一种超低碳高强韧性抗hic管线钢板及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于钢铁技术领域，具体地，本发明涉及本发明涉及一种超低碳高强韧性 抗HIC管线钢板及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 目前，管道输送依然是长距离输送石油、天然气最经济、合理的运输方式。鉴于管 线铺设长度大、横跨地理区域差异大，导致管线所在的地理环境复杂，相当部分的管线多处 于潮湿的环境。另外，输送的石油与天然气中，含有大量的酸性物质，比如H 2S等酸性气体， 因此，在输送含硫化氢（H2S)酸性介质天然气时，为防止酸性气体对管道的腐蚀破坏，要求 管线钢具有抗氢致开裂（Hydrogen Induced Crack，HIC)性能。管道的抗HIC性能好坏是 影响管道系统可靠性及安全使用寿命的关键因素。
[0003] 申请号为200910033695. 2，发明名称"抗硫化氢腐蚀管线用钢及其生产方法" 的专利，提供了一种高强度抗硫化氢腐蚀管线用钢的生产方法，其化学成分重量百分比 为：C :0? 05 % -0? 10 %，Si 0-0? 35 %，Mn : 1. 15 % -1. 35 %，P :0-0? 015 %，S :0-0? 006 %， Nb ：0. 04%-0. 06 %, Ti ：0. 015 % -〇. 03 %, V ：0. 035%-〇. 065 %, Cu ：0. 2 % -〇. 3 %, Ni ： 0.2% -0.3%，A1 :0. 015% -0.02%，余量为Fe及不可避免的杂质元素。该发明碳含量较 高，设计碳含量为〇. 05 % -0. 10 %，实施中的碳含量为0. 06 %、0. 08 %、0. 09 %。大量现有研 宄表明，较高的碳含量特别不利于管线钢抗HIC性能。另外钢中的硫元素含量较高，设计硫 含量为〇% -〇. 006 %，实施例中的硫含量分别为0. 003 %、0. 0025 %、0. 003%。较高的硫含 量会导致钢中硫化物含量和级别的不可控，导致氢致裂纹（HIC)优先在硫化物处产生，恶 化抗HIC性能。另外，美国石油学会发布的《管线钢管规范API 5L-2012》、国家质检总局发 布的《石油天然气工业管线输送系统用钢管GB/T9711-2011》等标准中明确规定钢中的硫含 量要求低于〇. 002%。上述专利实施例涉及的强度虽然较高，但韧性偏低。
【发明内容】
[0004] 本发明目的是提供了一种超低碳高强韧性抗HIC管线钢板，所述钢板的化学成 分及重量百分比含量包括：C :0. 03% -0. 05%、Si :0. 15% -0. 30%、Mn :彡 1. 20%、S : 彡0? 002%、P :彡0? 01%、Nb :0? 02% -0? 08%、Ti :彡0? 05%，其余为Fe和不可避免微量杂 质。
[0005] 根据本发明的超低碳高强韧性抗HIC管线钢板，还包括：单独添加Ni 0. 50%， 或者附：<0.50%和0:<0.50%两者的混合添加。
[0006] 优选地，所述钢板单独添加Ni元素，其化学成分及重量百分比含量为：C : 0? 03%~0? 05%、Si :0? 15%~0? 30%、Mn 彡 1. 20%、S :彡 0? 002%、P :彡 0? 010%、Nb : 0.02%~0.10%、11彡0.05%、附彡0.50%，其余为？6和微量杂质。
[0007] 优选地，所述钢板复合添加Cr、Ni元素，其化学成分及重量百分比含量为：C : 0? 03%~0? 05%、Si :0? 15%~0? 30%、Mn 彡 1. 20%、S :彡 0? 002%、P :彡 0? 010%、Nb : 0? 02% ~0? 10%、Ti 彡 0? 05%、Cr 彡 0? 50%、Ni 彡 0? 50%。其余为 Fe 和微量杂质。
[0008] 另外，本发明提供了一种上述超低碳高强韧性抗HIC管线钢板的制备方法，包括 以下步骤：
[0009] 1)钢坯制造：将原料依照常规方法制成钢坯，例如，将钢坯原料通过转炉、LF钢包 精炼炉、RH真空脱气及板坯连工艺过程，制得钢坯；
[0010] 2)钢坯加热工艺：将钢坯装炉加热，加热温度控制在1180-1250°c ;所述钢坯装炉 温度不高于150°C，加热时间8-10min/cm，均热时间不少于40min;
[0011] 3)轧制工艺：对步骤2)制得的加热钢坯采用两阶段轧制工艺成型，制得钢板。粗 轧机进行多1100°c的再结晶轧制；精轧开轧温度为830-980°C，精轧开轧制厚度为成品厚 度3.0-6.0倍。粗轧过程中，钢坯在粗轧机前顺时针旋转90°，优先进行横轧至目标宽度， 然后逆时针旋转90°进行纵轧至精轧开轧厚度。纵轧过程中后三道的道次压下率控制在 15% -20% 以上；
[0012] 4)冷却工艺：对步骤3)轧制后的钢板冷却，钢板开冷温度控制在750-8KTC，终冷 温度控制在580-650°C，冷却速度控制在5-30°C /s。为保证钢板厚度方向的相变协调性，上 下水流量比控制在0. 4-1. 0之间。
[0013] 优选地，当成品钢板厚度为12-16mm时，钢坯精轧开轧厚度为成品钢板厚度的 4. 0~6. 0倍，钢坯粗轧终轧温度彡1KKTC，钢坯精轧开轧温度为970~KKKTC，开冷温度 为780-810°C，终冷温度为600-650°C，冷速为18-30°C /s，上下水流量比为0. 4-0. 7。
[0014] 优选地，当成品钢板厚度为> 16-20mm时，钢坯精轧开轧厚度为成品钢板厚度的 3. 0~4. 0倍，钢坯粗轧终轧温度彡1KKTC，精轧开轧温度为960~970°C，开冷温度为 780-810°C，终冷温度为550-600°C，冷速为12-18°C /s，上下水流量比为0. 4-0. 7。
[0015] 优选地，精轧轧制模式采用仅控制开轧温度的轧制模式，乳制过程禁止钢坯待温。 所述精轧轧制道次为5-9道次
[0016] 本发明的化学成分设计原理如下：
[0017] 碳（C):碳作是钢中提高强度最有效的元素之一，但对于有抗HIC性能的材料 而言，其含量过高将会严重降低抗HIC性能。美国石油学会发布的《管线钢管规范API 5L-2012》、国家质检总局发布的《石油天然气工业管线输送系统用钢管GB/T 9711-2011》等 标准中明确规定钢中碳含量<0. 10%。因此，为确保抗HIC性能，抗HIC管线钢中碳含量应 在 0? 03%~0? 10%。
[0018] 锰（Mn):锰在钢中起到固溶强化的作用，而且可以提高贝氏体的淬透性能，弥补 碳含量降低所造成的强度下降。另外，锰还可以扩大Y相区，有助于获得细小的相变产物， 可以提高钢的韧性，降低韧脆转变温度。但锰含量过高，会产生控轧钢板的中心偏析，不利 于抗HIC性能。
[0019] 镍（Ni)、铬（Cr):镍和铬可以通过固溶强化提高钢的强度，以弥补因钢中碳含量 的降低导致的强度损失。另外，钢中添加镍和铬也可以改善钢的耐腐蚀性能。
[0020] 铌（Nb)、钛（Ti):鉴于钢中碳、锰等合金元素含量的降低，钢的强度损失较大，添 加铌、钛微合金元素主要起到细晶强化和沉淀强化的作用，推迟奥氏体再结晶、阻止奥氏体 晶粒长大。
[0021] 磷⑵：磷是钢中的易偏析元素，将导致材料抗HIC性能的降低。因此，应当尽量 降低钢中憐含莖。
[0022] 硫（S):硫在钢中形成硫化物，是氢致裂纹（HIC)诱发的主要原因。因此，应当尽 量降低钢中硫含量，减少硫化物数量和级别。
[0023] 本发明的轧制技术设计原理如下：
[0024] 粗轧时首先进行横轧，即将钢坯顺时针旋转90°，横轧至目标宽度，然后逆时针旋 转90°，进行大压下率轧制至目标精轧开轧厚度。这种轧制方式可以确保粗轧过程中，减小 展宽对有效压缩比的不利影响，使轧制变形量更充分的渗入钢板心部，对最终成形后的钢 板厚度方向的组织均匀性起到有益的作用。
[0025] 精轧过程中的待温会使具有高应变能的形变奥氏体晶粒回复和长大，不利于钢板 的显微组织的细化。另外，由于钢板添加含量较高的Nb等合金元素，待温导致的温降将会 是钢坯的变形抗力大幅提高，不利于钢板的板形控制。因此，精轧过程中禁止待温。
[0026] 本发明涉及的超低碳高强韧性抗HIC管线钢板及制备方法，为了降低氢致开裂敏 感性，采用低碳、低磷、低锰的成分设计体系以降低锰、磷等元素在连铸坯内部产生偏析，钢 中的极低硫含量控制降低硫化物数量和级别，以减小氢致裂纹的风险。
[0027] 为获得良好的抗HIC性能，综合低碳高Nb，Ti微合金化技术和控制轧制与控制冷 却技术，得到细小均匀的铁素体+少量退化珠光体组织类型钢板。
[0028] 为弥补因低碳、低锰导致钢板力学性能的降低，最终成型轧制后加速冷却过程中 淬透性的降低，进