專利名稱：正火態(tài)抗酸管線用鋼x52ns熱軋板卷及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種酸性氣體輸送服役條件用X52級別熱軋板卷的技術領域，特別涉及適用于高溫、高壓、長距離輸送管道用抗酸(HIC和SSCC)管線鋼X52級別熱軋板卷及其制造方法。
背景技術：
腐蝕是對輸油(氣)管線的安全性帶來威脅的主要形式之一，往往是造成管線斷裂，誘發(fā)災難性事故的根源，因此耐腐蝕性是鋼管使用性能的一個重要指標。石油、天然氣輸送管線在服役過程中，因為陰極保護，電化學反應過程中陰極析出的氫原子浸入鋼中，容易導致硫化物應力腐(SSCC)和氫致開裂(以下稱HIC)，從而造成腐蝕穿孔從而導致原油泄漏。原油泄漏不但給石油生產帶來巨大的經濟損失，而且會污染環(huán)境，影響農作物的生長和居民的生活等，成為嚴重的社會問題。在當今世界范圍內，一方面隨著人類會對天然氣需求量的日益增加，對許多含硫化(H2S)成分較高的天然氣進行開采、輸送和加工，另一方面隨著管線輸送壓力的提高，也造成硫氫分壓的增大。這些因素必將使得輸送管線的問題更為突出，也是目前急需要解決的主要問之一，這一點目前已引起了人們的普遍關注。而隨著天然氣管道輸送的服役條件越來越苛刻，對輸氣管道用管線鋼的要求也越來越高。在中東的一些區(qū)域，如伊朗、伊拉克等地，目前有很多管道工程已經開始在高溫條件下進行氣體輸送，長時間服役于這種環(huán)境下，鋼管的抗高溫力學性能的穩(wěn)定性成為影響輸送安全性的一個重要因素。因此，既要保證良好的抗酸性能，又要在高溫輸送條件下保持良好的力學性能，對鋼管母材提出了很高的要求。惡劣的使用環(huán)境要求抗HIC管線鋼在具有良好的強韌性(使用溫度下具有足夠的沖擊韌性、較低的韌脆性轉變溫度、抗動態(tài)撕裂和較低的屈強比等)同時具有抗腐蝕的特性(鋼質純凈,提高HIC敏感性的C、S、P等元素的含量低，MnS夾雜少，添加抗腐蝕元素Cu等，均勻的組織不會引起嚴重氫陷阱和優(yōu)良的厚度方向性能等)。關于酸性條件下管線用鋼及其制造方法，以往國內和國際上已經進行了部分研究，但均無法在經過正火之后滿足力學性能，同時仍能夠具有良好的抗酸性能。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供正火態(tài)抗酸管線用鋼X52NS熱軋板卷及其制造方法，解決現(xiàn)有技術酸性條件下管線用鋼無法在經過正火之后滿足力學性能、同時仍能夠具有良好的抗酸性能的問題。為解決上述技術問題，本發(fā)明提供了正火態(tài)抗酸管線用鋼X52NS熱軋板卷，各組分的含量是C 0. 02-0. 06wt%, Si 0. 10-0. 35wt%, Mnl. 0-1. 4wt%, P ^ 0. 018wt%,S 彡 0. 003wt%,Cr 0-0. 50wt%,TiO. 005-0. 10wt%,Nb 0. 005-0. 10wt%,V 0.005-0. 05wt%, Ni0-0. 30wt%, Cu 0-0. 30wt%，其他為Fe和不可避免的微量雜質。、
本發(fā)明成分設計中主要添加元素的作用和強化機理如下C :是強化鋼最有效的元素，然而對韌性、塑性、焊接性等有不利的影響，所以降低碳含量可以改善轉變溫度和鋼的焊接性能。對于微合金化鋼，低的碳含量可以提高抗HIC的能力和熱塑性。隨著Ceq的含量增加，抗HIC性能逐漸變差。當C>0. 13%，Ceq>0. 38%時，抗HIC性能基本就不能滿足標準要求。本發(fā)明C含量為0. 02 0. 06%，優(yōu)選含量為0.025-0. 045%oMn:提高管線鋼的淬透性，起到固溶強化的作用，彌補低碳或超低碳造成的強度下降。在抗氫蝕的鋼種設計上，Mn含量不能超過I. 6%，否則CLR會增加。在中低強度鐵素體一珠光體管線鋼中，HIC常沿珠光體帶擴展，而帶狀組織的形成，主要是Mn和P的偏析引起的，生成了對HIC敏感的低溫轉換硬組織帶。這同時也是管線鋼的HIC多出現(xiàn)在板厚中心的原因。本發(fā)明Mn含量為I. 0 I. 40%，優(yōu)選含量為I. 10-1. 30%。P :磷的偏析會促使氫致開裂形成。鋼在凝固過程中，枝晶間富集P，使Ar 3線升高。在熱軋冷卻時先生成鐵素體，而碳卻被排斥于樹枝晶枝干，并生成珠光體，從而造成P偏析的鐵素體一珠光體帶狀組織，使鋼的抗HIC敏感性增強。本發(fā)明P含量為0. 018%，優(yōu)選含量控制在0.015%以內。S :硫能促進HIC發(fā)生，是極為有害的元素，生成的MnS夾雜是HIC最易成核的位置，也是最應該避免的夾雜。在A溶液中，SS 0.006%時，一般HIC性能滿足要求。本發(fā)明S含量為0. 003%,優(yōu)選含量控制在0. 001%以內。Cu、Ni :主要強化機制為固溶強化，同時Cu能改善鋼的耐蝕性，原因是Cu促進了鈍化膜的形成，而Ni的加入主要是改善Cu在鋼中引起的熱脆性，并且能夠改善低溫沖擊韌性。本發(fā)明Cu含量為0-0. 3%，優(yōu)選添加量為0. 10-0. 20%,Ni含量為0-0. 3%，優(yōu)選添加量為
0. 10-0. 20%ONb :鈮的最突出作用是抑制高溫形變過程中的再結晶，Nb (C、N)未溶質點及應變誘導析出是抑制再結晶的主要因素。利用固溶Nb的拖曳效果和Nb (C，N)析出物阻礙變形奧氏體的回復、再結晶和晶粒長大，特別是精軋階段未再結晶區(qū)的低溫大變形可以顯著降低相變后的晶粒尺寸。本發(fā)明Nb含量為0. 005-0. 1%，優(yōu)選添加量為0. 03-0. 06%。V :釩主要通過鐵素體中C、N化合物的析出對強度有貢獻。V能產生沉淀強化作用進而提高屈服強度，本發(fā)明V含量為0. 005-0. 05%，優(yōu)選添加量為0. 02-0. 05%。Ti :鈦能產生強烈的沉淀強化作用，使鋼的強度提高，還能阻止奧氏體再結晶。它能產生晶粒細化作用，提高鋼材屈服強度，本發(fā)明Ti含量為0. 005-0. 1%，優(yōu)選添加量為0. 010-0. 020%。Cr:首先Cr具有顯著的固溶強化效果，可以彌補由于C、Mn降低引起的強度下降，尤其抗拉強度降低；其次Cr降低Y — a相變溫度，可以獲得細小的相變產物，提高強韌性，本發(fā)明Cr添加量為0-0. 5%，優(yōu)選含量控制為0. 20-0. 30%。本發(fā)明的設計思路I)首先，為了保證良好的抗HIC性能，采用低碳、低錳的成分設計思想，減少中心偏析以及最終產品的帶狀組織，控制碳含量為0. 02 0. 06%，錳含量1. 0 I. 4%。2)正火過程中將發(fā)生顯著的位錯回復、合并消失的現(xiàn)象，晶粒也將發(fā)生粗化，由TMCP工藝帶來的強度貢獻將大量損失。而Cu、Ni和Cr合金具有與Mn合金相同的固溶強、化效果，但不存在偏析問題。因此，在低碳、低錳保證抗HIC性能的基礎上，加入部分合金元素Cu、Ni和Cr，利用其固溶強化效果保證最終的強度和韌性。3)微合金元素方面，首先利用微鈦進行固氮，避免自由氮引起的脆性提高，而形成的TiN粒子還可以通過釘扎晶界的作用細化晶粒；Nb元素是最有效的晶粒細化元素，加入0. 03-0. 06%的Nb，保證正火前的晶粒細小，同時，配合0. 02-0. 05%的V，增加正火過程中及后續(xù)冷卻過程中的析出強化作用，提高最終的產品強度。4)優(yōu)化的控軋控冷工藝。精軋階段6機架進行低溫大變形細化奧氏體晶粒；同時適當提高卷取溫度促進V、Nb微合金的彌散析出，提高強度。 為解決上述問題，本發(fā)明還提供了制造上述正火態(tài)抗酸管線用鋼X52NS熱軋板卷的制造方法，包含控制鐵水預處理S含量小于0. 004% ；控制轉爐冶煉LF進站S含量小于0. 0040%,控制轉爐冶煉RH后S含量8_12ppm，Ca/S比大于2. 0 ；在連鑄時減少或避免偏析；控制板坯粗軋的加熱溫度1140 1200°C。進一步地，所述減少或避免偏析采用鑄坯凝固末端動態(tài)輕壓下、穩(wěn)定的過熱度、恒定拉速和結晶器液面波動±3mm控制技術；進一步地，本制造方法還包含控制粗軋終止溫度920 1020°C，精軋終止溫度780 860。。。進一步地，本制造方法還包含控制道次總壓下量大于75%。進一步地，本制造方法還包含控制卷取溫度為560 620°C，促進Nb、V碳氮化物的析出。進一步地，控制所述鐵水預處理S含量小于0. 003%。本發(fā)明適用于酸性環(huán)境的6. 0 19. Omm厚度規(guī)格正火態(tài)X52NS熱軋卷板，根據(jù)本技術發(fā)明生產出來的抗HIC的正火態(tài)X52NS熱軋卷板性能要求如下拉伸性能RtO.5:450 630MPa, Rm:彡 540MPa, A% 彡 22V型缺口沖擊性能試驗溫度-10°C，10X10X55mm，V型缺口試樣的沖擊功平均值彡100 J，剪切面積100%。DffTT 性能_15°C，剪切面積 SA 彡 85%0硬度試驗HV10( 248金相組織晶粒度為10級或更細?？笻IC 性能在鋼板寬度1/4、1/2位置處和板邊各取縱向試樣一個，試驗按照NACETM0284-96標準，提供A溶液(含飽和H2S的5%NaCl+0. 5%CH3C00H溶液，PH=3)和B溶液(含飽和H2S的人工海水溶液，PH=5)試驗條件下浸泡96小時。條件驗收裂紋敏感率(CSR)S 2%，裂紋長度率(CLR) ( 15%，裂紋厚度率(CTR) ( 5%?？筍SCC 性能在鋼板寬度1/2位置和板邊各取一組縱向試樣，共2組，每組3件試樣，共6件試樣，應采用符合ASTM G39要求的4點彎曲試樣，試樣尺寸應彡115mm長X 15mm寬X 5mm厚，按NACE TM0177方法進行4點彎曲試驗，試驗溶液為NACE TMO177 A溶液，試驗時間720小時，試樣加載應力為規(guī)定最小屈服強度的90%，驗收用十倍的放大鏡觀察，試件表面不得有任何的裂紋。本發(fā)明提供的正火態(tài)抗酸管線用鋼X52NS熱軋板卷及其制造方法，通過優(yōu)化合金成分設計，同時匹配相應的控軋、控冷工藝，鋼卷在經過正火處理后，仍能夠保證良好的力學和抗HIC和抗SSCC性能。


圖I為本發(fā)明實施例提供的未經正火處理的正火態(tài)抗酸管線用鋼X52NS熱軋板卷的金相組織照片，組織為多邊形鐵素體+針狀鐵素體類型為主；圖2為本發(fā)明實施例提供的正火態(tài)抗酸管線用鋼X52NS熱軋板卷的金相組織照片，以細小、均勻的多邊形鐵素體組織和少量滲碳體組織為主，帶狀組織很小。
具體實施例方式參見圖I和圖2，本發(fā)明實施例提供的正火態(tài)抗酸管線用鋼X52NS熱軋板卷，各組分的質量百分含量是C 0. 02-0. 06wt%，優(yōu)選含量為0. 025-0. 045% ；Si 0. 10-0. 35wt% ；Mn I. 0-1. 4wt%,優(yōu)選含量為 I. 10-1. 30% ；P ( 0. 018wt%,優(yōu)選含量在 0. 015% 以內；S^O. 003wt%,優(yōu)選含量在0. 001%以內；Cr 0-0. 50wt%,優(yōu)選含量控制為0. 20-0. 30% ；TiO. 005-0. 10wt%,優(yōu)選添加量為 0. 010-0. 020% ；Nb 0. 005-0. 10wt%,優(yōu)選添加量為0. 03-0. 06% ；V 0. 005-0. 05wt%,優(yōu)選添加量為 0. 02-0. 05% ；Ni 0-0. 30wt%,優(yōu)選添加量為0. 10-0. 20% ；Cu 0-0. 30wt%，優(yōu)選添加量為0. 10-0. 20% ;其他為Fe和不可避免的微量雜質。本發(fā)明實施例提供的正火態(tài)抗酸管線用鋼X52NS熱軋板卷的制造方法，包含控制鐵水預處理S含量小于0. 004%,優(yōu)選含量小于0. 003% ;控制轉爐冶煉LF進站S含量小于0. 0040%，控制轉爐冶煉RH后S含量8-12ppm，Ca/S比大于2. 0 ;在連鑄時采用鑄坯凝固末端動態(tài)輕壓下、穩(wěn)定的過熱度、恒定拉速和結晶器液面波動±3_控制技術，來減少或避免偏析；控制板坯粗軋的加熱溫度1140 1200°C。其中，本方法還包含控制粗軋終止溫度920 1020°C，精軋終止溫度780 860。。。其中，本方法還包含控制道次總壓下量大于75%。其中，本方法還包含控制卷取溫度為560 6201，促進他、￥碳氮化物的析出。本發(fā)明實施例提供的正火態(tài)抗酸管線用鋼X52NS熱軋板卷及其制造方法的冶煉化學成分如表I所示，具體軋鋼工藝參數(shù)如表2所示，表3為力學性能檢驗結果，表4為A溶液和B溶液檢驗結果。經過后期的合理正火處理及制管后，其力學性能如表5所示。表I. X52NS 化學成分，wt%權利要求
1.正火態(tài)抗酸管線用鋼X52NS熱軋板卷，其特征在于，各組分的質量百分含量是C 0. 02-0. 06wt%, Si 0. 10-0. 35wt%, Mn I. 0-1. 4wt%, P 彡 0. 018wt%, S 彡 0. 003wt%, Cr0-0. 50wt%, T i 0.005-0. 10wt%, NbO.005-0. 10wt%, V 0.005-0. 05wt%, Ni 0-0. 30wt%, Cu0-0. 30wt%，其他為Fe和不可避免的微量雜質。
2.如權利要求I所述的正火態(tài)抗酸管線用鋼X52NS熱軋板卷的制造方法，其特征在于，包含 控制鐵水預處理S含量小于0. 004% ； 控制轉爐冶煉LF進站S含量小于0. 0040%,控制轉爐冶煉RH后S含量8_12ppm，Ca/S比大于2. 0 ； 在連鑄時減少或避免偏析； 控制板坯粗軋的加熱溫度1140 1200°C。
3.如權利要求2所述的正火態(tài)抗酸管線用鋼X52NS熱軋板卷的制造方法，其特征在于，所述減少或避免偏析采用鑄坯凝固末端動態(tài)輕壓下、穩(wěn)定的過熱度、恒定拉速和結晶器液面波動±3mm控制技術。
4.如權利要求2或3所述的正火態(tài)抗酸管線用鋼X52NS熱軋板卷的制造方法，其特征在于，還包含控制粗軋終止溫度920 1020°C，精軋終止溫度780 860°C。
5.如權利要求2或3所述的正火態(tài)抗酸管線用鋼X52NS熱軋板卷的制造方法，其特征在于，還包含控制道次總壓下量大于75%。
6.如權利要求2或3所述的正火態(tài)抗酸管線用鋼X52NS熱軋板卷的制造方法，其特征在于，還包含控制卷取溫度為560 620°C，促進Nb、V碳氮化物的析出。
7.如權利要求2或3所述的正火態(tài)抗酸管線用鋼X52NS熱軋板卷的制造方法，其特征在于，控制所述鐵水預處理S含量小于0. 003%。
全文摘要
本發(fā)明公開了正火態(tài)抗酸管線用鋼X52NS熱軋板卷及其制造方法，各組分的含量是C 0.02-0.06wt%，Si 0.10-0.35wt%，Mn 1.0-1.4wt%，P ≤0.018wt%，S ≤0.003wt%，Cr 0-0.50wt%，Ti 0.005-0.10wt%，Nb0.005-0.10wt%，V 0.005-0.05wt%，Ni 0-0.30wt%，Cu 0-0.30wt%，其他為Fe和不可避免的微量雜質。本發(fā)明提供的正火態(tài)抗酸管線用鋼X52NS熱軋板卷及其制造方法，鋼卷在經過正火處理后，仍能夠保證良好的力學和抗HIC和抗SSCC性能。
文檔編號C21D8/02GK102747292SQ201210271608
公開日2012年10月24日 申請日期2012年7月31日 優(yōu)先權日2012年7月31日
發(fā)明者代曉莉, 吳新朗, 孫常庫, 李明, 李永東, 李海波, 李飛, 楊健, 武軍寬, 牛濤, 王學強, 王超 申請人:首鋼總公司