CN108411194A - 一种抗酸性腐蚀x60ms管线钢及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抗酸性腐蚀X60MS管线钢，包含以下重量百分数的组分：C：0.05‑0.07％、Si：0.10‑0.20％、Mn：0.90‑1.10％、P：≤0.010％、S：≤0.002％、Nb：0.020‑0.030％、Ti：0.010‑0.020％、Al：0.020‑0.040％、Cr：0.20‑0.30％。本发明还公开了抗酸性腐蚀X60MS管线钢的制备方法。本发明的抗酸性腐蚀X60MS管线钢及其制备方法，改善了管线钢焊接性、抗HIC性能、抗落锤撕裂性能；大大提高了管线钢的生产效率，降低了能源消耗生产成本，延长了使用寿命，增加了石油天然气运输安全性，有利于满足社会发展的需要。

Description

一种抗酸性腐蚀X60MS管线钢及其制备方法
技术领域
本发明涉及钢铁冶金技术领域，尤其涉及一种抗酸性腐蚀X60MS管线钢及其制备方法。
背景技术
石油天然气是国民经济的重要战略和储备物资，随着国民经济的高速发展，对于石油及天然气等能源的需求量越来越大，能源需求的不断增长、结构调整和优化，带动了石油天然气工业的全面发展。管道输送是一种经济、安全不间断的运输方式，具有输送量大、成本低、安全性高、便捷、高效等优点。为了满足未来石油和天然气需求，含H2S油气田的开发数量同过去相比大大增加，同时，酸性服役用管线钢的需求也随之增加。H2S是石油和天然气中最具有腐蚀作用的有害介质之一，输送管道暴露在含有湿H2S的流体介质中时，容易发生H2S酸性腐蚀，造成管壁减薄、蚀孔，甚至断裂等，严重影响管道的服役寿命和安全运行。氢致开裂(HIC)和硫化物应力腐蚀开裂(SSCC)是H2S酸性腐蚀的主要形式。在目前现有技术中，CN 105648327和CN 101928885中，虽然针对HIC和SSCC性能进行了改进，但管线钢还存在钢板强度、屈强比、延伸率等参数波动较大，元素C、S含量较高等缺陷，对管线钢焊接性、抗HIC性能不利，并且未提供夹杂物、晶粒度级别。另外，目前的抗酸性腐蚀X60MS管线钢在制造工艺上存在制备成本高，工艺复杂等不足。因此，对优化开发新型抗酸性腐蚀X60MS管线钢、提高管线钢质量以及优化管线钢的制备方法存在迫切需求。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种抗酸性腐蚀X60MS管线钢及其制备方法。
发明内容
鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是现有技术中X60MS管线钢在使用中存在钢板强度、屈强比、延伸率等参数波动较大，元素C、S含量较高等缺陷，对管线钢焊接性、抗HIC性能不利，并且未提供夹杂物、晶粒度级别。
为实现上述目的，本发明提供了一种抗酸性腐蚀X60MS管线钢，其包含以下重量百分数的组分：C：0.05-0.07％、Si：0.10-0.20％、Mn：0.90-1.10％、P：≤0.010％、S：≤0.002％、Nb：0.020-0.030％、Ti：0.010-0.020％、Al：0.020-0.040％、Cr：0.20-0.30％。
进一步地，所述管线钢的H：≤2ppm、O：≤25ppm、N：≤50ppm、Pcm：≤0.15％。
在本发明的较佳实施方式中，所述管线钢包含C的重量百分数为0.055％；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述管线钢包含C的重量百分数为0.060％；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述管线钢包含C的重量百分数为0.066％；
在本发明的较佳实施方式中，所述管线钢包含Si的重量百分数为0.14％；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述管线钢包含Si的重量百分数为0.17％；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述管线钢包含Si的重量百分数为0.19％；
在本发明的较佳实施方式中，所述管线钢包含Mn的重量百分数为0.98％；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述管线钢包含Mn的重量百分数为1.01％；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述管线钢包含Mn的重量百分数为1.06％；
在本发明的较佳实施方式中，所述管线钢包含P的重量百分数为0.006％；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述管线钢包含P的重量百分数为0.007％；
在本发明的较佳实施方式中，所述管线钢包含S的重量百分数为0.001％；
在本发明的较佳实施方式中，所述管线钢包含Nb的重量百分数为0.022％；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述管线钢包含Nb的重量百分数为0.025％；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述管线钢包含Nb的重量百分数为0.027％；
在本发明的较佳实施方式中，所述管线钢包含Ti的重量百分数为0.015％；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述管线钢包含Ti的重量百分数为0.017％；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述管线钢包含Ti的重量百分数为0.018％；
在本发明的较佳实施方式中，所述管线钢包含Cr的重量百分数为0.22％；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述管线钢包含Cr的重量百分数为0.26％；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述管线钢包含Cr的重量百分数为0.28％；
在本发明的较佳实施方式中，所述管线钢包含H的重量百分数为0.00008％；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述管线钢包含H的重量百分数为0.00010％；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述管线钢包含H的重量百分数为0.00011％；
在本发明的较佳实施方式中，所述管线钢包含O的重量百分数为0.0014％；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述管线钢包含O的重量百分数为0.0020％；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述管线钢包含O的重量百分数为0.0023％；
在本发明的较佳实施方式中，所述管线钢包含N的重量百分数为0.0030％；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述管线钢包含N的重量百分数为0.0033％；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述管线钢包含N的重量百分数为0.0035％；
在本发明的较佳实施方式中，所述管线钢包含Pcm的重量百分数为0.12％；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述管线钢包含Pcm的重量百分数为0.13％；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述管线钢包含Pcm的重量百分数为0.14％。
本发明另一方面提供了一种抗酸性腐蚀X60MS管线钢的制备方法，包括将板坯加热后进行两阶段轧制；然后以15～25℃/s的冷却速度冷却得到所述抗酸性腐蚀X60MS管线钢。
进一步地，所述抗酸性腐蚀X60MS管线钢的制备方法，具体步骤包括：
步骤1、冶炼和浇铸：采用脱硫铁水和优质废钢，进行LF精炼、RH真空处理和钙处理，然后气软吹后进行板坯连铸得到板坯；
步骤2、加热和轧制：将板坯加热后进行第一阶段轧制和第二阶段轧制得到管线钢；
步骤3、冷却：将轧制后的管线钢以15～25℃/s的冷却速度冷却温度至540～580℃，得到所述抗酸性腐蚀X60MS管线钢。
进一步地，所述抗酸性腐蚀X60MS管线钢的制备方法，所述步骤1中，气软吹为Ar气软吹时间大于10min；
进一步地，所述抗酸性腐蚀X60MS管线钢的制备方法，所述步骤2中，板坯加热温度为1160～1180℃，加热时间为≥180min；
进一步地，所述抗酸性腐蚀X60MS管线钢的制备方法，所述步骤2中，第一阶段轧制的开轧温度为1150～1170℃；
进一步地，所述抗酸性腐蚀X60MS管线钢的制备方法，所述步骤2中，第一阶段轧制的第一道次压下率＞10％，末道次压下率≥25％；
进一步地，所述抗酸性腐蚀X60MS管线钢的制备方法，所述步骤2中，第二阶段轧制的开轧温度≤980℃；
进一步地，所述抗酸性腐蚀X60MS管线钢的制备方法，所述步骤2中，第二阶段轧制的终轧温度为840～870℃；
进一步地，所述抗酸性腐蚀X60MS管线钢的制备方法，所述步骤2中，第二阶段轧制的压缩比≥3，累计压下率≥75％；
在本发明的较佳实施方式中，所述抗酸性腐蚀X60MS管线钢的制备方法，所述步骤1具体操作包括：采用KR法脱硫铁水和优质废钢，LF精炼和RH真空处理保证钢水洁净度，LF精炼采用大渣量进行造渣，RH真空处理保证钢水深真空循环时间，真空处理后进行钙处理，Ar气软吹时间大于10min，板坯全程保护浇注进行连铸，并采用动态轻压下技术，以减少连铸坯中心偏析，得到板坯；
在本发明的较佳实施方式中，所述抗酸性腐蚀X60MS管线钢的制备方法，所述步骤2中，板坯加热温度为1172℃，加热时间为185min；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述抗酸性腐蚀X60MS管线钢的制备方法，所述步骤2中，板坯加热温度为1170℃，加热时间为190min；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述抗酸性腐蚀X60MS管线钢的制备方法，所述步骤2中，板坯加热温度为1176℃，加热时间为188min；
在本发明的较佳实施方式中，所述抗酸性腐蚀X60MS管线钢的制备方法，所述步骤2中，第一阶段轧制的开轧温度为1160℃；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述抗酸性腐蚀X60MS管线钢的制备方法，所述步骤2中，第一阶段轧制的开轧温度为1158℃；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述抗酸性腐蚀X60MS管线钢的制备方法，所述步骤2中，第一阶段轧制的开轧温度为1165℃；
在本发明的较佳实施方式中，所述抗酸性腐蚀X60MS管线钢的制备方法，所述步骤2中，第二阶段轧制的开轧温度969℃；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述抗酸性腐蚀X60MS管线钢的制备方法，所述步骤2中，第二阶段轧制的开轧温度966℃；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述抗酸性腐蚀X60MS管线钢的制备方法，所述步骤2中，第二阶段轧制的开轧温度965℃；
在本发明的较佳实施方式中，所述抗酸性腐蚀X60MS管线钢的制备方法，所述步骤2中，第二阶段轧制的终轧温度为870℃；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述抗酸性腐蚀X60MS管线钢的制备方法，所述步骤2中，第二阶段轧制的终轧温度为858℃；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述抗酸性腐蚀X60MS管线钢的制备方法，所述步骤2中，第二阶段轧制的终轧温度为846℃；
在本发明的较佳实施方式中，所述抗酸性腐蚀X60MS管线钢的制备方法，所述步骤3中，管线钢的冷却速度为18℃/s；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述抗酸性腐蚀X60MS管线钢的制备方法，所述步骤3中，管线钢的冷却速度为17℃/s；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述抗酸性腐蚀X60MS管线钢的制备方法，所述步骤3中，管线钢的冷却速度为20℃/s；
在本发明的较佳实施方式中，所述抗酸性腐蚀X60MS管线钢的制备方法，所述步骤3中，冷却温度至570℃；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述抗酸性腐蚀X60MS管线钢的制备方法，所述步骤3中，冷却温度至561℃；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述抗酸性腐蚀X60MS管线钢的制备方法，所述步骤3中，冷却温度至552℃；
采用以上方案，本发明公开的抗酸性腐蚀X60MS管线钢及其制备方法，具有以下技术效果：
(1)本发明的抗酸性腐蚀X60MS管线钢，降低了元素C、S含量，具有合适的屈强比，延伸率，钢带组织为细小均匀的铁素体和珠光体，晶粒度为12.0级，性能稳定；有利于改善管线钢焊接性、抗HIC性能、抗落锤撕裂性能；
(2)本发明的抗酸性腐蚀X60MS管线钢的制备方法，通过优化控轧控冷工艺中加热温度、轧制温度等参数，大大提高了管线钢的生产效率，降低了能源消耗生产成本；
综上所述，本发明的抗酸性腐蚀X60MS管线钢及其制备方法，通过优化控轧控冷工艺中加热温度、轧制温度等参数，得到的X60MS管线钢性能稳定，改善了管线钢焊接性、抗HIC性能、抗落锤撕裂性能；大大提高了管线钢的生产效率，降低了能源消耗生产成本，延长了使用寿命，增加了石油天然气运输安全性，有利于满足社会发展的需要。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明实施例1管线钢金相组织示意图；
具体实施方式
以下参考说明书附图介绍本发明的优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
实施例1、抗酸性腐蚀X60MS管线钢的制备
采用KR法脱硫铁水和优质废钢，LF精炼和RH真空处理保证钢水洁净度，LF精炼采用大渣量进行造渣，RH真空处理保证钢水深真空循环时间，真空处理后进行钙处理，Ar气软吹时间大于10min，板坯全程保护浇注进行连铸，并采用动态轻压下技术，以减少连铸坯中心偏析，得到板坯；
将板坯加热，加热温度为1172℃，总在炉时间185min，然后进行第一阶段轧制，即奥氏体再结晶区轧制，开轧温度为1160℃，第一道次压下率＞10％，末道次压下率≥25％，当轧件厚度为44mm时，进行第二阶段轧制，即奥氏体未再结晶区轧制，开轧温度为969℃，终轧温度为870℃，轧制结束后，管线钢进入层流冷却装置，以18℃/s的速度冷却至570℃，得到所述抗酸性腐蚀X60MS管线钢。
实施例2、抗酸性腐蚀X60MS管线钢的制备
采用KR法脱硫铁水和优质废钢，LF精炼和RH真空处理保证钢水洁净度，LF精炼采用大渣量进行造渣，RH真空处理保证钢水深真空循环时间，真空处理后进行钙处理，Ar气软吹时间大于10min，板坯全程保护浇注进行连铸，并采用动态轻压下技术，以减少连铸坯中心偏析，得到板坯；
将板坯加热，加热温度为1170℃，总在炉时间190min，然后进行第一阶段轧制，即奥氏体再结晶区轧制，开轧温度为1158℃，第一道次压下率＞10％，末道次压下率≥25％，当轧件厚度为44mm时，进行第二阶段轧制，即奥氏体未再结晶区轧制，开轧温度为966℃，终轧温度为858℃，轧制结束后，管线钢进入层流冷却装置，以17℃/s的速度冷却至561℃，得到所述抗酸性腐蚀X60MS管线钢。
实施例3、抗酸性腐蚀X60MS管线钢的制备
采用KR法脱硫铁水和优质废钢，LF精炼和RH真空处理保证钢水洁净度，LF精炼采用大渣量进行造渣，RH真空处理保证钢水深真空循环时间，真空处理后进行钙处理，Ar气软吹时间大于10min，板坯全程保护浇注进行连铸，并采用动态轻压下技术，以减少连铸坯中心偏析，得到板坯；
将板坯加热，加热温度为1176℃，总在炉时间188min，然后进行第一阶段轧制，即奥氏体再结晶区轧制，开轧温度为1165℃，第一道次压下率＞10％，末道次压下率≥25％，当轧件厚度为44mm时，进行第二阶段轧制，即奥氏体未再结晶区轧制，开轧温度为965℃，终轧温度为846℃，轧制结束后，管线钢进入层流冷却装置，以20℃/s的速度冷却至552℃，得到所述抗酸性腐蚀X60MS管线钢。
检测实施例1～3得到的管线钢组分含量，结果如表1所示，
表1
实施例 C Si Mn P S Nb Ti Cr H O N Pcm
1 0.055 0.14 0.98 0.006 0.001 0.022 0.015 0.22 0.00008 0.0014 0.0035 0.12
2 0.060 0.19 1.01 0.007 0.001 0.025 0.018 0.26 0.00011 0.0023 0.0030 0.13
3 0.066 0.17 1.06 0.006 0.001 0.027 0.017 0.28 0.00010 0.0020 0.0033 0.14
对本发明实施例1～3得到的管线钢进行力学性能检验，检验结果见表2，
表2
实施例 屈服强度 抗拉强度 屈强比 延伸率 -20℃冲击 -20℃DWTT HV10
1 450 536 0.84 38.5 348 99 183
2 464 548 0.85 37.0 333 99 818
3 476 560 0.85 35.0 315 99 179
标准要求 ≥415 ≥520 ≤0.93 ≥17.0 ≥100 ≥85 ≤240
由表2可见，本发明实施例1～3得到的管线钢的屈强比为0.84-0.85，延伸率为35.0％-38.5％，表示性能稳定；
对本发明实施例1～3得到的管线钢进行夹杂物和晶粒度检验，检验结果见表3，
表3
由表3可见，本发明实施例1～3得到的管线钢的晶粒度为12级，质量号；
对本发明实施例1得到的管线钢按要求进行氢致开裂(HIC)腐蚀试验，试验标准：NACE TM0284，试验结果见表4。
表4
编号 CLR(％) CTR(％) CSR(％)
试样1 0 0 0
试样2 0 0 0
试样3 0 0 0
平均值 0 0 0
由表4可见，本发明实施例1得到的管线钢，依据NACE TM0284标准(A溶液)进行氢致开裂(HIC)试验。经96小时氢致开裂(HIC)试验，试样表面均未发现氢鼓泡现象，裂纹长度率CLR、裂纹厚度率CTR、裂纹敏感率CSR均为零；
对本发明实施例1得到的管线钢进行硫化氢应力(SSCC)腐蚀试验，试验标准：NACETM0177和ASTM G39，试验结果见表5。
表5
由表5可见，本发明实施例1得到的管线钢，依据NACE TM0177(A溶液)和ASTM G39标准进行硫化氢应力(SSCC)腐蚀试验。经720h硫化氢应力(SSCC)腐蚀试验，试样表面均未发生裂纹和断裂。
对发明实施例1得到的管线钢进行观察，其金相组织如图1所示，组织为细小均匀的铁素体和珠光体，显示本发明实施例1得到的管线钢质量好。
本发明其他技术方案也具有相类似的有益效果。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种抗酸性腐蚀X60MS管线钢，其特征在于，包含以下重量百分数的组分：C：0.05-0.07％、Si：0.10-0.20％、Mn：0.90-1.10％、P：≤0.010％、S：≤0.002％、Nb：0.020-0.030％、Ti：0.010-0.020％、Al：0.020-0.040％、Cr：0.20-0.30％。
2.如权利要求1所述管线钢，其特征在于，所述管线钢的H：≤2ppm、O：≤25ppm、N：≤50ppm、Pcm：≤0.15％。
3.一种抗酸性腐蚀X60MS管线钢的制备方法，其特征在于，包括将板坯加热后进行两阶段轧制；然后以15～25℃/s的冷却速度冷却得到所述抗酸性腐蚀X60MS管线钢。
4.如权利要求3所述方法，其特征在于，所述制备方法的具体步骤包括：
步骤1、冶炼和浇铸：采用脱硫铁水和优质废钢，进行LF精炼、RH真空处理和钙处理，然后气软吹后进行板坯连铸得到板坯；
步骤2、加热和轧制：将板坯加热后进行第一阶段轧制和第二阶段轧制得到管线钢；
步骤3、冷却：将轧制后的管线钢以15～25℃/s的冷却速度冷却温度至540～580℃，得到所述抗酸性腐蚀X60MS管线钢。
5.如权利要求4所述方法，其特征在于，
所述步骤1中，气软吹为Ar气软吹时间大于10min。
6.如权利要求4所述方法，其特征在于，所述步骤2中，板坯加热温度为1160～1180℃，加热时间为≥180min。
7.如权利要求4所述方法，其特征在于，所述步骤2中，第一阶段轧制的开轧温度为1150～1170℃；第一阶段轧制的第一道次压下率＞10％，末道次压下率≥25％。
8.如权利要求4所述方法，其特征在于所述步骤2中，第二阶段轧制的开轧温度≤980℃；终轧温度为840～870℃。
9.如权利要求4所述方法，其特征在于，所述步骤2中，第二阶段轧制的压缩比≥3，累计压下率≥75％。
10.一种权利要求3～9任一项所述方法生产得到的抗酸性腐蚀X60MS管线钢，其特征在于，所述管线钢包含以下重量百分数的组分：C：0.05-0.07％、Si：0.10-0.20％、Mn：0.90-1.10％、P：≤0.010％、S：≤0.002％、Nb：0.020-0.030％、Ti：0.010-0.020％、Al：0.020-0.040％、Cr：0.20-0.30％、H：≤2ppm、O：≤25ppm、N：≤50ppm、Pcm：≤0.15％。
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