CN115584436A - 一种经济型氢气输送管线钢及生产方法 - Google Patents
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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
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℃;
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℃。
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 (7)
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%。
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