一种低成本屈服强度360MPa级掺氢输气管道用热轧板卷工业制造方法与流程

一种低成本屈服强度360mpa级掺氢输气管道用热轧板卷工业制造方法
技术领域
1.本发明涉及新能源钢铁产品技术应用领域，尤其涉及一种低成本屈服强度360mpa级掺氢输气管道用热轧板卷工业制造方法，具体是一种既具有抗氢致裂纹(hic)，又具有抗氢脆特性的热轧板卷工业制造方法。裂纹尖端开口位移(ctod)满足使用需求，氢环境慢应变速率拉伸试验满足gb/t34542.2要求且未有强度和塑性变坏指征，完全满足屈服强度360mpa级掺氢管道用材技术规范。


背景技术：

2.氢能是能源转型升级的重要方向，也是实现碳中和目标的重要途径。目前，越来越多的新建或在役的天然气管网项目工程陆续实现掺氢输送，项目涉及钢铁产品种类多，管径、压力范围大，应用量大涉及面广。本专利涉及的低成本屈服强度360mpa级掺氢输气管道用热轧板卷用于西部天然气(包头-临河)段输气管道工程建设，管道输送介质中含有10％氢气，管道全长270公里，是国家近几年倡导清洁能源输送的示范工程项目。
3.1、文献一cn114645215a《一种l245s掺氢管线钢及其生产方法》，是一种l245s级别热处理生产工艺掺氢管线钢生产方法，本专利强度级别高于文献一且为热机械轧制用钢，不含热处理工序，品种类型和生产工艺与文献一不同，工艺流程短。本专利不仅采用nb+ti微合金化实现经济型成分设计，而且lf+rh双精炼冶炼技术更有利于夹杂物和h、o含量控制，提高钢质纯净度，确保产品抗氢脆性能。
4.2、文献二cn113862549a《一种l360qs输氢管线钢的生产方法》，是一种l360qs级别热处理生产工艺输氢管线钢生产方法，本专利为l360ms级别热机械轧制用钢，不含热处理工序，品种类型和生产工艺与文献二不同，工艺流程短。本专利仅采用nb+ti微合金化成分设计，不添加cr、mo等贵金属元素，成本低廉。
5.3、文献三cn115584441a《一种屈服强度245mpa级输氢管道用热轧板
6.卷及其生产方法》，是一种245mpa级输氢管道用热轧板卷生产方法，本专利强度级别高于文献三，屈服强度为360mpa级。本专利专用于掺氢输气管道用热轧板卷制造，拥有超低磷p≤0.010％低硫s≤0.0015％控制技术，涉及产品不仅具有抗氢致裂纹(hic)性能，而且具有抗氢脆特性，裂纹尖端开口位移ctod检测满足用户需求，氢环境慢应变速率拉伸检测未有强度和塑性变坏指征，完全满足屈服强度360mpa级掺氢管道用材技术规范。


技术实现要素：

7.本发明的目的是提供一种低成本屈服强度360mpa级掺氢输气管道用热轧板卷工业制造方法，成分设计以低碳c-mn钢为主，添加微量nb、ti等合金化，结合超低硫磷冶炼控制技术和tmcp控轧控冷工艺，获得具有优良强韧性、抗氢致裂纹以及氢环境慢应变速率拉伸性能的掺氢管线用钢。生产的热轧板卷性能满足：屈服强度390mpa～490mpa，抗拉强度480mpa～560mpa，延伸率≥30％，屈强比≤0.93，-20℃夏比冲击功akv≥300j，晶粒度≥11
级，抗氢致开裂(hic)裂纹敏感率(csr)≤2％、裂纹长度率(clr)≤15％、裂纹厚度率(ctr)≤5％，-10℃试验温度下裂纹尖端开口位移(ctod)≤0.254mm，氢环境慢应变速率拉伸试验满足gb/t34542.2要求且未有强度和塑性变坏指征，满足用户需求。
8.为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
9.本发明一种低成本屈服强度360mpa级掺氢输气管道用热轧板卷工业制造方法，包括以下工序：kr铁水脱硫预处理—转炉顶底吹炼—lf精炼—rh精炼—板坯连铸—再加热—粗轧和精轧机组控制轧制—冷却—卷取—托盘运输系统—取样、检验，其中粗轧和精轧机组控制轧制工序包括粗轧高压水除鳞—定宽压力机—e1r1粗轧机—e2r2粗轧机—保温罩—飞剪—精轧高压水除鳞—f1～f7精轧机；冷却采用加密型层流冷却，其特征在于：
10.板坯连铸处理后形成的连铸坯中，p≤0.010％；s≤0.0015％；[n]≤0.0050％，[o]≤0.0030％，[h]≤0.0002％；rh精炼工序真空度要求≤2.6mbar，保持真空时间≥15min。rh真空处理期间保证循环纯脱气时间≥7min；rh真空处理结束后，喂入钙线进行钙处理，喂丝后软吹时间大于8min；采用连铸坯轻压下技术控制中心偏析；
[0011]
采用2250mm热连轧轧制，连铸坯厚度230mm，连铸坯经步进式加热炉加热至≤1200℃目标出炉，随后经≤8道次粗轧及7道次精轧机组进行两阶段控制轧制，精轧终轧温度≤860℃，随后采用加密层流冷却方式快速均匀冷却，在≤600℃温度下进行卷取。
[0012]
进一步的，所述热轧板卷按质量百分比计为：c≤0.07％、si≤0.40％、mn≤1.25％、p≤0.010％、s≤0.0015％、nb≤0.060％、ti≤0.040％、al≤0.060％，余量为fe和不可避免的杂质。
[0013]
进一步的，所述热轧板卷的力学性能满足：屈服强度390mpa～490mpa，抗拉强度480mpa～560mpa，延伸率≥30％，屈强比≤0.93，-20℃夏比冲击功akv≥300j，晶粒度≥11级，抗氢致开裂(hic)裂纹敏感率(csr)≤2％、裂纹长度率(clr)≤15％、裂纹厚度率(ctr)≤5％；-10℃试验温度下裂纹尖端开口位移(ctod)≤0.254mm；氢环境慢应变速率拉伸试验满足gb/t34542.2要求且未有强度和塑性变坏指征，满足用户需求。
[0014]
其主要元素的选择理由如下：
[0015]
c：钢中c含量增加，屈服强度和抗拉强度升高，但塑韧性下降。对于管线钢来说，如果碳含量过高，钢的韧性会急剧下降，焊接性恶化，同时c是易偏析元素会加剧铸坯中心偏析，轧制后易形成珠光体带状组织，会严重影响钢材抗氢致裂纹性能，因此采用低碳成分设计思路是抗h2s管线产品设计的前提，而通过合金元素的作用来弥补钢材强度损失。因此，本发明将碳含量控制为≤0.07％。
[0016]
si：脱氧元素，固溶于铁素体以提高钢的强度，但同时要损失塑性和韧性，本发明将si含量控制为≤0.40％。
[0017]
mn：锰可以与铁无限置换固溶，是很好的固熔强化元素，但锰在钢中与碳、磷元素一样均易富集于铸坯中心形成硬相偏析带，轧制后生成珠光体带状组织造成钢的hic性能下降。因此，本发明的锰含量为≤1.25％。
[0018]
p：钢中成分偏析带是影响氢致开裂敏感性的重要因素之一，而p元素在钢中结晶过程中极易产生偏析，造成成分和组织的不均匀，增大氢致裂纹敏感性。因此，本发明将p含量控制为p≤0.010％，同时p的控制水平也是目前掺氢输气管道工程应用的强制技术指标。
[0019]
s：是对抗氢腐蚀开裂性极为有害的元素，急剧提高氢致裂纹敏感性。s与mn生成的
mns夹杂是氢致裂纹最易成核的位置，一般通过钙处理可使mns成为散的球状体，从而可以抑制氢致裂纹的形成。本发明将s含量控制为s≤0.0015％，同时s的控制水平也是目前掺氢输气管道工程应用的强制技术指标。
[0020]
al：脱氧元素，添加适量的铝可形成细小弥散的aln粒子，有利于细化晶粒，提高钢的强韧性能，本发明将al含量控制在≤0.060％。
[0021]
nb：铌具有提高钢的强度和韧性的作用，成为最典型的、应用最广的微合金元素。铌的碳氮化物可在加热和轧制过程中从奥氏体中析出，或在相变过程中在相界析出，或在最终冷却过程中从过饱和铁素体中析出来细化晶粒。nb为贵重元素，本发明将铌含量控制为≤0.060％。
[0022]
ti：钛在加热和凝固过程中与碳和氮有极强的亲和力，形成非常稳定的tic、tin质点富集于晶界处，形成难溶的第二相粒子阻碍晶界迁移和位错运动，有强烈阻止晶粒长大的作用，对改善钢焊接时热影响区的断裂韧性有明显作用。因此，本发明将ti含量控制在≤0.040％。
[0023]
与现有技术相比，本发明的有益技术效果：
[0024]
(1)凭借2250mm轧机设备优势，产品设计成本低廉，以c-mn钢为主，仅添加微量的nb、ti合金元素，有助于企业产品创效。
[0025]
(2)产品具有良好的抗氢致开裂性能和抗氢脆特性，而且裂纹尖端开口位移(ctod)和氢环境下慢应变速率拉伸性能满足用户需求，适用于国内外掺氢输气管道屈服强度360mpa级热轧板卷制造。
[0026]
具体具有以下有益效果：
[0027]
本发明的一种低成本屈服强度360mpa级掺氢输气管道用热轧卷板产品性能优异，成分设计经济合理，特别是既具有抗氢致裂纹(hic)，又具有抗氢脆特性，且裂纹尖端开口位移(ctod)和氢环境下慢应变速率拉伸性能完全满足屈服强度360mpa级掺氢管道用材技术规范。
[0028]
本发明结合超低硫磷冶炼连铸技术和控轧控冷工艺技术，生产的板卷质量优异，焊接制成的钢管可广泛应用到掺氢输气管道项目建设，为国家发展新能源输送材料的开发提供重要技术支持，在新能源应用领域具备突出的经济效益和良好的社会效益。
附图说明
[0029]
下面结合附图说明对本发明作进一步说明。
[0030]
图1为本发明实施例2获得的屈服强度360mpa级热轧板卷的金相组织(500倍)。
具体实施方式
[0031]
以下实施例用于具体说明本发明内容，这些实施例仅为本发明内容的一般描述，并不对本发明内容进行限制。
[0032]
实施例
[0033]
以下通过实施例详细说明本发明的内容，本领域技术人员应当理解，实施例仅出于便于理解本发明内容的目的，并不对本发明的内容进行限制。
[0034]
实施例1～实施例3的实验钢使用成分的重量百分比如下表1所示，表2为各实施例
的具体工艺制度，表3为各实施例钢的力学性能。其中图1示出了实施例2获得钢带的金相组织，可见金相组织为铁素体+珠光体，晶粒细小均匀，无带状组织，晶粒大小12级左右。
[0035]
表1：各实施例钢化学成分(wt，％)
[0036]
实施例csimnpsalnb+ti10.050.1601.180.0060.0010.040≤0.10％20.040.1601.180.0060.0010.036≤0.10％30.060.1601.180.0060.0010.039≤0.10％
[0037]
表2：各实施例工艺制度
[0038][0039][0040]
表3：各实施例钢力学性能
[0041][0042]
表4实施例母材抗hic性能
[0043][0044]
注：试样表面均无氢鼓泡。
[0045]
表5氢环境慢应变速率拉伸性能
[0046][0047][0048]
从实施例可以看出，本发明实施例钢不仅力学性能满足标准要求，而且无氢致裂纹，氢环境慢应变速率拉伸试验满足gb/t34542.2要求且未有强度和塑性变坏指征，裂纹尖端开口位移(ctod)满足用户需求。
[0049]
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。

技术特征：
1.一种低成本屈服强度360mpa级掺氢输气管道用热轧板卷工业制造方法，包括以下工序：kr铁水脱硫预处理—转炉顶底吹炼—lf精炼—rh精炼—板坯连铸—再加热—粗轧和精轧机组控制轧制—冷却—卷取—托盘运输系统—取样、检验，其中粗轧和精轧机组控制轧制工序包括粗轧高压水除鳞—定宽压力机—e1r1粗轧机—e2r2粗轧机—保温罩—飞剪—精轧高压水除鳞—f1～f7精轧机；冷却采用加密型层流冷却，其特征在于：板坯连铸处理后形成的连铸坯中，p≤0.010％；s≤0.0015％；[n]≤0.0050％，[o]≤0.0030％，[h]≤0.0002％；rh精炼工序真空度要求≤2.6mbar，保持真空时间≥15min。rh真空处理期间保证循环纯脱气时间≥7min；rh真空处理结束后，喂入钙线进行钙处理，喂丝后软吹时间大于8min；采用连铸坯轻压下技术控制中心偏析；采用2250mm热连轧轧制，连铸坯厚度230mm，连铸坯经步进式加热炉加热至≤1200℃目标出炉，随后经≤8道次粗轧及7道次精轧机组进行两阶段控制轧制，精轧终轧温度≤860℃，随后采用加密层流冷却方式快速均匀冷却，在≤600℃温度下进行卷取。2.根据权利要求1所述的低成本屈服强度360mpa级掺氢输气管道用热轧板卷工业制造方法，其特征在于：所述热轧板卷按质量百分比计为：c≤0.07％、si≤0.40％、mn≤1.25％、p≤0.010％、s≤0.0015％、nb≤0.060％、ti≤0.040％、al≤0.060％，余量为fe和不可避免的杂质。3.根据权利要求2所述的低成本屈服强度360mpa级掺氢输气管道用热轧板卷工业制造方法，其特征在于：所述热轧板卷的力学性能满足：屈服强度390mpa～490mpa，抗拉强度480mpa～560mpa，延伸率≥30％，屈强比≤0.93，-20℃夏比冲击功akv≥300j，晶粒度≥11级，抗氢致开裂(hic)裂纹敏感率(csr)≤2％、裂纹长度率(clr)≤15％、裂纹厚度率(ctr)≤5％；-10℃试验温度下裂纹尖端开口位移(ctod)≤0.254mm；氢环境慢应变速率拉伸试验满足gb/t34542.2要求且未有强度和塑性变坏指征，满足用户需求。

技术总结
本发明公开了一种低成本屈服强度360MPa级掺氢输气管道用热轧板卷工业制造方法，包括以下工序：KR铁水脱硫预处理—转炉顶底吹炼—LF精炼—RH精炼—板坯连铸—再加热—粗轧和精轧机组控制轧制—冷却—卷取—托盘运输系统—取样、检验，其中粗轧和精轧机组控制轧制工序包括粗轧高压水除鳞—定宽压力机—E1R1粗轧机—E2R2粗轧机—保温罩—飞剪—精轧高压水除鳞—F1～F7精轧机；冷却采用加密型层流冷却。本发明制造的热轧板卷的综合力学性能优良，具有抗氢致开裂性能和抗氢脆特性。具有抗氢致开裂性能和抗氢脆特性。具有抗氢致开裂性能和抗氢脆特性。


技术研发人员：曹妍 刘妍 宿成 张嘉华 高燕飞 张文录 张琢晶
受保护的技术使用者：包头钢铁（集团）有限责任公司
技术研发日：2023.03.21
技术公布日：2023/7/13