CN111187978A - Φ559mm～711mm大口径斜轧旋扩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Φ559mm～711mm大口径斜轧旋扩高强度抗腐蚀无缝管线管及其制造方法，包括以下步骤：a通过电炉EAF、精炼LF炉、真空炉VD真空脱气、Ti处理，四流连铸成Φ400mm断面钢坯；b热轧确定母料规格外径成毛管；c斜轧旋扩形成钢管；d进行旋转式内喷外淋水冷淬火、回火空冷、热矫直、探伤完成无缝管线管的制造。本发明的有益效果是：通过旋转式内喷外淋热处理技术得到不仅满足集输高操作压力下对强度的要求，同时满足酸性环境对抗硫化氢腐蚀性能的559mm及以上大口径无缝管线管；该钢管具有高尺寸精度，可以代替焊管作为长输管线管；具有优异的抗腐蚀性能，可以广泛应用于酸性环境。
Description
技术领域
本发明属于油气输送无缝管线管及抗硫化氢腐蚀酸性环境输送管线管领域，特别是涉及一种Φ559mm～711mm大口径斜轧旋扩高强度抗腐蚀无缝管线管及其制造方法。
背景技术
针对于输送酸性介质包括油气资源，提高输送量、提高输送效率等，设计日益趋向大口径钢管。大口径钢管包括大口径管线钢，即大口径焊接钢管，焊接钢管在酸性环境中使用，有天生的缺陷，即焊缝区域是硫化氢敏感区域，易于发生HIC和SSC，也是一些复杂环境中不采用焊管而且是亲睐无缝管的原因。现有的大口径无缝钢管生产工艺包括热扩和Dalmine工艺，形成的管材尺寸精度、表面质量不如720REM工艺。
中国公开号CN101417296A公开了“直径为Φ219.0～460mm的大口径高钢级耐腐蚀无缝管的制造方法”，此规格系列采用PQF轧机直接得到最终的管材受最大规格460mm范围限制；中国公开号CN101287853A公开了“管线用无缝钢管及其制造方法”，主要针对于厚壁管，通过大量添加Mo元素0.4～ 1.2％来实现高强度、韧性和耐腐蚀性能，最大值也不能超过0.5％，所以与油气输送无缝管线管及抗硫化氢腐蚀酸性环境输送管线管不属于同一管线管领域；中国公开号CN101921957A公开了“直径为Φ460～720.0mm大口径高钢级耐腐蚀无缝管线管的制造方法”，产品的轧制方式只表明是热扩，包括旋扩和均整，并未明确是何轧机设备，很容易产生歧义，很容易理解为通常的意大利Dalmine 24"斜轧扩管生产工艺，例如，成分设计以V为强化元素，应用少量的Nb，在考虑厚壁需要增加淬透性的时候再添加适当的Cr、 Mo、Ni、Cu合金，同时采用RH的真空工艺，与大口径斜轧旋扩高强度抗腐蚀无缝管线管的生产工艺不同；而“一种高含硫化氢环境用大口径高强度集输无缝钢管的制造方法”为高含硫集输管线输送领域，将油田各油井生产的原油和油田气进行收集、处理，并分别输送至矿场油库或外输站和压气站的过程，通常指油气田范围内的输送管道，管径大小根据输送量而定，一般在Φ89～529mm之间，也与大口径斜轧旋扩高强度抗腐蚀无缝管线管的长输管线管属于不同使用领域，同时成分设计、真空工艺等均存在不同。
发明内容
为解决上述技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种Φ559mm～ 711mm大口径斜轧旋扩高强度抗腐蚀无缝管线管及其制造方法，有利于解决大口径无缝集输管的冶炼、轧制和热处理等生产难题，提供安全可靠的高含硫环境可替代焊管的输送管道，解决油气输送过程中的腐蚀问题。
为实现发明目的，本发明采用的第一种技术方案是：一种Φ559mm～ 711mm大口径斜轧旋扩高强度抗腐蚀无缝管线管，该无缝管线管包括： 559mm及以上大口径斜轧旋扩高强度抗腐蚀无缝管线管的成分重量％为：C 0.05～0.12％、Si 0.15～0.40％、Mn 1.00～1.35％、P≤0.015％、 S≤0.003％、Al 0.010～0.040％、Nb 0.010～0.050％、V0.02～0.08％、 Mo 0.01～0.15％、0.0010％≤Ca≤0.004％、0.005≤Ti≤0.020、0.34％≤ CEΠW≤0.40％、0.16％≤CEpcm≤0.25％、Al/N≥2、Ni、C、余量为Fe和不可避免的杂质。
所述无缝管线管为长输管线管。
本发明采用的第二种技术方案是：一种Φ559mm～711mm大口径斜轧旋扩高强度抗腐蚀无缝管线管的制造方法，为包括如下步骤：
a.短流程炼钢：将重量％为：C 0.05～0.12％、Si 0.15～0.40％、Mn 1.00～1.35％、P≤0.015％、S≤0.003％、Al 0.010～0.040％、Nb 0.010～ 0.050％、V0.02～0.08％、Mo 0.01～0.15％、0.0010％≤Ca≤0.004％、0.005 ≤Ti≤0.020、0.34％≤CEΠW≤0.40％、0.16％≤CEpcm≤0.25％、Al/N≥2、Ni、 C、余量为Fe和不可避免的杂质无缝钢管成分通过100T电炉EAF、精炼LF 炉、真空炉VD、Ti处理，四流连铸成Φ400mm断面钢坯；
b.406PQF热轧：将步骤a的钢坯确定母料规格后进行斜轧旋扩工艺毛管；
c.720REM斜轧旋扩：将步骤b所述毛管在加热炉内加热、斜轧旋扩、均整、四组冷轧辊冷定径形成钢管，所述钢管外径控制精度为± 1.6mm，壁厚控制精度为±12.5％t；
d.调质处理：将步骤c所述的钢管进行旋转式内喷外淋水冷淬火、回火空冷、热矫直、探伤完成无缝管线管的制造；
e.性能检测：步骤d所述无缝管线管满足X60QS及以上钢级，屈服强渡大于415MPa、抗拉强度大于520MPa，冲击性能-20℃大于250J，CSR≤2 ％，CLR≤10％，CTR≤3％。SSC性能满足NACE A溶液80％AYS加载下720 小时不断裂。
步骤b所述母料规格是，外径分别为377mm、406.4mm、426mm，为公差±10％t。
本发明的有益效果是：1)针对于大口径铸坯采用Ti处理，喷粉工艺降低杂质S的含量；2)Φ720斜轧热扩连轧机组结合高端热轧控制技术得到不同尺寸的优质管体；3)内喷外淋浸入旋转式调质工艺保证管体整体性能均匀稳定，尺寸变化小；4)本发明的管线管机械性能指标要求高于API标准。
附图说明
图1为本发明的L415QS钢级管线管的金相组织。
具体实施方式
结合附图及实施例对本发明的提供一种Φ559mm～711mm大口径斜轧旋扩高强度抗腐蚀无缝管线管及制造方法加以说明。
本发明的提供一种Φ559mm～711mm大口径斜轧旋扩高强度抗腐蚀无缝管线管的制造方法，以下步骤：
a.成分设计：Φ559mm～711mm大口径斜轧旋扩高强度抗腐蚀无缝管线管成分重量％为：C 0.05～0.12％，Si 0.15～0.40％，Mn 1.00～ 1.35％，P≤0.015％，S≤0.003％，Al 0.010～0.040％，Nb 0.010～ 0.050％，V0.02～0.08％，Mo 0.01～0.15％，0.0010％≤Ca≤0.004％， 0.005≤Ti≤0.020，0.16％≤CEpcm≤0.25％，Al/N≥2，Ni、Cr、Cu残余，余量为Fe和不可避免的杂质；
b.短流程炼钢：按步骤a无缝钢管的成分设计通过100T电炉EAF、精炼LF炉、真空炉VD、Ti处理，四流连铸成Φ400mm断面钢坯；
c.406PQF热轧：根据最终规格确定母料规格，母料外径为377mm、 406.4mm或426mm，壁厚公差±10％t，为斜轧旋扩工艺提供毛管；
d.720REM斜轧旋扩：将所述毛管在加热炉内加热、斜轧旋扩、均整、四组冷轧辊冷定径，钢管外径控制精度为±1.6mm，壁厚控制精度为± 12.5％t；
e.调质处理：上述钢管进行旋转式内喷外淋水冷淬火、回火空冷、热矫直、探伤，管体直径公差±0.75％D，管端直径公差为±1.6mm，壁厚公差为±12.5％t，管端不圆度≤1.5％D；
f.性能：满足X60QS及以上钢级，屈服强度大于415MPa、抗拉强度大于520MPa，冲击性能-20℃大于250J，CSR≤2％，CLR≤10％，CTR≤3％。 SSC性能满足NACE A溶液80％AYS加载下720小时不断裂。
所述的步骤a中采用废钢为原料，Cr、Cu、Ni等合金元素为原料中残余，非特意加入元素。
对配制成分的化学成分说明：
C：是碳锰钢基础元素，综合考虑碳含量对钢的强度、韧性、抗腐蚀性能的影响和成本，把C含量控制在0.05～0.12％之间。如表1中的实施例中的C含量。
Si：Si是脱氧所必要的元素，综合考虑，所以将其含量限止在0.15～ 0.40％范围内。如表1中的实施例中的Si含量。
Mn：是碳锰钢基础元素，为了钢管管体的性能，保证锰含量，所以将其含量限止在1.10～1.35％范围内。如表1中的实施例中的Mn含量。
P、S：P和S是有害杂质元素，尽量降低其含量。但又不能不考虑炼钢的成本，可是为了得到更好的抗腐蚀性能，最好规定P≤0.015％、S≤0.003％。
Al：脱氧元素，镇静钢，考虑Al/N比、夹杂物含量、韧性和加工性能，因此将其含量限止在Al 0.010～0.040％范围内。
Nb：微合金化元素，对强度、晶粒度细化的作用十分明显。控制Nb0.010～ 0.050％之间。如表1中的实施例中的Nb含量。
V：微合金化元素，析出强化作用和晶粒细化作用，控制V0.02～0.08 ％之间。如表1中的实施例中的V含量。
Mo：合金化元素，提高材料的淬透性，对性能有利，但考虑成本和碳当量的贡献，将其含量控制在0.01～0.15％范围内。如表1中的实施例中的 Mo含量。
Ti：微合金化元素，进行Ti处理，提高钢材的热塑性，控制Ti0.005～ 0.020％之间。如表1中的实施例中的Ti含量。
Ca：夹杂物球化处理，有利于夹杂上浮和细化晶粒，控制Ca0.0010～ 0.0040％之间。如表1中的实施例中的Ca含量。
N、O、H元素为钢中气体元素，N元素尽可能的低，保证AL/N≥2。
Ni、Cr、Cu：为钢种中残余元素，最大不能超过限制值Ni≤0.20 ％，Cu≤0.30％，Cr≤0.25％。如表1中的实施例中的Cr、Mo、Ni元素的含量。
钢管成分特点是低碳高锰V+Nb+少量Mo系合金，限制Cr、Cu、Ni残余元素及杂质元素P、S的含量，通过大量试验选择合理的成分配比，赋予高纯净钢以良好的综耐腐蚀性能。
采用VD真空脱气，Ti处理是提高钢质的热塑性，保证铸坯的表面质量。采用优质废钢、铁水和优质管头为原料，通过短流程工艺路线电炉、 LF精炼、VD真空炉、Ca和Ti处理、连铸机铸成400mm圆形钢坯。
采用460PQF连轧机组，其中：PQF轧机提供毛管，保证了毛管的不均匀性不超过±4％，精度高，钢管表面更光滑，避免毛管表面产生裂纹、折迭、离层等缺陷；矫直机保证钢管弯曲度指标小于1.5mm/m。
采用720REM斜轧旋扩机组，毛管在加热炉内加热，通过旋扩和均整，再加热炉控温保外径，四组冷轧辊冷定径，钢管外径控制精度为±1.6mm，壁厚控制精度为±12.5％t。
720REM斜轧旋扩管机组的主要包括步进式加热炉、旋扩轧管机、均整机、步进式再加热炉、5机架四辊定径机等。720REM轧制工艺是经过旋扩机组，通过斜轧方式，达到减壁扩径的工艺目的。加热炉中加热至1130～1200℃，由辊道送出，经高压水进行外表面除鳞后，以螺旋状回转的运动方式送入旋扩轧管机进行扩管轧制。在轧制过程中，管径扩大，壁厚减薄，总延伸系数接近1。斜轧扩管机的调整依靠在线的软件包，基于少数基础管径、钢种、温度等数据计算机对整个轧制线计算出所有的调整参数。均整机对斜轧后的毛管进行内外表面的平整，改善内外表面质量，起到均匀毛管壁厚的工艺目的；四辊定径是国内首套应用于热轧生产线的定径机组，改变了传统三辊定径轧辊包角120°的工艺布置，四辊定径减小了轧辊包角，减小辊底和辊缝处金属流速的差距，使金属内部组织均匀，减小金属在加工时产生的内部应力。
钢管进行步进梁式高温加热炉内加热，AC3温度以上保温不少于5分钟，旋转式内喷外淋水冷淬火、步进梁式低温加热炉回火空冷、
钢管性能满足L415QS及以上钢级，屈服强度大于415MPa、抗拉强度大于520MPa，冲击性能-20℃大于250J，CSR≤2％，CLR≤10％，CTR≤3％。 SSC性能满足NACE A溶液80％AYS在实际屈服强渡加载下720小时不断裂。按NACE TM0284标准，A溶液条件下浸泡96小时检验试样，满足裂纹长度率≤10％、裂纹厚度率≤3％，裂纹敏感率≤2％的要求。SSC 采用NACETM0177标准中NACE A溶液，试样尺寸为长115mmx宽15mmx 厚5nn，试样取向为管体纵向，靠近钢管内表面加工，对试样施加初始应力为80％AYS，720小时后，低倍显微镜在x10倍率下，对试验受拉的试样表面进行检查，未出现任何的开裂或裂纹。
按上述a、b、c、d、e得到的无缝管线管，以L415QS钢级，规格559 ×16mm为例，其化学成分如下表1。力学性能如下表2。抗HIC性能见表3。抗SSC性能见表4。
管材化学成分完全满足要求，Cr、Cu、Ni为残余，元素S和P含量较低，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。从表2中可以看出，本发明能很好地满足L415QS管线管性能要求，屈强比很小，具有很高的韧性，很低的硬度值，从而保证具有很高的耐腐蚀能力。从抗HIC试验结果表3看，具有很强的抗HIC性能，均未发现氢致开裂裂纹和氢鼓泡。
表1本发明管线管的实施例化学成分
注：当C含量≤0.12％，碳当量CEPcm＝C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B，B≤0.0005％，公式中B含量为0。
当C含量＞0.12％计算碳当量，碳当量CEⅡW＝C+Mn/6+Cu/15+Ni/15+Cr/5+Mo/5+V/5
N元素尽可能的低，保证AL/N≥2。Ni、Cr、Cu：为钢种中残余元素，最大不能超过限制值Ni≤0.20％，Cu≤0.30％，Cr≤0.25％。
表2本发明管线管实施例的力学性能和金相
表3本发明管线管实施例的抗HIC试验结果
表4本发明管线管实施例的SSC试验结果
本发明Φ559mm～711mm大口径斜轧旋扩高强度抗腐蚀无缝管线已经在土库曼某油田使用，已完成全部安装和现场试验，使用情况良好。
Claims (4)
1.一种Φ559mm～711mm大口径斜轧旋扩高强度抗腐蚀无缝管线管，其特征是：该无缝管线管的重量百分比成分为：C 0.05～0.12％，Si 0.15～0.40％，Mn 1.00～1.35％，P≤0.015％，S≤0.003％，Al 0.010～0.040％，Nb 0.010～0.050％，V0.02～0.08％，Mo 0.01～0.15％，0.0010％≤Ca≤0.004％，0.005％≤Ti≤0.020％，0.34％≤CEΠW≤0.40％，0.16％≤CEpcm≤0.25％，Al/N≥2，Ni、Cr、Cu残余，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的Φ559mm～711mm大口径斜轧旋扩高强度抗腐蚀无缝管线管，其特征是：所述无缝管线管为长输管线管。
3.一种根据权利要求1所述的Φ559mm～711mm大口径斜轧旋扩高强度抗腐蚀无缝管线管的制造方法，包括以下步骤：
a.短流程炼钢：将重量％为：C 0.05～0.12％、Si 0.15～0.40％、Mn1.00～1.35％、P≤0.015％、S≤0.003％、Al 0.010～0.040％、Nb 0.010～0.050％、V0.02～0.08％、Mo 0.01～0.15％、0.0010％≤Ca≤0.004％、0.005≤Ti≤0.020、0.34％≤CEΠW≤0.40％、0.16％≤CEpcm≤0.25％、Al/N≥2、Ni、C、余量为Fe和不可避免的杂质无缝钢管成分通过100T电炉EAF、精炼LF炉、真空炉VD真空脱气、Ti处理，四流连铸成Φ400mm断面钢坯；
b.406PQF热轧：确定母料规格外径分别为377mm、406.4mm、426mm，为公差±10％t的斜轧旋扩工艺毛管；
c.720REM斜轧旋扩：将步骤b所述毛管在加热炉内加热、斜轧旋扩、均整、四组冷轧辊冷定径形成钢管，所述钢管外径控制精度为±1.6mm，壁厚控制精度为±12.5％t；
d.调质处理：将步骤c所述的钢管进行旋转式内喷外淋水冷淬火、回火空冷、热矫直、探伤完成无缝管线管的制造；
e.性能检测：步骤d所述无缝管线管满足X60QS及以上钢级，屈服强渡大于415MPa、抗拉强度大于520MPa，冲击性能-20℃大于250J，CSR≤2％，CLR≤10％，CTR≤3％。SSC性能满足NACE A溶液80％AYS加载下720小时不断裂。
4.根据权利要求3所述的一种Φ559mm～711mm大口径斜轧旋扩高强度抗腐蚀无缝管线管的制造方法，步骤b所述母料规格是，外径分别为377mm、406.4mm、426mm，为公差±10％t。
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