一种耐碱性环境腐蚀管线钢热轧钢卷及其制备方法与流程

1.本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种耐碱性环境腐蚀管线钢热轧钢卷及其制备方法。


背景技术：

2.据不完全统计，工业发达国家每年由于金属腐蚀的直接经济损失占其国民经济总产值的2%～4%，远远超过水灾、火灾、风灾和地震（平均值）损失的总和。特别是在酸、碱、盐等环境介质中，腐蚀会加速设备、管道等基础设施的失效，使其可靠性和安全性大大降低，轻则会产生较大经济损失，重则会造成严重的安全事故。
3.当前在金属材料腐蚀方面多以预防酸性或中性盐雾腐蚀为主要研究方向，例如，申请号cn201910053573.3的中国专利申请公开了一种深海抗酸管线钢及轧制方法，采用cr、ni、mo合金体系并通过控轧控冷工艺，可以有效减轻带状组织对产品的不利影响，进而改善该钢种的耐酸性腐蚀性能。但是，在涉及化工、造纸、石化、纺织、食品等关系国计民生的行业都会产生大量碱性的废水和废气，因此用于输送上述废水和废气的管线钢管则常年处于碱性腐蚀环境中，但对于碱性腐蚀的研究主要为表面复合涂层、铝合金材料以及纤维树脂材料等。鉴于钢铁材料低成本、高强度、不易损伤、耐热性好等优良特点，开发一种耐碱性环境腐蚀管线钢热轧钢卷是很有必要的。
4.申请号cn201911260698.x的中国专利申请公开了一种具有耐海水冲刷腐蚀性能管线钢热轧钢带及其生产方法，采用cr、mo合金体系，生产出屈服强度达到650mpa以上、抗拉强度750mpa以上，-20℃夏比冲击韧性冲击功100j以上耐海水冲刷腐蚀性能热轧钢带。但是，因添加了cr、mo，导致其合金成本高，同时低温韧性难以满足要求。


技术实现要素：

5.为解决上述技术问题，本发明提供一种耐碱性环境腐蚀管线钢热轧钢卷及其制备方法，采用cu、ni复合成分设计及匹配的热轧工艺，生产出综合性能优良及耐碱性环境腐蚀的热轧钢卷。
6.为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：一种耐碱性环境腐蚀管线钢热轧钢卷，其化学成分及质量百分含量为：c：0.05%～0.07%，si≤0.1%，mn：1.0%～1.5%，p≤0.012%，s≤0.002%，cu：0.1%～0.4%，ni：0.1%～0.2%，ti：0.01%～0.02%，al：0.02%～0.035%，余量为fe和不可避免的杂质。
7.所述mn：1.15%～1.25%，p≤0.008%，s≤0.0015%，cu：0.18%～0.22%，ni：0.14%～0.18%。
8.所述热轧钢卷的金相组织为面积占比≥60%的针状铁素体、10～15%的粒状贝氏体和≤30%的准多边形铁素体。
9.所述热轧钢卷屈服强度400～450mpa，抗拉强度490～560mpa，屈强比≤0.85，延伸率a
50
≥31%，-20℃夏比冲击功≥230j，-60℃夏比冲击功≥190j。
10.上述耐碱性环境腐蚀管线钢热轧钢卷的制备方法，包括冶炼、连铸、加热、轧制、冷却、卷取工序。
11.所述加热工序，采用铸坯冷装，在炉总加热时间180～240min，其中均热时间≥40min，出炉温度控制在1230～1270℃。
12.所述轧制工序，包括粗轧、精轧两阶段；粗轧按3+5道次控制，最后两道次压下率均在25%以上，通过在再结晶区进行低温大压下实现奥氏体晶粒细化；精轧开轧温度930～970℃，累积压下率≥85%，终轧温度830～870℃，在避免出现混晶的同时，使奥氏体晶粒充分压扁，为针状铁素体转变提供更多的形核位置，起到最大的细晶强化效果。
13.所述冷却工序，采用前段集中密集型冷却，冷却速率≥30℃/s，促进针状铁素体组织大量形成的同时，获得的组织更加均匀致密。
14.所述卷取工序，卷取温度510～550℃。
15.采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明的耐碱性环境腐蚀性能管线钢热轧钢卷不仅强韧性匹配优良，且具有性能稳定、屈强比低、低温韧性良好等特点，同时相比较普通管线钢还具有较好的耐碱性环境腐蚀性能。
16.本发明的耐碱性环境腐蚀性能管线钢热轧钢卷屈服强度在400mpa～450mpa，抗拉强度在490mpa～560mpa，屈强比在0.85以下，50标距的延伸率在31%以上，-20℃的夏比冲击功在230j以上，-60℃的夏比冲击功在190j以上。
17.在ph值为8.2的nahco3溶液中，进行模拟碱性服役环境的周期浸润腐蚀实验，对相同强度级别的常规成分、单独添加cr元素和复合添加cu、ni元素的三种不同合金成分体系的管线钢进行对比观察，发现本发明cu、ni复合成分体系管线钢耐碱性腐蚀能力要好于其余两种成分体系，可以满足碱性环境的使用要求。
附图说明
18.图1为实施例1热轧钢卷的金相组织图；图2为实施例2热轧钢卷的金相组织图；图3为实施例1、2与对比例1、2分别经过72h、144h、264h和528h碱性环境下周期浸润实验后的热轧钢卷表面形貌对比图。
具体实施方式
19.下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。
20.一种耐碱性环境腐蚀管线钢热轧钢卷，其化学成分及质量百分含量为： c：0.05%～0.07%；si≤0.1%；mn：1.0%～1.5%，优选1.15%～1.25%；p≤0.012%，优选≤0.008%；s≤0.002%，优选≤0.0015%；cu：0.1%～0.4%，优选0.18%～0.22%；ni：0.1%～0.2%，优选0.14%～0.18%；ti：0.01%～0.02%；al：0.02%～0.035%，余量为fe和不可避免的杂质。
21.上述热轧钢卷的金相组织为针状铁素体、粒状贝氏体和准多边形铁素体，屈服强度400～450mpa，抗拉强度490～560mpa，屈强比≤0.85，延伸率a
50
≥31%，-20℃夏比冲击功≥230j，-60℃夏比冲击功≥190j。
22.上述耐碱性环境腐蚀管线钢热轧钢卷的制备方法，包括冶炼、连铸、加热、轧制、冷
却、卷取工序。具体参数控制如下：（1）加热工序：采用铸坯冷装，在炉总加热时间180～240min，其中均热时间≥40min，出炉温度控制在1230～1270℃。
23.（2）轧制工序：包括粗轧、精轧两阶段；粗轧按3+5道次控制，最后两道次压下率均在25%以上；精轧开轧温度930～970℃，累积压下率≥85%，终轧温度830～870℃。
24.（3）冷却工序：采用前段集中密集型冷却，即把常规冷却段内的每根集管由一排单根改造为一排双根密集冷却段长度12m，水流量最大17400m3/h，冷却速率≥30℃/s。
25.（4）卷取工序：卷取温度510～550℃。
26.为了体现本发明热轧钢卷力学性能，提供2个对比例，其采用与本发明热轧钢卷相同的制备方法。
27.实施例1-7及对比例1、2热轧钢卷的化学成分质量百分含量见表1，生产步骤各工序参数控制见表2，热轧钢卷的强度、拉伸、冲击和冷弯试验结果见表3。
28.表1、各实施例及对比例热轧钢卷的化学成分质量百分含量（%）表2、各实施例及对比例热轧工序参数表3、热轧钢卷的强度、拉伸、冲击和冷弯试验结果
将上述实施例和对比例所制备的管线钢热轧钢卷取样进行挂片，根据表4中的实验条件开展模拟碱性环境的周期浸润腐蚀实验，并将试验后的试样通过酸洗去除锈层后统计试样重量，与试验前试样重量相减得出碱性腐蚀失重重量，进而得到试样的失重率，如表5所示。
29.表4、周浸腐蚀实验条件表5、各实施例及对比例试样失重率统计（%）由表5可知，相比于常规成分和单独添加cr元素，本发明通过cu、ni元素的添加和合理配比可使管线钢耐碱性环境腐蚀能力提高。
30.图1、图2显示，本发明生产的耐碱性环境腐蚀管线钢热轧钢卷金相组织为针状铁素体、粒状贝氏体和准多边形铁素体，显而易见晶粒细化，均匀，且其组织能很好地阻止裂纹的扩展，具有良好的强韧匹配。
31.图3显示，可以明显看出管线钢试样耐碱性腐蚀能力，添加cu、ni复合成分体系＞单独添加cr元素＞常规成分。