CN102534421A - 一种天然气输送管道用耐腐蚀钢 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种天然气输送管道用耐腐蚀钢，所述钢以重量百分比计由下列组份组成：C：0.10～0.14、Si：0.5～0.8、Mn：1.30～1.50、P：≤0.008、S：≤0.003、Cr：1.3～1.5、Ni：0.3～0.7、Nb：0.25～0.45、B：0.005～0.01、Cu：≤0.15、Al：0.020～0.050、N：0.030～0.10，V：0.05～0.10、其余为Fe和不可避免的杂质。

Description

一种天然气输送管道用耐腐蚀钢
技术领域
本发明涉及钢铁材料领域，特别涉及一种用于天然气输送管道的耐腐蚀钢。
背景技术
腐蚀是油气工业中一种常见现象，往往给油气田造成重大经济损失并严重污染环境。在酸性油气田上常见的腐蚀破坏通常分为两种类型：一类为电化学反应过程阳极铁溶解导致的均匀腐蚀和局部腐蚀，表现为金属设施与日俱增的壁厚减薄和点蚀穿孔等局部腐蚀破坏；另一类为电化学反应过程阴极析出氢原子，进入钢中后，导致金属构件两种不同类型的开裂，即硫化物应力开裂(Sulfide Stress Cracking，SSC)和氢诱发裂纹(Hydrogen Induced Cracking，HIC)，HIC常伴随着钢表面的氢鼓泡(Hydrogen Blistering，HB)。HIC是一组平行于轧制面，沿着轧制方向的裂纹。HIC在钢内可以是单个直裂纹，也可以是阶梯状裂纹，还包括钢表面的氢鼓泡。HIC极易起源于呈梭形、两端尖锐的MnS夹杂，并沿着碳、锰和磷元素偏析的异常组织扩展，也可以产生于带状珠光体，沿带状珠光体和铁素体间的相界扩展。
随着能源结构的调整、天然气需求的增加，极大地促进了高压输气管线的发展，输送天然气管线用钢与输送石油等液体管线用钢的最大不同在于，输送天然气管线用钢不仅对钢材的强度提出要求；在输送含有酸性硫化氢介质的天然气环境下，为防止硫化氢对管线引起的破坏，则要求管线管具有抗HIC性能要求。在NACE中用H2S的临界分压PH2S＝0.0348MPa来区分气体腐蚀性强弱。当PH2S＜0.0348MPa时，称之为非酸性气(Sweet Gas)；而当PH2S＞0.0348MPa时，称之谓酸性气体(Sour Gas)。我国天然气的含硫量一般都比较低，在输气压力低的情况下，可通过脱硫后作为甜气使用。当输气压力提高时，要使硫化氢的分压不大于临界分压，则必须降低硫化氢的输入浓度，这样给脱硫处理带来极大的困难。发展抗硫化氢腐蚀的管线管是势在必行，特别对含硫量很高或海底开采的气田来说更为必要。因此，耐腐蚀酸性环境使用的高强度管线钢管是天然气工业急需的输送管材。
中国公开号CN1811002A、CN1351189所公开的抗硫化氢管线钢，均为热轧板卷钢。无缝管在厚壁、高强度、中高合金、耐腐蚀、小批量生产上是强项领域，优于焊接钢管。CN1811002A中C含量低，未加入V元素微合金化处理，对P、S含量要求不高，未提供新技术解决解决P、S引起的负面影响。CN1351189所公开的高韧性抗硫化氢用输气管线钢，P、S含量要求很低，制造成本高，目前的工业化生产还难以实现。CN01126611.2公开了“一种低碳合金钢及所制管材”，该发明涉及一种低碳低合金钢及所制管材，所要解决的技术问题是增加合金钢的强韧性及提高淬透性和焊接性能，冲击性能不是很理想，添加了多种贵重金属，生产成本高，而且未考虑耐腐蚀性能合金元素优异配比，不具备良好的抗HIC性能，由此制造的管材不具备输送酸性介质的要求。
发明内容
针对上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种天然气输送管道用耐腐蚀钢，以提供满足天然气输送管道用钢的需求。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种天然气输送管道用耐腐蚀钢，所述钢以重量百分比计由下列组份组成：C：0.10～0.14、 i：0.5～0.8、Mn：1.30～1.50、P：≤0.008、S：≤0.003、Cr：1.3～1.5、Ni：0.3～0.7、Nb：0.25～0.45、B：0.005～0.01、Cu：≤0.15、Al：0.020～0.050、N：0.030～0.10，V：0.05～0.10、其余为Fe和不可避免的杂质。
优选，所述钢以重量百分比计由下列组份组成：C：0.12、Si：0.65、Mn：1.4、P：≤0.008、S：≤0.003、Cr：1.4、Ni：0.5、Nb：0.35、B：0.008、Cu：≤0.15、Al：0.035、N：0.07，V：0.08、其余为Fe和不可避免的杂质。
本发明的钢的合金元素设计理由如下：
C：是钢中最经济、最基本的强化元素，通过固溶强化和析出强化的作用对提高钢的强度有明显的作用。
Si：Si是脱氧所必要的元素，也能提高钢的强度，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0.5～0.8％范围内。
Mn：Mn是作为脱氧材料在炼钢上所必需的元素，适量的Mn可提高钢的韧性和耐腐蚀性。
P、S：P和S是杂质元素。为提高韧性和耐蚀性，要尽量降低其含量。
Al：Al是脱氧剂，其含量低于0.005％时不能达到这种效果，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。
Cu：铜对进一步改善低碳钢耐点蚀性有效，可以抑制δ-铁素体的生成。
Ni：Ni能提高钢的热力学稳定性和钢的韧性。还可以改善Cu在钢中引起的热脆性。
Nb：Nb是加入的微合金化元素，对晶粒度细化的作用十分明显。通过热轧过程中NbC的应变诱导析出阻碍形变奥氏体的回复、再结晶，经控制轧制和控制冷却是精轧阶段非再结晶区轧制的形变奥氏体组织在相变时转变为细小的相变产物，使钢具有高的强度和高的韧性。
V：V具有较高的析出强化作用和晶粒细化作用，在Nb、V微合金元素复合使用时，V是同通过铁素体中以VC析出强化来提高钢的强度。
Cr：在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性。
B：钢中加入微量的硼就可改善钢的致密性和热轧性能，提高强度。
N：氮能提高钢的强度，低温韧性和焊接性，增加时效敏感性。
本发明的有益效果为：
(1)本发明通过优化钢的成分设计，使得各合金化元素之间产生协同，提高钢的耐腐蚀性，同时提高钢的强度。
(2)本发明的天然气输送管道用耐腐蚀钢可达到下述性能指标：
①拉伸性能：屈服强度：582～607MPa、抗拉强度：683～712MPa；
②冲击功：试验温度0℃，横向，全尺寸下比冲击功≥230J，剪切面积100％；
③耐腐蚀性能：按NACE TM0284-96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，均未出现裂纹，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。抗H2S应力腐蚀开裂性能依据NACE-0177-2005标准采用应力环进行测试，其抗硫化氢应力腐蚀开裂性能满足NACE-0177-2005标准要求。
具体实施方式
实施例一
一种天然气输送管道用耐腐蚀钢，所述钢以重量百分比计由下列组份组成：C：0.10、Si：0.8、Mn：1.30、P：≤0.008、S：≤0.003、Cr：1.5、Ni：0.3、Nb：0.45、B：0.005、Cu：≤0.15、Al：0.050、N：0.030，V：0.10、其余为Fe和不可避免的杂质。
实施例二
一种天然气输送管道用耐腐蚀钢，所述钢以重量百分比计由下列组份组成：C：0.14、Si：0.5、Mn：1.50、P：≤0.008、S：≤0.003、Cr：1.3、Ni：0.7、Nb：0.25、B：0.01、Cu：≤0.15、Al：0.020、N：0.10，V：0.05、其余为Fe和不可避免的杂质。
实施例三
一种天然气输送管道用耐腐蚀钢，所述钢以重量百分比计由下列组份组成：C：0.12、Si：0.65、Mn：1.4、P：≤0.008、S：≤0.003、Cr：1.4、Ni：0.5、Nb：0.35、B：0.008、Cu：≤0.15、Al：0.035、N：0.07，V：0.08、其余为Fe和不可避免的杂质。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (2)

1.一种天然气输送管道用耐腐蚀钢，其特征在于，所述钢以重量百分比计由下列组份组成：C：0.10～0.14、Si：0.5～0.8、Mn：1.30～1.50、P：≤0.008、S：≤0.003、Cr：1.3～1.5、Ni：0.3～0.7、Nb：0.25～0.45、B：0.005～0.01、Cu：≤0.15、Al：0.020～0.050、N：0.030～0.10，V：0.05～0.10、其余为Fe和不可避免的杂质。
2.如权利要求1所述的一种天然气输送管道用耐腐蚀钢，其特征在于，所述钢以重量百分比计由下列组份组成：C：0.12、Si：0.65、Mn：1.4、P：≤0.008、S：≤0.003、Cr：1.4、Ni：0.5、Nb：0.35、B：0.008、Cu：≤0.15、Al：0.035、N：0.07，V：0.08、其余为Fe和不可避免的杂质。
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