一种小压缩比抗hic与ssc的管线钢板及制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于耐酸腐蚀管线钢板制造领域，特别涉及一种小压缩比抗HIC与SSC的管 线钢板及制备方法。
【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)和硫化物应力腐蚀开裂（sulfide stress cracking，SSC)。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] 目前已公布的关于抗HIC/SSC管线钢板的专利文献，例如：公开号为CN 101928885A "抗硫化氢腐蚀管线用钢及其生产方法"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（质量百分比）为：C: 0.05 %~0.10 %，Si 0~0.35 %，Mn: 1.15%~.35%，P:0~0.015%，S:0~0.006%，Nb:0.04%~0.06%，Ti:0.015%-0.03%， ￥ :0.035%~0.065%，〇1:0.2%~0.3%，附：0.2%~0.3%，厶1:0.015%~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0.05%~0.10%，实施中的碳 含量为〇. 06%、0.08%、0.09%。大量现有研究表明，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，设计硫含量为〇~0.006%，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/T 9711-2011"等标准中明确规定钢中的硫含量要求低于0.002%。实施例涉及的强度虽然较 高，但韧性偏低。对于抗硫化氢腐蚀管线用钢，大多具有抗HIC和抗SSC性能双抗的要求。
[0004]
【发明内容】
[0005] 本发明目的是提供一种抗HIC与SSC管线钢板以及采用连铸坯小压缩比的制备方 法。该生产制备的钢板具有合金添加少、生产成本低，抗HIC的性能，尤其是钢板厚度方向t/ 4、t/2、3t/4处的抗SSC性能优良。另外，该方法的另一显著特点是控制奥氏体再结晶区和未 再结晶区乳制过程中的有效总压下率，采用较小的压缩比生产抗HIC/SSC管线钢板，放宽铸 坯厚度的限制条件，经济性得到进一步体现。
[0006] 为实现上述目的，本发明的小压缩比抗HIC与SSC的管线钢板，其化学成分及重量 百分比含量包括:C:0.03%~0.05%、Si :0.15%~0.30%、Mn: < 1.20%、S: <0.0020%、P: <0.010%、Cr:<0.30%、Ni:<0.20%、Nb :0.035%~0.055%、Ti:< 0.030%，Alt: 0 · 015% ~0 · 040%、0: < 0 · 0030%，Η: < 0 · 00015%，其余为Fe和微量杂质。
[0007] 根据本发明的管线钢板，其中优选地，所述抗HIC与SSC管线钢板的规格为:厚度18 ~25mm，宽度 2400 ~2800mm。
[0008] 根据本发明的管线钢板，其中，所述管线钢板的有效压缩比< 10。
[0009] 本发明的另一个目的是提供上述小压缩比抗HIC/SSC管线钢板的制备方法，该方 法包括:钢坯加热、成型乳制、成型乳制后的钢板控制冷却和缓冷，其中具体包括以下步骤：
[0010] (a)钢坯加热工艺:钢坯加热温度控制在1180~1240°C ;
[0011] (b)乳制工艺:乳制步骤(a)加热后的钢坯;其中，奥氏体再结晶区开乳温度为1150 ~1200°C，奥氏体再结晶区终乳温度2 1000°C ;奥氏体未再结晶区开乳温度为920~960°C， 奥氏体未再结晶区开乳厚度为成品厚度3.0~4.5倍；
[0012] (c)冷却工艺:将步骤(b)乳制后的钢板机进行冷却；其中，钢板开冷温度为2 780 °C，终冷温度为520~600°C，冷却速度为14~24°C/s。
[0013] 优选地，对于18~25mm厚度的钢板，采用200mm(厚度）X2200mm(宽度）的连铸坯生 产钢板为（18~25)mm(厚度）X (2400~2800)mm(宽度）的抗HIC/SSC管线钢板，有效乳制压 缩比为< 10.0,优选<8.0。
[0014] 优选地，当钢板厚度为18~21mm时，奥氏体再结晶区开乳温度为940~960°C，奥氏 体未再结晶区开乳厚度为成品钢板厚度的3.6~4.5倍;开始冷却温度2 780°C，终止冷却温 度为560-600°C，冷却速度为18~24°C/s。
[0015] 优选地，当钢板厚度为>21~25mm(大于21mm且小于等于25mm)时，奥氏体再结晶 区开乳温度为920~<940°C (大于等于920°C且小于940°C)，奥氏体未再结晶区开乳厚度为 成品钢板厚度的3.0~<3.6倍(大于等于3.0倍且小于3.6倍）；开始冷却温度2 780°C，终止 冷却温度为520~<560°C (大于等于520°C且小于560°C)，冷却速度为14~<18°C/s(大于 等于14°C/s且小于18°C/s)。
[0016] 优选地，奥氏体再结晶区的有效总压下率2 50%，后三道的道次压下率2 18%。奥 氏体未再结晶区的总压下率2 70%。
[0017] 优选地，奥氏体再结晶区乳制过程中，首先将钢坯展宽乳制至目标宽度，然后再将 钢坯纵乳至奥氏体未再结晶区目标开乳厚度。
[0018] 上述钢板的化学成分设计原理如下：
[0019]碳(C):C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。大量研究表明，对于管线钢而言，C含量超过0.05% 时，钢板的抗HIC和抗SSC恶化程度明显增加。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< 〇 . 10%。因此，为确保抗HIC/SSC性能，钢中C含量应控制在 0.03% ~0.05%〇
[0020]猛(Μη):Μη在钢中起到固溶强化的作用，而且可以提高钢的淬透性能，弥补C含量 降低所造成的强度下降。另外，Μη还可以扩大γ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Μη含量过高，连铸坯和钢板的心部容易产生中心偏析， 这种中心偏析特别不利于抗HIC/SSC性能。因此，为兼顾强韧性和抗HIC/SSC性能的获得，本 发明涉及的钢板的Μη元素控制在1.0%~1.2%。
[0021] 镍(Ni)、铬(Cr):Ni元素、Cr元素复合添加可大大增强钢板的淬透性。使钢板最终 成型乳制后的在线冷却过程中，钢板厚度方向的冷却的同步性更好，钢板厚度方向的显微 组织更加均匀，确保抗HIC/SSC性能。另外，Ni元素、Cr元素的添加可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。钢中添加 Ni元素、Cr元素也可以改善钢的 耐腐蚀性能。
[0022] 铌(Nb)、钛(Ti):鉴于钢中C、Mn等合金元素含量的大幅度降低，钢的强度损失较 大。为推迟奥氏体再结晶、阻止奥氏体晶粒长大，充分发挥细晶强化作用，钢中复合添加 Nb 和Ti微合金元素。大量研究表明，Nb和Ti微合金化与TMCP技术复合使用，可以显著提高管线 钢的显微组织和力学性能的重要手段。本发明涉及的钢板的Nb元素控制在0.020 %~ 0.050%，Ti元素控制在 <0.030%。
[0023] 磷(P):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 低钢中磷含量。本发明涉及的钢板的P元素控制在<0.010%。
[0024] 硫(S):S在钢中形成A类夹杂物，如FeS，这种夹杂物硬度较低，在后续的成型乳制 过程中很容易沿着乳制方向延伸成细条状或链状。介质中的H+通过吸附、扩散、聚集在A类 夹杂物处，发生2H ++2e-2H(atomic hydrogen)-H2(gas)，导致夹杂物