專利名稱：一種超低碳高韌性抗硫化氫用輸氣管線鋼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高強(qiáng)度低合金控軋控冷鋼的領(lǐng)域，主要用于制造抗硫化氫用石油天然氣輸送管線鋼。
石油天然氣是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要組成部分，是社會(huì)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。到2010年，我國(guó)原油缺口每年達(dá)7000萬(wàn)噸，天然氣缺口達(dá)40-50億立方米，為此，我國(guó)近一年來(lái)制定了“西氣東輸”的宏偉戰(zhàn)略方針，將鋪設(shè)數(shù)千公里的自西向東的輸氣管線，同時(shí)將建立從國(guó)外向國(guó)內(nèi)的數(shù)千公里輸送管線，引進(jìn)國(guó)外的能源。而在眾多的輸送管線網(wǎng)中，抗硫化氫應(yīng)力腐蝕和抗氫致誘發(fā)裂紋管線鋼是輸送酸性天然氣管線用的重要用鋼，也是管線鋼中要求最為嚴(yán)格，技術(shù)水平要求最高的鋼種。為了降低油氣輸送成本，抗硫化氫管線用鋼也是在向大管徑大輸量的高壓輸送方向發(fā)展。目前國(guó)內(nèi)最高水平也只能生產(chǎn)X52級(jí)抗硫化氫管線用鋼，X60抗硫化氫管線用鋼也只是在試制階段。因此對(duì)于更高級(jí)別的抗硫化氫管線用鋼還是空白。高級(jí)別的抗硫化氫管線鋼的組織結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分、熱機(jī)械控制軋制工藝制度與低級(jí)別的抗硫化氫管線用鋼有很大的差異。
本發(fā)明的目的是在原X60強(qiáng)度級(jí)別的輸氣管線鋼基礎(chǔ)上進(jìn)行化學(xué)成分調(diào)整，通過(guò)超純凈冶煉提供一種具有高強(qiáng)韌性的X65抗硫化氫管線用鋼，通過(guò)優(yōu)化控制軋制工藝制度獲得具有以細(xì)的針狀鐵素體(無(wú)珠光體)為主的復(fù)相組織。
本發(fā)明提供了一種超純凈化的抗硫化氫管線用鋼，其化學(xué)成分(重量％)為C 0.02～0.04％，Si 0.15～0.35％，Mn 1.4～1.6％，Nb 0.03～0.05％，V0.02～0.04％，Mo 0.2～0.4％，S＜0.0007％，P＜0.0030％，其余為鐵Fe。
本發(fā)明的化學(xué)成分設(shè)計(jì)依據(jù)是對(duì)于X65級(jí)的抗硫化氫管線用鋼，為避免在碳含量較高的情況下用提高M(jìn)n含量的方法來(lái)保證強(qiáng)度，而引起鋼的成分偏析及產(chǎn)生帶狀珠光體組織或馬氏體等一些硬相組織，而采用超低碳或低碳。
加入Mo元素一方面通過(guò)固溶強(qiáng)化提高材料的強(qiáng)度，另一方面推遲奧氏體的轉(zhuǎn)變溫度，抑制先共析鐵素體的形成，促進(jìn)中溫相變組織即晶內(nèi)針狀鐵素體AF的形成，來(lái)提高材料的強(qiáng)度和韌性。
鋼中的S和P是有害元素，通過(guò)超純凈冶煉最大限度地降低S、P特別是S的含量，減少硫化錳夾雜來(lái)降低氫致誘發(fā)裂紋的形成點(diǎn)。本發(fā)明的管線鋼中S、P控制為(重量％)S＜0.0007％，P＜0.0030％。
本發(fā)明的管線鋼中未加入Cu和Ni，主要是降低材料的經(jīng)濟(jì)成本，通過(guò)超純凈化和組織的控制來(lái)達(dá)到抗硫化氫應(yīng)力腐蝕和抗氫致誘發(fā)裂紋的目的。
本發(fā)明對(duì)超純凈化冶煉的X65抗硫化氫管線鋼提供了一種新的熱機(jī)械控制軋制工藝制度，即1.軋制道次分配60-44-32-22-12-8共五道，在奧氏體再結(jié)晶區(qū)+未再結(jié)晶區(qū)多道次控軋控冷，1200℃(加熱)-1150℃(開(kāi)軋)-(1000℃-950℃)(軋制)-(900℃-830℃)(終軋)-(500℃-400℃)(終冷)。
2.冷卻方式水冷(15-30℃/s)。
采用該TMCP工藝的依據(jù)是對(duì)組織進(jìn)行控制并細(xì)化晶粒，即利用在奧氏體再結(jié)晶區(qū)和奧氏體未再結(jié)晶區(qū)的較低溫度區(qū)域進(jìn)行多道次軋制，并加大最后一道次變形量，再配合中等的冷卻速度(15-30℃/s)，能夠獲得以針狀鐵素體AF為主的無(wú)珠光體復(fù)相組織，且晶粒得到超細(xì)化。
本發(fā)明對(duì)超純凈化冶煉的X65抗硫化氫管線鋼提供了一種新的組織狀態(tài)，它不同于傳統(tǒng)的抗硫化氫管線鋼是由鐵素體F+少量珠光體P組成，而是由以針狀鐵素體AF為主的復(fù)相組織組成即針狀鐵素體AF為主+少量的準(zhǔn)多邊形鐵素體+M/A組元的復(fù)相組織采用該復(fù)相組織的依據(jù)是在上貝氏體形成溫度以上形成的細(xì)的非等軸針狀鐵素體AF基體中彌散分布著滲碳體和馬氏體島，其亞結(jié)構(gòu)具有較高的位錯(cuò)密度；該種組織與細(xì)小的準(zhǔn)多邊形鐵素體F形成的復(fù)相組織結(jié)構(gòu)具有較高的強(qiáng)度和韌性。針狀鐵素體AF具有連續(xù)屈服的特性，更重要的是針狀鐵素體AF能夠削弱因包辛格效應(yīng)引起的屈服強(qiáng)度降低。針狀鐵素體AF具有軋制強(qiáng)化和相變強(qiáng)化的綜合作用，克服了鐵素體F+珠光體P管線鋼的弱點(diǎn)，避免了裂紋沿珠光體帶的發(fā)生和擴(kuò)展。
本發(fā)明X65抗硫化氫管線鋼與現(xiàn)有X60輸氣管線鋼相比具有如下優(yōu)點(diǎn)1.本發(fā)明管線鋼具有更高級(jí)別的強(qiáng)度和極佳的低溫沖擊韌性，很好的抗硫化氫應(yīng)力腐蝕能力。
2.本發(fā)明管線鋼的晶粒尺寸明顯小于X60陜京管線鋼，晶粒平均尺寸達(dá)到3um左右。
3.本發(fā)明管線鋼的綜合性能σs＝510～528MPa，σb＝571～589MPa，δ50＝24～29.2％，Ψ＝81.3～84.6，CVN-20℃＝418～456J/mm2，CVN-50℃＝443～460J/mm2，CVN-80℃＝417～449J/mm2。
下面通過(guò)實(shí)施例詳述本發(fā)明。
附

圖1為實(shí)施例的金相組織實(shí)施例根據(jù)本發(fā)明管線鋼的化學(xué)成分范圍，采用真空感應(yīng)爐熔煉，鍛造并加工成60×80×140的方坯，在小型軋機(jī)上進(jìn)行熱機(jī)械控軋控冷，最后在等溫爐中模擬卷取，軋制成8mm厚的板材。其化學(xué)成分見(jiàn)表1，TMCP工藝制度見(jiàn)表2，杌械性能見(jiàn)表3，抗硫化氫應(yīng)力腐蝕性能見(jiàn)表4，金相組織見(jiàn)圖1。
表1、實(shí)施例管線鋼的化學(xué)成分
表2、TMCP工藝制度
表3材料機(jī)械性能試驗(yàn)結(jié)果
表4 SSCC試驗(yàn)結(jié)果(室溫+28℃，150hrs)
權(quán)利要求
1.一種超低碳高韌性抗硫化氫用輸氣管線鋼，其特征在于化學(xué)成分重量百分比為C 0.02～0.04％，Si 0.15～0.35％，Mn 1.4～1.6％，Nb 0.03～0.05％，V0.02～0.04％，Mo 0.2～0.4％，S＜0.0007％，P＜0.0030％，其余為鐵Fe。
2.一種權(quán)利要求1所述超低碳高韌性抗硫化氫用輸氣管線鋼，其特征在于熱機(jī)械控制軋制工藝制度如下1)軋制道次分配60-44-32-22-12-8共五道，在奧氏體再結(jié)晶區(qū)+未再結(jié)晶區(qū)多道次控軋控冷，1200℃(加熱)-1150℃(開(kāi)軋)-(1000℃-950℃)(軋制)-(900℃-830℃)(終軋)-(500℃-400℃)(終冷)；2)冷卻方式水冷(15-30℃/s)。
全文摘要
一種超低碳高韌性抗硫化氫用X65級(jí)輸氣管線鋼,其特征在于:它的主要化學(xué)成分(重量%)為C0.02～0.04%,Si0.15～0.35%,Mn1.4～1.6%,Nb0.03～0.05%,V0.02～0.04%,Mo0.2～0.4%,S<0.0007%,P<0.0030%,其余為鐵Fe。相應(yīng)的熱機(jī)械控軋工藝制度(TMCP)為1200℃(加熱)－1150℃(開(kāi)軋)－(1000℃－950℃)(軋制)－(900℃－830℃)(終軋)－(500℃－400℃)(終冷),水冷(15－30℃/s)。顯微組織為針狀鐵素體AF+少量的準(zhǔn)多邊形鐵素體+M/A組元。由本發(fā)明得到的管線鋼不但具有更高的強(qiáng)度和極高的低溫沖擊韌性,而且具有很好的抗硫化氫應(yīng)力腐蝕能力。
文檔編號(hào)C22C38/26GK1351189SQ0012318
公開(kāi)日2002年5月29日 申請(qǐng)日期2000年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月1日
發(fā)明者單以銀, 楊柯, 曲錦波, 趙明純 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院金屬研究所