專利名稱：一種正火態抗酸性熱軋鋼板及其制備方法
技術領域：
本發明屬于低合金鋼生產技術領域，特別是涉及一種正火態抗酸性熱軋鋼板及其制備方法，用于高硫、高酸油氣的開采、輸送與儲運。
背景技術：
近年來，中東地區以及我國國內石油化工行業對抗硫化氫應力腐蝕系列鋼種，如容器板A516Gr65N、ERW油井管以及管線鋼BNSJ52NS等需求量越來越大。硫化氫是石油、天然氣中最具腐蝕性的有害介質之一，嚴重地影響著油氣開采、輸送與儲運材料的使用壽命，制約著高硫油氣環境使用材料的發展。在含硫化氫油氣環境中， 材料會發生嚴重的硫化氫應力腐蝕開裂現象，導致惡性事故的發生，造成極大的經濟損失。 雖然目前在油氣輸送和儲運前均已進行了凈化處理，但如果處理不善，油氣中硫化氫含量較高時，硫化氫開裂事故仍不可避免。在中東以及我國四川地區，有很多油氣田含有硫化氫，含量可高達1 13%。高含硫油氣環境用的抗酸性熱軋鋼板多以正火態交貨。正火是將鋼板加熱到臨界點Ac3以上約30 50°C，使組織奧氏體化，并通過保溫一定時間晶粒均勻化后，以空氣中自然冷卻的方式得到平衡態組織的熱處理工藝。正火可以細化晶粒，均勻組織，提高沖擊功和延伸性，消除鋼板熱應力以及組織應力，鐵素體能夠更均勻地形核與長大，得到均勻的組織形態，正火后鋼板厚度中心無明顯帶狀感，該組織形態具有良好的韌性及塑性，均勻的組織形態有利于阻礙氫致裂紋的萌生與擴展。但值得注意的是，正火在提高熱軋鋼板韌性的同時，往往降低鋼的強度，屈服強度和抗拉強度一般可降低50 lOOMPa。因此，為保證正火處理鋼板的交貨性能，需要合理的成分設計，既要保證鋼板的力學性能，又要保證鋼板的焊接性能，同時還要保證鋼板的抗硫化氫應力腐蝕性能。因此，高酸性油氣田的開采、集輸和儲運用鋼鐵材料和生產工藝亟待開發。但到目前為止，查閱世界上關于正火態抗酸性熱軋鋼板的文獻或專利，相關資料很少，中國專利CN1142309C號授權公告“一種超低碳高韌性抗硫化氫用輸氣管線鋼”，該合金配方采用 C 0. 02 0. 04%, Mn :1. 4 1. 6%、V :0. 02 0. 04%, Mo :0. 2 0. 4%，其特點是低碳、高錳、添加大量貴重合金Mo元素，該合金配方中C太低，冶煉成本增加，Mn太高對抗HIC性能有害，Mo合金價格昂貴，生產成本又較高；又如中國專利CN100359035C號授權公告“酸性環境用X65管線鋼及其制造方法”，該合金配方采用C 0. 02 0. 05%、Mn : 1. 2 1. 5%、Nb 0. 05 0. 07%、Mo :0. 050 0. 195%，卷取溫度控制在 500 580°C，該專利通過采用低C、添加MruNb和Mo合金，利用較低的卷取溫度來提高產品的性能，合金成本較高，鋼板存在熱應力和組織應力。

發明內容
本發明的目的在于提供一種正火態抗酸性熱軋鋼板及其制備方法，既解決了正火處理鋼板的強度性能，又解決了正火態鋼板的焊接性能，同時具有優良的抗硫化氫應力腐蝕性能，材料具有穩定的平衡態組織。本發明的所述鋼板化學成分為C :0. 061 0. 151 %, Si :0. 10 0. 45%, Mn 0. 50 0. 99%, P ^ 0. 009%, S ^ 0. 0015%, Alt :0. 02 0. 06%, V 0. 045 0. 085%, Ti 0. 005 0. 040%，Cr :0. 05 0. ；35%，Mo :0. 00 0. 15%，余量為 Fe 和不可避免雜質
元素；均為重量百分數。采用上述化學成分設計，通過LF爐深脫硫精煉處理+強化兩階段控軋+回火熱處理，本發明制備的熱軋鋼板屈服強度達到300 440MPa，抗拉強度達到420 515MPa， 抗酸性能滿足NACE TM(^84-96標準A溶液條件下裂紋長度率CLRS 15%，裂紋厚度率 CTR彡5%，裂紋敏感率CSR彡2%，鋼板表層、1/4處、中心處顯微組織為細小鐵素體+球狀珠光體，帶狀組織評級< 2. 0級。本發明的方法包括鐵水脫硫、轉爐冶煉、爐外精煉、連鑄、加熱、軋制、正火等工序， 其生產工藝中控制如下技術參數(I)LF精煉結束目標溫度1645士5°C，LF爐處理周期30 50min。(2)鑄機中間包溫度 1545士5°C，拉速 0. 90 1. 00m/min。(3)鋼坯分兩階段進行軋制，中間進行待溫，第一階段終軋溫度1000-1050°C，中間坯待溫厚度控制在成品厚度的3-5倍，第二階段開軋溫度控制在840-900°C，終軋溫度控制在750-800°C范圍，軋后采用空氣中自然冷卻的方式到室溫。(4)鋼板采用在870 910°C進行正火熱處理，保溫5 20min。隨著世界上對石油、天然氣的需求日益增加，越來越多腐蝕環境復雜的高含硫油氣田逐漸開發，腐蝕造成的材料損傷不僅會造成巨大的經濟損失，而且一旦因腐蝕導致管道泄漏或開裂，引起爆炸或劇毒的H2S氣體擴散，將造成重大安全事故、人員傷亡和環境污染，因此優良的抗硫化氫應力腐蝕材料亟待開發。本發明制備的熱軋鋼板，通過正火處理，使鋼板發生了相變、再結晶，消除了控軋過程中產生的內應力和硬相組織，同時，碳元素在高溫正火過程中發生均勻擴散，減輕了控軋后鋼板心部的帶狀組織，保證了鋼板的抗硫化氫應力腐蝕開裂性能。合金元素在鋼板正火冷卻過程中以碳化物形式析出，避免了鋼板強度因正火處理而大幅度下降，保證了鋼板的強度性能。本發明內容的構成要點立足于以下認識采用超低Mn含量，眾所周知，Mn是易偏析元素，會造成鑄坯中心偏析嚴重，而導致鋼板心部帶狀組織嚴重，引起各向異性，大大降低鋼板的抗HIC性能。大量研究資料表明，當Mn的含量大于1. 00%時，隨著Mn含量的提高，鋼板的抗拉強度提高，但抗HIC性能逐漸變差，因此采用超低Mn，通過合理的軋制工藝， 使鋼板的強度性能和抗HIC性能達到一個較好的匹配。C是正火態鋼板中提高強度的主要元素，控制碳含量在0.061 0. 151%范圍，通過合金元素V、Cr、Mo的相互補充，可實現正火態鋼板的性能得到滿足。在成分設計上添加了大量的釩，主要是利用V的析出物提高鋼板的強度穩定性。Cr和Mo合金，對于鋼板抗拉強度的保證起到了良好的作用，同時不影響抗酸性能。采用該生產工藝的依據是控制LF精煉爐的目標結束溫度和處理周期，為LF爐進行深脫硫創造條件，超低硫含量可為提高產品的抗HIC性能打下基礎。控制鑄機中間包溫度和鑄機拉速，充分利用動態輕壓下功能，有效減輕鑄坯的中心偏析程度，為鋼板的抗HIC 性能奠定基礎。通過控制第一階段終軋溫度和中間坯待溫厚度，使奧氏體晶粒充分細化和均勻化；第二階段采用低溫控軋工藝，其關鍵是在較低的軋制溫度下完成第二階段的變形， 開軋溫度控制在840-900°C范圍，并保證終止軋制溫度在750-800°C范圍，充分利用低溫控軋效果，得到細化、均勻、扁平的奧氏體組織。最后通過正火處理，使鋼板發生了相變、再結晶，消除了控軋過程中產生的內應力和硬相組織，得到穩定的平衡態組織，提高材料的抗硫化氫應力腐蝕性能。 本發明的優點在于本發明制備的正火態抗酸性熱軋鋼板采用了獨特的成分設計和生產工藝制度，解決了世界上急需的高含硫油氣環境用材料的強度和抗HIC性能。成分設計中通過大量的試驗，限制了對抗HIC性能有影響的易偏析元素Mn、P、S等，提高了對晶粒細化和析出強化有宜的合金元素V、Ti、Mo、Cr等，提高了產品的強度穩定性。其生產工藝采用LF精煉深脫硫技術、動態輕壓下技術、優化的兩階段控軋技術和正火熱處理技術， 降低了鋼水中對抗HIC性能有害的元素S，減輕了中心偏析程度，細化了奧氏體晶粒和正火態組織，產品具有優良的強韌性和抗硫化物應力腐蝕性能匹配。按照本專利所述的技術方案生產出的正火態抗酸性熱軋鋼板性能達到以下水平 (1)拉伸性能屈服強度RtO. 5達到300 440MPa，抗拉強度Rm達到420 515MPa，延伸率A50. 8達到30 45%。(2)韌性性能0°C的IOX 10X 55mm試樣夏比V型缺口沖擊功在200J以上。(3)抗酸性能按照NACE TM(^84_96標準A溶液條件下，裂紋長度率CLR彡15%， 裂紋厚度率CTR < 5 %，裂紋敏感率CSR < 2 %。


圖1為本發明實施例1中鋼板表層金相組織照片。圖2為本發明實施例1中鋼板1/4處金相組織照片。圖3為本發明實施例1中鋼板中心金相組織照片。
具體實施例方式實施例化學成分本發明實施例化學成分見表1，力學性能見表2，抗酸性能見表3。表1.本發明正火態抗酸性熱軋鋼板實施例化學成分(wt% )
實施例CSiMnPSAltVTiCrMo實施例10. 0650. 280. 990. 0090.00140. 0350. 0750.0150.280. 14實施例20. 1210. 190.790. 0070.00100.0300. 0800. 0130.050. 08實施例30.0900. 200.880. 0080. 00120.0320.0500. 0140. 150. 15實施例40. 0780. 250. 950. 0080. 00130. 0350.0650. 0150. 220. 1權利要求
1.一種正火態抗酸性熱軋鋼板，其特征在于所述鋼板化學成分為C :0. 061 0. 151 %, Si 0. 10 0. 45 %，Mn :0. 50 0. 99 %，P 彡 0. 009 %，S 彡 0. 0015%, Alt 0. 02 0. 06%，V 0. 045 0. 085%,Ti :0. 005 0. 040%,Cr :0. 05 0. 35%，Mo :0. 00 0. 15%，余量為Fe和不可避免雜質元素；均為重量百分數。
2.如權利要求1中所述的正火態抗酸性熱軋鋼板，其特征在于所述鋼板的性能和組織為屈服強度達到300 440MPa，抗拉強度達到420 515MPa ；抗酸性能滿足NACE TM0284-96標準A溶液條件下裂紋長度率CLR < 15 %，裂紋厚度率 CTR彡5%，裂紋敏感率CSR彡2% ；鋼板表層、1/4處、中心處顯微組織為細小鐵素體+球狀珠光體，帶狀組織評級< 2. 0級。
3.—種權利要求1所述的正火態抗酸性熱軋鋼板制備方法，包括鐵水脫硫、轉爐冶煉、 爐外精煉、連鑄、加熱、軋制、正火等工序，其特征在于工藝中控制如下技術參數(1)LF精煉結束目標溫度1640 1650°C，LF爐處理周期30 50min；(2)鑄機中間包溫度1540 1550°C，拉速0.90 1. 00m/min ；(3)鋼坯分兩階段進行軋制，中間進行待溫，第一階段終軋溫度1000 1050°C，中間坯待溫厚度控制在成品厚度的3-5倍，第二階段開軋溫度控制在840 900°C，終軋溫度控制在750-800°C范圍，軋后采用空氣中自然冷卻的方式到室溫；(4)鋼板采用在870 910°C進行正火熱處理，保溫5 20min。
全文摘要
一種正火態抗酸性熱軋鋼板及其制備方法，屬于低合金鋼生產技術領域。鋼的化學成分質量百分比為C0.061～0.151％，Si0.10～0.45％，Mn0.50～0.99％，P≤0.009％，S≤0.0015％，Alt0.02～0.06％，V0.045～0.085％，Ti0.005～0.040％，Cr0.05～0.35％，Mo0.00～0.15％，余量為Fe和不可避免雜質元素。制備方法，包括鐵水脫硫、轉爐冶煉、爐外精煉、連鑄、加熱、軋制、正火等工序。優點在于，鋼板表層、1/4處、中心處獲得細小鐵素體+球狀珠光體，帶狀組織評級≤2.0級。鋼板屈服強度可達到300～440MPa，抗拉強度達到420～515MPa。抗酸性能滿足NACE TM0284-96標準A溶液條件下裂紋長度率CLR≤15％，裂紋厚度率CTR≤5％，裂紋敏感率CSR≤2％。
文檔編號C21C7/064GK102392185SQ20111033541
公開日2012年3月28日 申請日期2011年10月28日 優先權日2011年10月28日
發明者丁文華, 姜中行, 張國棟, 李家鼎, 李少坡, 李永東, 李群, 查春和, 王文軍, 白學軍, 顧章飛 申請人:首鋼總公司