组织及性能稳定的低成本大壁厚抗酸管线钢及其生产方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910945235.0 (22)申请日 2019.09.30 (71)申请人 邯郸钢铁集团有限责任公司 地址 056015 河北省邯郸市复兴区复兴路 232号 申请人 河钢股份有限公司邯郸分公司 (72)发明人 贾国生亢庆峰吕德文贾改风 孙毅裴庆涛王朔阳 其他发明人请求不公开姓名 (74)专利代理机构 石家庄冀科专利商标事务所 有限公司 13108 代理人 曹淑敏 (51)Int.Cl. C22C 38/02(2006.01) C22C 38/04(2006.01) C22。

2、C 38/06(2006.01) C22C 38/12(2006.01) C22C 38/14(2006.01) C21D 8/02(2006.01) C22C 33/04(2006.01) (54)发明名称 组织及性能稳定的低成本大壁厚抗酸管线 钢及其生产方法 (57)摘要 本发明组织及性能稳定的低成本大壁厚抗 酸管线钢， 其化学成分重量百分比为： C0.03% 0.08%， Si0.15%0.20%， Mn1.05%1.15%， P 0 .01%， S0 .002%， Nb0 .025%0 .035%， Ti 0.015%0.025%， Al0.05%， Ca0.006%， 其他 为Fe和。

3、不可避免的微量杂质。 其生产方法包括炼 钢、 连铸、 轧制、 卷取和冷却工序； 轧制工序， 粗轧 的最后道次轧制出口温度为10151050。 本 发明通过最佳C含量， 减少C的偏析以及珠光体的 生成； 通过控轧控冷减少组织的混晶， 实现沿厚 度方向组织的均匀， 最终实现低成本大壁厚抗酸 管线钢组织及性能的稳定。 权利要求书1页 说明书6页 附图3页 CN 110846565 A 2020.02.28 CN 110846565 A 1.组织及性能稳定的低成本大壁厚抗酸管线钢， 其特征在于： 管线钢主要成分的重量 百分含量为： C 0.03%0.08%， Si 0.15%0.20%， Mn 1.0。

4、5%1.15%， P0.01%， S 0.002%， Nb 0.025%0.035%， Ti 0.015%0.025%， Al0.05%， Ca0.006%， 其他为Fe和不 可避免的微量杂质。 2.如权利要求1所述的组织及性能稳定的低成本大壁厚抗酸管线钢， 其特征在于： C含 量优选范围为： 0.05wt%0.067wt%。 3.如权利要求1所述的组织及性能稳定的低成本大壁厚抗酸管线钢， 所述管线钢钢带 厚度为17mm19mm， 组织以铁素体+贝氏体为主， 其中铁素体+贝氏体体积比95%， 晶粒度 1112级。 4.组织及性能稳定的低成本大壁厚抗酸管线钢的生产方法， 包括炼钢、 连铸、 轧制。

5、、 卷 取和冷却工序； 其特征在于： 所述连铸工序： 铸坯主要成分的重量百分含量为： C 0.03% 0.08%， 优选0.05%0.067%； Si 0.15%0.20%， Mn 1.05%1.15%， P0.01%， S0.002%， Nb 0.025%0.035%， Ti 0.015%0.025%， Al0.05%， Ca0.006%， 其他为Fe和不可避免的 微量杂质。 5.如权利要求4所述的组织及性能稳定的低成本大壁厚抗酸管线钢的生产方法， 其特 征在于： 所述轧制工序： 粗轧的最后道次轧制出口温度设置为10151050， 精轧入口温 度设置为960995； 终轧温度设置为81583。

6、5。 6.如权利要求4所述的组织及性能稳定的低成本大壁厚抗酸管线钢的生产方法， 其特 征在于： 所述卷取工序中， 卷取温度设置为470490。 7.如权利要求4或5所述的组织及性能稳定的低成本大壁厚抗酸管线钢的生产方法， 其 特征在于： 所述轧制工序： 粗轧阶段末道次压下率25.5%26.5%， 粗轧累计压下率73.5% 76.7%； 精轧首道次压下率21.5%23.8%， 精轧累计压下率68.1%70.8%。 8.如权利要求4或5所述的组织及性能稳定的低成本大壁厚抗酸管线钢的生产方法， 其 特征在于： 所述轧制工序， 辊道速度大于钢带速度， 辊道速度相对于钢带加速度为0.008 0.012m。

7、/s2。 9.如权利要求4所述的组织及性能稳定的低成本大壁厚抗酸管线钢的生产方法， 其特 征在于： 所述冷却工序设置层流冷却上下冷却集管水量比为 （0.860.93） ： 1。 权利要求书 1/1 页 2 CN 110846565 A 2 组织及性能稳定的低成本大壁厚抗酸管线钢及其生产方法 技术领域 0001 本发明属于钢铁冶金技术领域， 具体涉及一种组织及性能稳定的低成本大壁厚抗 酸管线钢的生产方法。 背景技术 0002 随着石油和天然气工业的发展， 天然气资源中的H2S等腐蚀介质含量增加。 H2S等腐 蚀介质产生的原子容易在珠光体、 夹杂物等缺陷位置不断渗透、 积聚形成氢气。 当氢气压 力。

8、增大到一定程度后， 导致管线钢的氢致开裂。 0003 材料中的碳含量太高， 对材料的抗酸性、 低温韧性、 成型性、 焊接性、 延塑性不利， 影响制管后综合性能。 材料中碳含量太低， 导致转炉终点氧较高， 不利于夹杂物的去处,影 响制管后的抗酸性能， 且合金成本增加。 因此， 合适的C含量对管线钢组织及性能稳定性具 有重要意义。 同时碳在冶炼过程中容易产生中心偏聚， 致使钢板心部产生珠光体条带或M/A 岛等氢原子聚集缺陷， 尤其是厚规格， 导致抗HIC和SSCC性能大幅下降。 0004 中国专利CN104099522A公开了 “无铜镍抗酸管线钢X52MS 及其热轧板卷的制造方 法” ， 其碳含量。

9、优选为0.035， 碳含量过低， 转炉脱碳困难， 增大冶炼难度， 且不利于钢的强 化。 CN102851590A公开了 “一种抗酸性低锰X70管线钢及其生产方法” ， 其碳含量为0.05 0.07,但是却加入了昂贵的Cu、 Ni、 Mo合金， 生产成本较高。 0005 在管线钢生产过程中， 轧制和冷却工序的控制情况是产品显微组织以及力学性能 的重要决定性因素， 其生产难点也集中在轧制和冷却工序， 尤其是厚规格管线钢。 当产品厚 度规格较大时， 对轧制和冷却工艺的控制也相应提高， 如轧制和冷却工艺控制不当， 产品将 会出现组织和力学性能不均匀的情况。 中国专利申请CN107326261A公开了 。

10、“低屈强比薄规 格高强抗酸管线钢热轧卷板及其制造方法” ， 其碳含量为0.04-0.065， 规格较薄， 且加入了 一定量的Cr； 冷却工序中冷速较慢， 卷取温度较高， 不利于合金和组织的强化。 0006 随着我国能源管道输送事业高速发展， 对管线钢低温韧性和附加性能提出更高的 要求， 特别是大壁厚钢板要具有良好的低温韧性和抗酸性腐蚀性能。 现阶段国际上通常添 加Ni、 Cu等高成本合金元素来提高管线钢的抗酸性能， 使得抗酸管线钢成本消耗极大， 不符 合竞争激烈的市场环境。 发明内容 0007 本发明要解决的技术问题是提供一种低成本大壁厚抗酸管线钢及其生产方法； 通 过选定最佳C含量0.05%。

11、0.067%， 减少C的偏析以及珠光体的生成， 并减少合金加入量； 通 过控轧控冷减少组织的混晶， 实现沿厚度方向组织的均匀， 最终实现低成本大壁厚抗酸管 线钢组织及性能的稳定。 0008 为解决上述技术问题， 本发明采取的技术方案是： 组织及性能稳定的低成本大壁厚抗酸管线钢， 其主要成分的重量百分含量为： C 0.03% 0.08%， Si 0.15%0.20%， Mn 1.05%1.15%， P0.01%， S0.002%， Nb 0.025% 说明书 1/6 页 3 CN 110846565 A 3 0.035%， Ti 0.015%0.025%， Al0.05%， Ca0.006%， 。

12、其他为Fe和不可避免的微量杂质。 0009 上述的组织及性能稳定的低成本大壁厚抗酸管线钢， C含量优选范围为： 0.05% 0.067%。 0010 组织及性能稳定的低成本大壁厚抗酸管线钢的生产方法， 包括炼钢、 连铸、 轧制、 卷取和冷却工序； 所述连铸工序： 铸坯主要成分的重量百分含量为： C 0.03%0.08%， 优选 0.05%0.067%； Si 0.15%0.20%， Mn 1.05%1.15%， P0.01%， S0.002%， Nb 0.025% 0.035%， Ti 0.015%0.025%， Al0.05%， Ca0.006%， 其他为Fe和不可避免的微量杂质。 0011。

13、 所述轧制工序： 粗轧的最后道次轧制出口温度设置为10151050， 精轧入口 温度设置为960995； 终轧温度设置为815835； 卷取温度设置为470490。 粗轧阶段末道次压下率25.5%26.5%， 粗轧累计压下率73.5%76.7%； 精轧首道次压下率 21.5%23.8%， 精轧累计压下率68.1%70.8%。 0012 所述冷却工序采用无反馈的集中冷却模式， 在精轧末机架穿带前计算出开水组 数， 减少模型计算量， 提高模型稳定性； 设置层流冷却上下冷却集管水量比为 （0.86 0.93） ： 1， 使钢带上下表面冷却强度均衡， 既保证了组织与性能的均匀性， 又避免了C翘、 弓 。

14、背等板形问题。 0013 所述控制轧制工序： 为了对钢带提供一定张力保证板形与对中度， 辊道速度应略 大于钢带速度， 会导致钢带仍有一定加速度； 将辊道速度相对于钢带加速度设置为0.008 0.012m/s2， 既保证了钢带的板形与对中度， 又不至于使钢带速度变化过大、 加开的冷却集 管过多引起模型紊乱， 保证了钢带长度方向上的冷却均匀性。 0014 上述的组织及性能稳定的低成本大壁厚抗酸管线钢的生产方法， 所述管线钢钢带 厚度为17.0mm19.0mm， 组织以铁素体+贝氏体为主， 其中铁素体+贝氏体体积比95%， 晶 粒度1112级。 0015 理论分析： 碳是钢中最经济、 最有效的强化元。

15、素。 但碳在冶炼过程中容易产生中心偏聚， 致使钢板 心部产生珠光体条带或M/A岛等氢原子聚集缺陷， 导致抗HIC和SSCC性能大幅下降。 本发明 设计碳含量为0.030.08， 若碳含量低于0.03一方面转炉脱碳困难， 增大冶炼难度； 另一方面强度损失较大， 钢板强度达不到要求； 若高于0.08则钢板的HIC和SSCC环境下腐 蚀开裂风险成倍增加。 本发明成分设计中去除了高成本的Cu、 Ni、 Cr元素， 通过对Si、 Mn、 P、 S 元素、 夹杂物以及连铸机状态的严格控制， 减少Si、 Mn、 P、 S元素偏析以及夹杂物对抗HIC实 验的影响， 并通过大量试验数据的对比分析， 得出C含量对。

16、氢致开裂的影响， 最佳C含量优选 为0.05%0.067%。 0016 粗轧的末道次轧制出口温度设置： 采用Gleeble3500热模拟试验机研究得出该级 别管线钢高温应力应变曲线， 确定变形温度在9851088， 并保证粗轧奥氏体充分再结 晶， 由此制定粗轧的最后道次轧制出口温度10151050， 并将粗轧阶段末道次压下量 提高到25.5%26.5%。 0017 精轧入口温度设置： 采用Gleeble3500热模拟试验机研究得出该级别管线钢高温 应力应变曲线， 确定奥氏体未再结晶区温度为895925， 考虑到尽量避免精轧过程产生 部分再结晶， 由此制定制定精轧入口温度960995， 并将精轧。

17、首道次压下量降低至 21.5%23.8%。 说明书 2/6 页 4 CN 110846565 A 4 0018 终轧温度设置： 采用Gleeble3500热模拟试验得出该级别管线钢奥氏体连续冷却 转变曲线， 得出双相区开始温度在730810， 故将终轧温度设置为815835。 0019 卷取温度选择： 奥氏体连续冷却转变曲线， 得出珠光体和魏氏组织出现的温度大 于550， 且为了避免晶粒过于细化导致的屈强比过高， 选定卷取温度为470490。 0020 由于钢带较短， 冷却模型无反馈， 采用恒速轧制可进一步优化冷却模型。 但为了对 钢带提供一定张力保证板形与对中度， 辊道速度应略大于钢带速度，。

18、 会导致钢带仍有一定 加速度； 将辊道速度相对于钢带加速度为设置为0.0080.012m/s2， 既保证了钢带的板形 与对中度， 又不至于使钢带速度变化过大、 加开的冷却集管过多引起模型紊乱， 保证了钢带 长度方向上的冷却均匀性。 0021 在钢带运行过程中， 由于重力原因， 上表面的冷却强度大于下表面。 设定上下冷却 集管最佳水量比例在 （0.860.93） ： 1， 使下集管水量大于上集管水量， 保证了钢带上下表 面的冷却均匀性。 0022 本发明的有益效果在于： 本发明在不添加贵金属的情况下， 通过对Si、 Mn、 P、 S元素、 夹杂物以及连铸机状态的严 格控制， 减少Si、 Mn、 。

19、P、 S元素偏析以及夹杂物对氢致裂纹的影响， 从而得出C含量对氢致开 裂的影响， 得出最佳C含量优选为0.05%0.067%； 本发明通过对轧制工艺和冷却工艺的控 制， 解决了大壁厚抗酸管线钢组织沿厚度方向不均匀的问题， 且生产成本更低， 强度更高， 规格更厚、 性能更加稳定和优良， 具有很强的实用性。 附图说明 0023 图1是本发明目标钢种奥氏体连续冷却转变曲线图； 图2是本发明实施例1管线钢1/2厚度的微观组织图 （500X） ； 图3是本发明实施例2管线钢1/2厚度的微观组织图 （500X） ； 图4是本发明实施例3管线钢1/2厚度的微观组织图 （500X） ； 图5是本发明实施例4管。

20、线钢1/2厚度的微观组织图 （500X） ； 图6是本发明实施例5管线钢1/2厚度的微观组织图 （500X） ； 图7是本发明实施例6管线钢1/2厚度的微观组织图 （500X） ； 图8是本发明实施例7管线钢1/2厚度的微观组织图 （500X） ； 图9是本发明实施例8管线钢1/2厚度的微观组织图 （500X） 。 具体实施方式 0024 本发明组织及性能稳定的低成本大壁厚抗酸管线钢， 其主要成分的重量百分含量 为： C 0.03%0.08%， 优选0.050.067%； Si 0.15%0.20%， Mn 1.05%1.15%， P0.01%， S0.002%， Nb 0.025%0.035。

21、%， Ti 0.015%0.025%， Al0.05%， Ca0.006%， 其他为Fe和 不可避免的微量杂质。 0025 组织及性能稳定的低成本大壁厚抗酸管线钢的生产方法， 包括炼钢连铸、 轧制、 卷取和冷却， 各工序的工艺如下所述： 炼钢连铸工序： 所得铸坯主要成分的重量百分含量 为： C 0.03%0.08%， 优选0.050.067%； Si 0.15%0.20%， Mn 1.05%1.15%， P0.01%， S0.002%， Nb 0.025%0.035%， Ti 0.015%0.025%， Al0.05%， Ca0.006%， 其他为Fe和 说明书 3/6 页 5 CN 1108。

22、46565 A 5 不可避免的微量杂质。 0026 所述轧制工序： 粗轧的最后道次轧制出口温度设置为10151050， 粗轧阶段 末道次压下率25.5%26.5%， 粗轧累计压下率73.5%76.7%； 精轧入口温度设置为960 995； 精轧首道次压下率21.5%23.8%， 精轧累计压下率68.1%70.8%； 终轧温度设置为 815835； 卷取温度设置为470490。 0027 冷却工序采用无反馈的集中冷却模式， 在精轧末机架穿带前计算出开水组数， 减 少模型计算量， 提高模型稳定性。 设置层流冷却上下冷却集管水量比为 （0.860.93） ： 1， 使 钢带上下表面冷却强度均衡， 既。

23、保证了组织与性能的均匀性， 又避免了C翘、 弓背等板形问 题。 0028 由于钢带较短， 冷却模型无反馈， 采用恒速轧制可进一步优化冷却模型。 但为了对 钢带提供一定张力保证板形与对中度， 辊道速度应略大于钢带速度， 会导致钢带仍有一定 加速度， 将辊道速度相对于钢带加速度为设置为0.0080.012m/s2， 既保证了钢带的板形 与对中度， 又不至于使钢带速度变化过大、 加开的冷却集管过多引起模型紊乱， 保证了钢带 长度方向上的冷却均匀性。 0029 以下通过具体实施例对本发明作进一步的说明： 表1列出了实施例1实施例8的大壁厚抗酸管线钢连铸坯的化学成分。 0030 表1实施例18的化学成分。

24、(wt， ) 具体工艺参数如表2所示： 表2各实施例的制造方法工艺参数 说明书 4/6 页 6 CN 110846565 A 6 将以上各实施例进行性能检测， 其主要性能检测结果如表3所示， 主要抗HIC和抗SSCC 性能如表4所示。 0031 表3各实施例主要性能检测结果 表4各实施例抗HIC和抗SSCC性能性能检测结果 从以上表3、 表4的结果可以看出， 本发明通过成分和工艺的组合控制， 整体可以实现低 成分体系下低成本、 大壁厚、 抗酸管线钢组织及性能的稳定。 该发明不仅成本更低， 强度更 高， 规格更厚、 性能更加稳定和优良， 而且生产难度小， 而且极大提高生产效率和过程成本 的控制。。

25、 0032 由图2图9可知， 组织以铁素体贝氏体为主， 其中铁素体+贝氏体体积比95%， 无混晶现象， 晶粒度为11.5级， 晶粒细小。 铁素体贝氏体组织以及细小的晶粒可以更好地 起到细晶强化的作用。 实施例1实施例6无带状， 实施例7、 实施例8带状评级0.5 （见图8 图9） 。 珠光体带的形成， 对抗氢致裂纹不利， 实施例7、 实施例8抗HIC性能虽然合格， 但已有 微小的氢致裂纹。 0033 当C0.04 （实施例1和2） 时， 性能偏低， 屈强比偏高； 当C0.07% （实施例7和8） 时， 抗HIC性能虽然合格， 但已有微小的氢致裂纹， 且考虑到炼钢的实际控制水平， 得出最佳C含 说明书 5/6 页 7 CN 110846565 A 7 量的优选范围是0.05%0.067%。 说明书 6/6 页 8 CN 110846565 A 8 图1 图2 图3 说明书附图 1/3 页 9 CN 110846565 A 9 图4 图5 图6 说明书附图 2/3 页 10 CN 110846565 A 10 图7 图8 图9 说明书附图 3/3 页 11 CN 110846565 A 11 。