CN109047693B - 一种tmcp交货的经济型抗hic管线钢板x52ms及其制造方法 - Google Patents

一种tmcp交货的经济型抗hic管线钢板x52ms及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种TMCP交货的经济型抗HIC管线钢板X52MS，化学成分为C 0.08‑0.095，Si 0.3‑0.4；Mn 0.7‑0.9；Nb+Ti≤0.03；P≤0.008；S≤0.0008；[N]≤0.002，[O]≤0.0010，[H]≤0.0001，余量为Fe及不可避免的杂质；化学成分中不刻意添加Cr、Ni、Mo、Cu，产品具有均匀的铁素体珠光体组织，带状组织小于2级。工艺流程：KR铁水预处理‑转炉‑LF精炼‑RH真空脱气‑板坯连铸‑缓冷‑轧制‑冷却‑精检‑性能检测‑包装入库。本申请实现了具有成分经济性和抗HIC性能的管线钢板X65MS的生产。

Description

一种TMCP交货的经济型抗HIC管线钢板X52MS及其制造方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，涉及一种成分更加经济的TMCP交货的具有抗HIC性能的管线钢板X52MS及其制造方法。
背景技术
当前，管道输送仍然是石油、天然气等主要能源的输送手段，也是最为经济、安全的长距离输送方式。随着输送能源介质的多样性，部分石油、天然气中含有少量的硫化氢等腐蚀介质，对管道有一定的腐蚀性，严重影响到输送管道的安全性。为防止由于硫化氢腐蚀导致的开裂，行业内开发了多种抗HIC、SSC管线钢板，目前主要应用钢级为BMS-X65MS，本专利涉及到的钢种为X52MS。
当前研究普遍认为，导致硫化氢腐蚀开裂的主要原因有两种，一种是氢原子在夹杂物位置聚集形成氢分子，导致开裂；一种是氢原子中心偏析组织位置聚集开裂。为此，目前采取的主要手段是降低碳含量来减轻中心偏析，碳含量一般在0.05％以内，碳含量降低后，为保证钢板的强度，通常需要加入Cr、Ni、Mo等贵重合金元素，来保证钢板的强度。
专利公告号CN 10493715A、CN100359035 C等多项专利均提出过采用超低碳+Nb、V、Cr、Ni、Mo等合金元素的生产工艺开发抗HIC管线钢，超低碳虽然能够客观上减轻偏析，避免过多的珠光体带，但是，也同样带来了生产成本高。同时，在冶炼上，需要采用RLR工艺进行生产，两次真空处理对制造成本和生产效率有很大影响。
研究发现，相对于C元素来讲，Mn元素对中心偏析的影响更大，尤其是对于HIC敏感性来讲，过高的Mn会导致HIC敏感性明显变大，从而导致抗HIC性能变差。结合最新研究成果，我们提出一种具有良好经济性和抗HIC性能的经济型抗HIC管线钢及其制造方法，可省去Cr、Ni、Mo、Cu等贵重金属元素的添加。
发明内容
针对TMCP交货的抗HIC管线钢板X52MS，通过合理的成分设计来去除贵重合金元素提高经济性，同时精确设定加热、轧制和冷却工艺来保证钢板的强度和抗HIC性能，重点解决目前TMCP交货的抗HIC管线钢制造成本高，HIC性能不稳定的技术问题。
本申请解决上述问题的具体技术方案为，一种TMCP交货的经济型抗HIC管线钢板X52MS，化学成分按质量百分比％计为，C 0.08-0.095，Si 0.3-0.4；Mn 0.7-0.9；Nb+Ti≤0.03；P≤0.008；S≤0.0008；[N]≤0.002，[O]≤0.0010，[H]≤0.0001，余量为Fe及不可避免的杂质；化学成分中不刻意添加Cr、Ni、Mo、Cu。
产品组织为均匀的铁素体珠光体组织，带状组织小于2级。
与现有TMCP状态交货的抗HIC管线钢相比，通过提高碳含量来保证钢板的最终强度，通常抗HIC管线钢的碳含量为0.02-0.05％，本发明专利为0.08-0.095％，提高碳可以抵消去除Cr、Ni、Mo等贵重合金元素后导致的强度下降的问题；同时，降低Mn含量，通常抗HIC管线钢钢板的Mn含量设计范围为1.1-1.3％，本发明专利中Mn含量为0.7-0.9％，降低Mn含量可以减轻中心位置的Mn偏析，从而改善最终钢板的抗HIC性能。
本发明中所含有所有关键组分的作用及其含量选择理由具体说明如下：
C：钢中经济性最好的强化元素，对强度贡献最大。过高则对韧性、焊接性不好，还容易加重中心偏析，导致铁素体珠光体带状组织严重，从而导致HIC性能较差。本发明专利中，重点平衡经济性、强度和抗HIC性能三者之间的关系，最终C含量选择范围为0.08-0.095％。
Si：以固溶强化形式提高钢的强度，过高会对表面质量、韧性及焊接性能产生不利影响，本发明专利中重点考虑对强度的影响，综合考虑，本发明Si含量选择范围为0.3-0.4％。
Mn：在抗HIC管线中，对强度的贡献仅次于碳，也具有良好的经济性，但是，过多的Mn会加重中心偏析，尤其是在C含量较高的情况下，过多的Mn会极大提高材料的HIC敏感性，因此，本发明专利中，在提高C含量的前提下，降低了Mn含量的范围，以此来保证HIC性能的稳定性。综合考虑，Mn含量范围为0.7-0.9％；
Nb、Ti：主要微合金元素，通过细晶强化。析出强化来细化晶粒，提高强度和韧性。本发明Nb+Ti含量的选择范围为0.02-0.03％，二者自由比例添加，且均不为0。
P、S、[O]、[N]、[H]：作为钢中的主要杂质元素，过高会导致HIC敏感性增大，在较低合金含量下，控制得越低越好。根据现有实际生产条件，本发明P、S、[O]、[N]、[H]含量的选择范围为P≤0.008；S≤0.0008；[N]≤0.002，[O]≤0.0010，[H]≤0.0001，P+S+[N]+[O]+[P]≤100ppm。
本申请钢板的生产流程为：KR铁水预处理-转炉-LF精炼-RH真空脱气-板坯连铸-缓冷-轧制-冷却-精检-性能检测-包装入库。具体步骤如下
(1)冶炼原料依次经KR铁水脱硫预处理、转炉顶底吹炼、LF精炼、RH精炼和连铸工艺处理，形成的高纯净连铸坯，P≤0.008；S≤0.0008；[N]≤0.002，[O]≤0.0010，[H]≤0.0001，A、B、C、D四类夹杂物总和小于等于2级，采用连铸坯轻压下和电磁搅拌技术控制中心偏析，坯料按照曼内斯曼标准评级M1；连铸完成后对连铸坯实施加罩缓冷扩氢处理，缓冷时间为≥120小时；
(2)将连铸坯加热至1250～1280℃，均热段保温150-180min，连铸坯出炉后使用高压水除鳞；
(3)采用两阶段轧制工艺：第一阶段为粗轧阶段，开轧温度在1100-1150℃；第二阶段为精轧阶段，开轧温度为880-920℃，控制终轧温度820-880℃，轧后热矫直；
(4)钢板轧制后进入ACC冷却设备进行冷却，终冷温度控制在600-650℃；
(5)热矫直后钢板进行下线堆缓冷，堆缓冷时间≥24小时。
本发明改变以往抗HIC管线钢板采用超低碳(0.02-0.05％)+多种贵重微合金化的成分设计思路，通过提高碳含量(0.08-0.095％)来保证强度，降低贵重合金元素，提高经济性，同时降低Mn含量(0.7-0.9％)来避免由于中心Mn偏析导致HIC下降；在此成分设计基础上，通过高纯净钢的冶炼工艺、动态轻压下技术和电磁搅拌技术，实现高纯净无缺陷连铸坯的生产，中心偏析稳定控制在曼内斯曼1级；同时，利用提高加热温度、延长加热时间以及对控制轧制阶段中开轧温度、终轧温度以及冷却方式的精确控制，实现了对钢板的组织的有效调控，实现了具有抗HIC性能的经济性抗HIC管线钢板X52MS的生产。
附图说明
图1为本发明X65MS钢板的显微组织；
图2为本发明实施例1和2的抗HIC试验试样截图面。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
Ni、Mo、Cu等贵重合金元素(即作为残余元素存在)，同时严格控制P、S、[O]、[N]、[H]等杂质元素含量，并采用动态轻压下技术和电磁搅拌技术控制连铸坯中心偏析，使得中心偏析控制在曼内斯曼M1级；轧钢环节，采用高温加热，均热段温度在1250-1280℃，延长保温时间，150-180min，通过高温二次加热进一步减轻偏析；后续采取合理的轧制和冷却工艺，得到均匀的铁素体珠光体组织和优良的抗HIC性能。
实施例1-2：
根据本发明的化学成分范围及制造方法，经KR铁水预处理—转炉冶炼—LF精炼—RH真空脱气—连铸—连铸坯加罩缓冷—连铸坯检查清理—铸坯加热—高压水除鳞—控轧控冷—矫直—钢板堆缓冷等工艺步骤，制造厚度25mm(实施例1和2)的X52MS经济型抗HIC管线钢。
连铸坯满足P≤0.008；S≤0.0008；[N]≤0.002，[O]≤0.0010，[H]≤0.0001，A、B、C、D四类夹杂物总和小于等于2级，采用连铸坯轻压下和电磁搅拌技术控制中心偏析，坯料按照曼内斯曼标准评级M1；连铸完成后对连铸坯实施加罩缓冷扩氢处理，缓冷时间为≥120小时。
上述加热、轧制和缓冷阶段的具体工艺为：将370mm厚度连铸坯加热至1250-1280℃，保温150-180min，连铸坯出炉后使用高压水除鳞；然后进行两阶段轧制，第一阶段开轧温度1100-1150℃，中间坯厚度75mm，后三道次单道次平均压下率23％；第二阶段开轧温度为880-890℃，累计道次压下率66.7％，最终钢板厚度为25mm轧后进行ACC加速冷却，冷却速度8-10℃/S，终冷温度控制在620-630℃；热矫直后钢板进行下线加罩堆缓冷，堆缓冷时间≥72小时。
实施例1和2制得的钢板化学成分见表1，钢板的力学性能见表2，钢板的显微组织(随机取样)如图1，图1中清晰的显示组织为非常小的铁素体珠光体组织，带状组织小于2级。
表1实施例1和2中X52MS钢板的化学成分(wt.％)
实例 C Si Mn P S Al Nb+Ti [O] [N] [H]
1 0.08 0.35 0.85 0.004 0.0006 0.023 0.028 0.0011 0.0018 0.0001
2 0.09 0.34 0.83 0.004 0.0005 0.025 0.030 0.0009 0.0021 0.0001
表2实施例1和2中X52MS钢板的力学性能
Figure BDA0001774866990000041
表3实施例1和2中X52MS钢板的抗HIC性能
Figure BDA0001774866990000042
除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种TMCP交货的经济型抗HIC管线钢板X52MS，其特征在于：化学成分按质量百分比%计为，C 0.08-0.095，Si 0.3-0.4；Mn 0.7-0.9；Nb+Ti≤0.03；P ≤0.008；S ≤0.0008；[N]≤0.002，[O] ≤0.0010，[H] ≤0.0001，余量为Fe及不可避免的杂质；组织为均匀的铁素体珠光体组织，带状组织小于2级；
该X52MS管线钢板采用如下制备方法：
（1）冶炼原料依次经KR铁水脱硫预处理、转炉顶底吹炼、LF精炼、RH精炼和连铸工艺处理，形成的高纯净连铸坯，P ≤0.008；S ≤0.0008；[N] ≤0.002，[O] ≤0.0010，[H] ≤0.0001，A、B、C、D四类夹杂物总和小于等于2级，采用连铸坯轻压下和电磁搅拌技术控制中心偏析，坯料按照曼内斯曼标准评级M1；连铸完成后对连铸坯实施加罩缓冷扩氢处理，缓冷时间为≥120小时；
（2）将连铸坯加热至1250～1280℃，均热段保温150-180min，连铸坯出炉后使用高压水除鳞；
（3）采用两阶段轧制工艺：第一阶段为粗轧阶段，开轧温度在1100-1150℃；第二阶段为精轧阶段，开轧温度为880-920℃，控制终轧温度820-880℃，轧后热矫直；
（4）钢板轧制后进入ACC冷却设备进行冷却，终冷温度控制在600-650℃，冷却速度8-10℃/s；
热矫直后钢板进行下线堆缓冷，堆缓冷时间≥24小时。
2.根据权利要求1所述的TMCP交货的经济型抗HIC管线钢板X52MS，其特征在于：化学成分中不刻意添加Cr、Ni、Mo、Cu。
3.根据权利要求1所述的TMCP交货的经济型抗HIC管线钢板X52MS，其特征在于：连铸坯的厚度为370mm以上，粗轧后中间坯的厚度为75mm。
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