，成本高；其連鑄板坯需下線清理后再進行加熱軋制生產(chǎn)，熱能損耗大，生產(chǎn)周期 長，生產(chǎn)成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種低成本合金設(shè)計，并且有效地控制鋼中 的夾雜物和帶狀組織，同時采用連鑄連軋等先進生產(chǎn)工藝、更加經(jīng)濟地生產(chǎn)制造具有抗 HIC和抗SSCC能力的抗酸性管線鋼熱軋卷板及其制造方法。 本發(fā)明的技術(shù)方案是，提出一種微Ti處理C-Mn-Nb成分設(shè)計，其組織為細小鐵 素體+少量珠光體組織的的管線鋼，其組成成分的重量百分比(％)為C: 0.04-0.10、 Si: 0.05-0.50、Mn: 1.00—1.70、P <0.015, S < 0.002, Nb < 0.08, Ti: 0.005-0.030、Als 0.010-0.050、Ca: 0.0010-0.0040、N <0.0060, H <0.0002, O <0.0010,余量為 Fe
和不可避免雜質(zhì)。低成本抗酸性管線鋼的成分設(shè)計思想是采用微Ti處理的C-Mn-Nb系合金體系， 采用純凈鋼冶煉技術(shù)有效降低P、S等有害元素，通過Ca處理工藝改變夾雜物形態(tài)，熱機 械軋制工藝獲得均勻的細小鐵素體+少量珠光體組織，并有效地控制帶狀組織的產(chǎn)生， 以保證抗酸性管線鋼在具有高強度高韌性的同時，具有良好的抗HIC和抗SSCC性能，其 主要元素、非金屬夾雜和帶狀組織選擇控制理由如下C 0.04% -0.10% ；C是最有效、最經(jīng)濟的強化元素，隨著C的質(zhì)量分數(shù)增加，強度、硬度隨之增力口，但對H2S敏感性也隨之增加，很容易引起HIC和SSCC。因此C的上限為0.10%。 最好C含量為0.05 % -0.08 %。Mn 1.00% -1.70% ；Mn是有效的強化元素，可以提高鋼的淬透性，引起固溶強化，彌補低碳或者超 低碳鋼造成的強度下降。但Mn元素過量時，容易發(fā)生成分偏析，在板厚中心形成珠光 體條帶，當帶狀組織2 2.0%時，一般不能通過HIC和SSCC試驗。因此Mn含量的上限 為1.70%，最好的Mn含量為1.20%-1.60%。P <0.015% ；P的偏析也促使氫致裂紋形成。鋼在凝固過程中，枝晶間隙富P。P是升高A3 點的元素，所以熱軋冷卻時先在這里生成鐵素體，而C卻被排斥到樹枝晶枝干，并生成 珠光體，從而造成P偏析的鐵素體-珠光體帶狀組織，使H2S敏感性增強。因此P含量 <0.015%,最好 P 含量 010%。S <0.002% ；S作為有害元素，與Mn生成MnS夾雜是H2S中H最易聚集的位置，促進裂紋 產(chǎn)生。因此必須將抗酸管線鋼的S含量控制在較低的水平，抑制MnS夾雜產(chǎn)生。S含 量應(yīng)^ 0.002%，最好P含量^ 0.001%。Nb 0.02% -0.08% ；Nb是現(xiàn)代低合金鋼中最重要的元素之一，對細化晶粒的作用十分明顯。鈮在 鋼中具有沉淀強化、抑制奧氏體再結(jié)晶、阻止晶粒長大等作用，因而在得到了廣泛的應(yīng) 用，根據(jù)熱力學(xué)溶度積公式推算Nb含量應(yīng)^0.08%，最好的Nb含量0.02-0.06%。Ti 0.005% -0.030% ；Ti可以與氮形成TiN阻止奧氏體晶粒長大，可細化開軋前的原始晶粒；軋制時 在奧氏體高溫區(qū)析出的Ti(CN)粒子阻滯奧氏體的再結(jié)晶過程，最終細化鐵素體晶粒。因 此 Ti 含量 0.005% -0.030%,最好 Ti 含量 0.008% -0.020% Ca 0.0010% -0.0040% ；Ca可以改變夾雜物的形態(tài)，使之成為分散的球狀體，從而提高鋼的抗酸能力。 但Ca的質(zhì)量分數(shù)必須精確地控制在一定范圍內(nèi)，以避免生成對H2S敏感的Ca的硫化物 或氧化物。因此 Ca 含量 0.0010%-0.0040%，最好 0.0015%-0.0035%。H <0.0002% ；H在抗酸性管線鋼中的質(zhì)量分數(shù)越高，對H2S越敏感，腐蝕率越高，產(chǎn)生裂紋的幾率越高，因此必須采用RH真空處理控制氫含量^ 0.0002%。 O <0.0010% ；鋼中的氧化物夾雜也是造成抗酸性管線鋼出現(xiàn)多種缺陷的原因，鋼水應(yīng)經(jīng)過良 好的脫氧，并防止二次氧化。因此必須采用RH真空處理控制氧含量^ 0.0010%。非金屬夾雜物A/B/C/D類夾雜物S 2.0級；非金屬夾雜物的形態(tài)和分布直接影響著鋼的抗酸性性能，氫容易在夾雜物的尖 端產(chǎn)生聚集，特別是MnS夾雜，熱軋后，沿軋制方向分布的被拉長的MnS夾雜，由于其 熱膨脹系數(shù)大于基體金屬，于是冷卻后就會在其周圍造成空隙，是氫好積聚處，成為起 裂源。因此必須一方面降低S含量，使S 50.002% ；另一方面通過Ca處理對MnS夾雜 進行完全球化。因此A/B/C/D類夾雜物S 2.0級，最好A/B/C/D類夾雜物S 1.0級。帶狀組織S 2.0級；由于在氫滲透過程中，氫被珠光體條帶捕獲，當陷井中氫原子達到臨界值以 后，氫致裂紋便在帶狀組織處萌生。由于珠光體條帶和鐵素體相結(jié)處是良好的輸氫通 道，同時鋼軋制后位錯密度增高，能加速氫原子沿位錯管道的擴散，這就促進了氫致裂 紋沿帶狀組織擴展。一旦氫致裂紋形成，裂尖的塑性區(qū)就有滑移帶產(chǎn)生，滑移帶與珠光 體交界處又有大量位錯產(chǎn)生，并伴有高濃度的氫氣團，會形成更大的裂紋。因此帶狀組 織對H2S十分敏感，必須將帶狀組織S 2.0級，最好帶狀組織S 1.0級。本發(fā)明的另一技術(shù)方案是提出一種抗酸性管線鋼熱軋卷板的制造方法。其生產(chǎn) 工藝為鐵水預(yù)處理_轉(zhuǎn)爐冶煉_爐外精煉(RH+LF+鈣處理)-連鑄-板坯加熱_控制 軋制-控制冷卻-卷曲。1)冶煉連鑄工藝鐵水預(yù)處理分散轉(zhuǎn)爐的冶煉功能，減輕轉(zhuǎn)爐的脫硫負擔，通過脫硫扒渣有效 降低鋼水中的S含量。轉(zhuǎn)爐冶煉經(jīng)頂吹或頂?shù)讖?fù)合吹煉，有效地去P脫N。爐外精煉經(jīng)RH處理、LF爐深脫硫處理及進行鈣處理以脫氫和氧，控制夾雜 物形態(tài)。連鑄可以采用電磁攪拌或動態(tài)輕壓下，提高連鑄板坯內(nèi)在質(zhì)量。2)連鑄連軋工藝連鑄結(jié)束后在500-850°C溫度直接進入加熱爐加熱， 1150-1250°C出爐進行軋制。3)熱機械軋制(TMCP)工藝經(jīng)粗軋機和精軋機進行兩階段控制軋制，粗軋終 軋溫度950-1050°C，精軋終軋溫度770-870°C，精軋壓縮比>60%，軋后采用層流冷卻 裝置進行控制冷卻，冷速8-20°C/s，終冷溫度550-700°C，冷卻結(jié)束后進行卷曲，保證 鋼的組織均勻性。采用本發(fā)明生產(chǎn)的抗酸性管線鋼熱軋卷板，可進行直縫電阻焊(ERW)、螺旋埋 弧焊(SSAW)，或者開平后進行直縫埋弧焊(LSAW)制成鋼管。按API5L標準規(guī)定，上 述鋼管可滿足B-X65鋼級的性能要求，同時還能滿足API5L標準中附錄H中對抗HIC性 能的要求當在A溶液(環(huán)境)進行評估抗氫致開裂試驗時，裂紋敏感率(CSR) <2%, 裂紋長度率(CLR) <15%,裂紋厚度率(CTR) <5% ；并同時滿足對抗SSCC性能的要 求在試驗介質(zhì)中取出SSCC試樣，應(yīng)在X 10放大倍數(shù)的低倍顯微鏡下對試樣的拉伸面進行檢查。 拉伸表面沒有任何表面開裂或裂紋。


圖1本發(fā)明抗酸性管線鋼帶狀組織圖；圖2本發(fā)明抗酸性管線鋼金相組織圖。
具體實施例方式下面對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步說明表1為試驗鋼的化學(xué)成分，表2為試驗鋼的力學(xué)性能，表3為試驗鋼的抗HIC性 能，表4為試驗鋼的抗SSCC性能，其工藝流程為，連鑄結(jié)束后在500-850°C溫度直接進 入加熱爐加熱，1150-125(TC出爐進行軋制；經(jīng)粗軋機和精軋機進行兩階段控制軋制，粗 軋終軋溫度950-1050°C，精軋終軋溫度770-870°C，精軋壓縮比>60%，軋后采用層流 冷卻裝置進行控制冷卻，冷速8-20°C/s，終冷溫度550-700°C。具體工藝制度加熱溫 度1150-1250°C，粗軋終軋溫度為950-1050°C，精軋終軋溫度為770_870°C，終冷溫度為 550-700°C,冷卻速度為 8-200C /s。表1實施例試驗鋼化學(xué)成分(Wt， % )
權(quán)利要求
1.一種低成本抗酸性管線鋼熱軋卷板，其特征在于其組成成分的重量百分比(％) 為C: 0.04-0.10、Si: 0.05-0.50、Mn: 1.00—1.70、PS 0.015、S <0.002, Nb <0.08, Ti 0.005-0.030、Als 0.010-0.050、Ca 0.0010-0.0040、N < 0.0060、H < 0.0002、 0<0.0010,余量為Fe和不可避免雜質(zhì)，非金屬夾雜物人/6/(/0類夾雜物^2.0級，珠光 體帶狀組織S 2.0級。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低成本抗酸性管線鋼熱軋卷板，其特征在于非金屬夾雜 物A/B/C/D類夾雜物S 1.0級，珠光體帶狀組織S 1.0級。
3.一種權(quán)利要求1或2所述的低成本抗酸性管線鋼熱軋卷板制造方法，包括鐵水預(yù) 處理-轉(zhuǎn)爐冶煉-爐外精煉-連鑄-板坯加熱-軋制-冷卻-卷曲，其特征在于連鑄 結(jié)束后在500-850°C溫度直接進入加熱爐加熱，1150-1250°C出爐進行軋制；經(jīng)粗軋機 和精軋機進行兩階段控制軋制，粗軋終軋溫度950-105(TC，精軋終軋溫度770-870°C， 精軋壓縮比>60%，軋后采用層流冷卻裝置進行控制冷卻，冷速8-20°C/s，終冷溫度 550-700 "C。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的低成本抗酸性管線鋼熱軋卷板制造方法，其特征在于連 鑄過程中采用電磁攪拌或動態(tài)輕壓下。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種低成本抗酸性管線鋼熱軋卷板及其制造方法。其組成成分的重量百分比(％)為C0.04-0.10、Si0.05-0.50、Mn1.00-1.70、P≤0.015、S≤0.002、Nb≤0.08、Ti0.005-0.030、Als0.010-0.050、Ca0.0010-0.0040、N≤0.0060、H≤0.0002、O≤0.0010，余量為Fe和不可避免雜質(zhì)。非金屬夾雜物A/B/C/D類夾雜物≤2.0級，珠光體帶狀組織≤2.0級。熱軋卷板制造方法其特征在于連鑄結(jié)束后在500-850℃溫度直接進入加熱爐加熱，1150-1250℃出爐進行軋制；經(jīng)粗軋機和精軋機進行兩階段控制軋制，粗軋終軋溫度950-1050℃，精軋終軋溫度770-870℃，精軋壓縮比＞60％，軋后采用層流冷卻裝置進行控制冷卻，冷速8-20℃/s，終冷溫度550-700℃。
文檔編號C21C5/28GK102021476SQ20091018751
公開日2011年4月20日 申請日期2009年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月18日
發(fā)明者關(guān)菊, 孔祥磊, 安曉光, 張祿林, 徐烽, 楊靜, 武裕民, 馬小軍, 黃國建 申請人:鞍鋼股份有限公司