CN115584436A

CN115584436A - 一种经济型氢气输送管线钢及生产方法

Info

Publication number: CN115584436A
Application number: CN202211172545.1A
Authority: CN
Inventors: 邹航; 李利巍; 岳江波; 宋畅; 黄群新; 唐璇; 张鹏武
Original assignee: Wuhan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Wuhan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2022-09-26
Filing date: 2022-09-26
Publication date: 2023-01-10
Anticipated expiration: 2042-09-26
Also published as: CN115584436B; WO2024066987A1

Abstract

一种经济型氢气输送管线钢，其组分及wt%为：C：0.03～0.08%，Si：≤0.15%，Mn：0.53～1.19%，P：≤0.012%，S：≤0.0015%，Ti：0.010～0.080%，Al：0.025～0.048%，N：≤0.0045%，O：≤0.002%;方法：经冶炼后浇注成坯；对铸坯加热；粗轧；精轧；冷却；卷取。本发明屈服强度在298～507MPa，且无需进行热处理，缩短了生产制造流程，降低了整体能耗。

Description

一种经济型氢气输送管线钢及生产方法

技术领域

本发明涉及一种管线钢及生产方法，具体属于氢气输送管线钢及生产方法。

背景技术

氢气作为当前大力发展的清洁能源，在未来能源构成占比将大幅提升，预期2050年我国氢能消费总量将达到6000万吨。然而由于管道输送是最经济的氢气长距离输送方式，因此氢气输送专用钢市场需求规模巨大。

要解决氢气长距离安全输送问题，就需要材料具有良好的抗氢脆性能，具体到材料设计中则需要适宜的成分设计、良好的钢质纯净度和偏析控制水平、低的组织/残余应力、以及良好的性能均一性。

经检索：

中国专利申请号为202111089004.8的文献，公开了《一种L360QS输氢管线钢的生产方法》，其钢的化学成分百分含量为C＝0.07％～0.10％、Si＝0.20％～0.30％、Mn＝0.80％～0.90％、P≤0.008％、S≤0.0015％、Alt＝0.025％～0.035％、Nb＝0.010％～0.020％、Ti＝0.015％～0.020％、Cr＝0.10～0.15％、B≤0.0005％、Pcm＝0.16％～0.19％，余量为Fe和不可避免的杂质。按照该文献生产的正火L360QS钢，钢板性能均匀稳定，同板差在40MPa以内；屈服强度：380～420MPa；抗拉强度：480～560MPa；延伸率A50：45％～70％；屈强比≤0.75；-40℃冲击300～400J；-30℃落锤剪切面积比：85～100％。A溶液下抗HIC性能指标CLR、CTR、CSR均为0，在浓度10MPaH2实验下，断面收缩率＞60％，延伸率＞26％。但其基于常规抗H₂S腐蚀钢的设计理念，采用低碳+低锰+低P、S成分设计，以及采用正火+调质或调质工艺进行生产，解决低钢级产品抗酸性能要求，但其工艺成本较高，且不满足高钢级产品需求。

中国专利申请号为202210304498.5的文献，公开了《一种L245S输氢管线钢及其生产方法》，钢的化学成分含量为C＝0.03％～0.05％、Si＝0.20％～0.28％、Mn＝0.70％～1.0％、P≤0.010％、S≤0.0015％、Alt＝0.020％～0.040％、Nb＝0.020％～0.030％、Ca≤0.006％、B≤0.0005％、Pcm＝0.08％～0.12％，余量为Fe和不可避免的杂质。该文献采用在线淬火+离线回火工艺生产L245S，省去了离线淬火的再加热工艺，工序成本低，生产周期短，钢的合金含量低，钢板性能均匀稳定，具备良好的抗HIC、SSCC性能、抗氢脆性能：在压力6MPa氢环境，屈服强度350～420MPa，抗拉强度440～500MPa，断面收缩率＞50％，延伸率＞25％；在-20℃冲击试验下，冲击韧性300～400J；在-20℃落锤试验下，落锤剪切面积比均＞88％。但其同样为基于常规抗H₂S腐蚀钢的设计理念，采用低碳+低锰+低P、S成分设计，以及采用正火+调质或调质工艺进行生产，解决低钢级产品抗酸性能要求，导致工艺成本较高，且不满足高钢级产品需求。

发明内容

本发明针对抗高压氢气输送介质管线需求出发，提供一种屈服强度在298～507MPa，且无需进行后续热处理的经济型氢气输送管线钢及生产方法。

实现上述目的的措施：

一种经济型氢气输送管线钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.03～0.08％，Si：≤0.15％，Mn：0.53～1.19％，P：≤0.012％，S：≤0.0015％，Ti：0.010～0.080％，Al：0.025～0.048％，N：≤0.0045％，O：≤0.002％，其余为Fe及不可避免的杂质。

优选地：Ti的重量百分比含量为0.019～0.073％。

优选地：S的重量百分比含量为≤0.0012％。

优选地：N的重量百分比含量为≤0.0041％。

进一步地：添加：Cr≤0.30％或Mo≤0.20％或Nb≤0.04％或两种及以上的复合。

一种经济型氢气输送管线钢的生产方法，其在于步骤如下：

1)经冶炼后浇注成坯，控制在LF精炼阶段完成成分微调；

2)对铸坯加热，其间：控制铸坯表面入炉温度不低于650℃，铸坯平均温度不低于700℃，且控制相变率不超过8％；或切割后堆垛缓冷至500℃以下再装炉，控制相变率超过92％；控制加热温度在1200～1280℃。但优选的应采取高温装炉，以降低加热能耗。

3)进行粗轧，控制粗轧总压下率不低于80％，且粗轧末两道次压下率均不低于23％；

4)进行精轧：控制精轧总压下率在60～85％，且末两道次压下率均≤10％；控制终轧温度在860～920℃；

5)进行冷却，在冷却速度为10～40℃/s下冷却至卷取温度；

6)进行卷取，控制卷取温度在550～700℃。

进一步地：优选地控制铸坯入炉时的相变率不超过5％。

本发明中各组分及主要工艺的作用及机理

C：主要为固溶强化作用，提高钢的强度。但C属于易偏析元素，易导致珠光体条带或M/A条带的形成；同时C属于强淬透性元素，C过高时易导致控冷过程中板厚方向组织相变不均；上述结果均导致其不利于抗氢性能。适宜的C含量为0.03～0.08％。当Ti为0.04～0.08％时，其对C的消耗改善了C的偏析作用，C含量可提升至0.05～0.08％。

Si：在本发明中，其主要起到固溶强化作用，同时可辅助脱硫。但Si含量过高时，钢带表面易形成虎皮纹缺陷，而因虎皮纹缺陷导致的钢带表面冷却效率差异，会导致钢带板面组织相变不均，对抗氢性能不利，故Si含量控制在≤0.15％。

Mn：在本发明中，其主要起到固溶强化和提高钢的淬透性作用，但Mn属于强偏析元素，其偏析易导致局部相变温度降低，导致C的偏析加剧，因此应尽量控制Mn的加入量，故将Mn含量控制在0.53～1.19％。

Ti：在本发明中，其主要起到细晶强化和析出强化作用，此外由于Ti是强碳化物元素，TiC的析出可消耗钢中的C，对控制C的偏析有益；同时Ti的弥散析出质点是良好的氢陷阱，可提高抗氢性能。适宜的Ti含量为0.010～0.080％，优选地Ti的重量百分比含量为0.019～0.073％。

Al：在本发明中，其主要的脱氧元素，降低钢种O含量，同时起到固N作用，但过量时易导致中夹杂物尺寸和含量增加，同时降低钢水流动性。适宜加入量为0.025～0.048％。

P、S、N、O：在本发明中，均为限制型元素，P易中心偏析，S易与Mn形成条状夹杂、N易与Ti结合形成超大尺寸TiN夹杂、O易增加夹杂物尺寸和数量，以上均不利于抗氢性能。

Cr、Mo：在本发明中如若加入，均主要起组织和细晶强化作用，其中Cr的易偏析程度与Mn相当，当增加Cr含量时，应降低Mn的加入量；Mo偏析程度较轻，可适宜添加，但加入量不宜过高，避免形成较多M/A硬相组织。

Nb：一般同Ti一起析出，起到细晶强化和析出强化作用。

本发明之所以控制铸坯表面入炉温度不低于650℃，铸坯平均温度不低于700℃，且控制相变率不超过8％；控制加热温度在1200～1280℃；是由于板坯切割后冷却过程中会发生相变，且板坯厚度方向存在温度梯度，板厚方向的相变时间和比例也存在差异，相变过程则伴随着组织的不均匀性；但当控制整体相变比例不超过8％时，其组织整体相对均匀，对后续轧钢和控冷过程中的组织遗传影响较小；当相变率介于8～92％时，整体相变及组织的不均匀性会遗传至后续的轧制和控冷过程中，导致最终组织的不均，进而影响抗氢性能；当相变率超过92％时，整体组织基本完全发生相变，整体组织再次相对均匀化，不在对后续轧钢和冷却过程中组织产生严重影响，但会导致再加热过程中能耗增加。

本发明之所以控制粗轧总压下率不低于80％，且粗轧末两道次压下率均不低于23％，是利用末两道此的大变形，使得组织累计大量形变，在随后的中间坯传输过程中晶粒充分发生静态再结晶，且使得晶粒均匀化，对后续精轧和控冷组织均匀化有益。

本发明之所以控制精轧总压下率在60～85％，且末两道次压下率均≤10％；控制终轧温度在860～920℃；高的终轧温度，以及限制末两道此压下率是为了避免轧制过程中的相变，避免表面局部硬相带的形成，进而降低氢鼓包风险。

本发明之所以在冷却速度为10～40℃/s下冷却至卷取温度，是由于过高的冷速会导致板厚组织性能不均，不利于抗氢性能，同时亦会导致板面局部硬块，氢鼓包风险增大。

本发明之所以控制卷取温度在550～700℃，是由于宜相对较高温度进行卷取，钢卷在空气中缓慢冷却过程中发生自会火，进一步消除组织相变应力，提升抗氢性能。

本发明与现有技术相比，本发明屈服强度在298～507MPa，且无需进行热处理，缩短了生产制造流程，降低了整体能耗。

附图说明

图1为本发明的金相组织图。

具体实施方式

下面对本发明予以详细描述：

表1为本发明各实施例及对比例的化学成分列表；

表2为本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表；

表3为本发明各实施例及对比例性能列表。

本发明各实施例按照以下步骤生产

1)经冶炼后浇注成坯，控制在LF精炼阶段完成成分微调；

2)对铸坯加热，其间：控制铸坯表面入炉温度不低于650℃，铸坯平均温度不低于700℃，且控制相变率不超过8％；控制加热温度在1200～1280℃；

5)进行冷却，在冷却速度为10～40℃/s下冷却至卷取温度；

6)进行卷取，控制卷取温度在550～700℃。

表1本发明各实施例和对比例的成分取值列表(wt％)

表2本发明各实施例的主要工艺参数列表

表3本发明各实施例及对比例的性能列表

从表3可以看出，所设计产品没有采用高能耗的离线热处理工艺，并具有良好的韧性和抗氢性能，氢环境下延伸率达到常规环境下延伸率96％以上。

本具体实施方式仅为最佳例举，并非对本发明技术方案的限制性实施。

Claims

1.一种经济型氢气输送管线钢，其组分及重量百分比含量为：

C：0.03～0.08%，Si：≤0.15%，Mn：0.53～1.19%，P：≤0.012%，S：≤0.0015%，Ti：0.010～0.080%，Al：0.025～0.048%，N：≤0.0045%，O：≤0.002%，其余为Fe及不可避免的杂质。

2.如权利要求1所述的一种经济型氢气输送管线钢，其特征在于：Ti的重量百分比含量为0.019～0.073%。

3.如权利要求1所述的一种经济型氢气输送管线钢，其特征在于：S的重量百分比含量为≤0.0012%。

4.如权利要求1所述的一种经济型氢气输送管线钢，其特征在于：N的重量百分比含量为≤0.0041%。

5.如权利要求1所述的一种经济型氢气输送管线钢，其特征在于：，添加：Cr≤0.30%或Mo≤0.20%或Nb≤0.04%或其中两种及以上的复合。

6.生产如权利要求1所述的一种经济型氢气输送管线钢的方法，其特征在于步骤如下：

1）经冶炼后浇注成坯，控制在LF精炼阶段完成成分微调；

2）对铸坯加热，其间：控制铸坯表面入炉温度不低于650℃，铸坯平均温度不低于700℃，且控制相变率不超过8%，或切割后堆垛缓冷至500℃以下再装炉，控制相变率超过92%；控制加热温度在1200～1280℃；

3）进行粗轧，控制粗轧总压下率不低于80%，且粗轧末两道次压下率均不低于23%；

4）进行精轧：控制精轧总压下率在60～85%，且末两道次压下率均≤10%；控制终轧温度在860～920℃；

5）进行冷却，在冷却速度为10～40℃/s下冷却至卷取温度；

6）进行卷取，控制卷取温度在550～700℃。

7.如权利要求7所述的一种经济型氢气输送管线钢的生产方法，其特征在于：控制铸坯入炉时的相变率不超过5%。