CN104419872B - 一种具有抗hic性能的x52无缝管线管及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种具有抗HIC性能的X52无缝管线管及其制造方法，其成分按重量百分比规定如下C：0.08～0.16％、Si：0.2～0.4％、Mn：1.0～1.6％、Ti：0.01～0.04％、V：0.03～0.08％、Cu：0.20～0.30%、Ni：0.15～0.25%、P：≤0.015％、S：≤0.010％，其余为铁及不可避免杂质。方法：经过连轧得到的管坯经过环形炉加热到1200℃～1300℃，采用MPM连续轧管方法，之后淬火+回火热处理，再进行不低于400℃的带温矫直。通过合金元素筛选与配比，采用淬火+回火热处理方法，改善其抗HIC性能；晶粒组织均匀，冲击韧性良好，制造工艺易于实现。
Description
技术领域
本发明属于耐腐蚀材料及无缝钢管领域，尤其涉及具有抗HIC性能的X52无缝管线管及其制造方法。
背景技术
管道运输是一种大规模的石油、天然气的输送方式。管道运输的特点是经济、高效、安全和不间断。无缝管线管主要用于油井或气井的井口附近输送高压油、气，是采用无缝管生产方式制造的没有焊缝的钢管。在我国石油和天然气产品中含有的硫化氢(H2S)浓度较高，产生的硫化氢腐蚀较严重，是石油和天然气中最具腐蚀作用的有害介质之一。H2S腐蚀引起的管内氢致裂纹(HIC)是管道腐蚀失效的主要原因之一。HIC产生的机理，一般认为是H2S溶于水形成的溶液与管壁金属通过电化学反应产生的氢原子通过金属表面，深入管体内部，在金属内部缺陷(非金属夹杂、元素偏析、带状组织等)处聚集结合成氢分子，氢分子体积增大20倍产生巨大的内应力所致。
由于普通的X52无缝管线管在化学成分和生产工艺方面未重点考虑抗HIC性能方面的要求，存在钢中S含量较高、带状组织严重等问题，因而不能满足安全输送含有H2S等腐蚀性介质的石油、天然气的要求。为此，具备抗HIC性能无缝管线管的成分设计和制造方法的合理设计和研究就显得十分重要。
“X80钢级抗腐蚀低温无缝管线管”（CN102154593A）介绍了一种无缝钢管及生产方法，通过控制化学成分：C0.08～0.14%、Mn1.10～1.40%、Si0.20～0.35%、P≤0.015%、S≤0.005%、Mo0.10～0.20%、Al0.020～0.060%、Nb0.02～0.05%、V0.05～0.10%、Cu0.10～0.20%、Ni0.10～0.20%、Ti≤0.015%、Cr≤0.15%、Ca0.0015～0.0060%、B≤0.0005%、N≤0.012%，其余为Fe，该管线管抗腐蚀性及低温冲击韧性优异，但其添加了Ni、Mo、Nb等多种合金元素且生产工艺较为复杂，成本较高。
“耐腐蚀性优良的管线管用高强度不锈钢管及其制造方法”（公开号：CN1875121），该专利介绍了轧管后用空气冷却速度以上的冷却速度冷却至室温，并采用淬火+回火的热处理方法，该管线管具有413MPa以上的屈服强度，良好的热加工性和严酷环境下的耐腐蚀性，其不足之处在于，主要针对在含有CO2和Cl-等150℃高温的腐蚀环境下使用，且为不锈钢管。
发明内容
本发明的目的在于克服上述问题和不足而提供一种具有抗HIC性能的X52无缝管线管及其制造方法，具有优良的抗HIC性能，且低温冲击性能良好，具有高延性，低屈强比，高伸长率，良好的经济性和耐腐蚀性能，可广泛应用于酸性腐蚀环境下油气井管线管的使用。
为实现本发明目的，本发明者们从合金元素筛选与配比、工艺优化与参数选择、组织优化等几个方面进行了大量而系统的试验研究， 最终确定了可满足本发明目的合金元素配比及制造工艺。
一种具有抗HIC性能的X52无缝管线管，其成分按重量百分比规定如下C：0.08～0.16％、Si：0.2～0.4％、Mn：1.0～1.6％、Ti：0.01～0.04％、V：0.03～0.08％、Cu：0.20～0.30%、Ni：0.15～0.25%、P：≤0.015％、S：≤0.010％，其余为铁及不可避免杂质。
本发明成分设计理由如下：
C是碳化物形成元素，可以提高钢的强度，为保证必要强度下限定位0.08％，但碳含量太高会加剧带状产生，影响抗HIC性能，所以上限定为0.16％。
Si是有效的脱氧元素，含量过低会缺乏脱氧效果，过高又会降低钢的韧性，因此，选择0.2～0.4％作为Si的合金含量范围。
Mn是奥氏体形成元素，用于提高钢的强度，可以弥补因碳含量降低而损失的屈服强度，Mn在提高强度的同时，还可以提高钢的韧性，降低韧脆转变温度，因此本发明Mn含量控制在1.0～1.6％。
Ti可以阻止奥氏体晶粒长大，细化晶粒，形成碳化物，同时提高钢的强度和韧性，但当含量超过一定量时其强化效果便不明显，因此本发明Ti含量控制在0.01～0.04％。
V具有析出强化和细化晶粒的作用，形成碳化物，通过铁素体沉淀强化和细化铁素体晶粒来提高钢的强度，因此本发明V含量控制在0.03～0.08％。
Cu是一种有效的抗HIC元素，能加速氢原子的再结合速度,进而减少氢的活动性,提高酸性介质中的耐蚀性及抗点蚀能力，增强抗HIC 能力。在高硫化氢环境中，含Cu量大于0.2%的钢表面能形成一层FeS和Cu的黑色保护层，减小了钢的吸氢速度，进而减轻腐蚀，因此本发明Cu含量控制在0.20～0.30%。
Ni具有固溶强化作用，能促使合金钢形成稳定奥氏体组织，具备使Ar3点最低和碳当量或冷裂纹敏感系数Pcm的增加最小的特性，能提高钢的强度和韧性，并改善Cu在钢中引起的热脆性，因此本发明Ni含量控制在0.15～0.25%。
P为杂质元素，其促进中心偏析，显著降低钢的低温冲击韧性，提高钢的韧脆转变温度，同时还会恶化钢的焊接性能，应尽量降低其含量，要求P含量不超过0.015％。
S为杂质元素，易形成硫化物，对抗HIC性能影响较大，要求S含量不超过0.01％。
一种具有抗HIC性能的X52无缝管线管的制造方法，经过转炉冶炼、炉外精炼（LF）、连铸、连轧得到管坯，得到的管坯经过环形炉加热到1200℃～1300℃，采用MPM连续轧管方法，出脱管温度1010～1030℃，定径温度控制在820℃～850℃；之后进行淬火+回火热处理，淬火加热温度900℃～920℃，淬火介质为水，淬火保温时间不低于20min，回火温度为600～650℃，回火保温时间不低于50min；再进行不低于400℃的带温矫直和探伤检验。淬火+回火的热处理方式可以提高钢的强度和韧性，同时回火索氏体也是有利于抗HIC性能的金相组织。
本发明提出了具有抗HIC性能的无缝管线管及其制造方法，其 生产成本较低，在化学成分和生产工艺上与上述发明均有很大差别，其具有良好的抗HIC性能，在冲击和拉伸性能方面表现良好，金相组织为回火索氏体。其有益效果在于：（1）本发明通过降低C含量，添加适当V、Ti、Cu、Ni合金，控制硫磷含量，采用淬火+回火热处理方法，改善其抗HIC性能，可满足X52级别的管线管力学性能要求。（2）本发明晶粒组织均匀，冲击韧性良好。（3）本发明产品的制造工艺易于实现，产品性能的均匀性、稳定性好。
附图说明
图1为本发明例1的金相组织照片。
图2为本发明例2的金相组织照片。
图3为本发明例3的金相组织照片。
图4是对比例1的金相组织照片.
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步的说明。
本发明实施例根据技术方案的组分配比，经过转炉冶炼、炉外精炼（LF）、连铸、连轧得到管坯，得到的管坯经过环形炉加热后，采用MPM连续轧管方法，之后进行淬火+回火热处理，再进行带温矫直和探伤检验。本发明实施例钢及对比例钢的冶炼成分见表1。本发明实施例钢及对比例钢的主要工艺参数见表2。本发明实施例钢及对比例钢的性能见表3，本发明实施例钢及对比例钢抗HIC结果见表4。
表1本发明实施例钢及对比例钢的冶炼成分wt%
| 实施例 | C | Si | Mn | P | S | Ti | V | Cu | Ni |
| 1 | 0.08 | 0.24 | 1.62 | 0.011 | 0.006 | 0.014 | 0.080 | 0.20 | 0.20 |
| 2 | 0.10 | 0.31 | 1.52 | 0.012 | 0.007 | 0.023 | 0.062 | 0.24 | 0.15 |
| 3 | 0.12 | 0.28 | 1.49 | 0.0092 | 0.0037 | 0.021 | 0.076 | 0.29 | 0.23 |
| 4 | 0.13 | 0.30 | 1.21 | 0.0062 | 0.0051 | 0.019 | 0.056 | 0.22 | 0.15 |
| 5 | 0.15 | 0.30 | 1.15 | 0.0054 | 0.0028 | 0.026 | 0.031 | 0.26 | 0.25 |
| 6 | 0.16 | 0.40 | 1.05 | 0.006 | 0.004 | 0.016 | 0.043 | 0.30 | 0.24 |
| 对比例1 | 0.18 | 0.22 | 0.40 | 0.010 | 0.006 | / | / | / | / |
注：余量为铁及不可避免杂质
表2本发明实施例钢及对比例钢的主要工艺参数
表3本发明实施例钢及对比例钢的性能
表4本发明实施例钢及对比例钢抗HIC结果
试验依据API5L标准要求，采用NACE-0284-2003标准A溶液检验。一般认为，CLR≤15％，CTR≤5％，CSR≤2％，抗HIC性能符合标准规定要求。可见本发明的钢种力学性能稳定，抗HIC性能优良。
Claims (1)
1.一种具有抗HIC性能的X52无缝管线管的制造方法，其特征在于，所述的无缝管线管成分按重量百分比规定如下C：0.08～0.16％、Si：0.2～0.4％、Mn：1.0～1.6％、Ti：0.01～0.04％、V：0.03～0.08％、Cu：0.20～0.30％、Ni：0.15～0.25％、P：≤0.015％、S：≤0.010％，其余为铁及不可避免杂质；其金相组织为回火索氏体；包括转炉冶炼、炉外精炼LF、连铸、连轧得到管坯、管坯加热、MPM连轧、热处理；经过连轧得到的管坯经过环形炉加热到1200℃～1300℃，采用MPM连续轧管方法，出脱管温度1010～1030℃，定径温度控制在820℃～850℃；之后进行淬火+回火热处理，淬火加热温度900℃～920℃，淬火介质为水，淬火保温时间不低于20min，回火温度为600～650℃，回火保温时间不低于50min；再进行不低于400℃的带温矫直。
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2013
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