[发明专利]一种具有良好抗HIC性能的X80管线钢及其生产方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料领域，尤其涉及一种具有良好抗HIC（抗氢致开裂）性能的X80管线钢及其生产方法。

背景技术

进入二十一世纪以来，随着全球能源结构的调整，石油、天然气的需求量日益增加。与此同时，石油和天然气的长距离输送管道也向着高钢级、高压、大口径方向发展。长输管线用钢不仅要求有高强度、高韧性和良好的焊接性，还要求具有良好的抗氢致开裂（Hydrogen Induced Cracking，简称HIC）性能。

氢致开裂是指金属材料处在含有H₂S的介质环境中，由于电化学腐蚀过程中析出的氢原子进入材料内部，在沿轧制方向延伸的MnS夹杂与基体的界面等缺陷处聚集成氢分子而产生很高的压力，并在这些缺陷处因应力集中而出现的裂纹。这些裂纹的形成与扩展最终导致管线钢发生破坏性断裂。

管线钢抗HIC性能与钢的纯净度、成分偏析、夹杂物的控制和显微组织的均匀性有关。可以通过降低钢中P、S的含量等措施可提高钢质的纯净度，通过降低钢中Mn等容易产生偏析的合金元素的含量和合适的连铸工艺可降低钢的成分偏析，通过钙处理改变硫化物的形状等措施可减少钢中夹杂物的不利影响，通过采用合理的合金设计和采用控轧、控冷工艺可提高钢的组织的均匀性。

抗HIC管线钢中通常严格控制Mn的含量。这是由于Mn很容易与钢中的S结合形成MnS夹杂，而MnS夹杂是引起HIC裂纹的主要原因之一；另外Mn在凝固过程中容易产生偏析，并会影响相变后组织的均匀性和抗HIC性能。一般抗HIC管线钢中Mn含量不宜超过1.20％。随着炼钢水平的提高，钢中的S含量大幅度降低，管线钢中的Mn含量也随之提高。但在超低硫的X80管线钢中，Mn含量的提高虽不至于引起钢中MnS的增多，却也会引起钢中出现贝氏体带状组织或M/A组元带状组织，从而对抗HIC性能产生不利影响。

①公开号为CN1715434A公开的专利“高强度高韧性X80管线钢及其热轧板制造方法”，涉及一种采用低C、高Mn、添加少量Mo、Cu、Ni合金元素和Nb、V、Ti微合金化的合金设计以及控轧控冷工艺生产具有高强度和高韧性X80管线钢热轧卷板。其中Mn含量为1.70～1.90%，S含量为≤0.005％，较高的锰和硫含量在钢中容易产生MnS夹杂，对抗HIC产生不利影响；较高的锰含量还会由于成分偏析而易出现贝氏体带状组织和/或马氏体/奥氏体组元的带状组织，从而对抗HIC性能不利。

②公开号为CN1715435A公开的“具有抗HIC性能的X80管线钢及其热轧板制造方法”，涉及一种采用低C、高Mn、添加少量Mo、Cu、Ni合金元素和Nb、V、Ti微合金化的合金设计以及控轧控冷工艺生产具有抗HIC性能的X80管线钢热轧卷板。其成分特点是Mn含量高（1.70～1.90%），S低（≤0.002％），且添加了很多管线钢工程一般要求不得随意添加的合金元素B。低硫高锰的合金设计虽然可避免过多对抗HIC性能有不利影响的MnS夹杂，但由于成分偏析而易出现低温相带状组织，从而对抗HIC性能不利。

③公开号为CN102021476A所公开的“一种低成本抗酸性管线钢热轧卷板及其制造方法”，涉及的是采用C-Mn-Nb-Ti合金系的X70及以下级别的管线钢，其中的Mn含量为1.00～1.70％。

④加拿大专利CA2289084C（授权日2007.03.13）“Linepipe and structural steel produced by high speed continuous casting通过高速连铸方法生产的管线钢和结构钢”公开了低锰系列X46～X80管线钢的成份：C0.015～0.08%，Mn0.10～0.55%，Cr≤0.50％，Ni≤0.95％，Mo≤0.60％，Nb：0.005～0.15%，B≤0.0025%。可见为达到低锰X80管线钢的强度要求，添加了较多的Cr、Ni、Mo和Nb，并且添加了一定的B。

⑤文献“酸性条件下X80级高强度管线管（焊管，2005.Vol.28,No.1:61-65）”报道了一种低锰抗酸性X80管线钢，其成份特点是采用较低Mn含量（0.99～1.40％），但添加了0.49～1.00％的Cr。虽然其抗HIC性能良好，但添加较多的Cr，而较多的Cr会引起过多的低温相变产物，不仅对低温韧性不利，而且对抗HIC性能也不利。