適于煤制氣輸送管道的x80管線鋼板/帶及生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于金屬材料高強(qiáng)度低合金鋼技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種適用于制造煤制氣 輸送管道的X80管線鋼板/帶及生產(chǎn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在石油化工項(xiàng)目中，氫氣是一種較常見(jiàn)腐蝕性介質(zhì)，在有游離水或凝析水的環(huán)境 下，氫氣可分解析出氫原子，氫原子可對(duì)金屬材料構(gòu)成氫損傷。實(shí)際工程上使用的鋼材都存 在著缺陷，如面缺陷（晶界、相界等）、位錯(cuò)、三維應(yīng)力區(qū)等，這些缺陷與氫的結(jié)合能強(qiáng)，可將 氫捕捉陷住，便成為氫的富集區(qū)，通常把這些缺陷稱為陷阱。當(dāng)氫原子在金屬內(nèi)部陷阱中富 集到一定程度，便會(huì)析出氫氣。經(jīng)估算這種氫氣的強(qiáng)度可達(dá)300MPa，于是促使鋼材脆化，局 部區(qū)域發(fā)生塑性變形，萌生裂紋最后導(dǎo)致開(kāi)裂。由于氫損傷通常是瞬間出現(xiàn)失效，因此氫致 開(kāi)裂是一種危害性比較大的腐蝕形式。
[0003] 在煤制氣輸送管道中，氣體中摻雜著大量的H2。以中石化新粵浙管道為例，輸送 氣體中〇)2和Η2的含量之和為3 % (mol% )，其中Η2的含量達(dá)到2 %左右，管道輸送壓力 12MPa，氫分壓達(dá)到了 0.24MPa。目前國(guó)內(nèi)常溫輸送含Η2天然氣介質(zhì)的管道基本上都采用 低鋼級(jí)管線鋼，比如20、B(L245)、X52(L360)等。但是為了提高油氣輸送效率，管線鋼向著 高鋼級(jí)厚規(guī)格方向發(fā)展。隨著管線鋼鋼級(jí)的提高及輸送壓力的提升，材料的氫致裂紋敏感 性增加。為了確保高鋼級(jí)管道在較高的氫分壓下具有較低的氫致裂紋敏感性，降低因氫滲 透導(dǎo)致的管道破壞，本發(fā)明的X80鋼板/帶通過(guò)優(yōu)化控乳控冷工藝，使鋼板/帶中的脆性第 二相Μ/A島的形態(tài)和分布控制在一個(gè)較為理想的范圍，避免因粗大的硬相Μ/A島提高裂紋 敏感性。并且通過(guò)將化學(xué)成分中的Ni含量提高到0. 3~1. 0%范圍，增加了相變過(guò)程中奧 氏體的穩(wěn)定性，使室溫顯微組織中以馬氏體為主的Μ/A島轉(zhuǎn)變?yōu)橐詩(shī)W氏體為主。奧氏體是 典型的面心立方結(jié)構(gòu)，八面體間隙較大，可以容納更多的氫原子，所以從另一方面也降低了 管材的氫致開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)。因此，本發(fā)明的適用于煤制氣管道輸送的X80鋼板/帶在具有高屈 服強(qiáng)度同時(shí)，還具有優(yōu)異的抗氫致裂紋敏感性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種適用于制造煤制氣輸送管道的X80管線鋼板/帶及生 產(chǎn)方法，該鋼板在滿足高強(qiáng)度的同時(shí)，大幅提高其抗氫致開(kāi)裂敏感性?？捎糜谥圃鞖浜枯^ 高的煤制氣輸送管道生產(chǎn)領(lǐng)域。
[0005] 本發(fā)明的適用于制造煤制氣輸送管道的X80管線鋼板/帶的化學(xué)成分質(zhì)量百 分比為：C:0. 02 ~0· 07wt%、Si:0. 10 ~0· 50wt%、Μη:1· 2 ~1. 8wt%、Nb:0· 02 ~ 0. 08wt%、Mo: 0. 10 ~0. 50wt%，Ni: 0. 3 ~1.Owt%，Cr: 0 ~0. 5wt%，Cu: 0 ~0. 5wt%、 P:彡0.015wt%、S:彡0.005wt%，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)。
[0006] 本發(fā)明的X80管線鋼板/帶的制備方法的工藝包括：冶煉、連鑄、加熱、控制乳制、 控制冷卻。在工藝中控制的技術(shù)參數(shù)為：
[0007] 鑄坯的加熱溫度為1160~1220°C，根據(jù)坯料厚度，其加熱時(shí)間為2~6小時(shí)；
[0008] 控制乳制工藝采用兩階段乳制，包括再結(jié)晶區(qū)乳制和未再結(jié)晶區(qū)乳制，粗乳末機(jī) 架入口溫度970 °C~1020 °C，粗乳末機(jī)架變形量：25 %~40 %，終乳溫度780~860 °C，乳后 控制冷卻采用層流冷卻，冷卻速度多5°C/s，終冷溫度：300~450°C。
[0009] 本發(fā)明的適用于制造煤制氣輸送管道的X80管線鋼板/帶的顯微組織特征為針狀 鐵素體基體上彌散分布著細(xì)小的以?shī)W氏體組元為主的Μ/A小島。
[0010] 本發(fā)明的適用于制造煤制氣輸送管道的X80管線鋼板/帶的成分構(gòu)成中，各主要 化學(xué)成分的作用為：
[0011] c:c在鋼中主要以固溶的方式存在，以提高奧氏體的淬透性，得到貝氏體鐵素體 組織，但C含量不宜過(guò)多，易在鋼中形成富C的MA組元，惡化材料韌性。同時(shí)，高的C含量 還會(huì)影響其焊接性能。因此，本發(fā)明鋼板的C含量控制在0. 07%以下。
[0012] Μη:Mn既能以固溶狀態(tài)存在，也可以進(jìn)入滲碳體中取代一部分Fe原子，起到固溶 強(qiáng)化作用，還能形成硫化物。Μη元素在奧氏體中聚集，可提高奧氏體穩(wěn)定性。本發(fā)明中Μη 含量范圍：1. 2~1. 8wt%。
[0013] Nb:在乳制過(guò)程中，固溶的Nb能顯著提高奧氏體再結(jié)晶溫度，增加未再結(jié)晶區(qū)變 形量，析出的碳氮化鈮顆粒能增加再結(jié)晶奧氏體晶粒形核點(diǎn)，并阻止再結(jié)晶奧氏體晶粒長(zhǎng) 大，得到細(xì)化的再結(jié)晶奧氏體晶粒，從而細(xì)化室溫組織。在回火時(shí)效過(guò)程中，析出的碳氮化 鈮第二相能起到析出強(qiáng)化作用，提高材料強(qiáng)度。本發(fā)明的適用于制造煤制氣輸送管道的X80 管線鋼板/帶中Nb的加入量在0. 02~0. 08wt% 0范圍。
[0014] Mo:Mo在鋼中能明顯提高奧氏體的穩(wěn)定性，抑制多邊形鐵素體生成，形成單一的 針狀鐵素體或者貝氏體組織。但是如果Mo含量過(guò)高，則在貝氏體中會(huì)形成粗大的Μ/A島，破 壞鋼基體的韌性和增加氫致開(kāi)裂敏感性，所以該發(fā)明的適用于制造煤制氣輸送管道的X80 管線鋼板/帶中Mo含量范圍為0. 10~0. 50wt%。
[0015] Cu、Cr:這兩種合金元素的添加主要是提高材料的淬透性。除此之外，在耐腐蝕管 線鋼中Cu和Cr還能明顯提高材料的耐腐蝕性能。
[0016]Ni:Ni以固溶形式存在于基體。尤其是Ni作為奧氏體形成元素，可增強(qiáng)連續(xù)冷卻 過(guò)程中奧氏體的穩(wěn)定性，尤其是在貝氏體鋼中，增加Ni含量，可使脆性Μ/A小島中的馬氏體 轉(zhuǎn)變成奧氏體，降低Μ/A脆性的同時(shí)，作為面心立方結(jié)構(gòu)的奧氏體其八面體間隙較大，還可 作為氫陷阱，溶解更多的氫原子，降低材料的氫致裂紋敏感性。另外，RARicks等人通過(guò) 對(duì)Ni含量對(duì)Fe-Cu合金奧氏體分解規(guī)律的研究發(fā)現(xiàn)，提高Ni含量還可明顯降低合金的Acl 和Ac3溫度。更重要的是，鋼中的Ni還能大幅度提高材料的韌性。另外，在含Cu量較高的 鋼中，為改善鑄坯表面質(zhì)量，通常要加入Ni，并且Ni含量至少為Cu含量的1/2,Cu和Ni同 時(shí)添加還可以提高材料的耐腐蝕性能。所以，在本發(fā)明的一種適用于制造煤制氣輸送管道 的X80管線鋼板/帶化學(xué)成分中，Ni含量最好控制在：0. 3~1.Owt%，
[0017] P:P在鋼中可以抑制滲碳體的析出，對(duì)鐵素體有顯著的固溶強(qiáng)化作用。但是，P含 量過(guò)高，會(huì)影響鋼的使用性能，如在低溫下鋼會(huì)產(chǎn)生冷脆效應(yīng)。尤其是本發(fā)明的鋼板主要在 高寒地區(qū)使用，所以P含量應(yīng)該嚴(yán)格控制。盡量能夠控制在〇. 015%以下。
[0018] S:S在鋼中與Μη結(jié)合形成MnS，