CN103952641B - 耐scc腐蚀管线钢及其制造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种耐SCC腐蚀管线钢，以质量百分比计的组分及质量百份比为：C：0.03～0.06%，Si：0.15～0.25%，Mn：1.6～2.0%，Ni：0.05～0.15%，Cr：0.65～0.80%，Cu：0.05～0.12%，Mg：0.02～0.05%，Ti：0.015～0.025%，Ca：0.001～0.003%，W：0.002～0.005%，Al0.025～0.055%，P≤0.012%，S≤0.01%，余量为Fe和不可避免的杂质；并且其中：0.05≤C+Ni/5+Cr/10‑Mg‑10W≤0.09。所述管线钢的制造工艺包括：铁水预脱硫、转炉冶炼、LF精炼、RH处理、板坯连铸、板坯再加热、轧制、冷床冷却。在本发明所述的管线钢中添加有适量的Mg、Ca和W具有抑制腐蚀前端的pH值降低的作用，能够有效抑制腐蚀开裂裂纹的产生和扩展，并且控制C、Ni和Cr的含量在适当范围内，能够确保所述的管线钢具有优异的抗SCC腐蚀和HIC腐蚀性能。
Description
技术领域
本发明属于高强度合金钢制造的技术领域，更具体地说，本发明涉及一种可在天然气管道等工程项目上使用的耐SCC腐蚀管线钢材及其制备工艺。
背景技术
近10多年来，天然气在世界能源结构中的比重急剧上升，致使天然气管道迅猛发展，美俄两国的干线输气管线均占到总干线油气管道总长度的50%以上。而高压输送和高密度输气技术是当今国际大流量管道技术的发展趋势，可为大型天然气管道项目带来可观的效益，并将对管道设计，管线钢的制造提出了更高的要求。高压输气要求管线钢具有高强度，从而减少钢管的厚度，同时需要高韧性及良好的成型性、焊接性能以及抗硫化氢腐蚀的性能。
硫化氢腐蚀主要表现为氢鼓疱和氢致开裂两大类，它主要是由于使用环境中的氢进入管线材料后引起的。对氢鼓疱敏感性和氢致开裂HIC最为有害的组织为非铁素体+珠光体类组织和焊缝连接处。众多在建和拟建的复杂地质条件的管线大多采用抗变形性能、低温性能和抗HIC性能良好的无缝钢管。
CN1875121A公开了一种耐腐蚀性优良的高强度管线钢，其含有以下组分和质量百分含量的元素：C：0.001～0.015%、Si：0.01～0.5%、Mn：0.1～1.8%、P：0.03%以下、S：0.005%以下、Cr：15.5～18%、Ni：0.5～5.5%、Mo：0.5～3.5%、V：0.02～0.2%、N：0.001～0.015%、O：0.006%以下，且满足Cr+0.65Ni+0.6Mo+0.55Cu-20C≥18.5，其中，Cr+Mo+0.3Si-43.5C-0.4Mn-Ni-0.3Cu-9N≥11.5，C+N≤0.025。优选进行淬火-回火处理。但是所述的管线钢中Ni、Mo等贵重金属含量高，制造成本很高。虽然其中的Cr能够耐HIC，但是过高的Cr将降低延展性，促进晶粒的长大而影响韧性，导致焊接区域冷裂纹的产生。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种具有强度高、综合性能优异的耐SCC腐蚀管线钢及其制造工艺。
一种耐SCC腐蚀管线钢，以质量百分比计的组分及质量百份比为：C：0.03～0.06%，Si：0.15～0.25%，Mn：1.6～2.0%，Ni：0.05～0.15%，Cr：0.65～0.80%，Cu：0.05～0.12%，Mg：0.02～0.05%，Ti：0.015～0.025%，Ca：0.001～0.003%，W：0.002～0.005%，Al0.025～0.055%，P≤0.012%，S≤0.01%，余量为Fe和不可避免的杂质；并且其中：0.05≤C+Ni/5+Cr/10-Mg-10W≤0.09。
作为优选地，所述耐SCC腐蚀管线钢的各化学成分组成如下：
C：0.03～0.05%，Si：0.15～0.20%，Mn：1.6～1.8%，Ni：0.10～0.15%，Cr：0.65～0.72%，Cu：0.05～0.12%，Mg：0.03～0.05，Ti：0.015～0.025%，Ca：0.001～0.003%，W：0.003～0.005%，Al0.025～0.055%，P≤0.012%，S≤0.01%，余量为Fe和不可避免的杂质。
其中，所述的耐SCC腐蚀管线钢的抗拉强度为780～850MPa，屈强比为0.65～0.80。
本发明的第二方面，还涉及一种上述耐SCC腐蚀管线钢的制造工艺，其特征在于所述工艺包括以下步骤：铁水预脱硫、转炉冶炼、LF精炼、RH处理、板坯连铸、板坯再加热、轧制、冷床冷却；连铸时控制过热度为15～25℃、拉速为0.50～1.0m/min；板坯再加热温度控制在：1180～1280℃；粗轧结束温度为1050～1150℃；精轧开始温度850～980℃，精轧阶段总的压下率为70～82%，精轧结束温度820～920℃；终冷温度为480～550℃，冷却速率10～25℃/s。
与现有技术相比，本发明所述的耐SCC腐蚀管线钢具有以下有益效果：
（1）本发明所述的管线钢板C当量低，P、S含量低，钢质纯净；加入的贵重金属含量少，成本低；合金成分设计合理，能在低碳的条件下确保钢板淬透性，使钢板具有较高的抗拉强度和屈服强度，并且焊接性能优异，具有良好的综合性能。
（2）申请人发现在本发明所述的管线钢中添加有适量的Mg、Ca和W具有抑制腐蚀前端的pH值降低的作用，能够有效抑制腐蚀开裂裂纹的产生和扩展，并且控制C、Ni和Cr的含量在适当范围内，能够确保所述的管线钢具有优异的抗SCC腐蚀和HIC腐蚀性能。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。
本实施例所述的管线钢，不添加Mo、V等贵金属元素，而且Ni、Cr的用量较低，控制在经济适量的范围，采用了低碳、高锰的设计思路，辅之以铜、钛等元素，制备得到了综合性能优异的高强钢；并且通过添加适量的Mg、W并控制Ni和Cr的含量，不仅保证了钢材的耐候耐蚀性能，而且还具有优异的抗SCC腐蚀和HIC腐蚀性能。本实施例所述的管线钢采用Ti、Al微合金化技术，将终冷温度控制在480～550℃，有利于确保钢材晶粒细小、组织均匀，并且消除异常组织，确保制成的无缝钢管强韧性好，综合性能优异。另外，由于天然气资源通常位于边远和环境恶劣的地区，输送管线压力较大、介质复杂（例如含有较高含量的H2S）且有腐蚀性，并且管线的拼装环焊一般在野外进行，这不仅要求管线钢具有较高的强度，而且要求有良好的塑韧性、抗疲劳性能、抗断裂特性和耐腐蚀性能，同时还要求力学性能的改善不能够恶化钢的加工性能。高级管线钢发展的最新趋势是：高纯净、高强度、高韧性、可焊性强及高抗腐蚀性。因此，在本实施例中将P的含量控制在0.012%以下，S的含量控制在0.01%以下。
为此，本实施例所述的耐SCC腐蚀管线钢，以质量百分比计的组分及质量百份比为：C：0.03～0.06%，Si：0.15～0.25%，Mn：1.6～2.0%，Ni：0.05～0.15%，Cr：0.65～0.80%，Cu：0.05～0.12%，Mg：0.02～0.05%，Ti：0.015～0.025%，Ca：0.001～0.003%，W：0.002～0.005%，Al0.025～0.055%，P≤0.012%，S≤0.01%，余量为Fe和不可避免的杂质；并且其中：0.05≤C+Ni/5+Cr/10-Mg-10W≤0.09。
上述耐SCC腐蚀管线钢的制造工艺，包括以下步骤：铁水预脱硫、转炉冶炼、LF精炼、RH处理、板坯连铸、板坯再加热、轧制、冷床冷却；连铸时控制过热度为15～25℃、拉速为0.50～1.0m/min；板坯再加热温度控制在：1180～1280℃；粗轧结束温度为1050～1150℃；精轧开始温度850～980℃，精轧阶段总的压下率为70～82%，精轧结束温度820～920℃；终冷温度为480～550℃，冷却速率10～25℃/s。
表1给出了实施例1～5（S1-S5）以及比较例1～5（B1-B5）所述管线钢的化学成分。表2给出了实施例1～5（S1-S5）以及比较例1～5（B1-B5）制备工艺中主要的轧制工艺参数。表3给出了实施例1～5（S1-S5）以及比较例1～5（B1-B5）所述管线钢的抗硫化物应力腐蚀SCC以及抗HIC性能参数，可见本实施例所述的管线钢抗拉强度为780～850MPa，屈强比为0.65～0.80，-20℃V型缺口charpy冲击试验吸收功大于280J。耐SCC性能依据美国腐蚀工程协会NACE标准TM0177-199测定；CSR根据NACE TM0284-1996测定。
表1
| C | Si | Mn | Ni | Cr | Cu | Mg | Ti | Ca | W | Al | P | S | |
| S1 | 0.03 | 0.25 | 1.8 | 0.15 | 0.65 | 0.05 | 0.02 | 0.025 | 0.002 | 0.003 | 0.055 | 0.011 | 0.002 |
| S2 | 0.05 | 0.15 | 1.6 | 0.11 | 0.8 | 0.11 | 0.03 | 0.015 | 0.002 | 0.004 | 0.035 | 0.008 | 0.003 |
| S3 | 0.06 | 0.15 | 1.6 | 0.05 | 0.65 | 0.08 | 0.03 | 0.02 | 0.003 | 0.005 | 0.03 | 0.009 | 0.002 |
| S4 | 0.03 | 0.19 | 1.8 | 0.15 | 0.72 | 0.05 | 0.04 | 0.02 | 0.003 | 0.003 | 0.035 | 0.01 | 0.002 |
| S5 | 0.05 | 0.18 | 1.75 | 0.12 | 0.68 | 0.08 | 0.03 | 0.02 | 0.002 | 0.004 | 0.035 | 0.01 | 0.002 |
| B1 | 0.03 | 0.25 | 1.8 | 0.92 | 1.12 | 0.05 | 0.02 | 0.025 | 0.002 | 0.003 | 0.055 | 0.011 | 0.002 |
| B2 | 0.05 | 0.15 | 1.6 | 0.11 | 0.8 | 0.11 | 0.02 | 0.015 | 0.002 | 0.002 | 0.035 | 0.008 | 0.003 |
| B3 | 0.06 | 0.15 | 1.6 | 1.28 | 0.12 | 0.08 | 0.03 | 0.02 | 0.003 | 0.005 | 0.03 | 0.009 | 0.002 |
| B4 | 0.03 | 0.19 | 1.8 | 0.15 | 0.72 | 0.05 | 0.05 | 0.02 | 0.003 | 0.005 | 0.035 | 0.01 | 0.002 |
| B5 | 0.05 | 0.18 | 1.75 | 0.12 | 0.32 | 0.08 | 0 | 0.02 | 0.002 | 0.003 | 0.035 | 0.01 | 0.002 |
表2
表3
| 抗硫化物应力腐蚀SCC(应力=0.8δs) | 抗HIC的CSR值 | |
| S1 | 96小时未开裂 | 0.62 |
| S2 | 96小时未开裂 | 0.58 |
| S3 | 96小时未开裂 | 0.52 |
| S4 | 96小时未开裂 | 0.12 |
| S5 | 96小时未开裂 | 0.20 |
| B1 | 96小时开裂 | 1.78 |
| B2 | 96小时开裂 | 1.32 |
| B3 | 96小时开裂 | 1.58 |
| B4 | 96小时开裂 | 1.27 |
| B5 | 96小时开裂 | 1.29 |
对于本领域的普通技术人员而言，应当理解可以在不脱离本发明公开的范围以内，可以采用等同替换或等效变换形式实施上述实施例；只要没有脱离发明实质的实施方式，均应理解为落在了本发明要求的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种耐SCC腐蚀管线钢，其特征在于：以质量百分比计组成为：C：0.03～0.06%，Si：0.15～0.25%，Mn：1.6～2.0%，Ni：0.05～0.15%，Cr：0.65～0.80%，Cu：0.05～0.12%，Mg：0.02～0.05%，Ti：0.015～0.025%，Ca：0.001～0.003%，W：0.002～0.005%，Al：0.025～0.055%，P≤0.012%，S≤0.01%，余量为Fe和不可避免的杂质；并且其中：0.05≤C+Ni/5+Cr/10-Mg-10W≤0.09。
2.根据权利要求1所述的耐SCC腐蚀管线钢，其特征在于：所述耐SCC腐蚀管线钢以质量百分比计组成为：C：0.03～0.05%，Si：0.15～0.20%，Mn：1.6～1.8%，Ni：0.10～0.15%，Cr：0.65～0.72%，Cu：0.05～0.12%，Mg：0.03～0.05%，Ti：0.015～0.025%，Ca：0.001～0.003%，W：0.003～0.005%，Al：0.025～0.055%，P≤0.012%，S≤0.01%，余量为Fe和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1或2所述的耐SCC腐蚀管线钢，其特征在于：所述的耐SCC腐蚀管线钢的抗拉强度≥780MPa，屈强比为0.65～0.80。
4.根据权利要求1所述的耐SCC腐蚀管线钢，其特征在于：所述耐SCC腐蚀管线钢以质量百分比计组成为：C：0.03%，Si：0.25%，Mn：1.8%，Ni：0.15%，Cr：0.65%，Cu：0.05%，Mg：0.02%，Ti：0.025%，Ca：0.002%，W：0.003%，Al：0.055%，P：0.011%，S：0.002%，余量为Fe和不可避免的杂质。
5.根据权利要求1所述的耐SCC腐蚀管线钢，其特征在于：所述耐SCC腐蚀管线钢以质量百分比计组成为：C：0.03%，Si：0.15%，Mn：1.6%，Ni：0.11%，Cr：0.80%，Cu：0.11%，Mg：0.03%，Ti：0.025%，Ca：0.002%，W：0.004%，Al：0.035%，P：0.008%，S：0.003%，余量为Fe和不可避免的杂质。
6.根据权利要求1所述的耐SCC腐蚀管线钢，其特征在于：所述耐SCC腐蚀管线钢以质量百分比计组成为：C：0.06%，Si：0.15%，Mn：1.6%，Ni：0.05%，Cr：0.65%，Cu：0.05%，Mg：0.03%，Ti：0.020%，Ca：0.003%，W：0.005%，Al：0.030%，P：0.010%，S：0.002%，余量为Fe和不可避免的杂质。
7.根据权利要求1所述的耐SCC腐蚀管线钢，其特征在于：所述耐SCC腐蚀管线钢以质量百分比计组成为：C：0.03%，Si：0.19%，Mn：1.8%，Ni：0.15%，Cr：0.72%，Cu：0.05%， Mg：0.04%，Ti：0.020%，Ca：0.003%，W：0.003%，Al：0.035%，P：0.010%，S：0.002%，余量为Fe和不可避免的杂质。
8.根据权利要求1所述的耐SCC腐蚀管线钢，其特征在于：所述耐SCC腐蚀管线钢以质量百分比计组成为：C：0.05%，Si：0.18%，Mn：1.75%，Ni：0.12%，Cr：0.68%，Cu：0.08%，Mg：0.03%，Ti：0.020%，Ca：0.002%，W：0.004%，Al：0.035%，P：0.010%，S：0.002%，余量为Fe和不可避免的杂质。
9.根据权利要求1-8任一项所述的耐SCC腐蚀管线钢的制造工艺，其特征在于：所述工艺包括以下步骤：铁水预脱硫、转炉冶炼、LF精炼、RH处理、板坯连铸、板坯再加热、轧制、冷床冷却；连铸时控制过热度为15～25℃、拉速为0.50～1.0m/min；板坯再加热温度控制在：1180～1280℃；粗轧结束温度为1050～1150℃；精轧开始温度850～980℃，精轧阶段总的压下率为70～82%，精轧结束温度820～920℃；终冷温度为480～550℃，冷却速率10～25℃/s。
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: SCC corrosion resistant pipeline steel and its manufacturing process Effective date of registration: 20211222 Granted publication date: 20161005 Pledgee: Rizhao Bank Co., Ltd Pledgor: RIZHAO STEEL HOLDING GROUP Co.,Ltd. Registration number: Y2021980015819 |