一种生产具有抗氢致裂纹性能的高品质C-Mn钢的工艺

摘要

本发明提供了一种生产具有抗氢致裂纹性能的高品质C‑Mn钢的工艺，钢种成分按重量百分比为C 0.1％～0.2％，Mn 1％～2％，Si≤0.5％，P≤0.01％，S≤0.002％，Al 0.01％～0.05％，Cr 1％～2％，Ni 0.1％～0.6％，Nb 0.003％～0.01％，Sc 0.001％～0.005％，Y 0.002％～0.008％，余量为Fe和杂质；其生产工艺为：(1)使用连铸板坯生产该类钢种，板坯厚度为150mm～300mm，板坯宽度为1000mm～3000mm；(2)轧制后钢板规格为，钢板厚度5mm～40mm，钢板宽度2000mm～3500mm；(3)将板坯轧制为最终规格的钢板后，对钢板进行冷却。本发明能降低钢板心部的偏析程度，提高钢板的均匀性，通过该方式生产的C‑Mn钢具有良好的抗氢致裂纹性能。

说明书

技术领域

本发明属于轧钢技术领域，特别是涉及一种生产具有抗氢致裂纹性能的高品质C-Mn钢的工艺。

背景技术

C-Mn钢是指使用碳元素和锰元素提高钢强度的钢种，其成分较为简单，合金元素主要是碳元素和锰元素，另外含有少量的脱氧元素铝元素，除非有特别要求，则不添加其他合金元素。该类钢种具有成本低、易生产等特点，应用非常广泛，生产技术也较为成熟。但该类钢种也存在一定的缺陷，即均匀性不高，尤其当使用板坯生产该类钢种时，由于碳、锰元素均为易偏析元素，在轧制后钢板的厚度中心位置，存在一定的偏析带，该偏析带质量较差，对于某些具有特殊要求的钢种来说，这些偏析带将会带来诸多不利的后果，因此对C-Mn钢的均匀性提出了更高的要求。如何生产均匀性较高的C-Mn钢成为了钢铁企业的新课题。

这种均匀性要求较高的C-Mn钢，主要应用于高含硫油气的生产和运输领域，高含硫油气存在湿硫化氢环境，溶液中的氢离子进入钢基体后，会在钢的缺陷位置生成气体，体积骤增，形成氢致裂纹，氢致裂纹的不断扩展，会最终造成整体材料的严重实效，甚至造成事故。抗氢致裂纹检验标准主要参考NACE0284，其中将氢致裂纹的长度率、厚度率和宽度率分别简写为CLR、CTR和CSR，通常可以接受的指标为CLR、CTR和CSR三个截面平均值的最大值≤15％、5％和2％。

本专利主要是提供了一种生产具有抗氢致裂纹性能的高品质C-Mn钢的轧后冷却工艺。通过尽量减轻心部的偏析程度来提高C-Mn钢的抗氢致裂纹性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种生产具有抗氢致裂纹性能的高品质C-Mn钢的工艺，该工艺通过减轻心部的偏析程度来提高C-Mn钢的抗氢致裂纹性能，具有十分广阔的前景。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案为：

一种生产具有抗氢致裂纹性能的高品质C-Mn钢的工艺，钢种成分按重量百分比为C 0.1％～0.2％，Mn 1％～2％，Si≤0.5％，P≤0.01％，S≤0.002％，Al 0.01％～0.05％，Cr 1％～2％，Ni 0.1％～0.6％，Nb 0.003％～0.01％，Sc0.001％～0.005％，Y 0.002％～0.008％，余量为Fe和杂质；

其生产工艺具体为：

(1)使用连铸板坯生产该类钢种，板坯厚度为150mm～300mm，板坯宽度为1000mm～3000mm。

(2)轧制后钢板规格为，钢板厚度5mm～40mm，钢板宽度2000mm～3500mm。

(3)将板坯轧制为最终规格的钢板后，对钢板进行冷却，冷却开始钢板的表面温度在750℃～820℃之间，冷却结束时钢板的表面温度在550℃～650℃之间，冷却速率在20℃/s～40℃/s之间。

优选的，钢种成分按重量百分比为C 0.15％，Mn 1.5％，Si 0.3％，P 0.008％，S0.001％，Al 0.03％，Cr 1.5％，Ni 0.3％，Nb 0.008％，Sc 0.003％，Y 0.006％，余量为Fe和杂质。

优选的，钢种成分按重量百分比为C 0.13％，Mn 1.6％，Si 0.2％，P 0.006％，S0.001％，Al 0.04％，Cr 1.2％，Ni 0.4％，Nb 0.005％，Sc 0.004％，Y 0.005％，余量为Fe和杂质。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明通过成分设计，其中铬能显著改善钢的抗氧化和抗腐蚀能力，并通过调节C和Mn含量来控制钢材的强韧性和抗氢开裂性；另外，Ni、Nb、Sc、Y四种元素的配合能够在一定程度上降低铸板的中心偏移，利于钢板的抗氢致裂纹性能，并提高其韧性；

(2)本发明在钢板相变过程中通过快速的冷却抑制碳元素的扩散，降低钢板心部的偏析程度，提高钢板的均匀性，通过该方式生产的C-Mn钢具有良好的抗氢致裂纹性能，完全满足标准要求；

(3)本发明在钢板抗氢致裂纹性能上，使用NACE0284标准进行试验，试验溶液为该标准中的A溶液，其抗氢致裂纹性能指标CLR、CTR和CSR三个截面平均值的最大值≤10％、3％和1％，完全满足标准要求。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步的阐述：

实施例1

一种生产具有抗氢致裂纹性能的高品质C-Mn钢的工艺，钢种成分按重量百分比为C 0.15％，Mn 1.5％，Si 0.3％，P 0.008％，S 0.001％，Al 0.03％，Cr 1.5％，Ni 0.3％，Nb0.008％，Sc 0.003％，Y 0.006％，余量为Fe和杂质；

其生产工艺具体为：

(1)使用连铸板坯生产该类钢种，板坯厚度为200mm，板坯宽度为2000mm；

(2)轧制后钢板规格为，钢板厚度22mm，钢板宽度2500mm；

(3)将板坯轧制为厚度22mm的钢板后，对钢板进行冷却，冷却开始钢板的表面温度在760℃之间，冷却结束时钢板的表面温度在580℃之间，冷却速率在25℃/s之间。

经测定，钢板的屈服强度为355MPa，抗拉强度为520MPa。

抗氢致裂纹性能上，使用NACE0284标准进行试验，试验溶液为该标准中的A溶液，CLR、CTR和CSR＝3％、1％和0.3％。

实施例2

一种生产具有抗氢致裂纹性能的高品质C-Mn钢的工艺，钢种成分按重量百分比为C 0.13％，Mn 1.6％，Si 0.2％，P 0.006％，S 0.001％，Al 0.04％，Cr 1.2％，Ni 0.4％，Nb0.005％，Sc 0.004％，Y 0.005％，余量为Fe和杂质；

其生产工艺具体为：

(1)使用连铸板坯生产该类钢种，板坯厚度为240mm，板坯宽度为2200mm。

(2)轧制后钢板规格为，钢板厚度26mm，钢板宽度2900mm。

(3)将板坯轧制为厚度26mm的钢板后，对钢板进行冷却，冷却开始钢板的表面温度在800℃之间，冷却结束时钢板的表面温度在600℃之间，冷却速率在24℃/s之间。

经测定，钢板的屈服强度为370MPa，抗拉强度为530MPa。

抗氢致裂纹性能上，使用NACE0284标准进行试验，试验溶液为该标准中的A溶液，CLR、CTR和CSR＝2％、1％和0.2％。

实施例3

一种生产具有抗氢致裂纹性能的高品质C-Mn钢的工艺，钢种成分按重量百分比为C 0.16％，Mn 1.4％，Si 0.35％，P 0.01％，S 0.0015％，Al 0.035％，Cr 1.2％，Ni 0.2％，Nb 0.006％，Sc 0.003％，Y 0.005％，余量为Fe和杂质；

其生产工艺具体为：

(1)使用连铸板坯生产该类钢种，板坯厚度为220mm，板坯宽度为2000mm。

(2)轧制后钢板规格为，钢板厚度28mm，钢板宽度2800mm。

(3)将板坯轧制为厚度28mm的钢板后，对钢板进行冷却，冷却开始钢板的表面温度在790℃之间，冷却结束时钢板的表面温度在610℃之间，冷却速率在28℃/s之间。

经测定，钢板的屈服强度为415MPa，抗拉强度为560MPa。

抗氢致裂纹性能上，使用NACE0284标准进行试验，试验溶液为该标准中的A溶液，CLR、CTR和CSR＝1％、0.5％和00％。

实施例4

一种生产具有抗氢致裂纹性能的高品质C-Mn钢的工艺，钢种成分按重量百分比为C 0.17％，Mn 1.4％，Si 0.1％，P 0.004％，S 0.001％，Al 0.02％，Cr 1.3％，Ni 0.3％，Nb0.007％，Sc 0.002％，Y 0.006％，余量为Fe和杂质；

其生产工艺具体为：

(1)使用连铸板坯生产该类钢种，板坯厚度为230mm，板坯宽度为2500mm。

(2)轧制后钢板规格为，钢板厚度31mm，钢板宽度3000mm。

(3)将板坯轧制为最终规格的钢板后，对钢板进行冷却，冷却开始钢板的表面温度在780℃之间，冷却结束时钢板的表面温度在620℃之间，冷却速率在31℃/s之间。

经测定，钢板的屈服强度为380MPa，抗拉强度为500MPa。

抗氢致裂纹性能上，使用NACE0284标准进行试验，试验溶液为该标准中的A溶液，CLR、CTR和CSR＝2％、1.5％和0.4％。

实施例5

一种生产具有抗氢致裂纹性能的高品质C-Mn钢的工艺，钢种成分按重量百分比为C 0.15％，Mn 1.8％，Si 0.4％，P 0.005％，S 0.0015％，Al 0.04％，Cr 1.7％，Ni 0.5％，Nb 0.008％，Sc 0.002％，Y 0.004％，余量为Fe和杂质；

其生产工艺具体为：

(1)使用连铸板坯生产该类钢种，板坯厚度为250mm，板坯宽度为3200mm。

(2)轧制后钢板规格为，钢板厚度32mm，钢板宽度3200mm。

(3)将板坯轧制为厚度32mm的钢板后，对钢板进行冷却，冷却开始钢板的表面温度在770℃之间，冷却结束时钢板的表面温度在620℃之间，冷却速率在26℃/s之间。

经测定，钢板的屈服强度为420MPa，抗拉强度为550MPa。

抗氢致裂纹性能上，使用NACE0284标准进行试验，试验溶液为该标准中的A溶液，CLR、CTR和CSR＝1％、0％和0％。

对比例1

一种生产高品质C-Mn钢的工艺，钢种成分按重量百分比为C 0.15％，Mn 1.5％，Si0.3％，P 0.008％，S 0.001％，Al 0.03％，Cr 1.5％，余量为Fe和杂质；

其生产工艺具体为：

(1)使用连铸板坯生产该类钢种，板坯厚度为200mm，板坯宽度为2000mm；

(2)轧制后钢板规格为，钢板厚度22mm，钢板宽度2500mm；

(3)将板坯轧制为厚度22mm的钢板后，对钢板进行冷却，冷却开始钢板的表面温度在760℃之间，冷却结束时钢板的表面温度在580℃之间，冷却速率在25℃/s之间。

经测定，钢板的屈服强度为265MPa，抗拉强度为390MPa。

抗氢致裂纹性能上，使用NACE0284标准进行试验，试验溶液为该标准中的A溶液，CLR、CTR和CSR＝23.5％、6％和3.0％。

对比例2

一种生产高品质C-Mn钢的工艺，钢种成分按重量百分比为C 0.15％，Mn 1.5％，Si0.3％，P 0.008％，S 0.001％，Al 0.03％，Cr 1.5％，Ni 0.3％，Nb 0.008％，Sc 0.003％，Y0.006％，余量为Fe和杂质；

其生产工艺具体为：

(1)使用连铸板坯生产该类钢种，板坯厚度为200mm，板坯宽度为2000mm；

(2)轧制后钢板规格为，钢板厚度22mm，钢板宽度2500mm；

(3)将板坯轧制为厚度22mm的钢板后，对钢板进行冷却，冷却开始钢板的表面温度在760℃之间，冷却结束时钢板的表面温度在580℃之间，冷却速率在15℃/s之间。

经测定，钢板的屈服强度为355MPa，抗拉强度为520MPa。

抗氢致裂纹性能上，使用NACE0284标准进行试验，试验溶液为该标准中的A溶液，CLR、CTR和CSR＝46.5％、14.5％和2.1％。

以上对本发明创造实施所提供的一种复合多元醇无水冷却液及其制备方法进行了详细的介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明创造实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明创造的限制。