專利名稱：：一種酸性環(huán)境用x65熱軋卷板及其制造方法一種酸性環(huán)境用X65熱軋巻板及其制造方法所屬領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種酸性環(huán)境用X65熱軋巻板及其制造方法，屬于鋼鐵新材料和軋鋼領(lǐng)域，特別適用于酸性環(huán)境下高壓、長距離輸送管道用管線鋼。
背景技術(shù)：
：目前輸送石油、天然氣用鋼管均參照美國石油協(xié)會(huì)API5L標(biāo)準(zhǔn)，包括螺旋埋弧焊管用熱軋巻板和直縫埋弧焊管用鋼板，伴隨熱連軋機(jī)組寬度增加，也采用熱軋巻板開平板生產(chǎn)直縫埋弧焊管。伴隨輸送壓力增加、輸送含H^的石油、天然氣介質(zhì)，對(duì)長距離輸送鋼管和管線鋼提出了更高的性能要求，一方面要求管線鋼具有更高的強(qiáng)度和優(yōu)良的低溫沖擊韌性，即高壓輸送管線鋼具有良好的止裂性能；另一方面，對(duì)于輸送含有H^的石油、天然氣介質(zhì)，要求管線鋼具備抗HIC(HydrogenInduceCrack氫致裂紋)性能。根據(jù)HIC生產(chǎn)的機(jī)理，在工作壓力下，氫進(jìn)入鋼表面后滯留在晶格的界面處，特別是軋制時(shí)形成的扁長條狀MnS夾雜界面處，氫原子形成氫分子，在該處產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。由于氫壓力不斷增加，造成晶格塑性變形，造成氫進(jìn)一步聚集，當(dāng)聚集處的氫濃度產(chǎn)生的壓力超過了聚集處界面的彈性變形能力，產(chǎn)生永久變形，形成了沿夾雜方向分布的氫致裂紋。在高壓輸送含H^的天然氣中，要避免氫致裂紋產(chǎn)生，必須減少或避免氫原子聚集場(chǎng)所，也就是控制鋼中非金屬夾雜物和帶狀組織產(chǎn)生，尤其是MnS夾雜物的產(chǎn)生；另外采用Ca處理，進(jìn)行夾雜物變形，特別是形成不變形的球化夾雜物也是改善措施之一。因此，開發(fā)抗HIC類型管線鋼主要措施1)控制鋼中的夾雜物。一方面盡量減少夾雜物，尤其控制鋼中的MnS夾雜物；一方面通過采用Ca處理將極少量的條狀硫化物轉(zhuǎn)化為不變性的球狀?yuàn)A雜物。2)減少鑄坯偏析和產(chǎn)品帶狀組織。采用鑄坯凝固末端動(dòng)態(tài)輕壓下技術(shù)可以有效降低連鑄坯偏析；降低碳含量和錳含量可以顯著減少、甚至消除帶狀珠光體組織，該組織也是導(dǎo)致管線鋼產(chǎn)生氫致裂紋的關(guān)鍵原因之一。3)組織控制。一般抗HIC的X65室溫組織為少珠光體組織，即組織基本全部為細(xì)小、均勻的多邊形鐵素體組織，或者為針狀鐵素體組織。國內(nèi)公開的專利CN1811002"酸性環(huán)境用X65管線鋼及其制造方法"采用Ca處理和微Ti處理工藝，嚴(yán)格控制P、S含量批量生產(chǎn)抗HICX65管線鋼。存在的主要問題l)昂貴合金添加量比較高，如Nb微合金添加量為0.050.07%，Mo添加量為0.050.20%;2)Mn合金添加量高，達(dá)到1.50%，易出現(xiàn)MnS偏析，抗酸腐蝕能力降低。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種酸性環(huán)境用X65熱軋巻板及其制造方法，解決的問題是針對(duì)目前鋼鐵形勢(shì)，采用廉價(jià)合金(Cr、V)替代昂貴合金(Mo、Nb)生產(chǎn)性能更穩(wěn)定、合金成本更低的抗HIC性能、高強(qiáng)度和高韌性X65管線用鋼熱軋巻板。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是1、一種酸性環(huán)境用X65熱軋巻板，成分設(shè)計(jì)重量百分比為碳0.020.06wt%;硅0.100.30%;錳0.80wt%1.20wt%;鈮0.020.05wt%;釩0.0200.040wt^;鈦0.0100.020wt^;銅《0.30wt^;鎳《0.30wt%;Cr:0.100.30wt%;磷《0.015wt^;硫《0.0015wt^;f丐0.0020.0050;Ca/S>2.0;硼《0.0005wt%;氮《0.006%;其它為鐵和微量雜質(zhì)。本發(fā)明成分設(shè)計(jì)主要添加元素的作用和強(qiáng)化機(jī)理如下碳鋼中最經(jīng)濟(jì)、最基本的強(qiáng)化元素，通過固溶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化顯著提高鋼的強(qiáng)度，尤其是抗拉強(qiáng)度，但C含量的增加顯著降低鋼的延性、韌性和焊接性能；并且C促進(jìn)帶狀珠光休組織的形成，顯著降低抗HIC性能。因此，抗HIC系列管線鋼C含量一般小于0.06%，本發(fā)明C含量為0.020.06%，目標(biāo)為0.04%。錳通過固溶強(qiáng)化提高鋼的強(qiáng)度，尤其抗拉強(qiáng)度，是管線鋼中補(bǔ)償因C含量降低造成的強(qiáng)度損失；其次Mn擴(kuò)大相區(qū)，降低Y—a相變溫度，有助于獲得細(xì)小的相變產(chǎn)物，提高強(qiáng)韌性。但Mn具有以下缺點(diǎn)1)促進(jìn)珠光體組織形成，容易形成帶狀珠光體組織；2)Mn增加易于出現(xiàn)鋼板的中心偏析。因此，對(duì)于抗HIC系列管線鋼，降低Mn將顯著改善抗HIC性能，難點(diǎn)是如何彌補(bǔ)Mn降低造成的強(qiáng)度損失，尤其抗拉強(qiáng)度。Mn的添加量必須綜合考慮C的添加量，如附圖1所示碳和錳添加量的平衡，即碳含量為0.06%時(shí)Mn含量最好低于1.25%。鈮高強(qiáng)度級(jí)別管線鋼中最基本的微合金元素，細(xì)晶強(qiáng)化效果顯著，可以同時(shí)提高強(qiáng)韌性。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(fù)、再結(jié)晶和晶粒長大，特別是精軋階段未再結(jié)晶區(qū)的低溫大變形可以顯著降低相變后的晶粒尺寸。但軋制前未溶解的Nb不能發(fā)揮強(qiáng)化作用，降低C和N含量可以顯著促進(jìn)Nb的溶解量，同時(shí)降低C、N和Nb，Nb溶解溫度降低為加熱溫度降低創(chuàng)造條件，進(jìn)一步節(jié)約能耗。但由于目前Nb微合金價(jià)格由2009年的10萬元/噸提高到目前22萬元/噸，生產(chǎn)成本壓力加大，因此本發(fā)明Nb添加量為0.020.05%，目標(biāo)為0.04%。鈦首先Ti能夠固N(yùn)，改善低溫沖擊韌性；其次是在板坯連鑄過程中形成的TiN可以有效阻礙再加熱過程中奧氏體晶粒長大，提高強(qiáng)韌性；另外TiN改善焊接熱影響區(qū)的沖擊韌性。本發(fā)明Ti添加量為0.0100.020%。鉬擴(kuò)大Y相區(qū)，顯著推遲Y—a相變時(shí)先共析鐵素體形成，促進(jìn)針狀鐵素體組織和避免帶狀組織的產(chǎn)生。但由于鉬合金價(jià)格昂貴，最高達(dá)到40萬/噸，添加0.2%的鉬噸鋼成本增加近1000元。硫、磷是鋼中不可避免的雜質(zhì)元素，希望盡可能的低。目前通過爐外精煉和Ca處理控制技術(shù)，一方面S可以控制為小于15ppm，一方面可以把硫化物夾雜變?yōu)椴灰鬃冃蔚那驙睢Ａ椎闹饕μ幨瞧鰢?yán)重。本發(fā)明S的含量控制為《0.0015%;P的含量控制為《0.015%。銅、鎳主要強(qiáng)化機(jī)制為固溶強(qiáng)化，同時(shí)Cu能改善鋼的耐蝕性，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目標(biāo)添加量為0.15%，Ni目標(biāo)添加量為O.10%。釩具有較強(qiáng)的析出強(qiáng)化作用和較弱的細(xì)晶強(qiáng)化作用，通過控制巻取溫度促進(jìn)細(xì)小、彌散的V(C，N)化物析出，可以同時(shí)提高屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度，特別是抗拉強(qiáng)度，改善屈強(qiáng)比性能。本發(fā)明V添加量為0.03X。鉻首先Cr具有顯著的固溶強(qiáng)化效果，可以彌補(bǔ)由于C、Mn降低引起的強(qiáng)度下降，尤其抗拉強(qiáng)度降低；其次Cr降低Y—a相變溫度，可以獲得細(xì)小的相變產(chǎn)物，提高強(qiáng)韌性。本發(fā)明Cr添加量為0.15%。發(fā)明創(chuàng)新點(diǎn)1)采用低碳、低錳的成分設(shè)計(jì)思想。碳含量為0.020.06%，錳含量0.81.2%，目標(biāo)Mn含量為1.0%。降低Mn含量將損失強(qiáng)度，但降低鋼的中心偏析，改善抗HIC性能。2)添加微合金V(0.03X)替代部分昂貴微合金Nb(O.04%)，目前V鐵合金售價(jià)為11萬/噸，Nb鐵售價(jià)為22萬/噸，并且V微合金的主要強(qiáng)化效果為沉淀強(qiáng)化，Nb微合金的主要強(qiáng)化效果為細(xì)晶強(qiáng)化，添加一定量的V可以彌補(bǔ)由于C，Mn含量降低造成的強(qiáng)度損失，提高抗拉強(qiáng)度，降低屈強(qiáng)比性能。3)添加0.15%的Cr合金。首先Cr合金具有與Mn合金相同的固溶強(qiáng)化效果，但不存在偏析問題；其次Cr增加淬透性，部分替代昂貴合金Mo控制相變的強(qiáng)化效果，降低生產(chǎn)成本。2、本發(fā)明一種酸性環(huán)境用X65熱軋巻板的制造方法的工藝路線鐵水預(yù)處理一轉(zhuǎn)爐煉鋼一LF爐精煉一RH爐精煉一板坯澆注一鋼坯精整一加熱爐加熱一控制軋制一控制冷卻一巻取一檢驗(yàn)、入庫，控制軋鋼工藝參數(shù)如下加熱溫度11501200°C;粗軋終止溫度920102(TC;精軋終止溫度78086(TC;精軋采用6機(jī)架低溫控軋，總變形量大于75%;巻取溫度560620°C。具體關(guān)鍵點(diǎn)1)鐵水預(yù)處理保證S含量小于0.005%，目標(biāo)0.003%;2)轉(zhuǎn)爐冶煉LF進(jìn)站S含量小于0.0040%，RH后控制S含量為8-12卯m，Ca/S比大于2.0;3)采用鑄坯凝固末端動(dòng)態(tài)輕壓下、穩(wěn)定的過熱度、恒定拉速和結(jié)晶器液面波動(dòng)士3mm等控制技術(shù)，減少或避免偏析；4)加熱溫度設(shè)定為11501200°C，根據(jù)Nb、V溶度積公式獲得；5)粗軋終止溫度9201020°C，精軋終止溫度780860°C，精軋機(jī)架采用6機(jī)架軋制，道次總壓下量(總變形量)大于O.75%;6)巻取溫度560620°C，促進(jìn)Nb、V碳氮化物的析出。V微合金的碳氮化物最佳析出溫度為60(TC左右，目標(biāo)溫度控制為590士3(TC，既利用巻取后鋼巻類似于保溫效果促進(jìn)V的析出，又控制巻取溫度低于60(TC保證析出物細(xì)小。本發(fā)明的實(shí)際應(yīng)用效果根據(jù)本發(fā)明"一種酸性環(huán)境用X65熱軋巻板的制造方法"生產(chǎn)18000噸抗HIC的酸性環(huán)境用X65熱軋巻板，綜合性能滿足如下技術(shù)要求1)拉伸性能Rt0.5:460600MPa，Rm:535730，RtO.5/Rm比值《0.92，A%>252)V型缺口沖擊性能試驗(yàn)溫度-10。C，10X10X55mm，V型缺口試樣的沖擊功平均值^120J，剪切面積100%;3)DWTT性能。-15。C，剪切面積SA>85%;4)硬度試驗(yàn)HVIO《230;5)金相組織晶粒度為10級(jí)或更細(xì)；。6)抗HIC性能。在鋼板寬度1/4及1/2位置處和板邊各取縱向試樣一個(gè)，試驗(yàn)按照NACETM0284-96標(biāo)準(zhǔn)，提供A溶液(含飽禾口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，ra=5)試驗(yàn)條件下浸泡96小時(shí)。條件驗(yàn)收裂紋敏感率(CSR)《2%，裂紋長度率(CLR)《15%，裂紋厚度率(CTR)《5%。本發(fā)明的經(jīng)濟(jì)意義和社會(huì)意義采用本發(fā)明生產(chǎn)的抗HICX65熱軋巻板噸鋼合金成本降低300-500元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。由于目前可開采的大型油氣田開采條件越來越惡化，特別處于深層地質(zhì)條件，普遍含有H2S，開發(fā)抗HIC高強(qiáng)度管線用鋼熱軋巻板符合我國油氣開采的發(fā)展需要社會(huì)意義顯著。圖1為一種酸性環(huán)境用X65熱軋巻板及其制造方法碳、錳添加量的平衡圖；圖2為一種酸性環(huán)境用X65熱軋巻板的金相組織圖。具體實(shí)施例方式工藝路線鐵水預(yù)處理一轉(zhuǎn)爐煉鋼一LF爐精煉一RH爐精煉一板坯澆注一鋼坯精整一入庫、檢驗(yàn)一加熱爐加熱一控制軋制一控制冷卻一巻取一檢查、入庫。實(shí)際冶煉化學(xué)成分如表1所示，具體軋鋼工藝參數(shù)如表2所示，表3為力學(xué)性能檢驗(yàn)結(jié)果，表4為A溶液和B溶液檢驗(yàn)結(jié)果。表l.抗HICX65化學(xué)成分，wt^<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>[OO57]表4.HIC檢驗(yàn)結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>[OO59]采用本發(fā)明生產(chǎn)的抗HICX65熱軋巻板金相組織為多邊形鐵素體組織+極少量的珠光體組織，晶粒度為13級(jí)，如附圖2所示為抗HICX65熱軋巻板的電鏡照片，為細(xì)小、均勻的多邊形鐵素體組織和極少量的珠光體組織，沒有帶狀組織。從檢驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明生產(chǎn)的抗HICX65熱軋巻板P、S含量分別控制為0.010%和0.0010%以下。產(chǎn)品拉伸性能穩(wěn)定，特別是-10°C夏比沖擊功幾乎全部大于400J，并且硬度性能HVIO低于190。A溶液和B溶液HIC檢驗(yàn)結(jié)果CLR%、CTRX和CSRX全部為零，無裂紋。采用本發(fā)明生產(chǎn)的抗HIC的X65管線鋼具有合金成本低優(yōu)勢(shì)，特別是采用廉價(jià)的Cr和V合金替代昂貴的Mo和Nb合金，符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。權(quán)利要求一種酸性環(huán)境用X65熱軋卷板，成分設(shè)計(jì)重量百分比為碳0.02～0.06wt％；硅0.10～0.30％；錳0.80wt％～1.20wt％；鈮0.02～0.05wt％；釩0.020～0.040wt％；鈦0.010～0.020wt％；銅≤0.30wt％；鎳≤0.30wt％；Cr0.10～0.30wt％；磷≤0.015wt％；硫≤0.0015wt％；鈣0.002～0.0050；Ca/S≥2.0；硼≤0.0005wt％；氮≤0.006％；其它為鐵和微量雜質(zhì)。2.如權(quán)利要求1所述的一種酸性環(huán)境用X65熱軋巻板的制造方法，其特征在于工藝路線為鐵水預(yù)處理一轉(zhuǎn)爐煉鋼一LF爐精煉一RH爐精煉一板坯澆注一鋼坯精整一加熱爐加熱一控制軋制一控制冷卻一巻取一檢驗(yàn)、入庫，控制軋鋼工藝參數(shù)如下加熱溫度11501200°C;粗軋終止溫度920102CTC;精軋終止溫度780860°C;精軋采用6機(jī)架低溫控軋，總變形量大于75%;巻取溫度560620°C。全文摘要本發(fā)明涉及一種酸性環(huán)境用X65熱軋卷板及其制造方法，成分重量百分比為碳0.02～0.06wt％、硅0.15～0.25％、錳0.80wt％～1.20wt％、鈮0.02～0.05wt％、釩0.020～0.040wt％、鈦0.010～0.020wt％、銅≤0.30wt％、鎳≤0.30wt％、Cr0.10～0.30wt％、磷≤0.015wt％、硫≤0.0015wt％、鈣0.0020～0.0050％、Ca/S≥2.0、硼≤0.0005wt％；氮≤0.006wt％。其它為鐵和微量雜質(zhì)。煉鋼工藝路線和控制要點(diǎn)鐵水預(yù)處理→轉(zhuǎn)爐煉鋼→LF爐精煉→RH爐精煉→板坯澆注→鋼坯精整→入庫，爐外精煉工序進(jìn)行Ca處理夾雜物變性。軋鋼工藝要點(diǎn)為加熱溫度1150～1200℃，粗軋出口溫度920～1020℃，終軋溫度780～860℃，卷取溫度560～620℃，本發(fā)明采用廉價(jià)合金(Cr、V)替代昂貴合金(Mo、Nb)生產(chǎn)性能更穩(wěn)定、合金成本更低的抗HIC性能、高強(qiáng)度和高韌性X65管線用鋼熱軋卷板。文檔編號(hào)B21B37/16GK101775556SQ20091024437公開日2010年7月14日申請(qǐng)日期2009年12月30日優(yōu)先權(quán)日2009年12月30日發(fā)明者亢小敏,代曉莉,劉建輝,吳新朗,張永青,朱國森,李明,李永東,李海波,李飛,楊健,潘輝,郝亞魁,靳偉申請(qǐng)人:首鋼總公司;河北省首鋼遷安鋼鐵有限責(zé)任公司