CN108998746B - 一种高抗hic性能的x70级管线钢及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高抗HIC性能的X70级管线钢及其制备方法。所述管线钢的化学成分是:C为0.04~0.05wt%;Si为0.2~0.3wt%;Mn为1.1~1.2wt%;P为0.006~0.008wt%;S为0.0008~0.0015wt%;Cu为0.08~0.10wt%;Cr为0.2~0.25wt%;Ni为0.09~0.10wt%;Mo为0.1~0.12wt%;Nb为0.03~0.04wt%;V为0.02~0.03wt%;Ti为0.002~0.005wt%;Mg为0.002~0.005wt%;其余为Fe及不可避免的杂质。所述管线钢的轧制温度是:粗轧终轧为950~1050℃,精轧开轧为920~950℃,精轧终轧为860~890℃;驰豫终止为730~740℃,板坯返红为400~430℃。本发明工艺简单,所制制品的抗HIC性能高。
Description
技术领域
本发明属于X70级管线钢技术领域。具体涉及一种高抗HIC性能的X70级管线钢及其制备方法。
背景技术
氢致开裂(Hydrogen Induced Cracking,HIC)是管线钢在酸性环境中腐蚀失效的主要形式之一。管线钢在湿H2S环境中发生氢致开裂,主要是由于S2-和HS-起到毒化剂的作用,促进溶液在金属表面产生吸附氢原子Hads,吸附氢原子Hads逐渐渗入钢中成为溶解氢原子Habs,溶解氢原子Habs在钢中的氢陷阱如夹杂物/基体界面、带状组织、位错、晶界等处聚集形成H2产生氢压,随着聚集的H原子数量增加,当氢压超过某一临界值时,便在钢材内部形成裂纹并随氢压的增大进一步扩展。
管线钢作为油气输送的主要通道,被大量应用到石油、天然气的运输环节中。随着全球海洋石油工业的蓬勃发展,需要大批量具有优越性能的海底石油管线钢投入生产运营,这种管线钢要长期经受海潮巨浪的冲击,承受高压、海水腐蚀和氢致开裂风险。一方面,随着管线钢朝着“富气”的趋势发展,即石油气管线输送不再进行预脱水、脱H2S处理,这愈发增加了管线钢发生氢致开裂的可能性;另一方面,由于海底管线钢往往采用阴极保护的方法抵抗海水腐蚀,管线钢作为阴极将为氢原子在材料表面的聚集产生有利驱动力,更进一步加速了氢原子进入到钢中而产生氢致裂纹。
随着管线钢服役环境逐步朝向深海、大壁厚趋势发展,海底用抗酸管线钢的强度也逐步朝着更高级别的X70级管线钢发展,因此,在对X70级管线钢提出高强度要求的同时,也对其抗氢致开裂性能提出了更严格的要求。氢致开裂作为管线钢主要的失效开裂形式之一,其影响因素也有很多。就钢铁材料本身而言,主要有钢的成分、组织及非金属夹杂物的数量、形态等因素。对某一特定牌号的管线钢来说,除方法本身造成的缺陷因素外,影响材料抗氢致开裂的因素主要在于钢中夹杂物。
现代冶金手段虽然能将X70级管线钢中夹杂物数量降低到很低,但该方法成本较高,不适合大规模批量生产管线钢。如“控制抗氢致开裂管线钢中厚板非金属夹杂物的方法”(CN102732666A)专利技术,公开了一种采用RH真空精炼的方法,控制钢中夹杂物在0.5级以内,且该发明专利提供的是X52级别的酸性环境用管线钢,强度级别较低。以及“一种X70级抗酸性管线钢中非金属夹杂物的控制方法”(CN102676725A)专利技术,公开了一种通过保证合适的Ca/S比(1.2~5.0)来控制轧板中非金属夹杂物的类型、数量和尺寸。控制钢板中的夹杂物主要为CaO+Ca,该方法需要通过长时间的精炼处理,增加了生产周期和成本。
“抗HIC性优良的管线钢及用该钢材制造出的管线管”(CN1914341)专利技术,公开了一种通过控制钢中TiN析出物尺寸来提高材料抗HIC能力的方法,该技术通过添加Cu和Ni等元素以阻止氢原子的进入,但Cu元素的添加会造成Cu原子在晶界的偏析,对材料抗HIC性能造成不利影响。
发明内容
本发明旨在克服现有技术缺陷,目的在于提供一种工艺简单、流程短和能耗低的高抗HIC性能的X70级管线钢的制备方法,通过添加Mg、Ti元素达到钢液脱氧并细化夹杂物的目的,减少了Nb和V元素的添加量、降低了添加微合金化元素的成本,同时,采用该方法制备的X70级管线钢表现出高的抗HIC性能。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案是:
所述高抗HIC性能的X70级管线钢的化学成分是:C为0.04~0.05wt%;Si为0.2~0.3wt%;Mn为1.1~1.2wt%;P为0.006~0.008wt%;S为0.0008~0.0015wt%;Cu为0.08~0.10wt%;Cr为0.2~0.25wt%;Ni为0.09~0.10wt%;Mo为0.1~0.12wt%;Nb为0.03~0.04wt%;V为0.02~0.03wt%;Ti为0.002~0.005wt%;Mg为0.002~0.005wt%;其余为Fe及不可避免的杂质。
所述高抗HIC性能的X70级管线钢的制备方法是:依据所述高抗HIC性能X70管线钢化学成分配料,熔融,在1300~1600℃条件下浇铸成钢锭;将所述钢锭加热至1200~1250℃,保温1.5~2.5小时,随后冷却至1080~1130℃,即得待轧钢锭。然后对所述待轧钢锭进行轧制:粗轧终轧温度为950~1050℃,精轧开轧温度为920~950℃,精轧终轧温度为860~890℃。驰豫终止温度为730~740℃,板坯返红温度为400~430℃,随炉冷却,得到高抗HIC性能的X70级管线钢。
由于采用上述技术方案,本发明与现有技术相比具有如下积极效果:
本发明通过添加Ti、Mg元素进行脱氧处理,减化了繁琐的夹杂物净化工艺,减少了Nb、V等微合金化元素的添加,节省了生产成本和生产周期。MgO在钢水中的临界形核半径约为0.226nm,在钢水中容易形核且形核质点细小,易成为后续夹杂物析出核心,降低夹杂物长大趋势,使夹杂物在钢中的分布更加均匀;而且Ti和Al氧化物临界形核半径相似,易以Ti-Al氧化物复合析出形核,形成大量细小、弥散的Ti-Al和Al-Mg-Ti氧化物作为夹杂物核心,有效减小钢中硫化物夹杂尺寸。
采用INCA-STEEL自动扫描电镜在5000X放大倍数下,对本发明所制备的高抗HIC性能的X70级管线钢进行统计,其中:≤1μm的夹杂物数量达到1300个/mm2;1~5μm的夹杂物达到600个/mm2;≥5μm尺寸夹杂物85个/mm2;夹杂物核心是约1μm的Al-Mg-Ti复合氧化物夹杂,MnS在夹杂表面局部析出,呈典型椭球形。另一种为少量形状不规则尺寸较大的氧化物与MnS的复合夹杂物。该尺寸状态下的夹杂物都能成为较好的不可逆氢陷阱,提高材料抗HIC敏感性。
采用NACE A溶液根据相关标准,对本发明所制备的高抗HIC性能的X70级管线钢进行HIC测试,结果显示:该钢在5%NaCl+0.5%CH3COOH+饱和H2S水溶液持续浸泡96小时后,评定三种试验钢的裂纹敏感率(CSR)、裂纹长度敏感率(CLR)、裂纹厚度敏感率(CTR)指数皆为0,表现出优异的抗HIC敏感性。
因此,本发明专利具有工艺简单和流程短的特点,所制备的高抗HIC性能的X70级管线钢具有高的抗HIC性能。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的描述,并非对其保护范围的限制:
实施例1
一种高抗HIC性能的X70级管线钢及其制备方法。
所述高抗HIC性能的X70级管线钢的化学成分是:C为0.04~0.05wt%;Si为0.2~0.3wt%;Mn为1.1~1.2wt%;P为0.006~0.008wt%;S为0.0008~0.0015wt%;Cu为0.08~0.10wt%;Cr为0.2~0.25wt%;Ni为0.09~0.10wt%;Mo为0.1~0.12wt%;Nb为0.03~0.04wt%;V为0.02~0.03wt%;Ti为0.002~0.003wt%;Mg为0.002~0.003wt%;其余为Fe及不可避免的杂质。
所述高抗HIC性能的X70级管线钢的制备方法是:依据所述高抗HIC性能X70管线钢化学成分配料,熔融,在1300~1400℃条件下浇铸成钢锭;将所述钢锭加热至1200~1220℃,保温1.5~2.5小时,随后冷却至1080~1100℃,即得待轧钢锭。然后对所述待轧钢锭进行轧制:粗轧终轧温度为950~970℃,精轧开轧温度为920~930℃,精轧终轧温度为860~870℃。驰豫终止温度为730~733℃,板坯返红温度为400~410℃,随炉冷却,得到高抗HIC性能的X70级管线钢。
实施例2
一种高抗HIC性能的X70级管线钢及其制备方法。
所述高抗HIC性能的X70级管线钢的化学成分是:C为0.04~0.05wt%;Si为0.2~0.3wt%;Mn为1.1~1.2wt%;P为0.006~0.008wt%;S为0.0008~0.0015wt%;Cu为0.08~0.10wt%;Cr为0.2~0.25wt%;Ni为0.09~0.10wt%;Mo为0.1~0.12wt%;Nb为0.03~0.04wt%;V为0.02~0.03wt%;Ti为0.003~0.004wt%;Mg为0.003~0.004wt%;其余为Fe及不可避免的杂质。
所述高抗HIC性能的X70级管线钢的制备方法是:依据所述高抗HIC性能X70管线钢化学成分配料,熔融,在1400~1500℃条件下浇铸成钢锭;将所述钢锭加热至1210~1230℃,保温1.5~2.5小时,随后冷却至1090~1110℃,即得待轧钢锭。然后对所述待轧钢锭进行轧制:粗轧终轧温度为970~1000℃,精轧开轧温度为930~940℃,精轧终轧温度为870~880℃。驰豫终止温度为733~736℃,板坯返红温度为410~420℃,随炉冷却,得到高抗HIC性能的X70级管线钢。
实施例3
一种高抗HIC性能的X70级管线钢及其制备方法。
所述高抗HIC性能的X70级管线钢的化学成分是:C为0.04~0.05wt%;Si为0.2~0.3wt%;Mn为1.1~1.2wt%;P为0.006~0.008wt%;S为0.0008~0.0015wt%;Cu为0.08~0.10wt%;Cr为0.2~0.25wt%;Ni为0.09~0.10wt%;Mo为0.1~0.12wt%;Nb为0.03~0.04wt%;V为0.02~0.03wt%;Ti为0.004~0.005wt%;Mg为0.003~0.004wt%;其余为Fe及不可避免的杂质。
所述高抗HIC性能的X70级管线钢的制备方法是:依据所述高抗HIC性能X70管线钢化学成分配料,熔融,在1400~1500℃条件下浇铸成钢锭;将所述钢锭加热至1220~1240℃,保温1.5~2.5小时,随后冷却至1100~1120℃,即得待轧钢锭。然后对所述待轧钢锭进行轧制:粗轧终轧温度为1000~1030℃,精轧开轧温度为940~950℃,精轧终轧温度为880~890℃。驰豫终止温度为736~738℃,板坯返红温度为420~425℃,随炉冷却,得到高抗HIC性能的X70级管线钢。
实施例4
一种高抗HIC性能的X70级管线钢及其制备方法。
所述高抗HIC性能的X70级管线钢的化学成分是:C为0.04~0.05wt%;Si为0.2~0.3wt%;Mn为1.1~1.2wt%;P为0.006~0.008wt%;S为0.0008~0.0015wt%;Cu为0.08~0.10wt%;Cr为0.2~0.25wt%;Ni为0.09~0.10wt%;Mo为0.1~0.12wt%;Nb为0.03~0.04wt%;V为0.02~0.03wt%;Ti为0.004~0.005wt%;Mg为0.004~0.005wt%;其余为Fe及不可避免的杂质。
所述高抗HIC性能的X70级管线钢的制备方法是:依据所述高抗HIC性能X70管线钢化学成分配料,熔融,在1500~1600℃条件下浇铸成钢锭;将所述钢锭加热至1230~1250℃,保温1.5~2.5小时,随后冷却至1110~1130℃,即得待轧钢锭。然后对所述待轧钢锭进行轧制:粗轧终轧温度为1030~1050℃,精轧开轧温度为940~950℃,精轧终轧温度为880~890℃。驰豫终止温度为738~740℃,板坯返红温度为425~430℃,随炉冷却,得到高抗HIC性能的X70级管线钢。
本具体实施方式与现有技术相比具有如下积极效果:
本具体实施方式通过添加Ti、Mg元素进行脱氧处理,减化了繁琐的夹杂物净化工艺,减少了Nb、V等微合金化元素的添加,节省了生产成本和生产周期。MgO在钢水中的临界形核半径约为0.226nm,在钢水中容易形核且形核质点细小,易成为后续夹杂物析出核心,降低夹杂物长大趋势,使夹杂物在钢中的分布更加均匀;而且Ti和Al氧化物临界形核半径相似,易以Ti-Al氧化物复合析出形核,形成大量细小、弥散的Ti-Al和Al-Mg-Ti氧化物作为夹杂物核心,有效减小钢中硫化物夹杂尺寸。
采用INCA-STEEL自动扫描电镜在5000X放大倍数下,对本具体实施方式所制备的高抗HIC性能的X70级管线钢进行统计,其中:≤1μm的夹杂物数量达到1300个/mm2;1~5μm的夹杂物达到600个/mm2;≥5μm尺寸夹杂物85个/mm2;夹杂物核心是约1μm的Al-Mg-Ti复合氧化物夹杂,MnS在夹杂表面局部析出,呈典型椭球形。另一种为少量形状不规则尺寸较大的氧化物与MnS的复合夹杂物。该尺寸状态下的夹杂物都能成为较好的不可逆氢陷阱,提高材料抗HIC敏感性。
采用NACE A溶液根据相关标准,对本具体实施方式所制备的高抗HIC性能的X70级管线钢进行HIC测试,结果显示:该钢在5%NaCl+0.5%CH3COOH+饱和H2S水溶液持续浸泡96小时后,评定三种试验钢的裂纹敏感率(CSR)、裂纹长度敏感率(CLR)、裂纹厚度敏感率(CTR)指数皆为0,表现出优异的抗HIC敏感性。
因此,本具体实施方式专利具有工艺简单和流程短的特点,所制备的高抗HIC性能的X70级管线钢具有高的抗HIC性能。
Claims (2)
1.一种高抗HIC性能的X70级管线钢的制备方法,其特征在于所述高抗HIC性能的X70级管线钢的化学成分是:C为0.04~0.05wt%,Si为0.2~0.3wt%,Mn为1.1~1.2wt%,P为0.006~0.008wt%,S为0.0008~0.0015wt%,Cu为0.08~0.10wt%,Cr为0.2~0.25wt%,Ni为0.09~0.10wt%,Mo为0.1~0.12wt%,Nb为0.03~0.04wt%,V为0.02~0.03wt%,Ti为0.002~0.005wt%,Mg为0.002~0.005wt%,其余为Fe及不可避免的杂质;
所述高抗HIC性能的X70级管线钢的制备方法是:依据所述高抗HIC性能X70管线钢化学成分配料,熔融,在1300~1600℃条件下浇铸成钢锭;将所述钢锭加热至1200~1250℃,保温1.5~2.5小时,随后冷却至1080~1130℃,即得待轧钢锭;然后对所述待轧钢锭进行轧制:粗轧终轧温度为950~1050℃,精轧开轧温度为920~950℃,精轧终轧温度为860~890℃;驰豫终止温度为730~740℃,板坯返红温度为400~430℃,随炉冷却,得到高抗HIC性能的X70级管线钢。
2.一种高抗HIC性能的X70级管线钢,其特征在于所述高抗HIC性能的X70级管线钢是根据权利要求1所述的高抗HIC性能的X70级管线钢的制备方法所制备的高抗HIC性能的X70级管线钢。
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