一种无铬钼抗H2S腐蚀L360MS螺旋焊管用热轧钢带及其制造方法

摘要

本发明公开了一种无铬钼抗H2S腐蚀L360MS螺旋焊管用热轧钢带及其制造方法，钢中化学成分按质量百分比为：C≤0.06％、Si≤0.20％、Mn≤1.25％、Nb≤0.040％、Ti≤0.020％、Alt≤0.035％、P≤0.015％、S≤0.0020％、H≤0.0002％、O≤0.0030％、N≤0.0050％，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明的钢性能优异、波动小，屈服强度Rt0.5为460～500MPa，抗拉强度Rm为530～560MPa，延伸率A50≥35％，‑20℃夏比冲击功Akv≥250J，整体表现出本发明钢的具有优良的耐HIC和SSC性能和低温断裂韧性。

说明书

技术领域

本发明涉及出口高纯净低合金高强度钢铁产品技术领域，尤其涉及一种无铬钼抗H2S腐蚀L360MS螺旋焊管用热轧钢带及其制造方法。

背景技术

常温常压下干燥的H2S气体对金属无腐蚀作用，但是，硫化氢溶于水形成湿硫化氢环境与金属接触会引发腐蚀破坏，影响油气田开发和石油加工企业正常生产，甚至会引发灾难性事故，造成重大人员伤亡和财产损失。抗H2S腐蚀管线钢主要用于富含H2S/CO2酸性介质原油、成品油、天然气及水、煤气等物质的输送。

随着全球易开采资源逐年减少，边际油气田、极地油气田、海上油气田和酸性油气田等恶劣环境油气田亟待开发，随之而来的油、气管道工程面临着高压输送和低温、大位移、深海、酸性介质等恶劣环境的挑战。相应地，具有耐低温、抗大变形以及高的抗硫化氢腐蚀性能等特点是管线钢产品的主要发展趋势。

1、文献一是一种用于无缝油套钢管生产工艺，且需要热处理态交付，而本专利适用于焊管用L320MS/X46MS耐酸管线钢热轧钢带生产，可用于石油天然气输送管制造，两者制造工艺和产品用途不一样；热轧钢带制造工艺简单，焊接制管较无缝钢管成本较低，因此开发具有抗硫化氢腐蚀作用的管线钢热轧钢带适用性更广，实用性更强。

2、文献二是一种大厚度抗硫化氢钢板的生产，与本专利在成分设计和生产工艺上有很大的差别，本专利适用于小厚度热轧钢带的生产，屈服强度范围在320～400MPa。本专利采用低碳微合金成分设计，合金成本低，其超低硫控制能力已达到国际先进水平，为铸坯的低倍质量和抗氢性提供了更高的保障。

3、文献三是一种L290M/X42MS级别的抗硫化氢腐蚀焊管用热轧钢带及其制造方法，而本专利适用于L320M/X46MS级别的抗硫化氢腐蚀焊管用热轧钢带制造方法，两者牌号不一样；本专利避免了贵金属添加，采用低碳+Ti+Cr合金成分设计使产品制造成本大大降低。

发明内容

本发明的目的是，提供一种具有优良抗HIC、抗SSC性能的螺旋焊管用L360MS管线钢用热轧钢带及其制造方法，本发明合金设计以C-Mn钢为主，添加微量Nb、Ti合金化，去掉Cr、Mo贵金属并结合纯净钢冶炼和TMCP控轧控冷工艺，获得具有优异综合性能的产品。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明一种无铬钼抗H2S腐蚀L360MS螺旋焊管用热轧钢带，按质量百分比计为：C≤0.06％、Si≤0.20％、Mn≤1.25％、Nb≤0.040％、Ti≤0.020％、Alt≤0.035％、P≤0.015％、S≤0.0020％、H≤0.0002％、O≤0.0030％、N≤0.0050％，余量为Fe和不可避免的杂质。

其制造方法包括：

冶炼连铸工艺为：炼铁水需经KR脱硫处理，要求入转炉铁水硫含量≤0.002％，脱硫渣扒清面积大于95％；出钢温度≥1620℃，保证成分与温度协调出钢；若新出钢口或非正常周转钢包，出钢温度在上限基础上提高10～15℃；转炉出钢过程中加入铝铁、硅铁、锰铁进行脱氧合金化；LF炉造渣脱硫，并加入铝铁、硅铁、锰铁、铌铁合金调整到目标成分范围；RH工序真空度要求≤2.6mbar，保持真空时间≥15min，保证循环纯脱气时间≥7min；RH真空处理期间进行测温、取样和根据钢水成分加入钛铁合金调整到目标成分；RH真空处理结束后进行钙处理，喂丝后保证软吹时间大于8min，防止钢液裸露；

板坯再加热和轧制工艺为：连铸坯厚度230mm，连铸坯经步进式加热炉加热至≤1200℃出炉，随后经粗轧及精轧机组进行两阶段控制轧制，中间坯≤50mm，精轧开轧温度≤1050℃，精轧终轧温度为≤865℃，随后采用前分散层流冷却方式，在≤600℃进行卷取。

进一步的，所述热轧钢带的成分组成按质量百分比计为：C≤0.06％、Si≤0.20％、Mn≤1.25％、Nb≤0.040％、Ti≤0.020％、Alt≤0.035％、P≤0.015％、S≤0.0020％、H≤0.0002％、O≤0.0030％、N≤0.0050％，余量为Fe和不可避免的杂质。

进一步的，所述热轧钢带的成分组成按质量百分比计为：C0.05％、Si0.16％、Mn1.22％、Nb0.038％、Ti0.014％、Alt0.026％、P0.012％、S0.002％、H≤0.0.0002％、O≤0.0020％、N0.0040％，余量为Fe和不可避免的杂质。

进一步的，所述热轧钢带的成分组成按质量百分比计为：C0.05％、Si0.15％、Mn1.20％、Nb0.034％、Ti0.015％、Alt0.026％、P0.012％、S0.002％、H≤0.0.0002％、O≤0.0020％、N0.0040％，余量为Fe和不可避免的杂质。

进一步的，所述热轧钢带的成分组成按质量百分比计为：C0.05％、Si0.16％、Mn1.24％、Nb0.036％、Ti0.014％、Alt0.027％、P0.011％、S0.002％、H≤0.0.0002％、O≤0.0020％、N0.0040％，余量为Fe和不可避免的杂质。

进一步的，精轧开轧温度≤1020℃。

进一步的，在≤560℃进行卷取。

其主要元素的选择理由如下：

C：钢中C含量是易偏析元素会加剧铸坯中心碳化物偏析，轧制后易形成珠光体带状组织，会严重影响钢材抗氢致裂纹性能，因此采用低碳成分设计思路是去掉贵金属Mo、Cr后使产品仍具有一定抗H2S腐蚀性的设计基础，本发明将碳含量控制为≤0.06％。

Si：脱氧元素，固溶于铁素体以提高钢的强度，但同时要损失塑性和韧性，本发明将Si含量控制为0.10％～0.20％。

Mn：锰可以与铁无限置换固溶，是很好的固熔强化元素，但对于抗硫化氢性能来说，锰在钢中与碳、磷元素一样均易富集于铸坯中心形成硬相偏析带，轧制后生成珠光体带状组织造成钢的HIC性能下降。因此，本发明锰含量为≤1.25％。

Nb：铌具有提高钢的强度和韧性的作用，成为最典型的、应用最广的微合金元素。铌的碳氮化物可在加热和轧制过程中从奥氏体中析出，或在相变过程中在相界析出，或在最终冷却过程中从过饱和铁素体中析出来细化晶粒。Nb为贵重元素，故本发明将铌含量控制为≤0.04％。

Ti：钛在加热和凝固过程中与碳和氮有极强的亲和力，形成非常稳定的TiC、TiN质点富集于晶界处，形成难溶的第二相粒子阻碍晶界迁移和位错运动，有强烈阻止晶粒长大的作用，对改善钢焊接时热影响区的断裂韧性有明显作用。但Ti含量过高容易在钢带中心聚集大量的带有尖端棱角的夹杂物，因此，本发明将Ti含量控制在≤0.020％。

Alt：脱氧元素，添加适量的铝可形成细小弥散的AlN粒子，有利于细化晶粒，提高钢的强韧性能，本发明的Alt含量控制在≤0.035％。

S：是抗酸性管线钢中极为有害的元素，急剧提高HIC和SSC敏感性。S与Mn生成的MnS夹杂是HIC最易成核的位置，一般通过钙处理可使MnS成为散的球状体，从而可以抑制HIC的形成，使裂纹敏感性明显降低。有研究表明：只有当硫含量低于0.002％时，HIC和SSC敏感性明显降低，甚至可以将其忽略。因此，本发明将S含量控制为S≤0.0020％。

P：是钢中不可避免的杂质元素，同时是易偏析元素，造成成分和组织的不均匀，增大裂纹敏感性。因此，本发明将P含量控制为P≤0.015％。

H：H在固态钢中溶解度极小，在高温时溶入钢液，冷却时来不及逸出而聚集在组织中形成高压细微气孔，从而会加剧钢材HIC和SSC开裂，本发明将通过真空脱气使H含量控制在0.0002％以下。

O：O在钢中主要以夹杂物形式存在，过多的氧会与Ca、Al形成硬度较大块状或线性分布的复合氧化物类夹杂，避免其尖端应力集中导致的裂纹源使HIC和SSC敏感性降低。

N：是钢中不可避免的杂质元素。本发明中N含量控制为N≤0.0040％。

本发明的目的是，提供一种具有优良抗HIC、SSC性能的螺旋焊管用L360MS管线钢及其热轧钢带的制造方法，即采用纯净钢冶炼连铸+热机械控制轧制工艺经济地生产L360MS管线钢热轧卷板的方法。其生产工艺流程：KR脱硫—转炉—LF炉—RH—板坯连铸—再加热炉—粗轧高压水除鳞—定宽压力机—E1R1粗轧机—E2R2粗轧机—(保温罩)—飞剪—精轧高压水除鳞—F1～F7精轧机—加密型层流冷却—卷取—托盘运输系统—取样、检验。

与现有技术相比，本发明的有益技术效果：

本发明的L360MS热轧卷板产品性能优异、波动小。板卷屈服强度Rt0.5为460～500MPa，抗拉强度Rm为530～560MPa，延伸率A50≥35％，-20℃夏比冲击功Akv≥250J，按国际NACE标准检验抗HIC性能和抗SSC性能，均完全符合要求。

本发明技术方案设计简单、合理，以低碳中锰钢为主，仅添加微量的Nb、Ti合金元素，有助于企业降本增效。产品具有良好的低温断裂韧性，不仅可以应用在极寒地区，而且产品具有抗氢致开裂和抗应力腐蚀开裂双重特性，完全符合国家标准和国际标准要求。

本发明的L360MS热轧卷板产品性能优异，成分设计经济合理，并结合合理的纯净钢冶炼连铸和热机械控制轧制工艺轧制成卷板，质量优异，焊制成的钢管可广泛应用到油气输送管道建设，产品各项指标均满足APISPEC5L规范要求，具备突出的经济效益和良好的社会效益。

附图说明

下面结合附图说明对本发明作进一步说明。

图1为本发明实施例一钢带金相组织；图中为多边形铁素体+少量珠光体，晶粒细小均匀，无带状组织，晶粒大小12级左右，比普通L360M高0.5～1级。

具体实施方式

以下实施例用于具体说明本发明内容，这些实施例仅为本发明内容的一般描述，并不对本发明内容进行限制。

实施例

实际冶炼时3个编号的实验钢使用成分的重量百分比如表1所示，表2为实施例钢的具体工艺制度，表3为实施例钢的力学性能，表4为实施例钢的抗HIC性能，表5为实施例钢的抗SSC性能。

表1实施例钢化学成分(wt，％)

表2实施例钢工艺制度

表3实施例钢力学性能

表4实施例钢抗HIC性能

注：试样表面均无氢鼓泡。

表5实施例钢抗SSC性能

从实施例可以看出，本发明实施例钢性能优异、波动小，屈服强度R

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。