CN101001971A - 用于石油产品、天然气产品和产品管道的管及其制造方法 - Google Patents

用于石油产品、天然气产品和产品管道的管及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及冶金，特别涉及用于汽油和天然气产品管道和其他在不同的地理和气候条件下处于侵蚀性腐蚀介质中的类似结构(罐和压力容器)的焊接管的制造。用于汽油和天然气产品管道的本发明的管由热轧钢板制成，其中所述钢材是在原始的或者纯炉料的基础上制成，并且包含碳、锰、硅、铬、镍、钒、铌、钛、铝、钙、硫、磷、氮、铜、锑、锡、砷、铁和钼，其成分比例为：0.02～0.11质量％的碳、0.10～1.80质量％的锰、0.06～0.60质量％的硅、0.005～0.30质量％的铬、0.005～1.0质量％的镍、0.01～0.12质量％的钒、0.02～0.10质量％的铌、0.01～0.04质量％的钛、0.01～0.05质量％的铝、0.0005～0.008质量％的钙、0.0005～0.008质量％的硫、0.001～0.012质量％的磷、0.001～0.012质量％的氮、0.005～0.25质量％的铜、0.0001～0.005质量％的锑、0.0001～0.007质量％的锡、0.0001～0.008质量％的砷、等于或小于0.5质量％的钼，其余的为铁。镍和锰的总含量依赖于通过方程式(I)得出的以质量％表示的锰和磷的含量。制造本发明管的方法包括制造具有上述组成的钢材、在钢水包中处理、铸造、热轧、成型和焊接，其中热轧是在可逆式和连续式轧机上进行的，并伴有随后的可控加速冷却。

Description

用于石油产品、天然气产品和产品管道的管及其制造方法
技术领域
本发明涉及冶金学，特别涉及用于石油管道、天然气管道、产品管道和在不利的地理和天气条件下和侵蚀性腐蚀液体中能够安全操作的其他类似设计(罐和压力容器)的焊接管的制造。
背景技术
管及其制造方法已被公开(参见1999年11月10日公开的俄罗斯联邦第2141002号专利)。其包括炼钢、钢水包处理、钢浇注、热轧(具有预定形变比率的多个压轧通道)、模铸成型和焊接。钢材由最初的或者净化的熔融原料浇铸而成，其成分比率如下(重量％)：
碳：    0.03～0.11
锰：    0.9～1.8
硅：    0.06～0.6
铬：    0.005～0.30
镍：    0.005～0.3
钒：    0.02～0.12
铌：    0.03～0.1
钛：    0.01～0.04
铝：    0.01～0.055
钙：    0.001～0.005
硫：    0.0005～0.008
磷：    0.0005～0.010
氮：    0.001～0.012
铜：    0.005～0.25
锑：    0.0001～0.005
锡：    0.0001～0.007
砷：    0.0001～0.008
铁：    剩余部分
在此比率下，碳、氮、铜、磷、锑、锡和砷的含量应该如下：
C+10N＜0.14
10P+Cu＜0.14
2P+Sn+Sb+As＜0.035
在热轧期间，每个压轧通道的形变比率应该是前一个的1.25～2.5分之一，并且应该在Tbgn-Tend＜200的温度范围内完成，其中Tbgn和Tend相应地为热轧开始和结束的温度。
由于通过热轧薄钢板制成的管的制造方法缺乏快速控制的冷却，则会在高强度管(K60级及更高)的制造上导致很大的限制，特别是薄钢板的厚度超过12毫米的情况，因为这样重要的性能例如零度以下的温度的冲击强度、塑性、焊接性、抗龟裂性和抗腐蚀性将会降低。这是因为快速冷却(该发明中没有直接阐述)能够通过在热轧结束时降低温度至700℃～750℃得以均衡，并且可通过碳和锰含量的增加(为了提供所需的60千克/毫米2水平或更高的强度特性)得以均衡。这两种方法都能提供所需的强度，但是其导致有关冲击强度、焊接性和抗腐蚀性较差的特性。
发明内容
本发明的目的在于提供由最高达50毫米厚的薄钢板制成的管和其他产品中的所需的强度特性(高于620千克/毫米2的断裂强度)与高塑性、延性、抗龟裂性和抗腐蚀性的综合性能。
从技术上讲，得到所需的结果是因为用于石油和天然气管道的管是通过最初的或净化的熔融原料浇铸形成的钢材制成，所述钢材具有下面的成分比例(重量％)：
碳：    0.02～0.11
锰：    0.10～1.8
硅：    0.06～0.6
铬：    0.005～0.30
镍：    0.005～1.0
钒：    0.01～0.12
铌：    0.02～0.1
钛：    0.01～0.04
铝：    0.01～0.05
钙：    0.0005～0.008
硫：    0.0005～0.008
磷：    0.001～0.012
氮：    0.001～0.012
铜：    0.005～0.25
锑：    0.0001～0.005
锡：    0.0001～0.007
砷：    0.0001～0.008
钼：    不超过0.5
铁：    剩余部分
这种情况下，镍和锰的总含量与钼和磷的含量(重量，％)的关系满足下面的方程式：
Ni + Mn 1 + Mo &CenterDot; P < 0.03
此外，所需的结果也可以通过制造上述管的方法得到，所述方法包括炼造具有上述成分比例的钢材、钢水包处理、热轧、模铸成型和管的焊接。在此情况下，热轧是在可逆式轧机或者连续式轧机上实施的，然后进行快速控制冷却，其速度通过下面的方程式决定：
Figure A20058002668500072
所述过程中的速度值应该满足下面的方程式：
( T hot - T cold ) L s V s > 4 ,
其中Thot为在压轧结束时薄钢板或钢带的温度，其值在750℃～850℃的范围内；
Tcold是在快速控制冷却结束时薄钢板或钢带的温度，其值在500℃～700℃的范围内；
Vs是所述薄钢板或钢带在洒水装置或层状流中的速度，米/秒；
Ls是洒水装置或层单元的长度(可在10～100米之间变化)。
在满足以上成分比例的条件下，这些发明能够同时提供最高达50毫米厚的薄钢板的所需的强度特性(断裂强度加强)、它们在零度以下温度的延性、焊接性、抗龟裂性和抗腐蚀性。
具体实施方式
表1示出了两个管中钢材的化学成分，一个根据给定的成分制造，另一个以不同的成分制造。以这样的方式选取成分以便于估计在压轧之后在不同的冷却条件下钼和镍对薄钢板强度的影响。熔化处理在一个真空感应电炉中进行。电炉的炉料包括阿姆克铁(工业纯铁)并且根据不同成分还包括镍、铁钼合金、铜和其他的炉料。当在电炉内达到了所需真空时，开始熔化炉料。当彻底熔化并且金属被加热到1630℃～1650℃之后，炉料脱气，并且在熔池中加入所需预定量的锰、铁钒和铌铁；然后加入脱氧剂(硅铁、铝和铁钛)。当钢水的温度达到所需的水平(1560℃～1580℃)时，无空气的金属直接从熔炼炉中流到铸模中。
大体上，在真空感应电炉中进行12炉次试验熔炼。每一炉次熔炼都分析金属的化学成分。基于其结果，选择3炉次熔炼，其中炉次1、2和3的镍和锰的总含量和钼和磷的含量之间的比例分别为0.01、0.0057和0.0064，即小于0.03。
选择的钢锭和指定管的熔铸钢被锻造成80～430毫米的板；然后它们在可逆式轧机中被压轧至50和20毫米厚。之后，所述板以每秒10和20度的速度被快速冷却，并且交替地在开放的空气中冷却。当前两个被控制快速冷却时，后面的冷却过程对应于热轧钢板的条件。然后获得的钢板被成型并被焊接成管。
表2示出了与已知成分的炉次相比这些炉次的特性。得到的结果显示出，根据给出的压轧技术(其中包括以每秒4℃的速度控制冷却)制造的上述成分的新钢材具有所需的综合性能，例如在50毫米的横截面的高强度和高韧性和因此而具有的零度温度以下的优良的抗龟裂性和延性。在控制冷却中的10米/秒的薄钢板通道速度是在宽带轧机上取得。在轧机末端的薄钢板的表面温度是840℃；在控制冷却过程结束时的薄钢板表面温度是640℃；层状机器(laminary machine)的长度为60米；钢带在层状流中的移动速度为3米/秒。在控制冷却中的20米/秒的薄钢板通道速度是在可逆式轧机上取得。在轧机末端的薄钢板的表面温度是800℃；在控制冷却过程结束时的薄钢板表面温度是600℃；淬火洒水装置的长度为10米；钢带在所述洒水装置上的移动速度为1米/秒。薄钢板空气冷却速度大约是2～3℃/秒。在冷却之后，薄钢板被制成管状并将其边缘焊接。
                                                              表1
成分                          含量(重量％)
  炉次1   炉次2   炉次3   已知钢材的炉次
碳   0.02   0.04   0.09   0.06
锰   1.5   1.0   0.3   1.4
硅   0.1   0.18   0.25   0.25
铬   0.05   0.28   0.2   0.15
镍   0.5   0.1   0.9   0.1
钒 0.1 0.05 0.01 0.07
铌   0.032   0.06   0.087   0.06
钛   0.01   0.015   0.035   0.015
铝   0.012   0.021   0.028   0.024
钙   0.0005   0.003   0.006   0.005
硫   0.0035   0.004   0.008   0.003
磷   0.005   0.007   0.008   0.005
氮   0.005   0.006   0.007   0.007
铜   0.23   0.1   0.01   0.15
锑   0.0003   0.0009   0.004   0.005
锡   0.0005   0.005   0.007   0.005
砷   0.0002   0.004   0.008   0.006
表2
                                              钢材特性
炉次 钢板厚度，毫米  断裂强度，牛/毫米2 延性-脆性转变点，℃
冷却速度，℃ 冷却速度，℃
 20  10  空气 20 10 空气
 1  20/50  836/687  780/730  550/470 -90/-80 -80/-70 -50/-40
 2  20/50  807/712  750/650  540/460 -90/-80 -80/-70 -50/-40
 3  20/50  767/657  720/630  530/450 -90/-80 -80/-70 -50/-40
已知钢材的炉次 20/50 621/528 500/410 420/340 -80/-30 -50/-20 -20/-10

Claims (2)

1.用于石油产品、天然气产品和产品管道的管，该管由最初的或者净化的熔融原料浇铸的钢材制成，所述钢材包含：碳、锰、硅、铬、镍、钒、铌、钛、铝、钙、硫、磷、氮、铜、锑、锡、砷和铁，其特征在于所述钢材还包含钼，并具有以下的成分比例，重量％：
碳：0.02～0.11
锰：0.10～1.8
硅：0.06～0.6
铬：0.005～0.30
镍：0.005～1.0
钒：0.01～0.12
铌：0.02～0.1
钛：0.01～0.04
铝：0.01～0.05
钙：0.0005～0.008
硫：0.0005～0.008
磷：0.001～0.012
氮：0.001～0.012
铜：0.005～0.25
锑：0.0001～0.005
锡：0.0001～0.007
砷：0.0001～0.008
钼：不超过0.5
铁：剩余部分
这种情况下，以重量百分比计，镍和锰的总含量与钼和磷的含量的关系满足下面的方程式：
Ni + Mn 1 + Mo &CenterDot; P < 0.03 .
2.制造用于石油产品、天然气产品和产品管道的管的方法，包括炼造具有根据权利要求1所述的组成的钢材、钢水包处理、钢浇注、热轧、模铸成型和焊接，其特征在于热轧是在可逆式轧机或者连续式轧机上实施的，然后进行快速控制冷却，其速度通过下面的方程式决定：
所述过程中的速度值应该满足下面的方程式：
( T hot - T cold ) L s V s > 4 ,
其中Thot为在压轧结束时薄钢板或钢带的温度，其值在750℃～850℃的范围内；
Tcold是在快速控制冷却结束时薄钢板或钢带的温度，其值在500℃～700℃的范围内；
Vs是所述薄钢板或钢带在洒水装置或层状流中的速度，米/秒；
Ls是洒水装置或层单元的长度(可在10～100米之间变化)，米。
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