CN108342651A - 一种耐微生物腐蚀管线钢板及其制备方法 - Google Patents

一种耐微生物腐蚀管线钢板及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108342651A
CN108342651A CN201810284135.3A CN201810284135A CN108342651A CN 108342651 A CN108342651 A CN 108342651A CN 201810284135 A CN201810284135 A CN 201810284135A CN 108342651 A CN108342651 A CN 108342651A
Authority
CN
China
Prior art keywords
steel plate
temperature
corrosion resistance
pipeline
steel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201810284135.3A
Other languages
English (en)
Inventor
李少坡
樊艳秋
张海
丁文华
王海宝
马长文
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shougang Group Co Ltd
Original Assignee
Shougang Group Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shougang Group Co Ltd filed Critical Shougang Group Co Ltd
Priority to CN201810284135.3A priority Critical patent/CN108342651A/zh
Publication of CN108342651A publication Critical patent/CN108342651A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/02—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/18—Hardening; Quenching with or without subsequent tempering
    • C21D1/19—Hardening; Quenching with or without subsequent tempering by interrupted quenching
    • C21D1/20—Isothermal quenching, e.g. bainitic hardening
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/02—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
    • C21D8/0221—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips characterised by the working steps
    • C21D8/0226—Hot rolling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/04—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/06—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/08—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing nickel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/12—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing tungsten, tantalum, molybdenum, vanadium, or niobium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/14—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing titanium or zirconium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/16—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing copper
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
    • C21D2211/002—Bainite

Abstract

一种耐微生物腐蚀管线钢板及其制备方法，属于管线钢技术领域。其化学成份重量百分比为：C：0.04～0.06％，Si：0.15～0.30％，Mn：1.60～1.80％，P：≤0.010％，Ni：0.45～0.60％，Cu：0.50～0.90％等；首先坯锭经过1100～1200℃的再加热，然后进行两阶段控轧和控冷，粗轧开轧温度1050～1100℃；开冷温度为760～800℃，冷却后等温热处理。优点在于，材料自身具有耐微生物腐蚀的性能，并同时提高了低温韧性，适用于油气田集输和长输管道的建设，大幅降低了管道发生微生物腐蚀的风险。

Description

一种耐微生物腐蚀管线钢板及其制备方法
技术领域
本发明属于管线钢技术领域，特别涉及一种耐微生物腐蚀管线钢板及其制备方法。适用于石油天然气集输和输送管道的建设。具有优良的低温韧性以及耐微生物腐蚀性能。
背景技术
微生物腐蚀是微生物自身生命活动及其代谢产物直接或间接地加速金属材料腐蚀过程的现象，能在土壤、淡水、海水和油田系统等几乎所有的环境中发生。以管线钢为例，15％～30％的管线腐蚀都与微生物腐蚀相关，会造成埋地管线的腐蚀穿孔、石油管道的泄露和注射井的堵塞，从而导致石油生产、运输过程中的潜在安全风险。埋地输送管线的外部通常采用防护涂层和阴极保护来防止其腐蚀。然而，防护涂层常因机械损伤、老化降解、土壤应力、阴极析氢等因素作用失去粘结力而发生剥离，与管道表面间形成缝隙，由此给微生物形成了适宜其生存的局部薄液膜下微环境，进而导致缝隙内的管道发生微生物腐蚀。对于油田现场而言，微生物的控制主要采用化学杀菌剂的方法，但是大量杀菌剂的使用不仅给环境造成污染，而且长时间的使用会使微生物对杀菌剂具有耐药性。
现有的技术都没有考虑到材料自身具有耐微生物腐蚀的性能，若通过直接赋予接触微生物的金属材料表面抗菌功能，抑制腐蚀性的细菌生物膜的形成，将显著提高其耐微生物腐蚀性能。因此，本发明创新了现有管线钢的成分体系和生产工艺，一方面大幅度提高了管线钢的耐微生物腐蚀性能，同时材料的低温韧性更加优异，并且成本与传统的管线钢相比增加不明显，为开发出具有耐微生物腐蚀性能的管线钢提供了研发新思路。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐微生物腐蚀管线钢板及其制备方法，解决了在提高管线钢低温韧性的同时，材料自身具有耐微生物腐蚀性能的问题。适用于油气田集输和长输管道的建设，大幅降低了管道发生微生物腐蚀的风险。
一种耐微生物腐蚀管线钢板，其化学成份重量百分比为：C：0.04～0.06％，Si：0.15～0.30％，Mn：1.60～1.80％，P：≤0.010％，S：≤0.0012％，Alt：0.01～0.05％，Nb：0.03～0.05％，Ti：0.005～0.016％，Ni：0.45～0.60％，Cu：0.50～0.90％，余量为Fe和不可避免杂质元素。
一种耐微生物腐蚀管线钢板的制备方法，包括加热、轧制、冷却、等温热处理等工艺，其特征在于，具体步骤及参数如下：
1、坯锭经过1160～1200℃的再加热，坯锭均热时间50～60min，可保证钢坯加热均匀，同时控制奥氏体晶粒尺寸；
2、然后进行两阶段控轧和控冷，粗轧开轧温度1050～1100℃，粗轧终轧温度960～1010℃，精轧开轧温度850～900℃，精轧终轧温度800～830℃，开冷温度为760～800℃；冷却速度为20～30℃/s，终冷温度为400～440℃，获得贝氏体组织；
3、钢板冷却后，在560～600℃范围进行等温热处理，时间0.5～1小时，在贝氏体基体上获得大量弥散、细小的以Cu元素为核心的复相层级结构的纳米沉淀相，提高材料的强度、低温韧性和耐微生物腐蚀性能等。
该钢力学性能为：钢板横向拉伸屈强比≤0.85，钢板横向-20℃夏比冲击功≥300J，-20℃落锤剪切面积≥85％；钢板在含有硫酸盐还原菌的土壤浸出液中浸泡2天后，发生点蚀数量较少，最大点蚀坑深度≤2μm。
本发明内容的构成要点立足于以下认识：
C元素通过固溶强化提高材料的强度性能，如果当C含量小于0.04wt％时，强度性能水平偏低，当C含量大于0.06wt％时，低温韧性水平偏低。因此本发明中C含量控制在0.04～0.06wt％范围内。
Mn元素能够显著提高强度性能，Mn含量太低，材料的抗拉强度不够，Mn含量太高，低温韧性降低。最重要的是由于Mn的添加可有效促进Cu析出，可有效缩短热处理时间，节省生产成本。因此，本发明经过大量试验得出，Mn控制在1.60～1.80wt％范围，既保证材料的强度水平，又不恶化低温韧性，同时促进Cu的析出。
P、S元素是钢中杂质元素，且易偏析，影响连铸坯内部质量，P、S含量越低越好，为了获得良好的低温韧性和耐微生物腐蚀性能，本发明进行了大量试验，发现杂质元素控制在P：≤0.010wt％，S：≤0.0012wt％，对产品的低温韧性、可焊性，尤其是耐微生物腐蚀性能有益，因此，必须严格控制P、S含量。
Nb元素在本发明中进行了大量试验，发现：当Nb含量大于0.05wt％时，由于细晶强化和析出强化，屈服强度太高，会使管线钢板的屈强比偏高，而且用户在焊接过程中，会出现焊缝和热影响区的低温韧性波动问题。因此本发明中Nb含量控制在0.03～0.05wt％范围内。
Ti元素在本发明中进行了大量试验，发现：当Ti含量大于0.016wt％时，颗粒尺寸较大的TiN粒子会影响材料的低温韧性和耐微生物腐蚀性能等。因此本发明中Ti含量控制在0.005～0.016wt％范围内。
Cu元素对提高管线钢的抗拉强度是有效的，可显著降低材料的屈强比。最重要的是通过添加Cu合金，通过等温热处理，获得大量、弥散地分布于钢中的以Cu元素为核心的复相层级结构的纳米沉淀相，提高材料的低温韧性和耐微生物腐蚀等性能。因此Cu含量控制在0.50～0.90wt％范围内。
Ni元素是奥氏体稳定性元素，能降低γ→α转变温度，能有效提高管线钢的低温韧性。Ni可通过固溶强化作用提高钢的强度，弥补厚规格钢材中因厚度的增加引起的强度下降。最重要的是添加Ni合金，来消除合金元素Cu引起的热脆，同时，合金元素Ni的加入可以进一步提高钢的强度和低温韧性。本发明进行了大量试验，发现当Ni含量控制在0.45～0.60wt％范围内，低温韧性和耐微生物腐蚀性能最佳。
本发明的优点在于，实现了材料自身具有耐微生物腐蚀的性能，并同时提高了管线钢的低温韧性，且生产成本与传统的管线钢相比增加不明显。适用于油气田集输和长输管道的建设，大幅降低了管道发生微生物腐蚀的风险。
附图说明
图1为本发明控轧控冷后金相组织示意图。
图2为本发明等温热处理后析出物示意图。
图3为传统的管线钢发生微生物腐蚀后的腐蚀坑截面示意图。
图4为本发明发生腐蚀后的截面示意图。
具体实施方式
实施例1～5
一、实施例中耐微生物腐蚀管线钢板化学成分如下表1所示：
表1钢板化学成分(wt％)
以上实施例均为化学成分重量百分比，余量均为Fe和不可避免杂质元素。
二、实施例工艺制度如下表2所示：
实施例中耐微生物腐蚀管线钢经过再加热、两阶段控轧、控冷，和等温热处理，获得贝氏体基体上大量弥散、细小的以Cu为核心的复相层级结构纳米沉淀相，详见图2所示。
表2实施例工艺制度
三、实施例力学性能如下表3所示：
实施例1～5生产的耐微生物腐蚀管线钢板，检验其力学性能见表3所示。
表3实施例力学性能
实施例1～5生产的耐微生物腐蚀管线钢板，采用含有硫酸盐还原菌(sulfatereducing bacteria，SRB)的土壤浸出液环境进行耐微生物腐蚀行为试验，观察腐蚀坑的形貌特点。传统的管线钢发生微生物腐蚀后的腐蚀坑形貌和本发明耐微生物腐蚀管线钢发生腐蚀后形貌分别见图3和图4所示。本发明的钢板在含有硫酸盐还原菌(SRB)的土壤浸出液中浸泡2天后，基本未出现点蚀坑现象，且最大点蚀坑深度≤2μm；而传统的管线钢出现了大量点蚀坑，且最大点蚀坑深度达到了33.3μm。可见，传统的管线钢腐蚀坑深度明显大于本发明管线钢，本发明管线钢表现出优异的耐微生物腐蚀性能。
本发明大量试验结果表明，钢板化学成分、制备工艺对产品力学性能至关重要，实现了材料自身具有耐微生物腐蚀的性能，同时获得了管线钢的低温韧性(夏比冲击功和落锤性能)，并且屈强比很低，本发明由于含有大量Cu、Ni合金，未添加Mo、Cr、V等合金，因此，其生产成本与传统的管线钢相比增加不明显，适用于油气田集输和长输管道的建设，大幅降低了管道发生微生物腐蚀的风险。

Claims (3)

1.一种耐微生物腐蚀管线钢板，其特征在于，其化学成份重量百分比为：C：0.04～0.06％，Si：0.15～0.30％，Mn：1.60～1.80％，P：≤0.010％，S：≤0.0012％，Alt：0.01～0.05％，Nb：0.03～0.05％，Ti：0.005～0.016％，Ni：0.45～0.60％，Cu：0.50～0.90％，余量为Fe和不可避免杂质元素。
2.一种权利要求1所述的钢板的制备方法，其特征在于，具体步骤及参数如下：
1)坯锭经过1160～1200℃的再加热，坯锭均热时间50～60min，保证钢坯加热均匀，同时控制奥氏体晶粒尺寸；
2)然后进行两阶段控轧和控冷，粗轧开轧温度1050～1100℃，粗轧终轧温度960～1010℃，精轧开轧温度850～900℃，精轧终轧温度800～830℃，开冷温度为760～800℃；冷却速度为20～30℃/s，终冷温度为400～440℃，获得贝氏体组织；
3)钢板冷却后，在560～600℃范围进行等温热处理，时间0.5～1小时。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所制备的钢板横向拉伸屈强比≤0.85，钢板横向-20℃夏比冲击功≥300J，-20℃落锤剪切面积≥85％。
CN201810284135.3A 2018-04-02 2018-04-02 一种耐微生物腐蚀管线钢板及其制备方法 Pending CN108342651A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810284135.3A CN108342651A (zh) 2018-04-02 2018-04-02 一种耐微生物腐蚀管线钢板及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810284135.3A CN108342651A (zh) 2018-04-02 2018-04-02 一种耐微生物腐蚀管线钢板及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108342651A true CN108342651A (zh) 2018-07-31

Family

ID=62957270

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810284135.3A Pending CN108342651A (zh) 2018-04-02 2018-04-02 一种耐微生物腐蚀管线钢板及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108342651A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021109439A1 (zh) * 2019-12-07 2021-06-10 江阴兴澄特种钢铁有限公司 一种兼具抗hic和抗大变形的管线钢及其制造方法
CN113667891A (zh) * 2021-07-23 2021-11-19 国家石油天然气管网集团有限公司 一种抗微生物腐蚀的石油储罐用钢板及其制造方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1521285A (zh) * 2003-01-28 2004-08-18 鞍山钢铁集团公司 一种超低碳贝氏体钢及其生产方法
CN1786247A (zh) * 2004-12-08 2006-06-14 鞍山钢铁集团公司 高强韧性低碳贝氏体厚钢板及其生产方法
CN101168826A (zh) * 2006-10-26 2008-04-30 鞍钢股份有限公司 高性能低碳贝氏体结构钢及其生产方法
CN101812642A (zh) * 2009-02-24 2010-08-25 宝山钢铁股份有限公司 一种超细晶贝氏体高强钢及其制造方法
CN105986196A (zh) * 2015-03-05 2016-10-05 中国科学院金属研究所 一种耐微生物腐蚀的双相不锈钢
CN107805762A (zh) * 2016-09-09 2018-03-16 中国科学院金属研究所 一种具有耐海洋微生物腐蚀性能的低合金高强度钢

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1521285A (zh) * 2003-01-28 2004-08-18 鞍山钢铁集团公司 一种超低碳贝氏体钢及其生产方法
CN1786247A (zh) * 2004-12-08 2006-06-14 鞍山钢铁集团公司 高强韧性低碳贝氏体厚钢板及其生产方法
CN101168826A (zh) * 2006-10-26 2008-04-30 鞍钢股份有限公司 高性能低碳贝氏体结构钢及其生产方法
CN101812642A (zh) * 2009-02-24 2010-08-25 宝山钢铁股份有限公司 一种超细晶贝氏体高强钢及其制造方法
CN105986196A (zh) * 2015-03-05 2016-10-05 中国科学院金属研究所 一种耐微生物腐蚀的双相不锈钢
CN107805762A (zh) * 2016-09-09 2018-03-16 中国科学院金属研究所 一种具有耐海洋微生物腐蚀性能的低合金高强度钢

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021109439A1 (zh) * 2019-12-07 2021-06-10 江阴兴澄特种钢铁有限公司 一种兼具抗hic和抗大变形的管线钢及其制造方法
CN113667891A (zh) * 2021-07-23 2021-11-19 国家石油天然气管网集团有限公司 一种抗微生物腐蚀的石油储罐用钢板及其制造方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105543704B (zh) 一种高强度抗震耐火耐蚀钢板及制造方法
CN101381841B (zh) 一种高强度高韧性-50℃低温钢及其制造方法
CN100455692C (zh) 一种高强度耐候钢的生产方法
CN105463324B (zh) 一种厚规格高韧性管线钢及其制造方法
CN110468350B (zh) 一种高强高耐候建筑用q420gjnhez35钢板及其生产方法
CN101716706B (zh) 一种高强度合金实芯焊丝
CN106521356B (zh) 一种高强度高韧性耐腐蚀链条用钢及其热处理方法
CN101812632B (zh) 一种-40℃至-60℃低温冲击韧性热轧h型钢的制备方法
CN106011658A (zh) 一种耐海洋气候耐蚀钢及其生产方法
CN103361547A (zh) 一种冷成型用超高强度钢板的生产方法及钢板
CN106498288B (zh) 一种含Ti耐海水腐蚀钢带及其制备方法
WO2007013503A1 (ja) 継目無鋼管およびその製造方法
CN104321454A (zh) 卷绕性和耐氢脆性优异的高强度弹簧用钢丝及其制造方法
CN102330031A (zh) 一种高韧性-130℃低温钢及其制造方法
CN105441798B (zh) 一种低温容器用Ni钢中厚板的制造方法
CN108728743A (zh) 低温断裂韧性良好的海洋工程用钢及其制造方法
CN107747045A (zh) 一种400MPa级耐Cl‑环境腐蚀钢筋及其制造方法
CN104419871B (zh) 耐海洋环境腐蚀性能优良的焊接结构用钢及其制造方法
CN106801188A (zh) 具有优异腐蚀性能的400Mpa级建筑用钢及生产方法
CN109295387A (zh) 一种耐腐蚀性能良好的双相不锈钢板及其制造方法
CN107460412A (zh) 一种高强韧耐蚀钢及其轧制方法
CN107236909A (zh) 可用于‑60℃低温环境的高强度、高韧性耐腐蚀钢及其生产方法
CN102162063B (zh) 一种铁素体不锈钢中厚板及其制造方法
CN108342651A (zh) 一种耐微生物腐蚀管线钢板及其制备方法
CN108396231A (zh) 一种功能复合化高强度建筑结构用钢及其制造方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20180731