CN112226676B

CN112226676B - 一种低成本l320ms/x46ms抗硫化氢腐蚀焊管用热轧钢带及其制造方法

Info

Publication number: CN112226676B
Application number: CN202010913835.1A
Authority: CN
Inventors: 曹妍; 宿成; 刘妍; 段云波; 李志成; 崔海平
Original assignee: Baotou Iron and Steel Group Co Ltd
Current assignee: Baotou Iron and Steel Group Co Ltd
Priority date: 2020-09-03
Filing date: 2020-09-03
Publication date: 2021-12-21
Anticipated expiration: 2040-09-03
Also published as: CN112226676A

Abstract

本发明公开了一种低成本L320MS/X46MS抗硫化氢腐蚀焊管用热轧钢带及其制造方法，钢中化学成分按质量百分比为：C≤0.08％、Si0.10％‑0.20％、Mn1.05％‑1.20％、Ti0.010％～0.025％、Cr0.10％‑0.25％、Alt≤0.020％～0.035％、P≤0.015％、S≤0.0015％、H≤0.0002％、O≤0.0030％、N≤0.0050％，余量为Fe和不可避免的杂质。还公布了其制造方法。本发明制造的L390MS/X46MS热轧钢带的综合力学性能优良，具备突出的经济效益和良好的社会效益。

Description

一种低成本L320MS/X46MS抗硫化氢腐蚀焊管用热轧钢带及其制造方法

技术领域

本发明涉及高纯净低合金高强度钢铁产品技术领域，主要涉及一种油气输送用管线钢及其热轧钢带的制造方法，尤其是一种低成本抗氢致开裂(HIC)和抗硫化氢应力腐蚀开裂(SSCC)性能以及低温韧性优异的L320MS/X46MS管线钢热轧钢带及其制造方法。

背景技术

L320MS/X46MS抗H2S腐蚀焊管用热轧钢带用于缅甸石油燃气公司天然气管线项目工程建设。由于受地质环境的影响，产品要求具有抗硫化氢腐蚀和应力腐蚀开裂双重性能。

文献CN101418419公开了一种用于无缝油套钢管生产工艺，且需要热处理态交付，而本专利适用于焊管用L320MS/X46MS耐酸管线钢热轧钢带生产，可用于油气水输送管制造，两者制造工艺和产品用途不一样，无缝钢管制造工艺复杂，成本高于焊管，因此开发具有抗硫化氢腐蚀作用的管线钢热轧钢带适用性更广，实用性更强。

文献CN101451214公开了一种大厚度抗硫化氢钢板的生产，与本专利在成分设计和生产工艺上有很大的差别，本专利适用于小厚度热轧钢带的生产，屈服强度范围在320-400MPa。本专利采用低碳微合金成分设计，合金成本低，其超低硫控制能力已达到国际先进水平，为铸坯的低倍质量和抗氢性提供了更高的保障。

文献CN109457179公开了一种L290M/X42MS级别的抗硫化氢腐蚀焊管用热轧钢带及其制造方法，本专利适用于L320M/X46MS级别的抗硫化氢腐蚀焊管用热轧钢带制造方法，而且产品避免贵金属添加，采用低碳+Ti+Cr合金成分设计和2250mm热连轧产线的设备优势使产品制造成本大大降低。

发明内容

本发明的目的是提供一种低成本L320MS/X46MS抗硫化氢腐蚀焊管用热轧钢带及其制造方法，生产的热轧钢带力学性能满足：屈服强度365-415MPa，拉伸强度450-490MPa，延伸率≥43％，屈强比≤0.85，-60℃夏比冲击功Akv≥300J，晶粒度≥10级，-40℃落锤剪切面积≥85％，按国际NACE标准检验抗HIC性能和抗SSCC性能，均完全符合要求。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种低成本L320MS/X46MS抗硫化氢腐蚀焊管用热轧钢带，其组成成分按质量百分比计包括：C≤0.07％、Si 0.10％-0.20％、Mn 1.05％-1.20％、Ti 0.015％～0.025％、Cr0.10％-0.20％、Alt≤0.020％～0.035％、P≤0.015％、S≤0.0015％、H≤0.0002％、O≤0.0030％、N≤0.0050％，余量为Fe和不可避免的杂质。

进一步的，其组成成分按质量百分比计包括：C 0.06％、Si 0.15％、Mn 1.12％、Ti0.020％、Cr 0.13％、Alt 0.031％、P 0.011％、S 0.001％、H 0.0002％、O 0.001％、N0.0035％，余量为Fe和不可避免的杂质。

进一步的，其组成成分按质量百分比计包括：C 0.06％、Si 0.16％、Mn 1.12％、Ti0.020％、Cr 0.14％、Alt 0.032％、P 0.012％、S 0.001％、H 0.0001％、O 0.001％、N0.0041％，余量为Fe和不可避免的杂质。

进一步的，其组成成分按质量百分比计包括：C 0.06％、Si 0.14％、Mn 1.13％、Ti0.022％、Cr 0.15％、Alt 0.026％、P 0.013％、S 0.001％、H 0.0001％、O 0.001％、N0.0023％，余量为Fe和不可避免的杂质。

一种低成本L320MS/X46MS抗硫化氢腐蚀焊管用热轧钢带的制造方法，包括以下工序：KR铁水脱硫预处理—转炉顶底吹炼—LF精炼—RH精炼—板坯连铸—再加热—粗轧和精轧机组控制轧制—冷却—卷取—托盘运输***—取样、检验；其中粗轧和精轧机组控制轧制工序包括粗轧高压水除鳞—定宽压力机—E1R1粗轧机—E2R2粗轧机—保温罩—飞剪—精轧高压水除鳞—F1-F7精轧机；冷却采用加密型层流冷却，板坯连铸处理后形成的连铸坯中，P≤0.015％；S≤0.0015％；[N]≤0.005，[O]≤0.003，[H]≤0.0002；RH精炼工序真空度要求≤2.6mbar，保持真空时间≥10min。RH真空处理期间保证循环纯脱气时间≥7min；RH真空处理结束后，喂入钙线进行钙处理，喂丝后保证软吹时间大于8min；采用连铸坯轻压下技术控制中心偏析。

进一步的，采用2250mm热连轧轧制，连铸坯厚度230mm，连铸坯经步进式加热炉加热至1170-1190℃出炉，随后经粗轧及精轧机组进行两阶段控制轧制，轧制道次6-8道次模式，中间坯厚度38-55mm，精轧开轧温度930-1000℃，精轧终轧温度为825～865℃，随后采用前集中层流冷却方式即15～25℃/s的速度均匀冷却，在480-580℃进行卷取。

与现有技术相比，本发明的有益技术效果：

(1)凭借2250mm轧机设备优势，产品设计灵活、合理，成本低廉，适用于国内外抗硫化氢腐蚀L320MS/X46MS热轧产品需求，以C-Mn钢为主，仅添加微量的Cr、Ti合金元素，有助于企业降本增效。

(2)产品具有良好的塑性和低温韧性，不仅可以应用在极寒地区，而且产品具有抗氢致开裂和抗硫化氢应力腐蚀开裂双重特性，完全符合国家标准和国际标准要求。

(3)本发明的L320MS/X46MS热轧卷板产品性能优异，成分设计经济合理，并结合纯净钢冶炼连铸技术和控轧控冷工艺轧制成卷板，质量优异，焊制成的钢管可广泛应用到油气输送管道建设，各项指标均满足API SPEC 5L规范及中石油中石化通用技术条件要求，具备突出的经济效益和良好的社会效益。

附图说明

下面结合附图说明对本发明作进一步说明。

图1为本发明实施例1获得的L320MS/X46MS热轧钢带的金相组织。

具体实施方式

针对中国-缅甸能源项目工程提供一种耐硫化氢腐蚀性能的石油天然气焊管用L390M/X46MS热轧钢带的制造方法，本发明合金设计以C-Mn-Ti-C钢为主，取消Nb、Cr等贵金属，并结合纯净钢冶炼和TMCP控轧控冷工艺，最终生产出低成本且适用于缅甸燃气公司项目工程使用且具有优异HIC和SSCC性能的产品。

其中：

C：钢中C含量增加，屈服强度和抗拉强度升高，但塑韧性下降。对于管线钢来说，如果碳含量过高，钢的韧性会急剧下降，焊接性恶化，同时C是易偏析元素会加剧铸坯中心偏析，轧制后易形成珠光体带状组织，会严重影响钢材抗氢致裂纹性能，因此采用低碳成分设计思路是抗H2S管线产品设计的前提，而通过合金元素的作用来弥补钢材强度损失。因此，本发明将碳含量控制为≤0.07％。

Si：脱氧元素，固溶于铁素体以提高钢的强度，但同时要损失塑性和韧性，本发明将Si含量控制为0.10％～0.20％。

Mn：锰可以与铁无限置换固溶，是很好的固熔强化元素，但对于抗硫化氢性能来说，业内通常要求钢中添加小于1.2％的锰含量，因为锰在钢中与碳、磷元素一样均易富集于铸坯中心形成硬相偏析带，轧制后生成珠光体带状组织造成钢的HIC性能下降。因此，本发明的尽量降低锰含量为1.05％～1.20％。

Ti：钛在加热和凝固过程中与碳和氮有极强的亲和力，形成非常稳定的TiC、TiN质点富集于晶界处，形成难溶的第二相粒子阻碍晶界迁移和位错运动，有强烈阻止晶粒长大的作用，对改善钢焊接时热影响区的断裂韧性有明显作用。因此，本发明将Ti含量控制在0.015％～0.025％。

Cr：Cr对于减慢CO2-H2S-Cl-环境中的腐蚀速度极为有利；另一方面它的弥散碳化物也是氢的强陷阱，所以在条件允许的情况下Cr的含量要足够，而且Cr可以提高淬透性，使钢淬火后具有较好的综合力学性能。但是Cr合金成本也较高，因此本发明中根据产品厚度和用户要求来选择添加量，一般Cr含量控制在0.10％～0.20％。

Alt：脱氧元素，添加适量的铝可形成细小弥散的AlN粒子，有利于细化晶粒，提高钢的强韧性能，本发明的Alt含量控制在0.020％～0.035％。

S：是抗酸性管线钢中极为有害的元素，急剧提高HIC和SSCC敏感性。S与Mn生成的MnS夹杂是HIC最易成核的位置，一般通过钙处理可使MnS成为散的球状体，从而可以抑制HIC的形成，使裂纹敏感性明显降低。有研究表明：只有当硫含量低于0.002％时，HIC和SSC敏感性明显降低，甚至可以将其忽略。因此，本发明将S含量控制为S≤0.0020％。

P：是钢中不可避免的杂质元素，同时是易偏析元素，造成成分和组织的不均匀，增大裂纹敏感性。因此，本发明将P含量控制为P≤0.015％。

H：H在固态钢中溶解度极小，在高温时溶入钢液，冷却时来不及逸出而聚集在组织中形成高压细微气孔，从而会加剧钢材HIC和SSCC开裂，本发明将通过真空脱气使H含量控制在0.0002％以下。

O：O在钢中主要以夹杂物形式存在，过多的氧会与Ca、Al形成硬度较大块状或线性分布的复合氧化物类夹杂，避免其尖端应力集中导致的裂纹源使HIC和SSCC敏感性降低。

N：是钢中不可避免的杂质元素。本发明中N含量控制为N≤0.0050％。

本发明采用TMCP热机械轧制工艺制造上述L320MS/X46MS管线钢热轧卷板。其生产工艺流程涉及：KR脱硫—转炉—LF炉—RH—板坯连铸—再加热炉—粗轧高压水除鳞—定宽压力机—E1R1粗轧机—E2R2粗轧机—(保温罩)—飞剪—精轧高压水除鳞—F1-F7精轧机—加密型层流冷却—卷取—托盘运输***—取样、检验。

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≤0.015％；S≤0.0015％；[N]≤0.005，[O]≤0.003，[H]≤0.0002；RH精炼工序真空度要求≤2.6mbar，保持真空时间≥10min。RH真空处理期间保证循环纯脱气时间≥7min；RH真空处理结束后，喂入钙线进行钙处理，喂丝后保证软吹时间大于8min；采用连铸坯轻压下技术控制中心偏析。

采用2250mm热连轧轧制，连铸坯厚度230mm，连铸坯经步进式加热炉加热至1170-1190℃出炉，随后经粗轧及精轧机组进行两阶段控制轧制，轧制道次6-8道次模式，中间坯厚度38-55mm，精轧开轧温度930-1000℃，精轧终轧温度为825～865℃，随后采用前集中层流冷却方式即15～25℃/s的速度均匀冷却，在480-580℃进行卷取。

以下通过实施例详细说明本发明的内容，本领域技术人员应当理解，实施例仅出于便于理解本发明内容的目的，并不对本发明的内容进行限制。

实施例1-实施例4的实验钢使用成分的重量百分比如下表1所示，表2为各实施例的具体工艺制度，表3为各实施例钢的力学性能。其中图1示出了实施例1获得钢带的金相组织，可见金相组织为铁素体+贝氏体，晶粒细小均匀，无带状组织，晶粒大小大于10级。

表1：各实施例钢化学成分(wt，％)

实施例	C	Si	Mn	P	S	Alt	Ti	Cr	H	O	N
												202101708	0.06	0.15	1.12	0.011	0.001	0.031	0.020	0.13	0.0002	0.001	0.0035
203111999	0.06	0.16	1.12	0.012	0.001	0.032	0.020	0.14	0.0001	0.001	0.0041
												204100951	0.06	0.14	1.13	0.013	0.001	0.026	0.022	0.15	0.0001	0.001	0.0023

表2：各实施例工艺制度

实施例	铸坯厚度/mm	出炉温度/℃	精轧开轧温度/℃	精轧终轧温度/℃	卷取温度/℃
						1	230	1169	966	820	495
2	230	1170	977	831	500
						3	230	1185	988	826	496

表3：各实施例钢力学性能

表4实施例钢抗HIC性能

注：试样表面均无氢鼓泡。

从实施例可以看出，本发明实施例钢低温冲击韧性优异，屈服强度365-415MPa，拉伸强度450-490MPa，延伸率≥43％，屈强比≤0.85，-60℃夏比冲击功Akv≥300J，晶粒度≥10级，-40℃落锤剪切面积≥85％，按国际NACE标准检验抗HIC性能和抗SSCC性能，均完全符合要求。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims

1.一种低成本L320MS/X46MS抗硫化氢腐蚀焊管用热轧钢带，其特征在于，其组成成分按质量百分比计包括：C≤0.07％、Si 0.10％-0.20％、Mn 1.05％-1.20％、Ti 0.015％～0.025％、Cr 0.10％-0.20％、Alt 0.020％～0.035％、P≤0.015％、S≤0.0015％、H≤0.0002％、O≤0.0030％、N≤0.0050％，余量为Fe和不可避免的杂质；

其制造方法，包括以下工序：KR铁水脱硫预处理—转炉顶底吹炼—LF精炼—RH精炼—板坯连铸—再加热—粗轧和精轧机组控制轧制—冷却—卷取—托盘运输***—取样、检验；其中粗轧和精轧机组控制轧制工序包括粗轧高压水除鳞—定宽压力机—E1R1粗轧机—E2R2粗轧机—保温罩—飞剪—精轧高压水除鳞—F1-F7精轧机；冷却采用加密型层流冷却，其特征在于：板坯连铸处理后形成的连铸坯中，P≤0.015％；S≤0.0015％；[N]≤0.005，[O]≤0.003，[H]≤0.0002；RH精炼工序真空度要求≤2.6mbar，保持真空时间≥10min；RH真空处理期间保证循环纯脱气时间≥7min；RH真空处理结束后，喂入钙线进行钙处理，喂丝后保证软吹时间大于8min；采用连铸坯轻压下技术控制中心偏析；

采用2250mm热连轧轧制，连铸坯厚度230mm，连铸坯经步进式加热炉加热至1170-1190℃出炉，随后经粗轧及精轧机组进行两阶段控制轧制，轧制道次6-8道次模式，中间坯厚度38-55mm，精轧开轧温度930-1000℃，精轧终轧温度为825～865℃，随后采用前集中层流冷却方式即15～25℃/s的速度均匀冷却，在480-580℃进行卷取；

所制备的钢带屈服强度为377-405MPa，抗拉强度为466-481MPa。

2.根据权利要求1所述的低成本L320MS/X46MS抗硫化氢腐蚀焊管用热轧钢带，其特征在于，其组成成分按质量百分比计包括：C 0.06％、Si 0.15％、Mn 1.12％、Ti 0.020％、Cr0.13％、Alt 0.031％、P 0.011％、S 0.001％、H 0.0002％、O 0.001％、N 0.0035％，余量为Fe和不可避免的杂质。

3.根据权利要求1所述的低成本L320MS/X46MS抗硫化氢腐蚀焊管用热轧钢带，其特征在于，其组成成分按质量百分比计包括：C 0.06％、Si 0.16％、Mn 1.12％、Ti 0.020％、Cr0.14％、Alt 0.032％、P 0.012％、S 0.001％、H 0.0001％、O 0.001％、N 0.0041％，余量为Fe和不可避免的杂质。

4.根据权利要求1所述的低成本L320MS/X46MS抗硫化氢腐蚀焊管用热轧钢带，其特征在于，其组成成分按质量百分比计包括：C 0.06％、Si 0.14％、Mn 1.13％、Ti 0.022％、Cr0.15％、Alt 0.026％、P 0.013％、S 0.001％、H 0.0001％、O 0.001％、N 0.0023％，余量为Fe和不可避免的杂质。