CN101921964A

CN101921964A - 具有抗hic性能的x70qs无缝管线管

Info

Publication number: CN101921964A
Application number: CN 201010221546
Authority: CN
Inventors: 李艳; 许文妍; 李毅; 孙宇; 郑飞; 王庆国; 赵兴亮; 吕传涛
Original assignee: Tianjin Pipe Group Corp
Current assignee: Tianjin Steel Tube Manufacturing Co., Ltd.
Priority date: 2010-07-09
Filing date: 2010-07-09
Publication date: 2010-12-22
Anticipated expiration: 2030-07-09
Also published as: CN101921964B

Abstract

本发明提供一种具有抗HIC性能的X70QS无缝管线管，其成份的重量％为C 0.06～0.14％，Si 0.20～0.45％，Mn 1.00～1.30％，P≤0.015％，S≤0.003％，Cr 0.05～0.30％，Mo 0.05～0.30％，Al 0.015～0.060％，N0.003～0.010％，Nb 0.030～0.050％，V0.05～0.09％，Ni、Cu为钢中残余元素，限制其含量Ni≤0.10％，Cu≤0.20％，余量为Fe和杂质。碳当量CEpcm≤0.22％，CE_IIW≤0.39％。本发明的有益效果是该线管高强度、优异的冲击性能，即使在-40℃也能保证冲击功大于150J，远高于API、ISO冲击功标准值；控制CE、PCM，量化的保证较好的焊接性能；具有高延性，低屈强比，高伸长率；具有良好的抗HIC性能，保证在屈服强度大于485MPa下，裂纹敏感率CSR≤2％，裂纹长度率≤10％，裂纹厚度率CTR≤3％。

Description

具有抗HIC性能的X70QS无缝管线管

技术领域

本发明涉及耐腐蚀材料及无缝管领域，特别是具有抗HIC性能的高钢级高强度(≥485MPa)的无缝管线管。

背景技术

近年来，随着石油天然气开采条件的日益恶劣，对开采所必须的集输管线的要求不断提高，不仅对钢级的要求增加，对材料的各项性能均有提高以来满足输送介质和工艺的变化。具有抗HIC性能的管线是管线钢中性能要求等级最高的材料，产品要求具有超低的硫含量、夹杂物的形态控制、均匀的组织、低的硬度，对这类钢种的成分工艺设计、冶炼和轧制的控制水平均提出很高的要求。国内许多钢铁厂所生产的抗HIC管线钢，均为热轧板卷钢。

无缝管本身的成型特点就有利于抗HIC性能，不存在天生的HIC裂纹敏感源，综合性能优于焊接钢管。专利CN1746326A中公开了“具有高止裂韧性的针状铁素体型X70管线钢及其制造方法”，该发明属于热轧卷板管线钢，非抗HIC无缝管线管领域。专利CN101270440A中公开了“一种经济型X70管线钢及其生产方法”，该发明属于超低碳非抗HIC管线钢领域。CN101343715A中公开了“高强高韧X70厚壁无缝管线钢及制造方法”，该发明为非抗HIC无缝管线管领域。CN1914341A中公开了“抗HIC性优良管线钢及用该钢材制造出的管线管”，该发明C、Mn等影响强度的成分范围太宽，未有明确的钢级。C、Mn的成分波动太大会导致管线管的性能不稳定。且加入Ti、B等元素，Ti形成TiN化合物不利于稳定冲击性能。CN101082383A中公开了“一种抗硫化氢腐蚀的油气集输用无缝管及其制造方法”，该发明C、Mn成分范围太宽，P、S含量要求不高，已超出API 5L对用于酸性服役的钢管的要求。CN1351189A中公开了“一种超低碳高韧性抗硫化氢用输气管线钢”，该发明属于超低碳管线钢领域，且只达到了X65钢级。高强度(≥485MPa)抗HIC性能的无缝管线管尚未见报道。

发明内容

为解决上述技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种具有抗HIC性能的X70QS无缝管线管，成份控制范围窄，合金化和微合金化共用，攻克高强度抗HIC腐蚀的技术难题。

为实现发明目的，本发明采用的技术方案是提供一种具有抗HIC性能的X70QS无缝管线管，其中：该无缝管线管的成份重量％为C 0.06～0.14％，Si 0.20～0.45％，Mn 1.00～1.30％，P≤0.015％，S≤0.003％，Ni≤0.10％，Cu≤0.20％，Cr 0.05～0.30％，Mo 0.05～0.30％，Al 0.015～0.060％，N 0.003～0.010％，Nb 0.030～0.050％，V 0.05～0.09％，Ca≤0.060％，余量为Fe和杂质；碳当量CEpcm≤0.22％，CE_IIW≤0.39％。

本发明的有益效果是：1)高强度；2)优异的冲击性能，即使在-40℃也能保证冲击功大于150J，远高于API、ISO等冲击功标准值；3)良好焊接性能。通过控制CE、PCM，量化的保证较好的焊接性能；4)具有高延性。低屈强比，高伸长率；5)具有良好的抗HIC性能，保证在屈服强度大于485MPa下，裂纹敏感率CSR≤2％，裂纹长度率≤10％，裂纹厚度率CTR≤3％。

附图说明

图1为本发明管线管实施例的金相组织；

图2为本发明管线管实施例的韧性曲线。

具体实施方式

结合附图及实施例对本发明的具有抗HIC性能的X70QS无缝管线管加以说明。

本发明的具有抗HIC性能的X70QS无缝管线管，该无缝管线管的成份重量％为C 0.06～0.14％，Si 0.20～0.45％，Mn 1.00～1.30％，P≤0.015％，S≤0.003％，Ni≤0.10％，Cu≤0.20％，Cr 0.05～0.30％，Mo 0.05～0.30％，Al 0.015～0.060％，N 0.003～0.010％，Nb 0.030～0.050％，V0.05～0.09％，Ca≤0.060％，余量为Fe和杂质；碳当量CEpcm≤0.22％，CE_IIW≤0.39％。

所述成份中的Cr、Mo为合金化元素和V、Nb为微合金化元素，添加量为Cr+Mo≥0.15％，Cr+Mo+Mn≤1.80％，V+Nb≥0.09％。

在屈服强度≥485MPa下具有良好的抗HIC性能，裂纹敏感率CSR≤2％，裂纹长度率≤10％，裂纹厚度率CTR≤3％。

本发明具体优化的化学成分说明如下：

C：考虑碳含量对钢的强度和韧性的影响，一般碳含量超过0.14％会加剧带状产生，不利于抗HIC，综合考虑，把C含量控制在0.06～0.14％之间。

Si：Si是有效的脱氧的元素，且能提高钢的强度，但加入大量的硅会降

低韧性和耐蚀性，所以将其含量限止在0.20～0.45％范围内。

Mn：Mn具有很强的脱氧能力，从抗腐蚀的角度，将其最大含量控制在1.30％以下。Mn的添加量过多会降低钢的韧性，又促进有害元素P、S、Sn、Sb等向晶界偏析，偏析在晶界的P、Sn、Sb等和H能发生交互作用，从而使晶界键合力大幅度下降，容易引起氢致沿晶断裂。通过数据统计和经验，所以将其含量限止在1.00～1.30％范围内。

P、S：P和S是杂质元素。综合耐蚀性和炼钢的成本，将杂质元素含量控制在P≤0.015％、S≤0.003％。

Al：Al是镇静钢所必须添加的元素，其含量低于0.005％时不能达到脱氧效果，但含量过高时，易导致夹杂物增多，产生发纹，降低韧性和加工性能，因此控制Als0.015～0.060％。

Nb：Nb是加入的微合金化元素，Nb的量加入太高，在轧制过程中易出现轧制缺欠，影响钢的表面质量。控制其含量在0.030～0.050％之间。

V：V具有较高的析出强化作用，V是同通过铁素体中以VC析出强化来提高钢的强度。控制V含量在0.05～0.09％之间。且V+Nb≥0.09％。

Cr：Cr是合金化元素，少量添加Cr元素可以提高强度，且对抗全面腐蚀性能有利，为了保证焊接性能，控制其范围含量在0.05～0.30％之间。

Mo：Mo也是合金化元素，少量添加可以提高强度和抗腐蚀性能，通过优化配比，将其含量控制在0.05～0.30％，且Cr+Mo含量要≥0.15％。

N：N元素为钢中气体元素，一般N含量超过0.10％对抗腐蚀性能有影响，控制其含量在有效0.003～0.010％范围内。

Cu、Ni：Cu、Ni为钢种残余金属，非合金化元素，要严格控制其含量，尽量降低其含量减少其对碳当量的贡献，允许其的最大含量为Ni≤0.10％，Cu≤0.20％。

钢管成分特点是低碳控锰，Cr、Mo元素合金化，且含量要≥0.15％。Nb、V元素微合金化，限制Cu、Ni残余含量及杂质元素P、S的含量，并规定C含量和N含量，保证Al/N≥2，Ca/S≥1，通过大量试验选择合理的成分配比，赋予高纯净钢以良好的抗HIC性能。

按照本发明技术方案通过无缝管的轧制工艺可生产出的管线管的性能可达到以下要求：

1.拉伸性能：屈服强度：485～635MPa、抗拉强度：570～760MPa屈强比：≤0.90

2.V型缺口冲击性能：

冲击功：试验温度0℃，横向，全尺寸夏比冲击功≥230J，剪切面积100％，如图1所示。

3.硬度试验：≤248HV10

4.金相组织：晶粒度8.5级或更细。组织为双相组织F+B_回。如图2所示。

5.抗HIC性能：

按NACE TM0284-2003标准，分别在A溶液和B溶液试验条件下浸泡96小时检验试样，均为出现裂纹，均满足X70钢级的强度水平要求下标准的要求裂纹长度率≤10％、裂纹厚度率≤3，裂纹敏感率≤2％，具有优异的抗HIC性能，完全满足酸性条件下对输送管的耐腐蚀性能要求。按上述无缝管线管的成分通过短流程炼钢工艺冶炼得到圆坯，经过热轧得到规定的几何尺寸，经过调质热处理得到按上述无缝管线管的成份，以X70QS钢级，规格Φ406.4×17.5mm为例，其化学成分如下表1和表2，力学性能如下表3，抗HIC性能见表4。

管材化学成分完全满足上述无缝管线管的成分要求，S和P含量较低，满足了成分设计的要求，而且从统计分布结果可以看出各炉成分含量偏差很小，稳定的成分含量有利于热处理时进行温度控制，从而为管材具有良好的组织和性能提供了前提条件。Cr+Mo≥0.15％，Cr+Mo+Mn≤1.80％，V+Nb≥0.09％。

从表3中可以看出，本发明能很好地满足X70QS管线管，屈强比很小，小于0.90；冲击功值比较高，具有很高的韧性；硬度普遍低于230HV10，具有很低的硬度值，从而保证具有很高的耐腐蚀能力。

从抗HIC试验结果的表4看，不论在酸性溶液和人工合成海水的溶液中都具有很强的抗HIC性能，均未发现氢致开裂裂纹和氢鼓泡，具有明显的特征是在屈服强度≥485MPa下具有良好的抗HIC性能，裂纹敏感率CSR≤2％，裂纹长度率≤10％，裂纹厚度率CTR≤3％。

表1本发明管线管的实施例化学成分

序号	C	Si	Mn	P	S	Ni	Cr	Mo	Cu	Al	V	Nb	Ca	N
															1	0.11	0.21	1.13	0.01	0.001	0.03	0.19	0.06	0.1	0.03	0.06	0.04	0.0012	0.0042
2	0.11	0.21	1.14	0.010	0.001	0.03	0.2	0.06	0.11	0.032	0.06	0.04	0.0010	0.0031
															3	0.11	0.27	1.16	0.01	0.001	0.03	0.18	0.07	0.07	0.032	0.06	0.04	0.0013	0.0049
4	0.10	0.27	1.16	0.010	0.002	0.03	0.20	0.06	0.08	0.035	0.07	0.031	0.0028	0.0075
															5	0.11	0.26	1.17	0.01	0.001	0.02	0.2	0.06	0.07	0.034	0.06	0.04	0.0013	0.0055
6	0.10	0.22	1.15	0.011	0.002	0.03	0.20	0.06	0.08	0.032	0.07	0.032	0.0020	0.0040

表2本发明管线管的实施例碳当量和元素比

序号

CEpcm

CE_IIW

Ca/S

Al/N

1	0.200	0.369	1.2	7.1
					2	0.201	0.373	1	10.3
3	0.201	0.372	1.3	4.3
					4	0.195	0.367	1.4	4.7
5	0.202	0.375	1.3	6.2
					6	0.193	0.365	1	8

表3本发明管线管实施例的力学性能和金相

表4本发明管线管实施例的抗HIC试验结果

Claims

1.一种具有抗HIC性能的X70QS无缝管线管，其特征是：该无缝管线管的成份重量％为C 0.06～0.14％，Si 0.20～0.45％，Mn 1.00～1.30％，P≤0.015％，S≤0.003％，Ni≤0.10％，Cu≤0.20％，Cr 0.05～0.30％，Mo 0.05～0.30％，Al 0.015～0.060％，N 0.003～0.010％，Nb 0.030～0.050％，V0.05～0.09％，Ca≤0.060％，余量为Fe和杂质；碳当量CEpcm≤0.22％，CE_IIW≤0.39％。

2.根据权利要求1所述的无缝管线管，其特征是：所述成份中的Cr、Mo为合金化元素和V、Nb为微合金化元素，添加量为Cr+Mo≥0.15％，Cr+Mo+Mn≤1.80％，V+Nb≥0.09％。

3.根据权利要求1所述的无缝管线管，其特征是：在屈服强度≥485MPa下具有良好的抗HIC性能，裂纹敏感率CSR≤2％，裂纹长度率≤10％，裂纹厚度率CTR≤3％。