一种L245S掺氢管线钢及其生产方法与流程

一种l245s掺氢管线钢及其生产方法
技术领域
1.本发明属于冶金技术领域，特别是一种l245s掺氢管线钢及其生产方法。


背景技术：

2.氢是一种优异的能源载体，可以直接作为燃料，作为电能的补充，与几乎所有可再生能源互为利用，从而弥补太阳能、风能等可再生能源间歇性的不足，具有绿色、清洁、环境友好和经济可行性等特征，是世界未来发展的理想能源体系之一。
3.在能源输送载体上，与重新修建纯氢管道相比，天然气管道掺氢具有经济可行性高、投资成本低、接触终端客户多、未来商业化推广相对容易等特点。随着掺氢混输和掺氢分离技术的成熟、可再生能源快速发展、东部等发达地区氢气需求增长，利用西北地区廉价的电力资源制取氢气，掺入天然气管道，有望实现氢气的大规模输送，有助于解决中国能源地域分布不均等问题，促进氢能产业大规模快速发展。
4.然而，氢原子在多种特殊环境包括高压氢气环境中进入管线钢，可以引起钢的脆性增加、裂纹引发等氢致失效现象，掺氢后天然气管道处于富氢环境中，影响管材的材料力学性能，对掺氢天然气管道安全运行构成威胁。氢原子进入管线钢后，可以在晶体点阵中扩散，也可以被非金属夹杂物、空穴、晶界、位错、第二相颗粒等缺陷（也称为氢陷阱）捕获，从而产生局部氢富集，引发裂纹或者产生氢鼓泡以及管线钢机械性能的改变，如硬度和延展性等的变化。


技术实现要素：

5.本发明旨在提供一种l245s掺氢管线钢及其生产方法，以解决现有掺氢管道输送用钢板的关键技术，获得强度与韧性优良的l245s，不但具备良好的抗hic、sscc性能，而且具备良好的抗氢脆性能：在压力6mpa氢环境下屈服强度达到350-420mpa，抗拉强度达到440-500mpa，断面收缩率＞50%，延伸率＞25%；负20℃冲击韧性300~400j；负20℃落锤剪切面积比88%~100%。
6.本发明的技术方案：一种l245s输氢管线钢及其生产方法，钢的化学成分百分含量为c=0.03%~0.05%、si=0.20%~0.28%、mn=0.70%~1.0%、p≤0.010%、s≤0.0015%、alt=0.020%~0.040%、nb=0.020%~0.030%、ca≤0.006%、b≤0.0005%、pcm=0.08%~0.12%，余量为fe和不可避免的杂质； 关键工艺步骤包括：（1）（1）炼钢：lf-vd精炼，加入cao≥800kg，高al合成渣≥300kg，al粒≥120kg，控制二元碱度＞5.0，控制钢中a、b、c、d类非金属夹杂物级别≤0.5。
7.（2）连铸：全程保护浇铸，过热度控制在8~15℃，拉速控制在0.8~1.0m/min，采用动态轻压下，连铸坯凝固末端压下量为5~7mm。
8.（3）轧制：加热温度1200~1260℃，加热时间160~240min，待温坯厚度＞3h，开轧温度900~930℃，终轧温度790~830℃，采用在线淬火，开始冷却温度780~820℃，终冷温度200~
300℃，冷却速率25~35℃/s。
9.（4）回火：回火温度550℃，保温时间50~80min。
10.本发明的原理：步骤（1）采用强脱氧造高碱度、强还原性精炼渣控制夹杂物技术，脱氧、脱硫加快夹杂物上浮，并控制各类夹杂物等级均≤0.5，提高钢水纯净度。
11.步骤（2）全程保护浇铸，采用低过热度浇钢与动态氢压下，阻碍富集偏析元素的定向流动，减少中心偏析，抵消铸坯凝固末端的体积收缩量，避免中心缩孔和中心疏松的形成。
12.步骤（3）采用在线淬火工艺，冷却能力可达到常规层流冷却强度的2倍以上，使钢板近表面形成铁素体+马氏体的复相组织，同时结合步骤（4），采用中温回火，消除淬火应力，得到由等轴铁素体和细粒状碳化物构成的低碳回火索氏体，具有良好的抗氢脆性。
13.本发明的优点：本发明合金成本低，采用在线淬火+离线回火工艺，与传统的调质工艺相比，工序成本低，生产周期短，该技术省去了离线淬火的再加热工艺，对降低能耗、减少二氧化碳排放、释放热处理产能起到了直接推动作用,也是落实碳达峰、碳中和目标实现的有利举措之一。该发明生产l245s，钢板性能均匀稳定，具备良好的抗hic、sscc性能、抗氢脆性能：在压力6mpa氢环境，屈服强度350-420mpa，抗拉强度440-500mpa，断面收缩率＞50%，延伸率＞25%；在负20℃冲击试验下，冲击韧性300~400j；在负20℃落锤试验下，落锤剪切面积比均＞88%。
附图说明
14.图1为实施例1生产的钢板金相组织图。
具体实施方式
15.下面结合实施例进一步说明本发明的内容。
16.实施例1：12.7mml245s管线钢的生产l245s钢的化学组成为c=0.03%、si=0.22%、mn=0.91%、p=0.006%、s=0.0012%、alt=0.027%、nb=0.027%、ca=0.005%、b=0.0004%、pcm=0.09%，余量为fe和不可避免的杂质。关键工艺步骤包括：（1）炼钢：lf-vd精炼，加入cao 850kg，高al合成渣320kg，al粒126kg，控制二元碱度6.0，控制钢中a、b、c、d类非金属夹杂物级别≤0.5。
17.（2）连铸：全程保护浇铸，过热度控制10℃，拉速控制在0.85m/min，采用动态轻压下，连铸坯凝固末端压下量为5mm。
18.（3）轧制：加热温度1210~1240℃，加热时间180~200min，待温坯厚度60mm，开轧温度915℃，终轧温度800~825℃，采用在线淬火，开始冷却温度805~820℃，终冷温度260~300℃，冷却速率28.5℃/s。
19.（4）回火：回火温度550℃，保温时间60min。
20.生产的12.7mml245s钢的力学性能检测结果见表1。ssc采用astm g39 在nace tm0177-2016标准a溶液中进行4点弯曲试验，价值应力为钢板实际屈服强度的90%，表面未出现裂纹，hic按照nace tm0284标准a溶液进行试验，clr、ctr、csr均满足标准要求。
21.表1 实施例1生产的12.7mml245s钢的力学性能实施例2：15.88mml245s管线钢l245s钢的化学成分含量：c=0.04%、si=0.25%、mn=0.96%、p=0.005%、s=0.0010%、alt=0.025%、nb=0.026%、ca=0.0045%、b=0.0003%、pcm=0.10%，余量为fe和不可避免的杂质。关键工艺步骤包括：（2）（1）炼钢：lf-vd精炼，加入cao 825kg，高al合成渣306kg，al粒122kg，控制二元碱度5.5，控制钢中a、b、c、d类非金属夹杂物级别≤0.5。
22.（2）连铸：全程保护浇铸，过热度控制12℃，拉速控制在0.90m/min，采用动态轻压下，连铸坯凝固末端压下量为6mm。
23.（3）轧制：加热温度1210~1250℃，加热时间180~195min，待温坯厚度65mm，开轧温度910℃，终轧温度795~825℃，采用在线淬火，开始冷却温度800~820℃，终冷温度240~300℃，冷却速率28℃/s。
24.（4）回火：回火温度550℃，保温时间70min。
25.生产的15.88mml245s钢的力学性能检测结果见表2。ssc采用astm g39 在nace tm0177-2016标准a溶液中进行4点弯曲试验，价值应力为钢板实际屈服强度的90%，表面未出现裂纹，hic按照nace tm0284标准a溶液进行试验，clr、ctr、csr均满足标准要求。
26.表2 实施例2生产的15.88mml245s钢的力学性能。