CN106498279A - 一种抗CO2腐蚀的低Cr经济型X65管线钢及生产方法 - Google Patents
一种抗CO2腐蚀的低Cr经济型X65管线钢及生产方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种抗CO2腐蚀的低Cr经济型X65管线钢,其组分及重量百分比含量为:C:0.04~0.05%、Si:0.18~0.22%、Mn:0.5~0.6%、Cr:0.1~0.2%、Mo:0.1~0.15%、Nb:0.035~0.050%、V:0.020~0.030%、Ti:0.010~0.020%,P≤0.01%、S≤0.003%。生产步骤:转炉冶炼、常规真空Si‑Ca处理、浇注成坯;对铸坯加热;粗轧;精轧;冷却并卷取后待用。与现有X65管线钢相比,Rt0.5为460~500MPa,Rm为550~600MPa,Rt0.5/Rm≤0.9,断后延伸率A50mm≥18,‑20℃冲击功KV2≥120J,‑15℃断口的剪切面比DWTT SA≥85%,吨钢成本可降低至少15%,抗CO2腐蚀速率≤0.5mm/年,腐蚀速率降低85%。
Description
技术领域
本发明涉及一种管线钢及其生产方法,具体地属于一种抗CO2腐蚀的低Cr经济型X65管线钢及其生产方法。
背景技术
现今,我国陆上油气田开采逐渐进入中后期,油气田内含有很高的CO2。在输送含CO2和H2O的石油、天然气过程中极易引发管线钢内壁的腐蚀甚至穿孔,导致严重的安全生产事故发生。就目前来讲,管线钢的CO2腐蚀问题已经严重地凸现出来。
目前,针对油气田用钢CO2腐蚀问题,油田、油井所使用的耐腐蚀钢管基本采用的是含贵金属较多的合金钢,成本较高,并不适宜与在长距离管线钢上推广。国内外钢厂已经开发的含3%Cr的X65级管线钢用于输送含CO2油气,但该钢种成本仍然较高,并未达到较好的抗CO2腐蚀性能。
经检索:中国专利申请号为201310217916.8的中国专利文献,公开了一种“地面集输用耐CO2腐蚀管线钢及制备方法”,其采用低C、高Mn、高Cr,适量添加Cu、Ni、Mo、Nb、V、Ti等合金元素的成分设计,结合TMCP工艺生产地面集输用耐CO2腐蚀管线钢的制造方法。该方法中Cr(1.0~3.0%)含量较高,生产成本较高,且未明确抗CO2腐蚀性能。中国专利申请号为201510650858.7的中国专利文献,公开了“一种耐CO2腐蚀性能优异的管线钢及生产方法”,其采用Cr(3.0~4.5%)成分设计和优化的TMCP工艺生产耐CO2腐蚀性能优异的X65级别管线钢,较常规X65管线钢的腐蚀速率下降80%。该文献通过提高Cr等合金元素含量,以提高管线钢抗CO2腐蚀性能,生产成本较高。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足,提供一种其它力学性能得到保证的前提下,CO2腐蚀速率比现有X65级管线钢降低85%以上,采用低合金成分体系,制造成本低的抗CO2腐蚀的低Cr经济型管线钢及其生产方法。
实现上述目的的措施:
一种抗CO2腐蚀的低Cr经济型X65管线钢,其组分及重量百分比含量为:C :0.04~0.05%、Si :0.18~0.22%、Mn:0.5~0.6%、Cr:0.1~0.2%、Mo:0.1~0.15%、Nb:0.035~0.050%、V:0.020~0.030%、Ti:0.010~0.020%,P≤0.01%、S≤0.003%,其余为Fe及不可避免的杂质;并满足Nb+V+Ti≤0.1%;金相组织为:针状铁素体+板条状马氏体,其中针状铁素体体积比占70~80%;力学性能:屈服强度Rt0.5为460~500MPa,抗拉强度Rm为550~600MPa,屈强比Rt0.5/Rm≤0.9,断后延伸率A50mm≥18,-20℃冲击功KV2≥120J,-15℃断口的剪切面比DWTT SA≥85%;在温度60℃,CO2分压达到1MPa,流速为1.0m/s的条件下,腐蚀速率≤0.5mm/年。
生产一种抗CO2腐蚀的低Cr经济型X65管线钢的方法,其步骤:
1)转炉冶炼、常规真空进行Si-Ca处理、浇注成坯;
2)对铸坯加热,控制铸坯加热温度在1200~1250℃;
3)进行粗轧,控制轧制温度在990~1050℃,道次压下率不低于15%;
4)进行精轧,控制精轧温度在760~850℃,精轧累积压下率不低于70%;
5)进行冷却,在冷却速度为 20~30℃/s下冷却至卷取温度560~610℃,卷取后待用。
本发明中各元素及主要工序的作用如下:
碳(C):碳元素一方面可以提高管线钢的强度,从而减少其他贵重合金的加入量,显著降低合金设计成本,另一方面,随着碳含量的增加,管线钢低温冲击韧性、焊接性能降低,并且耐氯离子腐蚀性能降低。本发明碳含量限制在0.04~0.07%。
硅(Si):硅主要起固溶强化作用,也可和钼、铬等结合,有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用,但添加过量硅会导致钢的塑、韧性显著恶化。本发明硅含量限制在0.18~0.22%。
锰(Mn):经济合金化元素锰的加入可以显著提高钢的强度,此外,锰还可以在一定程度上细化晶粒,改善钢的冲击韧性,但是锰易形成偏聚,导致钢的成分和组织不均,同硫形成硫化锰,使管线钢耐腐蚀性能降低。因此本发明将锰控制在较低水平,含量为0.50~0.60%。
铬(Cr):铬元素能在腐蚀产物膜层中出现富集,远高于基体中的铬含量。含铬钢的CO2腐蚀产物膜为FeCO3和Cr (OH)3竞争沉积形成的多层结构,它具有阴离子选择性,并且在破坏后能够很快修复,从而降低局部腐蚀敏感性。但大量添加铬会降低管线钢韧性和焊接性能,并且铬元素属于贵金属,成本较高。本发明中,铬含量限制在0.1%~0.2%。
钼(Mo):钼元素能够有助于轧制过程中晶粒细化和针状铁素体生成,并且增加耐氯离子腐蚀性。但钼元素能使焊接性能下降,且钼元素属于贵金属。本发明钼含量限制在0.10~0.15%。
铌(Nb):铌能细化晶粒,起到固溶强化作用。在低合金钢种加入铌,能有效提高其抗CO2腐蚀性能。本发明铌含量限制在0.035~0.050%。
钒(V):钒可细化钢的组织和晶粒,提高晶粒粗化温度,从而增加钢的强度、韧性和耐磨性,还可以在一定程度上改善钢的焊后韧性,但加入含量较高的钒易导致钢的韧脆转变温度提高。本发明钒含量限制在0.020~0.030%。
钛(Ti):钛不仅有利于钢的脱氧,而且能够改善钢的冲击韧性。本发明钒含量限制在0.010~0.020%。
磷(P)、硫(S):磷、硫为有害元素,易形成夹杂物,不利钢的抗CO2腐蚀性能。因此,本发明严格控制磷、硫,含量限值为P≤0.01%、S≤0.003%。
本发明与现有技术相比:
(1)采用低合金成分体系,力学性能良好,制造成本低,在油气集输和长途输送管道方面具有广阔的应用前景。
(2)微观组织为针状铁素体+板条状马氏体,具有较高的硬度,腐蚀产物膜不易被介质冲刷,对基体具有更好的保护作用。不仅提高力学性能,而且提高了抗CO2腐蚀性能。
(3)该钢种具有优异的抗CO2腐蚀性能,CO2腐蚀速率较现有X65管线钢降低85%以上。
具体实施方式
下面对本发明予以详细描述:
表1为本发明各实施例及对比例的取值列表;
表2为本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表;
表3为本发明各实施例及对比例横向主要性能检测统计表。
本发明各实施例按照以下步骤生产:
1)转炉冶炼、常规真空进行Si-Ca处理、浇注成坯;
2)对铸坯加热,控制铸坯加热温度在1200~1250℃;
3)进行粗轧,控制轧制温度在990~1050℃,道次压下率不低于15%;
4)进行精轧,控制精轧温度在760~850℃,精轧累积压下率不低于70%;
5)进行冷却,在冷却速度为 20~30℃/s下冷却至卷取温度560~610℃,卷取后待用。
表1 本发明各实施例及对比例的取值列表(wt%)
表2 本发明各实施例及对比例的轧钢工艺
表3 本发明各实施例及对比例横向主要性能检测统计表
表3中,耐CO2腐蚀速率的试验条件:试验温度60℃,CO2分压1MPa,流速为1.0m/s。
从表3可以看出,本发明所设计的低Cr经济型X65管线钢不添加贵重Cu、Ni,且Cr含量显著降低。经统计,其成本较现有X65管线钢成本吨钢降低至少15%。通过成分和工艺的组合控制,CO2腐蚀速率较现有X65管线钢降低85%以上。
上述实施例仅为最佳例举,而并非是对本发明的实施方式的限定。
Claims (2)
1.一种抗CO2腐蚀的低Cr经济型X65管线钢,其组分及重量百分比含量为:C :0.04~0.05%、Si :0.18~0.22%、Mn:0.5~0.6%、Cr:0.1~0.2%、Mo:0.1~0.15%、Nb:0.035~0.050%、V:0.020~0.030%、Ti:0.010~0.020%,P≤0.01%、S≤0.003%,其余为Fe及不可避免的杂质;并满足Nb+V+Ti≤0.1%;金相组织为:针状铁素体+板条状马氏体,其中针状铁素体体积比占70~80%;力学性能:屈服强度Rt0.5为460~500MPa,抗拉强度Rm为550~600MPa,屈强比Rt0.5/Rm≤0.9,断后延伸率A50mm≥18,-20℃冲击功KV2≥120J,-15℃断口的剪切面比DWTT SA≥85%;在温度60℃,CO2分压达到1MPa,流速为1.0m/s的条件下,腐蚀速率≤0.5mm/年。
2.生产权利要求1所述的一种抗CO2腐蚀的低Cr经济型X65管线钢的方法,其步骤:
1)转炉冶炼、常规真空进行Si-Ca处理、浇注成坯;
2)对铸坯加热,控制铸坯加热温度在1200~1250℃;
3)进行粗轧,控制轧制温度在990~1050℃,道次压下率不低于15%;
4)进行精轧,控制精轧温度在760~850℃,精轧累积压下率不低于70%;
5)进行冷却,在冷却速度为 20~30℃/s下冷却至卷取温度560~610℃,卷取后待用。
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