CN117187686A - 一种掺氢输送管道用螺旋埋弧焊管热轧钢带及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种掺氢输送管道用螺旋埋弧焊管热轧钢带，所述钢带的化学成分按重量百分比为C：0.03‑0.05％、S i：0.10‑0.20％、Mn：0.90‑1.10％、P：≤0.008％、S：≤0.0015％、Nb：0.020‑0.040％、T i：0.005‑0.020％、Al：0.020‑0.040％、H：≤1.5ppm、O：≤20ppm、N：≤40ppm，余量为Fe和不可避免的杂质。还公布了其生产方法。本发明采用低C、Mn加Nb、T i成分设计，生产过程严格控制P、S及夹杂物含量，钢带组织均匀，常规性能及氢脆、氢致开裂、硫化物应力腐蚀开裂试验全部满足要求。

Description

一种掺氢输送管道用螺旋埋弧焊管热轧钢带及其生产方法

技术领域

本发明涉及钢铁冶金领域，尤其涉及一种掺氢输送管道用螺旋埋弧焊管热轧钢带及其生产方法。

背景技术

氢能具有储运便捷、来源多样、洁净环保的突出优点。氢的输送是氢能利用的重要环节，安全高效的输氢技术是氢能大规模发展的前提。氢气的储运方式有很多种，但是从运输流量或安全性、经济性来讲，管道输送都是较好的选择，在大规模、长距离条件下具有不可替代的经济性，利用管道输送是最为高效的方式。管道掺氢输送是指在天然气中掺入一定浓度的氢气形成混氢天然气，通过管道进行运输。

目前国内氢气管道的输送采用的都是无缝管，掺氢输送管道用螺旋埋弧焊管热轧钢带尚未投入工程应用。专利公布号CN115584441A公布的一种屈服强度245MPa级输氢管道用热轧板卷及其生产方法，该专利按照耐酸管道用钢的技术要求进行性能评价，并未按照氢气管道的要求开展相关的氢脆试验，并且产品的强度级别较低。目前很多文献对材料的氢脆性能进行研究，如氢环境下X52管线钢的抗氢性能中对不同氢分压下材料的抗氢性能进行试验研究，但工程应用尚处于空白。

发明内容

本发明的目的是提供一种掺氢输送管道用螺旋埋弧焊管热轧钢带及其生产方法，钢带采用低C、Mn加Nb、Ti成分设计，生产过程严格控制P、S及夹杂物含量，钢带组织均匀，常规性能及氢脆、氢致开裂、硫化物应力腐蚀开裂试验全部满足要求，钢带采用螺旋埋弧焊制管后用于掺氢(掺氢比例≥10％)输送管道工程。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明一种掺氢输送管道用螺旋埋弧焊管热轧钢带，所述钢带的化学成分按重量百分比为C：0.03-0.05％、Si：0.10-0.20％、Mn：0.90-1.10％、P：≤0.008％、S：≤0.0015％、Nb：0.020-0.040％、Ti：0.005-0.020％、Al：0.020-0.040％、H：≤1.5ppm、O：≤20ppm、N：≤40ppm，余量为Fe和不可避免的杂质。

进一步的，所述钢带的化学成分按重量百分比为C：0.033％、Si：0.15％、Mn：0.95％、P：0.007％、S：0.0008％、Nb：0.025％、Ti：0.010％、Al：0.028％、H：0.00007％、O：0.0014％、N：0.0027％，余量为Fe和不可避免的杂质。

进一步的，所述钢带的化学成分按重量百分比为C：0.042％、Si：0.12％、Mn：1.05％、P：0.006％、S：0.0006％、Nb：0.033％、Ti：0.015％、Al：0.032％、H：0.00008％、O：0.0010％、N：0.0024％，余量为Fe和不可避免的杂质。

进一步的，所述钢带的化学成分按重量百分比为C：0.040％、Si：0.16％、Mn：1.00％、P：0.006％、S：0.0010％、Nb：0.035％、Ti：0.012％、Al：0.035％、H：0.00006％、O：0.0008％、N：0.0031％，余量为Fe和不可避免的杂质。

一种掺氢输送管道用螺旋埋弧焊管热轧钢带的生产方法，包括：

1)、冶炼和浇铸

冶炼过程采用KR法脱硫铁水和优质废钢，保证入转炉铁水S≤0.002％；转炉冶炼时，采用自产低硫废钢，转炉进行大渣量脱磷，出钢P含量≤0.007％，出钢温度≥1620℃；LF精炼采用大渣量进行造渣脱硫，保证S≤0.0015％，LF精炼过程加入铌铁，RH真空处理进行深脱气，真空处理过程中加入钛铁，真空处理后钢水进行钙处理，氩气软吹时间大于12min，使夹杂物充分变性和上浮；板坯连铸时全程保护浇注，过热度控制在15-30℃，拉速为1.0-1.2m/min，为了控制夹杂物含量，连浇炉数不超过5炉；

2)、加热和轧制

板坯加热温度1180-1200℃，加热时间≥150min，确保钢坯温度均匀；制造工艺为热轧粗轧和精轧两阶段控制进行，粗轧开轧温度为1150-1170℃，精轧开轧温度≤1050℃，终轧温度为810-850℃；

3)、冷却

控制轧制结束后，钢带进入加密型层流冷却区域，以15-25℃/s的冷却速度冷却至560-600℃后卷取，空冷至室温，即可得到所述钢带。

与现有技术相比，本发明的有益技术效果：

(1)钢带采用低C、低Mn和超低P、S设计，降低中心偏析，减少MnS夹杂，保证带状组织不大于1.0级，夹杂物级别不大于1.0级，从而减少氢原子聚集源以及氢分子的形成源，提高钢材抗氢致裂纹能力。同时加入Nb、Ti元素，细化晶粒，保证晶粒度大于11级，从而提高强度。

(2)钢带氢环境下慢应变速率拉伸试验、氢致开裂、硫化物应力腐蚀开裂试验全部合格，具有良好的抗氢脆性能。

(3)钢带采用螺旋埋弧焊工艺制管，相较于无缝管，成本低、尺寸精度高且管径大，成品管用于掺氢(掺氢比例≥10％)输送管道工程。

附图说明

下面结合附图说明对本发明作进一步说明。

图1为本发明氢环境下慢应变速率拉伸试验应力应变曲线。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。

实施例1～3为本发明一种掺氢输送管道用螺旋埋弧焊管热轧钢带及其生产方法采用的化学成分和工艺步骤、力学性能和氢致开裂、硫化物应力腐蚀开裂、氢环境下慢应变速率拉伸试验结果。这些实施例仅仅是对本发明最佳实施方式的描述，并不对本发明的范围有任何限制。

各实施例的化学成分含量见表1；冶炼和连铸工艺参数见表2；加热、轧制和冷却工艺参数见表3；所得钢带的力学性能见表4；夹杂物、晶粒度和带状组织见表5；氢致开裂腐蚀试验见表6；硫化氢应力腐蚀试验见表7；氢环境下慢应变速率拉伸试验见表8。

表1化学成分(wt％)

表2冶炼和连铸工艺参数

表3加热、轧制和冷却工艺参数

表4力学性能

表5夹杂物、晶粒度和带状组织

表6氢致开裂试验

表7硫化氢应力腐蚀试验

表8氢环境下慢应变速率拉伸试验

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 (5)

1.一种掺氢输送管道用螺旋埋弧焊管热轧钢带，其特征在于：所述钢带的化学成分按重量百分比为C：0.03-0.05％、Si：0.10-0.20％、Mn：0.90-1.10％、P：≤0.008％、S：≤0.0015％、Nb：0.020-0.040％、Ti：0.005-0.020％、Al：0.020-0.040％、H：≤1.5ppm、O：≤20ppm、N：≤40ppm，余量为Fe和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的掺氢输送管道用螺旋埋弧焊管热轧钢带，其特征在于：所述钢带的化学成分按重量百分比为C：0.033％、Si：0.15％、Mn：0.95％、P：0.007％、S：0.0008％、Nb：0.025％、Ti：0.010％、Al：0.028％、H：0.00007％、O：0.0014％、N：0.0027％，余量为Fe和不可避免的杂质。

3.根据权利要求1所述的掺氢输送管道用螺旋埋弧焊管热轧钢带，其特征在于：所述钢带的化学成分按重量百分比为C：0.042％、Si：0.12％、Mn：1.05％、P：0.006％、S：0.0006％、Nb：0.033％、Ti：0.015％、Al：0.032％、H：0.00008％、O：0.0010％、N：0.0024％，余量为Fe和不可避免的杂质。

4.根据权利要求1所述的掺氢输送管道用螺旋埋弧焊管热轧钢带，其特征在于：所述钢带的化学成分按重量百分比为C：0.040％、Si：0.16％、Mn：1.00％、P：0.006％、S：0.0010％、Nb：0.035％、Ti：0.012％、Al：0.035％、H：0.00006％、O：0.0008％、N：0.0031％，余量为Fe和不可避免的杂质。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的掺氢输送管道用螺旋埋弧焊管热轧钢带的生产方法，其特征在于：包括：

1)、冶炼和浇铸

冶炼过程采用KR法脱硫铁水和优质废钢，保证入转炉铁水S≤0.002％；转炉冶炼时，采用自产低硫废钢，转炉进行大渣量脱磷，出钢P含量≤0.007％，出钢温度≥1620℃；LF精炼采用大渣量进行造渣脱硫，保证S≤0.0015％，LF精炼过程加入铌铁，RH真空处理进行深脱气，真空处理过程中加入钛铁，真空处理后钢水进行钙处理，氩气软吹时间大于12min，使夹杂物充分变性和上浮；板坯连铸时全程保护浇注，过热度控制在15-30℃，拉速为1.0-1.2m/min，为了控制夹杂物含量，连浇炉数不超过5炉；

2)、加热和轧制

板坯加热温度1180-1200℃，加热时间≥150min，确保钢坯温度均匀；制造工艺为热轧粗轧和精轧两阶段控制进行，粗轧开轧温度为1150-1170℃，精轧开轧温度≤1050℃，终轧温度为810-850℃；

3)、冷却

控制轧制结束后，钢带进入加密型层流冷却区域，以15-25℃/s的冷却速度冷却至560-600℃后卷取，空冷至室温，即可得到所述钢带。