專利名稱：一種具有抗氫致開裂性的管線鋼板及其生產方法
技術領域：
本發明涉及一種管線鋼板，具體地說是一種具有優異抗氫致開裂性的管線鋼板及其生產方法。
背景技術：
自上世紀80年代末期開始，我國開始開發管線鋼，目前已經達到X80的強度級別， 可以供應熱軋板帶、中厚板等不同的規格、品種。隨著管線鋼的產量逐年上升，并逐漸形成包括高強度高韌性的X60和)(65、高止裂針狀鐵素體的X70和X80、抗氫致開裂的X65等不同等級的微合金化管線鋼成分設計、冶煉和TMCP技術和生產質量控制技術體系。產品先后應用于我國西氣東輸工程、忠武的輸氣管線工程、番禺一惠州海底輸氣管線工程以及海外的印度輸油管線、土耳其輸氣管線等一系列國內外重大長距離油氣輸送管線工程。隨著我國能源結構調整和環保需求，對天然氣的需求不斷增加，目前每年正以平均7 %的增長速度增加，預計到2020年中國還將新建50000 km的天然氣管線。今后輸送天然氣不再是經脫水、脫處理的氣體，而將是未經處理的“富氣”(< 300Pa)，為此必須提高管線用鋼的抗氫致開裂。抗氫致開裂管線鋼板對組織和成分的均勻性有嚴格的要求。S在鋼中主要以MnS 形式存在，塑性變形的MnS危害最大，會導致鋼板出現各向異性，裂紋極易在此處形成。并且裂紋易沿著C、Mn、P偏析帶傳播、擴散。鋼中的雜質元素S、P含量是高強度管線鋼生產的關鍵，必須嚴格控制其含量，必須降到要求值以下。抗氫致開裂管線鋼板要求有較高的潔凈度、較高的鑄坯成分均勻性、組織均勻性。這些嚴格的條件一方面對冶煉提出高標準高要求，另外一方面因合金化和制造工藝等因素使鋼的成本顯著增加。當某個環節控制不佳，出現在中心偏析帶或者夾雜物積聚，通過TMCP工藝也難以消除鑄坯的偏析和使硬質夾雜物有利變形，不可避免地形成了級別較高的帶狀組織和成分偏析，這樣給氫致裂紋的產生提供了有利的通道。這就迫切需要采取一些特殊的辦法來改善組織和成分的均勻性，在保證產品基本的使用性能的同時，提高抗氫致開裂性能。如美國專利US2008-(^83161中公開提出通過熱軋板在線調質處理獲得良好的抗氫致開裂性能鋼和強度值。但是調質以后獲得貝氏體/馬氏體/網狀鐵素體型組織，這種組織不是抗HIC最良好的組織形態，在專利中也只給出了抗拉和屈服強度值，并沒有給出延伸率和沖擊韌性值。如其17#和21#試樣調質以后得到鐵素體+貝氏體+馬氏體(F+B+M)型組織，其中總裂紋面積比(CAR)分別為6. 2%和 9.4%，CAR超出了 5%，不滿足抗氫致開裂鋼標準要求。表明該發明中的所涉及的方法獲得的鋼抗氫致開裂性能不穩定，不利于批量生產。

發明內容
本發明的目的在于提供一種具有抗氫致開裂性的管線鋼板及其生產方法，該方法通過利用調質工藝獲得等軸均勻細小的粒狀貝氏體鐵素體、板條貝氏體鐵素體和鐵素體組織，從而得到優異的抗氫致開裂的管線鋼板。本發明的目的是通過以下技術方案來實現的
一種具有抗氫致開裂性的管線鋼板，其特征在于該鋼板成分按重量百分比為C 0. 04 0. 09%, Si 0. 20 0. 45%, Mn 1. 20 1. 60%, P 彡 0. 010%, S 彡 0. 015%, Nb 0. 030 0. 060%,Ti 0. 006 0. 020%，Cr ^ 0. 40%,Ni ^ 0. 30%,Al < 0. 060%，余量為 Fe 和雜質。本發明中，鋼板成分按重量百分比優選為C 0. 06%, Si 0. 22%，Mn 1. 55%，P 0. 009%, S 0. 0007%, Nb 0. 050%, Ti 0. 016%, Cr 0. 17%, Ni 0. 02%, Al 0. 035%, Cu 0. 04%，余量為Fe。一種具有抗氫致開裂性的管線鋼板的生產方法，其特征在于該方法包括以下工序
控軋控冷工藝奧氏體化溫度為1150°C 1250°C，粗軋溫度為1000 1100°C，精軋溫度為850 1000°C ；隨后層流冷卻，返紅溫度450 600°C，冷卻速率5 25°C /s ；
調質工藝采用Ac3以上溫度淬火，再進行高溫回火。淬火溫度為910°C 950°C，淬火保溫時間為2(T50min，用水冷卻；回火溫度450 700°C，回火保溫時間為2(T50min，隨后空氣冷卻，得到具有抗氫致開裂性的管線鋼板。本發明熱軋后在Ac3以上高溫區加熱，這個加熱過程便是一個奧氏體均勻化的過程，首先在形變大的部位形成等軸晶核，而后這些晶核依靠消除原來伸長的晶粒而長大。同時，由鑄坯帶來的凝固偏析也得以改善。最后，軋制過程中伸長的晶粒全部被新的等軸晶粒取代。合金元素的分布也趨于均勻，碳化物及MA島溶解后，轉變為形狀規則的粒狀貝氏體鐵素體、板條貝氏體鐵素體和鐵素體組織，組織均勻性增加，各相之間的電位差減小，不容易形成腐蝕電化學反應，從而增加了鋼板抗H2S的腐蝕性能。本發明具有如下優點
1、通過簡單的熱處理方法，可以消除TMCP無法消除由于鑄坯中成分偏析形成的帶狀組織，形成的組織細化，趨于均勻，抗氫致開裂性能提高。2、生產工藝穩定，經過調質處理后，力學性能仍然滿足API 5L X70管線鋼級的力學性能要求，并且有適量的富余。本發明采用的調質方法，有助于改善鑄坯成分均勻性，得到貝氏體-鐵素體型組織，組織均勻，強韌性得到良好的匹配，完全滿足API標準的要求，同時抗氫致開裂性能優異，調質工藝簡單易行，便于大量生產。


圖1為實施例1調質熱處理后得到管線鋼板在金相顯微鏡下典型的組織形貌圖。圖2為實施例2調質熱處理后得到管線鋼板在金相顯微鏡下典型的組織形貌圖。
具體實施例方式一種具有優異抗氫致開裂性的管線鋼板，其成分按重量百分比如表1所示。上述具有優異抗氫致開裂性的管線鋼板的生產方法，具體要求如下
控軋控冷工藝采用控軋控冷工藝(TMCP)兩階段軋制；軋前加熱溫度1150°C 1250°C，粗軋溫度1000 1100°C，精軋開軋溫度850 1000°C ；軋后層流冷卻，返紅溫度 450 600°C，冷卻速率5 25°C /s ；
熱處理工藝為了使成品獲得優異的抗氫致開裂性能進行調質處理，淬火溫度為 910°C 950°C，淬火保溫時間為2(T50min，用水冷卻；回火溫度450 700°C，回火保溫時間為2(T50min，隨后空氣冷卻。圖1、2均為實施例調質處理后得到管線鋼板在金相顯微鏡下典型的組織形貌圖。組織均勻細小。仔細觀察圖2，可以發現有很多彌散分布的顆粒，有序排列在基體上，提高了鋼板的抗H2S腐蝕性能。調質處理后的力學拉伸性能如表2。抗氫致開裂性能見表3。
權利要求
1.一種具有抗氫致開裂性的管線鋼板，其特征在于該鋼板成分按重量百分比為C 0. 04 0. 09%, Si 0. 20 0. 45%, Mn 1. 20 1. 60%, P 彡 0. 010%, S 彡 0. 015%, Nb 0. 030 0. 060%,Ti 0. 006 0. 020%，Cr ^ 0. 40%,Ni ^ 0. 30%,Al < 0. 060%，余量為 Fe 和雜質。
2.根據權利要求1所述的具有抗氫致開裂性的管線鋼板，其特征在于該鋼板成分按重量百分比為 C 0. 06%, Si 0. 22%, Mn 1. 55%, P 0. 009%, S 0. 0007%, Nb 0. 050%, Ti 0.016%，Cr 0. 17%, Ni 0. 02%, Al 0. 035%，Cu 0. 04%，余量為 Fe。
3.—種權利要求1所述的具有抗氫致開裂性的管線鋼板的生產方法，其特征在于該方法包括以下工序控軋控冷工藝奧氏體化溫度為1150°C 1250°C，粗軋溫度為1000 1100°C，精軋溫度為850 1000°C ；隨后層流冷卻，返紅溫度為450 600°C，冷卻速率5 25°C /s ；調質工藝采用Ac3以上溫度淬火，再進行高溫回火；淬火溫度為910°C 950°C，淬火保溫時間為2(T50min，用水冷卻；回火溫度為450 700°C，回火保溫時間為2(T50min，隨后空氣冷卻，得到具有抗氫致開裂性的管線鋼板。
4.根據權利要求3所述的具有抗氫致開裂性管線鋼板的生產方法，其特征在于通過調質工藝，得到組織明顯均勻化的貝氏體-鐵素體型組織。
全文摘要
本發明公開了一種具有抗氫致開裂性的管線鋼板及其生產方法，其成分按重量百分比為C0.04～0.09%，Si0.20～0.45%，Mn1.20～1.60%，P≤0.010%，S≤0.015%，Nb0.030～0.060%，Ti0.006～0.020%，Cr≤0.40%，Ni≤0.30%，Al≤0.060%，余量為Fe和雜質。采用控軋控冷工藝，奧氏體化溫度為1150℃～1250℃，粗軋溫度為1000～1100℃，精軋溫度為850～1000℃；隨后層流冷卻，返紅溫度為450～600℃，冷卻速率5～25℃/s；進行調質處理，采用Ac3以上溫度淬火，再進行高溫回火。淬火溫度為910℃～950℃，淬火保溫時間為20~50min，用水冷卻；回火溫度為450～700℃，回火保溫時間為20~50min，隨后空氣冷卻。生產方法簡單易行。
文檔編號C22C38/58GK102286690SQ20111025234
公開日2011年12月21日 申請日期2011年8月30日 優先權日2011年8月30日
發明者劉朝霞, 唐春霞, 尹雨群, 王軍, 趙晉斌 申請人:南京鋼鐵股份有限公司