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        厚規(guī)格抗酸性腐蝕X70管線鋼的工藝

        2019-10-21 08:55:20劉洋洋
        中國金屬通報 2019年9期
        關鍵詞:鐵水軋機韌性

        劉洋洋

        (山東鋼鐵集團日照有限公司,山東 日照 276800)

        我國西部天然氣資源豐富,但是H2S含量高,為降低管道建設成本,管道輸送的天然氣不再是經(jīng)過脫水、脫H2S處理的“甜氣”,而是未經(jīng)處理的“酸氣”,天然氣中H2S分壓低于300Pa時稱為甜氣,分壓高于300Pa時稱為酸氣[1]。另一方面可通過增加管道壁厚達到延長壽命。隨著我國能源管道輸送事業(yè)高速發(fā)展,對管線鋼低溫韌性和附加性能提出更高的要求,特別是大壁厚鋼板要具有良好的低溫韌性和抗酸性腐蝕性能。為了解決天然氣硫化氫含量高導致管道建設成本上升的問題,所以,生產(chǎn)大壁厚低溫韌性抗酸性腐蝕X70管線鋼具有重要意義。

        1 X70管線鋼研究

        為了解決上述的技術問題,本文提供了一種厚規(guī)格高韌性抗酸性腐蝕屈服強度為450MPa級高強度管線用鋼板;

        本文還提供了上述的鋼板的制造方法,本文的方法采用低碳、低合金成分設計理念,利用精煉手段提高鋼水純凈度,利用鈣處理球化夾雜物形態(tài),采用控軋控冷技術進行生產(chǎn),保證本文鋼板具有優(yōu)良的抗HIC和SSCC酸性腐蝕性能的同時,具有高強度、高止裂韌性、良好焊接性等綜合性能優(yōu)良的產(chǎn)品。

        本文的厚規(guī)格抗酸性腐蝕X70管線鋼板,包括以下質(zhì) 量 百 分 比 的 組 分 :C 0.04%~0.06%,Si 0%~0.04%,Mn 1.35%~1.70%,P ≤0.010%,S≤0.0015%,Nb 0.035%~0.050%,Ti0.010%~0.020%,Mo 0.20%~0.30%,Cu 0.15%~0.35%,Cr 0.15%~0.35%,Ni 0.15%~0.30%,Al 0.020%~0.035%,N ≤0.0045%,H≤0.00015%,O≤0.0025%, 其 中[H]+[O]+[N]+[P]+[S]≤150ppm,余量為Fe。

        2 X70管線鋼板防腐蝕步驟

        上述的厚規(guī)格抗酸性腐蝕X70管線鋼板的生產(chǎn)方法,包括下述的步驟:鐵水KR脫硫預處理→扒渣→轉(zhuǎn)爐冶煉→CAS吹氬站→LF爐精煉→RH真空精煉→連鑄→加熱爐→粗軋→精軋→弛豫待溫→MULPIC水冷→矯直。

        上述的鐵水KR預脫硫過程中,鐵水溫度在1350℃以上,攪拌過程中采用大攪拌力、大渣量操作方法,扒渣干凈,裸露面大于60%,KR處理終點S含量≤0.004%。上述的轉(zhuǎn)爐冶煉采用頂?shù)赘贝捣绞?,轉(zhuǎn)爐終點C質(zhì)量百分比含量控制在0.03%~0.05%,控制P的質(zhì)量百分比含量≤0.008% ,控制S的質(zhì)量百分比含量≤ 0.006%。上述的連鑄步驟后得到板坯,將得到的板坯加熱至1200℃~1250℃,軋制包括粗軋和精軋兩個階段,粗軋在再結晶溫度以上軋制,精軋在非再結晶溫度區(qū)間軋制。上述粗軋階段有效終軋為4道次軋制,粗軋結束溫度為990℃~1000℃,精軋中間坯厚度為成品3.0倍以上,精軋開始溫度為810℃~850℃,精軋結束溫度為760℃~780℃。上述粗軋階段最后兩道次單道次壓縮比大于20%,精軋階段成品厚度為20mm~35mm,冷卻結束溫度為590℃~630℃。優(yōu)選的,上述粗軋階段最后兩道次單道次壓縮比大于20%,精軋階段成品厚度為30mm,冷卻結束溫度為600℃。

        3 鋼板元素含量設計分析

        本文的鋼板中各元素含量的設計理由詳述如下:

        C對鋼的強度、低溫沖擊韌性、焊接性能產(chǎn)生顯著影響,C一方面可以提高強度,另一方面,隨著C含量的增高,低溫沖擊韌性、焊接性能會隨之降低。當C高于0.12%時,焊接熱影響區(qū)中出現(xiàn)多量的淬硬組織,使韌性得到惡化,而且高C時容易產(chǎn)生焊接裂紋。本文C含量限制在0.04%~0.06%。

        Mn主要起固溶強化作用,提高錳含量可以顯著提高鋼的抗拉強度,錳還可以推遲鐵素體、珠光體的轉(zhuǎn)變,并降低貝氏體的轉(zhuǎn)變溫度,有利于形成細晶粒組織;當Mn含量高于1.80%時,熱影響區(qū)韌性變壞。本文Mn含量限制在1.35%~1.70%。

        Ti化學活性很強,易與鋼中的C、N、O、S形成化合物。加入微量Ti,使其與鋼中的N形成TiN,TiN粒子與鐵素體的錯配度很?。?.8%),可作為非均勻形核的基體,產(chǎn)生強烈的沉淀強化及中等程度的晶粒細化作用。TiN可阻止鋼坯在加熱、軋制、焊接過程中晶粒的長大,改善母材和焊接熱影響區(qū)的韌性。本文嚴格控制Ti、N元素含量,分別為0.010%~0.020%、0.003%~0.0045%,且控制Ti/N=2.0~3.4。

        Mo能夠提高厚鋼板的淬透性,有助于軋制時奧氏體晶粒細化和和微細貝氏體的生成。Ni的主要作用是提高鋼的低溫韌性。

        Cu可以使氫致裂紋敏感性明顯降低,因為Cu能夠促進鋼表面形成鈍化膜,減少了氫元素的侵入,從而阻止了氫致裂紋的形成。Cu還可以抵消鋼種S的作用,鋼中Cu與S元素結合可以形成難容的硫化物,從而減弱了S對鋼耐腐蝕性的有害作用。本文Cu含量0.15%~0.35%。

        Al是脫氧元素,鋼中形成的AlN可有效細化晶粒,含量0.02%~0.035%較為合適。

        鋼中的雜質(zhì)元素P、S、N、O、H要盡量低,避免出現(xiàn)鋼中夾雜物,影響鋼板的韌性。本文要求P≤0.012%,S≤0.003%,N≤0.0045%,O≤0.0025%,H≤0.00015%。

        本文的有益效果在于,采用本文的方法制造的X70管線鋼板,在具有優(yōu)良的抗HIC和SSCC酸性腐蝕性能的同時,還具有高強度、高止裂韌性、良好焊接性等綜合性能優(yōu)良的特點,其屈服強度達到450MPa。

        表1 厚度33mmX70鋼板力學性能

        4 實例分析

        實施例1:本文采用在線淬火工藝生產(chǎn)高強韌厚鋼板。其整體工藝流程為:優(yōu)質(zhì)鐵水~KR鐵水預處理~210噸頂?shù)讖痛缔D(zhuǎn)爐~CAS站吹氬處理~LF爐精煉~RH真空脫氣處理~板坯澆鑄~步進式加熱爐~高壓水除鱗~軋機粗軋~軋機精軋~預矯直~MULPIC冷卻~強力矯直~精整~噴號標識~探傷~取樣檢驗~入庫~發(fā)貨。將鋼坯加熱至1150℃~1200℃,鋼板通過粗軋機、精軋機軋制后,奧氏體晶粒充分細化。在鋼板軋后高溫狀態(tài)下迅速進入MULPIC進行水冷。

        軋制工藝:采用雙機架控制軋制,粗軋機進行980℃以上完全再結晶區(qū)軋制,減少中間坯等待時間,防止再結晶奧氏體過分長大,最后兩道次變形率20%~25%。對按照本文工藝要求所生產(chǎn)33mm厚規(guī)格抗酸性腐蝕X70管線鋼性能檢驗結果見表1。試驗結果表明,此發(fā)明生產(chǎn)鋼板具有高純凈度、高強度、高韌性、晶粒細小等特點,同時,鋼板具有優(yōu)良的抗HIC和SSCC性能。

        5 結語

        解決了厚規(guī)格鋼板厚度方向組織不均勻的難題,同時,通過弛豫解決了芯部組織與邊部組織差異大的問題。此發(fā)明工藝成分要求不高、工藝操作簡單,生產(chǎn)流程短、能耗低,便于在大生產(chǎn)中推廣,可廣泛應用于石油、天然氣管道輸送行業(yè)所需抗酸性腐蝕類高強高韌厚規(guī)格X70管線鋼板的制造。

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