CN110846574A

CN110846574A - 一种低成本调质态x52级抗硫化氢腐蚀用无缝管线管及其制造方法

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Publication number: CN110846574A
Application number: CN201911080036.4A
Authority: CN
Inventors: 姚晓乐; 姜海龙; 米永峰; 孙文秀; 张学颖; 张行刚; 郭志文
Original assignee: Baotou Iron and Steel Group Co Ltd
Current assignee: Baotou Iron and Steel Group Co Ltd
Priority date: 2019-11-07
Filing date: 2019-11-07
Publication date: 2020-02-28

Abstract

本发明公开了一种低成本调质态X52级抗硫化氢腐蚀用无缝管线管，包括如下质量百分比的化学元素：C≤0.16％；Si 0.20～0.40％；Mn 0.10～1.40％；P≤0.018％；S≤0.003％；Ti 0.010～0.020％；Al≤0.06％；其余为Fe和不可避免的杂质，质量分数共计为100％。还公布了一种制造方法。本发明以低C、低Mn为基础，添加价格便宜的微量的合金元素Ti，其是通过炼钢、轧管、热处理和加工等工艺生产出碳当量≤0.36％、屈服强度≥400MPa、抗拉强度≥500MPa、‑50℃实验环境下V型全尺寸横向冲击功高于100J、通过HIC和SSC试验评价的管线管。

Description

一种低成本调质态X52级抗硫化氢腐蚀用无缝管线管及其制造方法

技术领域

本发明涉及冶金材料领域领域，尤其涉及一种低成本调质态X52级抗硫化氢腐蚀用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。随着石油天然气资源的不断开采，酸性油气田不断增加，H2S含量越来越高。据统计，世界上已探明的油气田中大约有1/3含有硫化氢气体，如我国的四川、长庆、中原、华北、塔里木等油气田都含有不同程度的硫化氢气体。国外也有许多含有硫化氢气体的油气田，如美国的巴拿马油田、加拿大的阿尔伯达平切尔湾油田等。输送H2S含量较高的酸性石油或天然气会对管道有腐蚀作用，H2S导致金属材料突发性的硫化物应力开裂(SSC)和氢致裂纹(HIC)是管道腐蚀失效的主要原因。管道失效会引起的油、气、水等介质的泄漏，而且往往会造成重大的经济损失、人员伤亡、环境污染以及油气输送中断等事故，因此输送此类油气就需要管线具有硫化物应力开裂(SSC)抗力和氢致裂纹(HIC)抗力。

综上可以看出，抗硫化氢腐蚀管线管的需求量越来越大，具有广阔的市场。其中，X52级别管线管作为管道工程，特别是支线工程的常用钢级，需求量巨大，国内外目前生产此类抗腐蚀管线管，在钢种成分设计上一般都采用Nb+V或 Nb+V+Ti等两种或两种以上的元素组合来进行微合金化，使其性能很好地满足抗腐蚀的要求，但因含有高价格合金元素Nb和V造成生产成本高。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种低成本调质态X52级抗硫化氢腐蚀用无缝管线管，以低C、低Mn为基础，添加价格便宜的微量的合金元素Ti，通过炼钢、轧管、热处理和加工等工艺生产出碳当量≤0.36％、屈服强度≥400MPa、抗拉强度≥500MPa、-50℃实验环境下V型全尺寸横向冲击功高于 100J、通过HIC和SSC试验评价的抗硫化氢腐蚀用管线管。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种低成本调质态X52级抗硫化氢腐蚀用无缝管线管，一种低成本调质态 X52级抗硫化氢腐蚀用无缝管线管，其特征在于，包括如下质量百分比的化学元素：C≤0.16％；Si0.20～0.40％；Mn 0.10～1.40％；P≤0.018％；S≤0.003％； Ti 0.010～0.020％；Al≤0.06％；其余为Fe和不可避免的杂质，质量分数共计为100％。

碳(C)：作为钢中最经济、最基本的强化元素，通过固溶强化和析出强化对提高钢的强度有明显作用，但是过高的碳含量对钢的延伸、韧性和焊接性有不利影响，同时易使得合金元素碳化物在晶界析出，从而导致钢种抗腐蚀性能下降，尤其是抗硫性能下降，本发明对碳含量进行适当的控制，在保障强度的同时，提高了钢的韧性和可焊性，对本发明来说，C含量≤0.16％。

锰(Mn)：Mn通过固溶强化能大幅提高钢种的强度和韧性，是补偿因C含量降低而引起强度损失的最主要且最经济的强化元素，也是有效的脱氧剂，而且具有脱S的作用，但是过高的Mn会促进碳化物的形成，从而降低钢种的韧性和耐腐蚀性；Mn可以与γ-Fe无限互溶，扩大了γ区，增大钢的淬透性，但过高的Mn有增大奥氏体长大的倾向，易使晶粒粗大，使钢有过热敏感性和回火脆性，同时降低钢的焊接性能。因此，对本发明来说，Mn含量范围为0.10～1.40％。

钛(Ti)：Ti与C、N具有强烈的结合能力形成碳化物、氮化物或碳氮化物，有强烈的细化晶粒和析出强化作用，大幅提高钢种的力学性能。Ti的在钢坯连铸时形成细小稳定的析出相，这种析出相能有效阻碍在加热时奥氏体晶粒长大，对钢的塑性有利，同时对改善焊接热影响区的冲击韧性具有明显作用。此外还有研究认为添加Ti形成TiS会降低硫在晶界的偏析，改善钢的热塑性，提高钢的抗硫化氢腐蚀性能。TiS的形成减少了硫在晶界及析出物基体界面的偏析，因而存在较高的界面能，即使在应力集中的情况下，结合力也不会降低，所以钢的塑性和抗硫化氢腐蚀性能得到改善。本发明中含有适量的Ti。

进一步的，包括如下质量百分比的化学元素：C 0.14％；Si 0.24％；Mn 0.11％； P0.010％；S 0.002％；Ti 0.014％；Al 0.031％；其余为Fe和不可避免的杂质，质量分数共计为100％。

进一步的，包括如下质量百分比的化学元素：C 0.13％；Si 0.25％；Mn 0.15％； P0.009％；S 0.002％；Ti 0.013％；Al 0.034％；其余为Fe和不可避免的杂质，质量分数共计为100％。

进一步的，C 0.13％；Si 0.26％；Mn 0.13％；P 0.011％；S 0.003％；Ti 0.014％；Al 0.030％；其余为Fe和不可避免的杂质，质量分数共计为100％。

进一步的，C 0.14％；Si 0.28％；Mn 0.12％；P 0.008％；S 0.002％；Ti 0.016％；Al 0.029％；其余为Fe和不可避免的杂质，质量分数共计为100％。

进一步的，C 0.13％；Si 0.24％；Mn 0.15％；P 0.013％；S 0.002％；Ti 0.015％；Al 0.028％；其余为Fe和不可避免的杂质，质量分数共计为100％。

进一步的，所述无缝管线管的生产规格为Φ219.1×9.5mm。

一种低成本调质态X52级抗硫化氢腐蚀用无缝管线管的制造方法，炼钢生产工艺为：铁水预处理→转炉冶炼→LF精炼→VD脱气→圆坯连铸；其中来料铁水必须进行铁水预处理，从而保证供给转炉的铁水质量，为抑制材料中气体含量，硅锰、锰铁及钛铁在加入之前必须脱氧合金化；转炉终点控制目标：C≥ 0.06％，P≤0.015％；采用单渣工艺冶炼，终渣碱度≥3.0；出钢时必须挡渣，挡渣失败必须扒渣；在LF精炼环节中，根据转炉钢水成分及温度进行造渣脱硫、成分调整及升温操作，VD深真空度目标值≤0.06Kpa，深真空时间≥15分钟， VD结束后，喂入适量硅钙线，喂丝后软吹Ar不小于15分钟,以保证材料中较低的气体含量；连铸过程采用电磁搅拌工艺，钢水过热度ΔT≤30℃，根据不同圆坯断面选择合适的拉速恒拉速生产，圆坯应入缓冷坑进行缓冷，入坑温度大于 600℃，缓冷时间不小于48小时；

轧管工艺为：圆坯→锯切→环形炉加热→穿孔→MPM连轧→定径→冷却。环形炉保温段温度为1260℃左右，圆坯穿孔后温度为1220℃左右；连轧入口温度为1100℃左右；定张减后温度为900℃左右。通过两辊限动芯棒连轧机组MPM 结合热轧控制技术得到不同尺寸的高精度的优质管体。

热处理工艺为：采用调质处理，即淬火+回火。其中淬火采用内喷+外淋的喷水方式，为避免钢管弯曲，内喷比外淋延迟一定的时间，水量依据规格调节，温度为910℃±10℃，保温50分钟左右；回火温度为600℃～680℃，保温90 分钟左右，回火后定径矫直温度不小于500℃。通过合理的热处理技术，控制钢管残余应力技术，得到表面质量和综合性能优良的管线管，不但具有高强度和良好的抗腐蚀性能，而且具有优异的韧性。

与现有技术相比，本发明的有益技术效果：

本发明以低C、低Mn为基础，添加价格便宜的微量的合金元素Ti，使钢种具有较低的碳当量，且易于生产，成本低，合理的冶炼连铸工艺、轧制工艺及热处理工艺使钢管具有较高的强度、优异的低温冲击韧性、良好的抗硫化氢腐蚀性能及高的尺寸精度。

可作为输送管，广泛应用于含硫化氢的酸性油气田，具有易生产、低成本、性能优良的特点。

具体实施方式

按本发明得到的钢管管材，以生产规格Φ219.1×9.5mm为例，各实施例化学成分如表1：

表1本发明钢管化学成分统计结果wt％

实施例	C	Si	Mn	P	S	Al	Ti	碳当量
									1	0.14	0.24	1.11	0.010	0.002	0.031	0.014	0.33
2	0.13	0.25	1.15	0.009	0.002	0.034	0.013	0.32
									3	0.13	0.26	1.13	0.011	0.003	0.030	0.014	0.32
4	0.14	0.28	1.12	0.008	0.002	0.029	0.016	0.33
									5	0.13	0.24	1.15	0.013	0.002	0.028	0.015	0.32

钢管化学成分完全满足本发明对钢种的要求，P和S含量较低，碳当量低，满足成分设计要求，而且从表1可以看出各炉成分含量偏差很小，稳定的成分含量有利于热处理时进行温度控制，从而为管材具有良好的组织和性能提供了前提条件。

炼钢工艺：连铸过程采用电磁搅拌工艺，钢水过热度ΔT≤30℃，连铸稳定拉速，保证连铸坯过矫直段温度不小于900℃；采用弱而均匀的二冷制度；选择合适的保护渣，提高铸机对中、对弧精度；铸坯下线后，圆坯进入缓冷坑缓冷，入坑温度大于600℃，以消除组织应力及热应力。通过以上措施，得到了高质量圆坯。

轧管工艺为：圆坯→锯切→环形炉加热→穿孔→MPM连轧→定径→冷却。圆坯在环形炉内加热，炉温为1280℃，管坯加热温度偏差±10℃，在炉时间不宜过长，穿孔采用低速咬入，高速轧制的工艺，穿后温度为1220℃，入连轧机温度为1100℃，定径后温度为920℃，冷却，锯切。

热处理：采用调质处理，即淬火+回火。其中淬火采用内喷+外淋的喷水方式，为避免钢管弯曲，内喷比外淋延迟一定的时间，水量依据规格调节，温度为910℃±10℃，保温50分钟左右；回火温度为650℃，保温90分钟左右，回火后定径矫直温度不小于500℃，矫直后过探伤。

本发明的管线管几何尺寸：

直径范围：218.00～220.19(-0.5％D～+0.5％D)

壁厚范围：9.02～10.21(-5％t～+7.5％t)

不圆度：整体≤1％OD

直度：整体≤0.15％，距管端1000mm内，端头弯曲≤3.0mm。

本发明的管线管尺寸精度高，易于钢管之间的焊接作业。

本发明的钢管力学性能如表2所示。从表2看出，本发明生产的规格为Φ 219.1×9.5mm的钢管，屈强比小，延伸率高，具有优异的低温冲击韧性，-50℃横向冲击大于100J。

表2本发明钢管力学性能

本发明的钢管的夹杂物及组织晶粒度如表3所示。

表3本发明钢管的及杂物及组织晶粒度

注：S_回表示回火索氏体

本发明的钢管的HIC试验结果如表4所示，从表4可以看出，钢管无裂纹且试样表面无氢鼓泡，表明具有优异的抗HIC性能。本发明的钢管还进行了SSC 试验，结果如表5所示，720小时，试样未开裂、未出现裂纹，表面钢管具有优异的抗硫化物应力开裂性能。

表4本发明HIC试验结果

表5本发明SSC试验结果

利用本发明生产的规格为Φ219.1×9.5mm的低成本抗硫化氢腐蚀用无缝管线管X52QS，以低C、低Mn为基础，添加价格便宜的微量的合金元素Ti，使钢种具有较低的碳当量，且易于生产，成本低，合理的冶炼连铸工艺、轧制工艺及热处理工艺使钢管具有较高的强度、优异的低温冲击韧性、良好的抗硫化氢腐蚀性能及高的尺寸精度。可作为输送管，广泛应用于输送含硫化氢的酸性油气田，具有易生产、低成本、性能优良的特点。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims

1.一种低成本调质态X52级抗硫化氢腐蚀用无缝管线管，其特征在于，包括如下质量百分比的化学元素：C≤0.16％；Si 0.20～0.40％；Mn 0.10～1.40％；P≤0.018％；S≤0.003％；Ti 0.010～0.020％；Al≤0.06％；其余为Fe和不可避免的杂质，质量分数共计为100％。

2.根据权利要求1所述的低成本调质态X52级抗硫化氢腐蚀用无缝管线管，其特征在于，包括如下质量百分比的化学元素：C 0.14％；Si 0.24％；Mn 0.11％；P 0.010％；S0.002％；Ti 0.014％；Al 0.031％；其余为Fe和不可避免的杂质，质量分数共计为100％。

3.根据权利要求1所述的低成本调质态X52级抗硫化氢腐蚀用无缝管线管，其特征在于，包括如下质量百分比的化学元素：C 0.13％；Si 0.25％；Mn 0.15％；P 0.009％；S0.002％；Ti 0.013％；Al 0.034％；其余为Fe和不可避免的杂质，质量分数共计为100％。

4.根据权利要求1所述的低成本调质态X52级抗硫化氢腐蚀用无缝管线管，其特征在于，C 0.13％；Si 0.26％；Mn 0.13％；P 0.011％；S 0.003％；Ti 0.014％；Al 0.030％；其余为Fe和不可避免的杂质，质量分数共计为100％。

5.根据权利要求1所述的低成本调质态X52级抗硫化氢腐蚀用无缝管线管，其特征在于，C 0.14％；Si 0.28％；Mn 0.12％；P 0.008％；S 0.002％；Ti 0.016％；Al 0.029％；其余为Fe和不可避免的杂质，质量分数共计为100％。

6.根据权利要求1所述的低成本调质态X52级抗硫化氢腐蚀用无缝管线管，其特征在于，C 0.13％；Si 0.24％；Mn 0.15％；P 0.013％；S 0.002％；Ti 0.015％；Al 0.028％；其余为Fe和不可避免的杂质，质量分数共计为100％。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的低成本调质态X52级抗硫化氢腐蚀用无缝管线管，其特征在于，所述无缝管线管的生产规格为Φ219.1×9.5mm。

8.根据权利要求1-6任意一项所述的低成本调质态X52级抗硫化氢腐蚀用无缝管线管的制造方法，其特征在于，炼钢生产工艺为：铁水预处理→转炉冶炼→LF精炼→VD脱气→圆坯连铸；其中来料铁水必须进行铁水预处理，从而保证供给转炉的铁水质量，为抑制材料中气体含量，硅锰、锰铁及钛铁在加入之前必须脱氧合金化；转炉终点控制目标：C≥0.06％，P≤0.015％；采用单渣工艺冶炼，终渣碱度≥3.0；出钢时必须挡渣，挡渣失败必须扒渣；在LF精炼环节中，根据转炉钢水成分及温度进行造渣脱硫、成分调整及升温操作，VD深真空度目标值≤0.06Kpa，深真空时间≥15分钟，VD结束后，喂入适量硅钙线，喂丝后软吹Ar不小于15分钟,以保证材料中较低的气体含量；连铸过程采用电磁搅拌工艺，钢水过热度ΔT≤30℃，根据不同圆坯断面选择合适的拉速恒拉速生产，圆坯应入缓冷坑进行缓冷，入坑温度大于600℃，缓冷时间不小于48小时；

轧管工艺为：圆坯→锯切→环形炉加热→穿孔→MPM连轧→定径→冷却；环形炉保温段温度为1260℃，圆坯穿孔后温度为1220℃；连轧入口温度为1100℃；定张减后温度为900℃；

热处理工艺为：采用调质处理，即淬火+回火，其中淬火采用内喷+外淋的喷水方式，为避免钢管弯曲，内喷比外淋延迟一定的时间，水量依据规格调节，温度为910℃±10℃，保温50分钟左右；回火温度为600℃～680℃，保温90分钟，回火后定径矫直温度不小于500℃。