CN107326261A

CN107326261A - 低屈强比薄规格高强抗酸管线钢热轧卷板及其制造方法

Info

Publication number: CN107326261A
Application number: CN201710457719.1A
Authority: CN
Inventors: 徐锋; 李利巍; 徐进桥; 崔雷; 邹航; 孔君华; 郭斌; 刘小国
Original assignee: Wuhan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Wuhan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2017-06-16
Filing date: 2017-06-16
Publication date: 2017-11-07

Abstract

本发明提供了一种低屈强比薄规格高强抗酸管线钢热轧卷板，它的化学成分按质量百分数计为：C:0.04～0.065％、Si:0.15～0.30％、Mn:0.8～1.15％、P:≤0.012％、S:≤0.0015％、N:≤0.006％、Nb:0.025～0.04％、Ti:0.010～0.025％、Cr:0.1～0.3％、Als:0.02～0.05％，其余为Fe及不可避免的杂质。本发明通过成分和工艺的组合控制，可以实现薄规格高强抗酸管线钢的高强度、低屈强比、优异的抗HIC性能和SSCC性能，不仅成本更低，强度更高，可以实现更薄的规格，对冶炼、轧制过程的控制也相对简单，极大提高生产效率和过程成本的控制。

Description

低屈强比薄规格高强抗酸管线钢热轧卷板及其制造方法

技术领域

本发明涉及管线钢制造领域，具体地指一种低屈强比薄规格高强抗酸管线钢热轧卷板及其制造方法。

背景技术

目前世界范围内对能源的依赖仍主要是石油、天然气，然而随着易开采的“甜气”的逐步枯竭，富含H₂S气体的“酸气”开采力度正逐步加大。常规的管线钢由于C、Mn、P、S等元素含量偏高，导致成品管线钢组织中易形成带状组织、MA及条状MnS等氢原子聚集缺陷，从而导致氢致开裂。抗酸管线钢虽能有效避免上述缺陷的产生，但由于采取了低C、低Mn的成分体系导致成品钢板屈强比大幅升高，特别对于是薄规格抗酸管线钢来说屈强比控制难度更大。采用添加Cu、Cr、Ni、Mo合金元素虽可提高钢板强度，但屈服和抗拉同时升高，屈强比仍难控制较低水平，同时成本大幅提高，经济性不佳。

在现有技术中，公开号为CN104099522A的中国专利文献，公开了一种“无铜镍抗酸管线钢X52MS及其热轧板卷的制造方法”，其化学成分主要是C:0.02～0.06wt％、Si:0.05～0.35wt％、Mn:1.0～1.4wt％、P≤0.018wt％、S≤0.003wt％、Cr:0.10～0.50wt％、Ti:0.005～0.10wt％、Nb:0.005～0.10wt％、V:0～0.05wt％，其优选的成品钢板中C含量为0.035％，这就要求转炉出钢时碳的含量不能超过0.02％，要求过高，会严重损伤转炉，降低炉龄。同时其实施例中成品钢板最薄仅为9.4mm，屈强比达到0.91，规格更薄的产品达不到技术要求。

另有公开号为CN102851590A的中国专利文献，公开了“一种抗酸性低锰X70管线钢及其生产方法”，其化学成分采用C：0.05～0.07％、Si：0.10～0.25％、Mn：1.05～1.25％、P：0～0.019％、S：0～0.006％、Nb：0.06～0.09％、Ti：0.010～0.020％、Mo：0.20～0.30％、Ni：0.05～0.30％、Cu：0.05～0.30％、Als：0.015～0.040％，虽然其8mm钢板的屈强比低至0.84，但是其该规格下Cu、Ni、Mo的添加量同时达到0.20～0.25％，合金成本太高。

此外，公开号为CN102021476A的中国专利文献，公开了“一种低成本抗酸性管线钢热轧卷板及其制造方法”，其化学成分及主要工艺为：C：0.04～0.10％、Si：0.05～0.50％、Mn：1.00～1.70％、P≤0.015％、S≤0.002％、Nb≤0.08％、Ti：0.005～0.030％、Als：0.010～0.050％、Ca：0.0010-0.0040％、N≤0.0060％、H≤0.0002％、O≤0.0010％，采用两阶段轧制，返红温度550～700℃，其成品钢板6.25、7.0mm规格Rt0.5≤350MPa，Rm≤450MPa，属于低强度级别抗酸管线钢。

从现有的低屈强比、抗酸管线钢的专利及文献来看，低成本薄规格抗酸管线钢的高强度和低屈强比的矛盾性要求需要通过进一步优化成分设计和控轧控冷工艺来解决。

发明内容

本发明的目的是提供一种低屈强比薄规格高强抗酸管线钢热轧卷板及其制造方法，该热轧卷板具有抗酸性，同时屈强比低、强度高、厚度薄，其制造方法步骤简单、成本低，适合于工业化生产。

为实现上述目的，本发明提供一种低屈强比薄规格高强抗酸管线钢热轧卷板，它的化学成分按质量百分数计为：C:0.04～0.065％、Si:0.15～0.30％、Mn:0.8～1.15％、P:≤0.012％、S:≤0.0015％、N:≤0.006％、Nb:0.025～0.04％、Ti:0.010～0.025％、Cr:0.1～0.3％、Als:0.02～0.05％，其余为Fe及不可避免的杂质。

优选的，所述管线钢热轧卷板的金相组织为多边形铁素体+珠光体。

优选的，所述管线钢热轧卷板的[H]+[O]+[N]含量≤100ppm。

本发明中各元素及主要工艺的作用及机理：

C：本发明中C含量为0.04～0.065％。碳是钢中最经济、最有效的强化元素。但碳在冶炼过程中容易产生中心偏聚，致使钢板心部产生珠光体条带或M/A岛等氢原子聚集缺陷，导致抗HIC和SSCC性能大幅下降。本发明设计碳含量为0.04～0.065％，若碳含量低于0.04％一方面转炉脱碳困难，增大冶炼难度；另一方面强度损失较大，钢板强度达不到要求。若高于0.065％则钢板的HIC和SSCC环境下腐蚀开裂风险成倍增加。

Si：本发明中Si含量为0.15～0.30％。该元素有固溶强化及脱氧作用，含量低于0.15％无法起作用，但若高于0.30％则会恶化管线钢的塑、韧性，特别是对于焊接热影响区的冲击降低显著。

Mn：本发明中Mn含量为0.8～1.15％，锰是仅次于碳的廉价的合金化元素，不仅可以显著提高钢的强度，而且其能扩大奥氏体稳定区，扩大热加工温度区域。但Mn也属于易偏析元素，在板厚中心富集，形成M/A或贝氏体条带，若低于0.8％，则强化效果不足，若高于1.15％容易在铸坯心部形成偏析带，降低钢板的抗酸性能。

Nb：本发明中Nb含量为0.025～0.04％，铌可以显著提高钢的奥氏体再结晶温度，扩大未再结晶区范围，是细化原奥氏体晶粒最有效元素，同时也是析出强化的主要元素。由于本发明主要针对薄规格钢板，故采用较低的Nb成分设计。但若Nb含量低于0.025％，则对于强度贡献微弱，若高于0.040％则造成成本高昂，浪费资源。

Ti：本发明中Ti的含量为0.01～0.025％。钛是一种强烈的碳化物和氮化物形成元素，在钢重新加热及高温奥氏体区、粗轧过程中会阻止奥氏体晶粒长大，在焊接过程中细化热影响区晶粒，提高冲击韧性。若其含量低于0.01％，则对原奥氏体晶粒细化作用不足，若高于0.025％则可能形成大颗粒TiN，富集于钢板心部，显著降低钢板韧性及抗酸性能。

N：本发明中N≤0.006％。属于转炉钢中正常残余，可以与钢中钛(Ti)、铌(Nb)结合形成TiN颗粒及Nb(C、N)复合析出物，起到抑制奥氏体晶粒长大和析出强化作用。过量的N与Ti形成大颗粒TiN，恶化韧性，损害钢板抗酸性能。

Cr：本发明中Cr的含量为0.10～0.30％。铬较强的固溶强化作用，且价格低廉，能够有效替代Mo、Ni等贵重合金元素，降低生产成本。此外，加入一定的铬还能改善钢的耐候、耐腐蚀性能及淬透性。若含量低于0.1％，则无法起到强化作用；若高于0.30％，则会恶化焊接性能。

Als：本发明中Als的含量为0.02～0.05％。铝是钢中主要的脱氧元素，能够显著降低钢中的氧含量，同时铝与氮的结合形成AlN，能够有效地细化晶粒。但是钢中铝含量超过一定量时，易导致铝的氧化物夹杂明显增加，降低钢的洁净度，对抗酸性能不利。

P、S:本发明中其含量分别为：[P]≤0.012％，[S]≤0.0015％。磷易导致钢的冷脆，硫易引起热脆，过量的S还会与钢中的Mn结合形成条状MnS夹杂，成为HIC裂纹起源点，因此应尽量降低钢中的磷、硫的含量，同时采用Ca处理，球化夹杂物。考虑生产成本及性能要求将本发明中的P、S元素限定在该水平。

[H]、[O]、[N]：本发明中三种气体杂质的总含量[H]+[O]+[N]≤100ppm。气体杂质会降低钢质纯净度，形成夹杂物存在于钢中，成为氢原子聚集区，故应尽量降低。低于100ppm才能有效降低HIC和SSCC风险。

本发明还提供一种上述低屈强比薄规格高强抗酸管线钢热轧卷板的制造方法，其步骤包括：

1)采用转炉-LF炉-真空炉冶炼，并浇铸成铸坯；

2)铸坯缓冷后装炉再加热至1150～1250℃；

3)进行粗轧，轧制温度控制在1020～1100℃；

4)进行精轧，开轧温度控制在950～1000℃，终轧温度控制在850～900℃；

5)冷却：开冷温度控制在810～850℃，返红温度控制在500～580℃，冷却速度控制在10～15℃/s；

6)冷却至室温后得到所述低屈强比薄规格高强抗酸管线钢热轧卷板。

优选的，所述步骤1)中真空处理时间不少于15min。

优选的，所述步骤2)中总在炉时间为140～160min。

优选的，所述步骤3)中粗轧阶段累积压下率≥65％。

优选的，所述步骤4)中精轧阶段累积压下率≥70％。

优选的，所述步骤6)中经过卷取后冷却至室温。

抗酸管线钢固溶强化元素C、Mn均较常规管线钢低，导致屈强比控制难度增大。低成本、高强化是管线钢领域的发展方向，这就要求降本的同时采用控制控冷工艺手段解决高强化问题，虽然冷却速度提高会大幅提高钢板强度，但对于薄规格产品来说，冷却速度过大会造成晶粒过度细化，屈强比升高，工程应用的危险性增加。本发明结合薄规格抗酸管线钢的这些特性，在仅添加少量Nb、Cr情况下通过工艺手段解决屈强比、薄规格、高强度三者的矛盾问题，其主要创新点在于：1)针对抗酸性特点，采用较低的C、Mn设计，其中Mn含量为0.8～1.15％减少了Mn的中心偏析，均匀化组织。2)高洁净钢冶炼技术，严格限定了钢种有害气体的总含量，[H]+[O]+[N]≤100ppm，大幅降低因夹杂物导致的HIC、SSCC开裂风险。3)设定合适的冷却速度10～15℃/s，及返红温度500～580℃，防止冷却速度过大导致晶粒过度细化，屈强比升高，同时由于采用该冷却速度和返红温度，保证了在低成分体系下的高强度特性。

本发明与现有技术相比：不仅解决了薄规格管线钢低屈强比的难题，同时保证了在低成本的成分体系下高强度抗酸管线钢的稳定化生产。本发明的低屈强比薄规格高强抗酸管线钢热轧卷板：1)力学性能：屈服强度(横向)：R_t0.5≥450MPa，抗拉强度：R_m≥520MPa，延伸率：A_50.8≥30％，屈强比：R_t0.5/R_m≤0.90，-20℃V型缺口冲击功(冲击试样尺寸：5×10×55mm)：KV₂≥110J；-15℃，落锤撕裂韧性DWTT：SA≥90％；维氏硬度：HV10≤200。2)抗酸性能：TM0284-2003A溶液，初始PH＝2.7，浸泡96h，CSR≤2％，CLR≤15％，CTR≤5％；TM0177-2005，A溶液，四点弯曲试验，恒载荷加载应力为0.72*R_t0.5，放大×10倍，低倍显微镜观察无裂纹。

本发明的有益效果在于：

抗酸管线钢固溶强化元素C、Mn均较常规管线钢低，导致屈强比控制难度增大。低成本、高强化是管线钢领域的发展方向，这就要求降本的同时采用控制控冷工艺手段解决高强化问题，虽然冷却速度提高会大幅提高钢板强度，但对于薄规格产品来说，冷却速度过大会造成晶粒过度细化，屈强比升高，工程应用的危险性增加。本发明结合薄规格抗酸管线钢的这些特性，在仅添加少量Nb、Cr情况下通过工艺手段解决屈强比、薄规格、高强度三者的矛盾问题。本发明针对抗酸性特点，采用较低的C、Mn设计，减少了Mn的中心偏析，均匀化组织。同时采用高洁净钢冶炼技术，严格限定了钢种有害气体的总含量，大幅降低因夹杂物导致的HIC(氢致开裂)、SSCC(硫化物应力腐蚀开裂)开裂风险。并且在制造过程中设定合适的冷却速度10～15℃/s，及返红温度500～580℃，防止冷却速度过大导致晶粒过度细化，屈强比升高，由于采用该冷却速度和返红温度，保证了高强度特性。本发明通过成分和制造方法工艺控制得到了不仅具有抗酸性，而且屈强比低、强度高、厚度薄同时成本较低的低屈强比薄规格高强抗酸管线钢热轧卷板，具有很强的实用性。

具体实施方式

以下通过具体实施例对本发明的低屈强比薄规格高强抗酸管线钢热轧卷板及其制造方法作进一步的说明：

表1列出了实施例1～实施例10的低屈强比薄规格高强抗酸管线钢热轧卷板及对比例1和对比例2的抗酸管线钢热轧卷板化学成分的

重量百分数(余量为Fe和不可避免的杂质)。

表1实施例的化学成分(wt，％)

实施例1～10

本发明的实施例1～实施例10低屈强比薄规格高强抗酸管线钢热轧卷板按照如下方法制造得到，具体工艺参数如表2所示：

1)采用转炉-LF炉-真空炉冶炼，并浇铸成坯。其中，真空处理时间不少于15min。

2)缓冷24h后装炉再加热至1150～1250℃，总在炉时间140～160min。

3)进行粗轧，轧制温度控制在1020～1100℃，粗轧阶段累积压下率≥65％。

4)进行精轧，开轧温度控制在950～1000℃，终轧温度控制在850～900℃，累积压下率≥70％。

5)冷却：开冷温度控制在810～850℃，返红温度控制在500～580℃，冷却速度控制在10～15℃/s。

6)出水后卷取，冷却至室温。

对比例1

本发明对比例1的抗酸管线钢热轧卷板采用如下方式制造得到，具体工艺参数如表2所示：

a)铁水预处理，保证铁水中S的含量小于40ppm，转炉冶炼，RH炉后S的质量分数8～12ppm。Ca/S比大于2，连铸过程采用动态轻压下技术。b)加热炉再加热温度1200～1280℃，粗轧终止温度950～1050℃，精轧入口温度1010～1027℃，精轧终止温度820～900℃。c)采用层流冷却，冷却前段稀疏冷却或空冷，500～600℃卷取。

对比例2

a)钢水经转炉-LF炉及真空炉后浇铸成坯。b)连铸结束后在500～850℃温度直接进入加热炉加热，1150～1250℃出炉进行轧制；经粗轧机和精轧机进行两阶段控制轧制，粗轧终轧温度950～1050℃，精轧终轧温度770～870℃，精轧压缩比≥60％，轧后采用层流冷却装置进行控制冷却，冷速8～20℃/s，终冷温度550～700℃。具体工艺制度：加热温度1150～1250℃，粗轧终轧温度为950～1050℃，精轧终轧温度为770～870℃，终冷温度为550～700℃。

表2各实施例的制造方法工艺参数

将以上各实施例和对比例钢板进行性能检测，其主要性能检测结果如表3所示，主要抗HIC性能如表4所示，主要抗SSCC性能如表5所示。

表3各实施例主要性能检测结果

表4各实施例抗HIC性能检测结果

表5各实施例抗SSCC性能检测结果

从以上表3～表5的结果可以看出，本发明通过成分和工艺的组合控制，可以实现低成分体系下薄规格高强抗酸管线钢的高强度、低屈强比、优异的抗HIC性能和SSCC性能，相较于对比例来说，该发明不仅成本更低，强度更高，可以实现更薄的规格，对冶炼、轧制过程的控制也相对简单，极大提高生产效率和过程成本的控制。

本发明技术领域的科研人员可根据上述作内容和形式非实质性的改变而不偏离本发明所实质保护范围，因此，本发明不局限于上述具体的实施实例。

Claims

1.一种低屈强比薄规格高强抗酸管线钢热轧卷板，其特征在于：它的化学成分按质量百分数计为：C:0.04～0.065％、Si:0.15～0.30％、Mn:0.8～1.15％、P:≤0.012％、S:≤0.0015％、N:≤0.006％、Nb:0.025～0.04％、Ti:0.010～0.025％、Cr:0.1～0.3％、Als:0.02～0.05％，其余为Fe及不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的低屈强比薄规格高强抗酸管线钢热轧卷板，其特征在于：所述管线钢热轧卷板的金相组织为多边形铁素体+珠光体。

3.根据权利要求1所述的低屈强比薄规格高强抗酸管线钢热轧卷板，其特征在于：所述管线钢热轧卷板的[H]+[O]+[N]含量≤100ppm。

4.一种制造权利要求1～3中任一项所述的低屈强比薄规格高强抗酸管线钢热轧卷板的方法，其特征在于：其步骤包括：

1)采用转炉-LF炉-真空炉冶炼，并浇铸成铸坯；

2)铸坯缓冷后装炉再加热至1150～1250℃；

3)进行粗轧，轧制温度控制在1020～1100℃；

5.根据权利要求4所述的低屈强比薄规格高强抗酸管线钢热轧卷板的制造方法，其特征在于：所述步骤1)中真空处理时间不少于15min。

6.根据权利要求4所述的低屈强比薄规格高强抗酸管线钢热轧卷板的制造方法，其特征在于：所述步骤2)中总在炉时间为140～160min。

7.根据权利要求4所述的低屈强比薄规格高强抗酸管线钢热轧卷板的制造方法，其特征在于：所述步骤3)中粗轧阶段累积压下率≥65％。

8.根据权利要求4所述的低屈强比薄规格高强抗酸管线钢热轧卷板的制造方法，其特征在于：所述步骤4)中精轧阶段累积压下率≥70％。

9.根据权利要求4所述的低屈强比薄规格高强抗酸管线钢热轧卷板的制造方法，其特征在于：所述步骤6)中经过卷取后冷却至室温。