一種超低碳高強(qiáng)韌性抗hic管線(xiàn)鋼板及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于鋼鐵技術(shù)領(lǐng)域，具體地，本發(fā)明涉及本發(fā)明涉及一種超低碳高強(qiáng)韌性 抗HIC管線(xiàn)鋼板及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，管道輸送依然是長(zhǎng)距離輸送石油、天然氣最經(jīng)濟(jì)、合理的運(yùn)輸方式。鑒于管 線(xiàn)鋪設(shè)長(zhǎng)度大、橫跨地理區(qū)域差異大，導(dǎo)致管線(xiàn)所在的地理環(huán)境復(fù)雜，相當(dāng)部分的管線(xiàn)多處 于潮濕的環(huán)境。另外，輸送的石油與天然氣中，含有大量的酸性物質(zhì)，比如H 2S等酸性氣體， 因此，在輸送含硫化氫（H2S)酸性介質(zhì)天然氣時(shí)，為防止酸性氣體對(duì)管道的腐蝕破壞，要求 管線(xiàn)鋼具有抗氫致開(kāi)裂（Hydrogen Induced Crack，HIC)性能。管道的抗HIC性能好壞是 影響管道系統(tǒng)可靠性及安全使用壽命的關(guān)鍵因素。
[0003] 申請(qǐng)?zhí)枮?00910033695. 2，發(fā)明名稱(chēng)"抗硫化氫腐蝕管線(xiàn)用鋼及其生產(chǎn)方法" 的專(zhuān)利，提供了一種高強(qiáng)度抗硫化氫腐蝕管線(xiàn)用鋼的生產(chǎn)方法，其化學(xué)成分重量百分比 為：C :0? 05 % -0? 10 %，Si 0-0? 35 %，Mn : 1. 15 % -1. 35 %，P :0-0? 015 %，S :0-0? 006 %， Nb ：0. 04%-0. 06 %, Ti ：0. 015 % -〇. 03 %, V ：0. 035%-〇. 065 %, Cu ：0. 2 % -〇. 3 %, Ni ： 0.2% -0.3%，A1 :0. 015% -0.02%，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)元素。該發(fā)明碳含量較 高，設(shè)計(jì)碳含量為〇. 05 % -0. 10 %，實(shí)施中的碳含量為0. 06 %、0. 08 %、0. 09 %。大量現(xiàn)有研 宄表明，較高的碳含量特別不利于管線(xiàn)鋼抗HIC性能。另外鋼中的硫元素含量較高，設(shè)計(jì)硫 含量為〇% -〇. 006 %，實(shí)施例中的硫含量分別為0. 003 %、0. 0025 %、0. 003%。較高的硫含 量會(huì)導(dǎo)致鋼中硫化物含量和級(jí)別的不可控，導(dǎo)致氫致裂紋（HIC)優(yōu)先在硫化物處產(chǎn)生，惡 化抗HIC性能。另外，美國(guó)石油學(xué)會(huì)發(fā)布的《管線(xiàn)鋼管規(guī)范API 5L-2012》、國(guó)家質(zhì)檢總局發(fā) 布的《石油天然氣工業(yè)管線(xiàn)輸送系統(tǒng)用鋼管GB/T9711-2011》等標(biāo)準(zhǔn)中明確規(guī)定鋼中的硫含 量要求低于〇. 002%。上述專(zhuān)利實(shí)施例涉及的強(qiáng)度雖然較高，但韌性偏低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明目的是提供了一種超低碳高強(qiáng)韌性抗HIC管線(xiàn)鋼板，所述鋼板的化學(xué)成 分及重量百分比含量包括：C :0. 03% -0. 05%、Si :0. 15% -0. 30%、Mn :彡 1. 20%、S : 彡0? 002%、P :彡0? 01%、Nb :0? 02% -0? 08%、Ti :彡0? 05%，其余為Fe和不可避免微量雜 質(zhì)。
[0005] 根據(jù)本發(fā)明的超低碳高強(qiáng)韌性抗HIC管線(xiàn)鋼板，還包括：?jiǎn)为?dú)添加Ni 0. 50%， 或者附：<0.50%和0:<0.50%兩者的混合添加。
[0006] 優(yōu)選地，所述鋼板單獨(dú)添加Ni元素，其化學(xué)成分及重量百分比含量為：C : 0? 03%~0? 05%、Si :0? 15%~0? 30%、Mn 彡 1. 20%、S :彡 0? 002%、P :彡 0? 010%、Nb : 0.02%~0.10%、11彡0.05%、附彡0.50%，其余為？6和微量雜質(zhì)。
[0007] 優(yōu)選地，所述鋼板復(fù)合添加Cr、Ni元素，其化學(xué)成分及重量百分比含量為：C : 0? 03%~0? 05%、Si :0? 15%~0? 30%、Mn 彡 1. 20%、S :彡 0? 002%、P :彡 0? 010%、Nb : 0? 02% ~0? 10%、Ti 彡 0? 05%、Cr 彡 0? 50%、Ni 彡 0? 50%。其余為 Fe 和微量雜質(zhì)。
[0008] 另外，本發(fā)明提供了一種上述超低碳高強(qiáng)韌性抗HIC管線(xiàn)鋼板的制備方法，包括 以下步驟：
[0009] 1)鋼坯制造：將原料依照常規(guī)方法制成鋼坯，例如，將鋼坯原料通過(guò)轉(zhuǎn)爐、LF鋼包 精煉爐、RH真空脫氣及板坯連工藝過(guò)程，制得鋼坯；
[0010] 2)鋼坯加熱工藝：將鋼坯裝爐加熱，加熱溫度控制在1180-1250°c ;所述鋼坯裝爐 溫度不高于150°C，加熱時(shí)間8-10min/cm，均熱時(shí)間不少于40min;
[0011] 3)軋制工藝：對(duì)步驟2)制得的加熱鋼坯采用兩階段軋制工藝成型，制得鋼板。粗 軋機(jī)進(jìn)行多1100°c的再結(jié)晶軋制；精軋開(kāi)軋溫度為830-980°C，精軋開(kāi)軋制厚度為成品厚 度3.0-6.0倍。粗軋過(guò)程中，鋼坯在粗軋機(jī)前順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°，優(yōu)先進(jìn)行橫軋至目標(biāo)寬度， 然后逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°進(jìn)行縱軋至精軋開(kāi)軋厚度?？v軋過(guò)程中后三道的道次壓下率控制在 15% -20% 以上；
[0012] 4)冷卻工藝：對(duì)步驟3)軋制后的鋼板冷卻，鋼板開(kāi)冷溫度控制在750-8KTC，終冷 溫度控制在580-650°C，冷卻速度控制在5-30°C /s。為保證鋼板厚度方向的相變協(xié)調(diào)性，上 下水流量比控制在0. 4-1. 0之間。
[0013] 優(yōu)選地，當(dāng)成品鋼板厚度為12-16mm時(shí)，鋼坯精軋開(kāi)軋厚度為成品鋼板厚度的 4. 0~6. 0倍，鋼坯粗軋終軋溫度彡1KKTC，鋼坯精軋開(kāi)軋溫度為970~KKKTC，開(kāi)冷溫度 為780-810°C，終冷溫度為600-650°C，冷速為18-30°C /s，上下水流量比為0. 4-0. 7。
[0014] 優(yōu)選地，當(dāng)成品鋼板厚度為> 16-20mm時(shí)，鋼坯精軋開(kāi)軋厚度為成品鋼板厚度的 3. 0~4. 0倍，鋼坯粗軋終軋溫度彡1KKTC，精軋開(kāi)軋溫度為960~970°C，開(kāi)冷溫度為 780-810°C，終冷溫度為550-600°C，冷速為12-18°C /s，上下水流量比為0. 4-0. 7。
[0015] 優(yōu)選地，精軋軋制模式采用僅控制開(kāi)軋溫度的軋制模式，乳制過(guò)程禁止鋼坯待溫。 所述精軋軋制道次為5-9道次
[0016] 本發(fā)明的化學(xué)成分設(shè)計(jì)原理如下：
[0017] 碳（C):碳作是鋼中提高強(qiáng)度最有效的元素之一，但對(duì)于有抗HIC性能的材料 而言，其含量過(guò)高將會(huì)嚴(yán)重降低抗HIC性能。美國(guó)石油學(xué)會(huì)發(fā)布的《管線(xiàn)鋼管規(guī)范API 5L-2012》、國(guó)家質(zhì)檢總局發(fā)布的《石油天然氣工業(yè)管線(xiàn)輸送系統(tǒng)用鋼管GB/T 9711-2011》等 標(biāo)準(zhǔn)中明確規(guī)定鋼中碳含量<0. 10%。因此，為確?？笻IC性能，抗HIC管線(xiàn)鋼中碳含量應(yīng) 在 0? 03%~0? 10%。
[0018] 錳（Mn):錳在鋼中起到固溶強(qiáng)化的作用，而且可以提高貝氏體的淬透性能，彌補(bǔ) 碳含量降低所造成的強(qiáng)度下降。另外，錳還可以擴(kuò)大Y相區(qū)，有助于獲得細(xì)小的相變產(chǎn)物， 可以提高鋼的韌性，降低韌脆轉(zhuǎn)變溫度。但錳含量過(guò)高，會(huì)產(chǎn)生控軋鋼板的中心偏析，不利 于抗HIC性能。
[0019] 鎳（Ni)、鉻（Cr):鎳和鉻可以通過(guò)固溶強(qiáng)化提高鋼的強(qiáng)度，以彌補(bǔ)因鋼中碳含量 的降低導(dǎo)致的強(qiáng)度損失。另外，鋼中添加鎳和鉻也可以改善鋼的耐腐蝕性能。
[0020] 鈮（Nb)、鈦（Ti):鑒于鋼中碳、錳等合金元素含量的降低，鋼的強(qiáng)度損失較大，添 加鈮、鈦微合金元素主要起到細(xì)晶強(qiáng)化和沉淀強(qiáng)化的作用，推遲奧氏體再結(jié)晶、阻止奧氏體 晶粒長(zhǎng)大。
[0021] 磷⑵：磷是鋼中的易偏析元素，將導(dǎo)致材料抗HIC性能的降低。因此，應(yīng)當(dāng)盡量 降低鋼中憐含莖。
[0022] 硫（S):硫在鋼中形成硫化物，是氫致裂紋（HIC)誘發(fā)的主要原因。因此，應(yīng)當(dāng)盡 量降低鋼中硫含量，減少硫化物數(shù)量和級(jí)別。
[0023] 本發(fā)明的軋制技術(shù)設(shè)計(jì)原理如下：
[0024] 粗軋時(shí)首先進(jìn)行橫軋，即將鋼坯順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°，橫軋至目標(biāo)寬度，然后逆時(shí)針旋 轉(zhuǎn)90°，進(jìn)行大壓下率軋制至目標(biāo)精軋開(kāi)軋厚度。這種軋制方式可以確保粗軋過(guò)程中，減小 展寬對(duì)有效壓縮比的不利影響，使軋制變形量更充分的滲入鋼板心部，對(duì)最終成形后的鋼 板厚度方向的組織均勻性起到有益的作用。
[0025] 精軋過(guò)程中的待溫會(huì)使具有高應(yīng)變能的形變奧氏體晶粒回復(fù)和長(zhǎng)大，不利于鋼板 的顯微組織的細(xì)化。另外，由于鋼板添加含量較高的Nb等合金元素，待溫導(dǎo)致的溫降將會(huì) 是鋼坯的變形抗力大幅提高，不利于鋼板的板形控制。因此，精軋過(guò)程中禁止待溫。
[0026] 本發(fā)明涉及的超低碳高強(qiáng)韌性抗HIC管線(xiàn)鋼板及制備方法，為了降低氫致開(kāi)裂敏 感性，采用低碳、低磷、低錳的成分設(shè)計(jì)體系以降低錳、磷等元素在連鑄坯內(nèi)部產(chǎn)生偏析，鋼 中的極低硫含量控制降低硫化物數(shù)量和級(jí)別，以減小氫致裂紋的風(fēng)險(xiǎn)。
[0027] 為獲得良好的抗HIC性能，綜合低碳高Nb，Ti微合金化技術(shù)和控制軋制與控制冷 卻技術(shù)，得到細(xì)小均勻的鐵素體+少量退化珠光體組織類(lèi)型鋼板。
[0028] 為彌補(bǔ)因低碳、低錳導(dǎo)致鋼板力學(xué)性能的降低，最終成型軋制后加速冷卻過(guò)程中 淬透性的降低，進(jìn)