厚規格抗酸性腐蝕X70管線鋼的工藝

劉洋洋

（山東鋼鐵集團日照有限公司，山東 日照 276800）

我國西部天然氣資源豐富，但是H2S含量高，為降低管道建設成本，管道輸送的天然氣不再是經過脫水、脫H2S處理的“甜氣”，而是未經處理的“酸氣”，天然氣中H2S分壓低于300Pa時稱為甜氣，分壓高于300Pa時稱為酸氣[1]。另一方面可通過增加管道壁厚達到延長壽命。隨著我國能源管道輸送事業高速發展，對管線鋼低溫韌性和附加性能提出更高的要求，特別是大壁厚鋼板要具有良好的低溫韌性和抗酸性腐蝕性能。為了解決天然氣硫化氫含量高導致管道建設成本上升的問題，所以，生產大壁厚低溫韌性抗酸性腐蝕X70管線鋼具有重要意義。

1 X70管線鋼研究

為了解決上述的技術問題，本文提供了一種厚規格高韌性抗酸性腐蝕屈服強度為450MPa級高強度管線用鋼板；

本文還提供了上述的鋼板的制造方法，本文的方法采用低碳、低合金成分設計理念，利用精煉手段提高鋼水純凈度，利用鈣處理球化夾雜物形態，采用控軋控冷技術進行生產，保證本文鋼板具有優良的抗HIC和SSCC酸性腐蝕性能的同時，具有高強度、高止裂韌性、良好焊接性等綜合性能優良的產品。

本文的厚規格抗酸性腐蝕X70管線鋼板，包括以下質 量 百 分 比 的 組 分 ：C 0.04%～0.06%，Si 0%～0.04%，Mn 1.35%～1.70%，P ≤0.010%，S≤0.0015%，Nb 0.035%～0.050%，Ti0.010%～0.020%，Mo 0.20%～0.30%，Cu 0.15%～0.35%，Cr 0.15%～0.35%，Ni 0.15%～0.30%，Al 0.020%～0.035%，N ≤0.0045%，H≤0.00015%，O≤0.0025%， 其 中[H]+[O]+[N]+[P]+[S]≤150ppm，余量為Fe。

2 X70管線鋼板防腐蝕步驟

上述的厚規格抗酸性腐蝕X70管線鋼板的生產方法，包括下述的步驟：鐵水KR脫硫預處理→扒渣→轉爐冶煉→CAS吹氬站→LF爐精煉→RH真空精煉→連鑄→加熱爐→粗軋→精軋→弛豫待溫→MULPIC水冷→矯直。

上述的鐵水KR預脫硫過程中，鐵水溫度在1350℃以上，攪拌過程中采用大攪拌力、大渣量操作方法，扒渣干凈，裸露面大于60%，KR處理終點S含量≤0.004%。上述的轉爐冶煉采用頂底副吹方式，轉爐終點C質量百分比含量控制在0.03%～0.05%，控制P的質量百分比含量≤0.008% ，控制S的質量百分比含量≤ 0.006%。上述的連鑄步驟后得到板坯，將得到的板坯加熱至1200℃～1250℃，軋制包括粗軋和精軋兩個階段，粗軋在再結晶溫度以上軋制，精軋在非再結晶溫度區間軋制。上述粗軋階段有效終軋為4道次軋制，粗軋結束溫度為990℃～1000℃，精軋中間坯厚度為成品3.0倍以上，精軋開始溫度為810℃～850℃，精軋結束溫度為760℃～780℃。上述粗軋階段最后兩道次單道次壓縮比大于20%，精軋階段成品厚度為20mm～35mm，冷卻結束溫度為590℃～630℃。優選的，上述粗軋階段最后兩道次單道次壓縮比大于20%，精軋階段成品厚度為30mm，冷卻結束溫度為600℃。

3 鋼板元素含量設計分析

本文的鋼板中各元素含量的設計理由詳述如下：

C對鋼的強度、低溫沖擊韌性、焊接性能產生顯著影響，C一方面可以提高強度，另一方面，隨著C含量的增高，低溫沖擊韌性、焊接性能會隨之降低。當C高于0.12%時，焊接熱影響區中出現多量的淬硬組織，使韌性得到惡化，而且高C時容易產生焊接裂紋。本文C含量限制在0.04%～0.06%。

Mn主要起固溶強化作用，提高錳含量可以顯著提高鋼的抗拉強度，錳還可以推遲鐵素體、珠光體的轉變，并降低貝氏體的轉變溫度，有利于形成細晶粒組織；當Mn含量高于1.80%時，熱影響區韌性變壞。本文Mn含量限制在1.35%～1.70%。

Ti化學活性很強，易與鋼中的C、N、O、S形成化合物。加入微量Ti，使其與鋼中的N形成TiN，TiN粒子與鐵素體的錯配度很小（3.8%），可作為非均勻形核的基體，產生強烈的沉淀強化及中等程度的晶粒細化作用。TiN可阻止鋼坯在加熱、軋制、焊接過程中晶粒的長大，改善母材和焊接熱影響區的韌性。本文嚴格控制Ti、N元素含量，分別為0.010%～0.020%、0.003%～0.0045%，且控制Ti/N＝2.0～3.4。

Mo能夠提高厚鋼板的淬透性，有助于軋制時奧氏體晶粒細化和和微細貝氏體的生成。Ni的主要作用是提高鋼的低溫韌性。

Cu可以使氫致裂紋敏感性明顯降低，因為Cu能夠促進鋼表面形成鈍化膜，減少了氫元素的侵入，從而阻止了氫致裂紋的形成。Cu還可以抵消鋼種S的作用，鋼中Cu與S元素結合可以形成難容的硫化物，從而減弱了S對鋼耐腐蝕性的有害作用。本文Cu含量0.15%～0.35%。

Al是脫氧元素，鋼中形成的AlN可有效細化晶粒，含量0.02%～0.035%較為合適。

鋼中的雜質元素P、S、N、O、H要盡量低，避免出現鋼中夾雜物，影響鋼板的韌性。本文要求P≤0.012%，S≤0.003%，N≤0.0045%，O≤0.0025%，H≤0.00015%。

本文的有益效果在于，采用本文的方法制造的X70管線鋼板，在具有優良的抗HIC和SSCC酸性腐蝕性能的同時，還具有高強度、高止裂韌性、良好焊接性等綜合性能優良的特點，其屈服強度達到450MPa。

表1 厚度33mmX70鋼板力學性能

4 實例分析

實施例1：本文采用在線淬火工藝生產高強韌厚鋼板。其整體工藝流程為：優質鐵水～KR鐵水預處理～210噸頂底復吹轉爐～CAS站吹氬處理～LF爐精煉～RH真空脫氣處理～板坯澆鑄～步進式加熱爐～高壓水除鱗～軋機粗軋～軋機精軋～預矯直～MULPIC冷卻～強力矯直～精整～噴號標識～探傷～取樣檢驗～入庫～發貨。將鋼坯加熱至1150℃～1200℃，鋼板通過粗軋機、精軋機軋制后，奧氏體晶粒充分細化。在鋼板軋后高溫狀態下迅速進入MULPIC進行水冷。

軋制工藝：采用雙機架控制軋制，粗軋機進行980℃以上完全再結晶區軋制，減少中間坯等待時間，防止再結晶奧氏體過分長大，最后兩道次變形率20%～25%。對按照本文工藝要求所生產33mm厚規格抗酸性腐蝕X70管線鋼性能檢驗結果見表1。試驗結果表明，此發明生產鋼板具有高純凈度、高強度、高韌性、晶粒細小等特點，同時，鋼板具有優良的抗HIC和SSCC性能。

5 結語

解決了厚規格鋼板厚度方向組織不均勻的難題，同時，通過弛豫解決了芯部組織與邊部組織差異大的問題。此發明工藝成分要求不高、工藝操作簡單，生產流程短、能耗低，便于在大生產中推廣，可廣泛應用于石油、天然氣管道輸送行業所需抗酸性腐蝕類高強高韌厚規格X70管線鋼板的制造。