本發(fā)明涉及管線鋼生產(chǎn)，尤其涉及一種x52級別的耐腐蝕、低屈強比的海底輸氫管線用鋼板及其制造方法。

背景技術(shù)：

1、氫能具有高熱值、來源廣泛、清潔環(huán)保等特點，被視為未來能源體系的重要組成部分。然而，要實現(xiàn)氫能的大規(guī)模應(yīng)用，需要解決氫氣的安全、高效輸送問題。海底輸氫管線作為一種長距離輸送氫氣的技術(shù)手段，具有顯著的優(yōu)勢。相較于陸上管道，海底輸氫管線能夠穿越海洋等難以通過陸路運輸?shù)牡貐^(qū)，實現(xiàn)氫氣的大規(guī)模、遠(yuǎn)距離輸送。同時，海底輸氫管線具有運量大、能耗低、邊際成本低等優(yōu)點，能夠有效降低氫能儲運成本，提高能源利用效率。因此，海底輸氫管線的研究對于推動氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

2、海底輸氫管線用鋼是在海底氫氣輸送管道建設(shè)中使用的關(guān)鍵材料。氫氣作為清潔能源其需求量日益增加，海底輸氫管線的建設(shè)也變得越來越重要。海底環(huán)境復(fù)雜多變，對管線用鋼提出了極高的要求，包括高強度、高沖擊韌性、優(yōu)良的抗氫致開裂和抗硫化物應(yīng)力腐蝕開裂性能等。在選擇海底輸氫管線用鋼時，需要綜合考慮這些因素，以確保材料能夠滿足工程使用的要求。

3、目前，國內(nèi)外對海底輸氫管線用鋼的研究較少，已公開的部分相關(guān)文獻如下：

4、申請公布號為cn116851485a的中國專利申請公開了“一種輸氫管線用鋼及其制備方法”，先粗軋得到中間坯，精軋過程中對軋制壓下量、預(yù)矯直速度等工藝參數(shù)進行控制，冷卻后對熱軋板進行熱矯直，并控制熱矯直的壓下量，其目的是解決現(xiàn)有輸氫管線用鋼的綜合性能難以滿足用戶需求的問題，但其產(chǎn)品無法滿足海底輸氫管線鋼耐腐蝕性能等技術(shù)要求。

5、申請公布號為cn116694902a的中國專利申請公開了“一種大口徑x52qh輸氫管線管的熱處理方法”，熱軋態(tài)x52qh輸氫管線用無縫鋼管采用了c+mn+cr+mo+ti的合金化元素組合，經(jīng)過水淬調(diào)質(zhì)熱處理達(dá)到良好性能。但其產(chǎn)品為無縫鋼管，與海底輸氫管線用鋼板的制備過程不同。

6、申請公布號為cn116590510a的中國專利申請公開了“一種l290qh輸氫管線管的熱處理方法”，鋼中碳當(dāng)量cepcm≤0.19；將無縫鋼管裝入淬火爐，經(jīng)過加熱段、保溫段后，無縫鋼管保溫段溫度加熱到910℃，保溫5分鐘；無縫鋼管出淬火爐進行水淬熱處理，鋼管頭端內(nèi)噴嘴的噴水量為1900m3/h，外淋管的外淋水量為3200m3/h，外淋水啟動3秒后啟動內(nèi)噴水，外淋和內(nèi)噴均為40秒時間，徑向輪轉(zhuǎn)速為40轉(zhuǎn)/分鐘，將無縫鋼管冷卻至100℃以下；將無縫鋼管加熱到660℃進行均熱和保溫，從加熱至保溫段，總時間控制在140分鐘，爐溫控制在±10℃；無縫鋼管回火熱處理結(jié)束后出爐進行空冷。其僅涉及管線鋼的熱處理過程。

7、“純氫長輸氫管線鋼材料與抗氫脆技術(shù)的研究”（崔月瑤著，《冶金與材料》，2023年第1期）一文，聚焦綠色純氫長輸管道抑制氫脆的關(guān)鍵技術(shù)，研究促進抑制氫脆的純氫長輸管線鋼板材質(zhì)創(chuàng)新方法。通過研究可用于純氫長距離輸送的單相奧氏體合金鋼材及熱加工中摻入微合金稀土元素、tmcp工藝等分析,優(yōu)化能夠?qū)箽浯嗟暮辖鸸艿腊宀闹圃旃に?。其認(rèn)為單相奧氏體合金擁有極佳的力學(xué)性能與抗氫脆性能，一般情況下，它們是臨氫環(huán)境下選材的選擇之一，但該合金的相對成本較高。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種海底輸氫管線用鋼板及其制造方法，化學(xué)成分設(shè)計以低c、低mn為基礎(chǔ)，利用nb、v、ti元素微合金化保證材料強度，嚴(yán)格控制鋼中有害元素含量，配之以相應(yīng)的生產(chǎn)工藝，獲得了性能完全滿足海底環(huán)境氫氣輸送服役條件的管線用鋼板。

2、為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

3、一種海底輸氫管線用鋼板，鋼板化學(xué)成分按質(zhì)量百分比計為c：0.04%～0.06%、si：0.15%～0.25%、mn：1.05%～1.25%、ti：0.01%～0.03%、nb：0.02%～0.04%、v：0.03%～0.05%，且nb+v+ti=0.068%～0.105%；als：0.02%～0.04%、p≤0.012%、s≤0.003%，其余為fe和不可避免的雜質(zhì)；鋼中碳當(dāng)量ceiiw控制在0.221~0.278范圍內(nèi)，cepcm控制在0.100~0.136范圍內(nèi)，且ceiiw=c+mn/6+(cr+mo+v)/5+(ni+cu)/15，cepcm=c+si/30+(mn+cu+cr)/20+ni/60+mo/15+v/10+5b。

4、成品鋼板具有細(xì)小珠光體+多邊形鐵素體組織，珠光體尺寸為1～5μm，多邊形鐵素體的體積占比為60%～90%。

5、成品鋼板的橫縱向屈服強度為360～390mpa，橫縱向抗拉強度為440～470mpa，橫縱向屈強比≤0.86，橫縱向延伸率≥40%，-30℃橫向沖擊功≥400j，-15℃橫向dwtt剪切面積≥88%；抗sscc腐蝕性能滿足：72%應(yīng)力加載條件下，經(jīng)720h飽和h2s溶液浸泡不發(fā)生斷裂，10倍放大觀察下無可視裂紋。

6、一種海底輸氫管線用鋼板的制造方法，生產(chǎn)工藝流程為鐵水預(yù)處理、轉(zhuǎn)爐冶煉、爐外精煉、連鑄、連鑄坯再加熱、控制軋制、空冷、正火；具體控制如下過程：

7、1）連鑄坯再加熱：鋼坯加熱3.5~4.5h，鋼坯出爐溫度控制在1160～1230℃；

8、2）控制軋制：粗軋開軋溫度為1100℃～1140℃，粗軋終軋溫度為1020℃～1090℃，粗軋總變形率不小于51%；中間待溫坯厚度為2.5t～3.6t，t為成品鋼板厚度；精軋開軋溫度為900℃～930℃，精軋終軋溫度為840℃～880℃，精軋軋制速度為2.5～4.0m/s；

9、3）冷卻：軋后鋼板先進行熱矯直，保證不平度＜10mm/2000mm，然后空冷至室溫；

10、4）正火：正火溫度為870℃～890℃，正火時間為15～30min，正火后空冷至室溫。

11、成品鋼板厚度為9~16mm。

12、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

13、（1）化學(xué)成分設(shè)計以低c、低mn為基礎(chǔ)，利用nb、v、ti元素微合金化保證材料強度，嚴(yán)格控制鋼中有害元素含量，配之以相應(yīng)的生產(chǎn)工藝，獲得性能完全滿足海底環(huán)境氫氣輸送服役條件的管線用鋼板。

14、（2）本發(fā)明所述鋼板中碳當(dāng)量ceiiw和cepcm適宜，保證了材料具有良好的可焊性。

15、（3）本發(fā)明采用“軋后矯直+空冷+正火”的工藝，獲得了“珠光體+多邊形鐵素體”的微觀組織，其中多邊形鐵素體占比達(dá)60%～90%，晶粒大小均勻；均勻的微觀組織結(jié)構(gòu)可以有效地減少氫環(huán)境下開裂與裂紋延伸的風(fēng)險。在870～890℃溫度下正火15～30分鐘后，細(xì)化的珠光體組織彌散分布于多邊形鐵素體晶界處，對裂紋擴展起到阻礙作用。

16、（4）本發(fā)明所述海底輸氫管線用鋼板的橫縱向屈服強度達(dá)到360～390mpa，橫縱向抗拉強度達(dá)到440～470mpa，橫縱向屈強比不超過0.86，橫縱向延伸率≥40%，-15℃橫向dwtt剪切面積≥88%，微觀組織為“珠光體+多邊形鐵素體”雙相組織，其中多邊形鐵素體占比60%～90%，抗sscc腐蝕性能滿足：72%應(yīng)力加載條件下，經(jīng)720小時飽和h2s溶液浸泡不發(fā)生斷裂，10倍放大觀察下無可視裂紋；可作為x52級海底環(huán)境氫氣輸送管道的原料。