一种经济型耐H2S腐蚀正火管线钢及生产方法技术

一种经济型耐H2S腐蚀正火管线钢，其化学成分及wt%：C：0.04~0.07%，Si：0.10~0.20%，Mn：0.7~0.9%，P：≤0.01%，S：≤0.002%，Nb 0.06~0.12%，V 0.04~0.07%，B≤0.0005，RE≤0.0005。生产步骤：对铸坯加热；粗轧；精轧；冷却；卷取；正火。本发明专利技术在在保证使用力学性能及良好的可焊接性之外，还具有优异的耐硫化氢腐蚀性能，在加载载荷为0.80×实际屈服强度载荷条件下均未观察到裂纹，且合金成本简单，成本低可降低20%以上。

【技术实现步骤摘要】
一种经济型耐H2S腐蚀正火管线钢及生产方法
本专利技术涉及一种管线钢及生产方法，具体属于一种耐H2S腐蚀性能优异的正火管线钢及生产方法。
技术介绍
石油、天然气是国民经济发展的重要能源，在能源消费中的比重日益增加。当前管道输送依然是石油、天然气最为经济、安全、高效的长距离输送方式。然而，随着易开采石油、天然气资源的枯竭，H2S含量高的天然气开发力度正不断加大。H2S是石油和天然气中最具有腐蚀作用的有害介质之一。当管线钢暴露在含湿H2S的输送介质中时，材料极易发生H2S酸性腐蚀，造成送管道突然失效，其中氢致开裂（HIC）和硫化物应力开裂（SSCC）是H2S腐蚀的主要形式。我国大部分油气田中含有的H2S浓度含量较高，集输管线管输送的介质是未经脱盐、脱水、脱硫等处理的石油或天然气，其相应党的管线钢除要求其具有良好的强度、冲击性能和焊接性能之外，还要求具有较好的抗H2S腐蚀性能。正火态管线钢因其组织与性能均匀的特性，相较于热轧态更适合于集输管线的制造。同时考虑到降低油气输送成本的需求，亟需开发经济型耐H2S腐蚀正火管线钢。经检索，在本专利技术之前，中国专利申请号为CN201010235925.6、CN201510297590.3、CN20160419909.X、CN2012101168133.0、CN201410233997.5的文献，所涉及的正火管线钢化学成分均采用的是低C或中C+中Mn的成分体系，同时添加适量Cr、Ni等贵重合金，经济性不足且均不具备耐腐蚀性。中国专利申请号为CN201210271608.9、CN201610025494.8、CN201310146465.3、CN201010130911.8、CN201410130811.3的文献，所涉及的正火管线钢采用Cu+Cr+Mo+Ni或高Cr的成分体系，不具有经济性特征。
技术实现思路
本专利技术在于克服现有技术存在的不足，提供一种在具有高强度、高韧性及良好的可焊接性之外，还具有采用控轧控冷与离线正火热处理相结合的方式生产、耐H2S腐蚀性能优异，具有合金成本低即可使合金成本降低20%以上、抗HIC和SSCC性能优异的经济型耐H2S腐蚀正火管线钢及生产方法。实现上述目的的措施：一种经济型耐H2S腐蚀正火管线钢，其化学成分及重量百分比含量为：C：0.04~0.07%，Si：0.10~0.20%，Mn：0.7~0.9%，P：≤0.01%，S：≤0.002%，Nb0.06~0.12%，V0.04~0.07%，B≤0.0005，RE≤0.0005，其余为Fe及杂质。生产一种经济型耐H2S腐蚀正火管线钢的方法，其步骤：1）对连铸后铸坯加热，控制其加热温度在1100~1150℃；2）进行粗轧，并控制粗轧结束温度为1030~1080℃；3）进行精轧，并控制其开轧温度不超过950℃，终轧温度控制位870~900℃；4）进行冷却，在冷却速度30~40℃/s条件下冷却至卷取温度；5）进行卷取，控制卷取温度在500~550℃；6）进行正火，并控制正火温度在890~920℃，并再此温度下按照1.5~2min/mm进行保温。本专利技术中各化元素级主要工艺的作用及机理：C：C为最基本、最经济的强化元素，通过固溶强化和析出强化有效地提高钢的强度。C含量过低时对钢的强度作用不明显，含量太高时则会降低钢的塑性、韧性和可焊接性，并且会加重钢中的带状组织级别。故本专利技术中C的含量控制为0.040~0.070%。Si：Si主要以固溶强化形式提高钢的强度，同时也是钢中的脱氧元素，但含量过低时强化效果不明显，含量过高时又对钢的韧性不利。故本专利技术中Si的含量控制为0.10~0.20%。Mn：Mn是钢中重要的固溶强化元素，利于提高钢的强度和低温韧性。但其含量过高时，会导致其钢中成分偏析严重，进而促进钢中硬脆的珠光体或者M/A带状组织形成，恶化钢的耐H2S腐蚀性能。同时，高的Mn含量易于促进MnS条带状夹杂物的产生，成为钢中扩散氢的聚集地，容易诱发氢致开裂。故本专利技术中Mn的含量控制为0.7~0.9%。Nb：热轧过程中Nb具有强烈的晶粒细化作用和中等的析出强化作用，能够延迟奥氏体再结晶，导致奥氏体晶粒和相变产物的细化并提高钢的强韧性。正火过程中，钢中固溶的Nb元素通过溶质拖曳效应阻止奥氏体晶粒的过度长大，可以使热轧时的晶粒细化程度得到较大程度的遗传，且在正火冷却过程中Nb元素以第二相粒子形式析出，提高正火钢的强度。故本专利技术中Nb含量控制为0.06~0.12%。V：V是重要的微合金元素，具有强烈的析出强化效果，可以有效地改善钢的强度性能，但其含量过高则会引起钢的冲击韧性显著下降。因此本专利技术中V含量控制在0.04~0.07%。P、硫S：P会降低钢的低温韧性，恶化焊接性能，并且P容易在钢中偏析，促进带状组织的产生，不利于钢的耐H2S腐蚀特性。S容易与Mn形成长条状MnS夹杂，在影响钢韧性的同时，氢原子倾向于在MnS尖端聚集，从而诱发H2S腐蚀开裂。因此本专利技术应尽量减少P、S的含量以减少其对钢的不利影响，P的含量控制为P≤0.010%，S的含量控制为S≤0.0020%。考虑到用户对管线钢化学成分的普遍要求，本专利技术中不故意添加B和RE元素，且要求B≤0.0005%、RE≤0.0005%。本专利技术为获得兼顾正火管线钢的强度和耐腐蚀性能，除对化学成分进行优化设计外，还在热轧阶段（粗轧、精轧、冷却等）与正火阶段（温度、时间等）的生产工艺进行了针对性设计。具体设计思路如下：1）采用低C+低Mn体系以降低钢中带状组织的形成趋势，同时利用热轧后的快速冷却技术抑制相变阶段C元素的扩散和局部富集，提高钢的耐腐蚀性能。2）采用TMCP+低C高Nb技术的进行生产，通过充分的再结晶细化和未再结晶位错密度积累，促进奥氏体中固溶的Nb元素以NbC的形式在位错与晶界处弥散析出，进而为正火阶段奥氏体晶粒形核提供有利条件，从而实现奥氏体晶粒的细化和正火钢的强韧性改善。3）精确进行控冷阶段冷却速度与终冷温度的控制，确保钢中的V元素以细小、弥散的形态充分析出，进而在正火阶段奥氏体化过程中提供形核位置，实现奥氏体晶粒细化和正火钢强韧性改善。4）控制正火温度和保温时间，既保证完全奥氏体化又避免晶粒过度长大，以免恶化正火钢的强度和韧性。本专利技术与现有技术相比吨钢成本可降低15%，在具有高强度、高韧性及良好的可焊接性之外，即屈服强度Rt0.5≥245MPa，抗拉强度Rm≥415MPa，-20℃冲击功KV2≥180J（全尺寸规格），-20℃DWTT断面剪切率SA≥90%。同时，本专利技术在NACEA溶液中具有优异的耐H2S腐蚀性能。具体表现为，按照NACETM0284标准，在A溶液中进行HIC检验，正火管线钢试样断面的裂纹长度率CLR、裂纹厚度率CTR、裂纹面积率CSR值均为0，即试样断面无裂纹；按照NACETM0177标准，在A溶液中分别采用四点弯曲法进行SSCC检验，正火管线钢试样在加载载荷为0.80SYMS（名义屈服强度）载荷条件下均未观察到裂纹。附图说明图1为本专利技术钢板的金相组织图。具体实施方式下面对本专利技术予以详细描述：表1为本专利技术各实施例及对比例的化学成分列表；表2为本专利技术各实施例及对比例的主要工艺参数列表；表3为本专利技术各实施例及对比例力学性能与耐H2S腐蚀性能本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种经济型耐H

【技术特征摘要】
1.一种经济型耐H2S腐蚀正火管线钢，其化学成分及重量百分比含量为：C：0.04~0.07%，Si：0.10~0.20%，Mn：0.7~0.9%，P：≤0.01%，S：≤0.002%，Nb0.06~0.12%，V0.04~0.07%，B≤0.0005，RE≤0.0005，其余为Fe及杂质。2.生产如权利要求1所述的一种经济型耐H2S腐蚀正火管线钢的方法，其步骤：1）对连铸后铸坯...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔雷，徐进桥，李利巍，邹航，徐锋，孔君华，郎丰军，王俊霖，毛传军，张扬，
申请(专利权)人：武汉钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42