CN102154593B - X80钢级抗腐蚀低温无缝管线管 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种X80钢级抗腐蚀低温无缝管线管，其钢种的重量配比为C：0.08～0.14％，Si：0.20～0.35％，Mn：1.10～1.40％，P≤0.015％，S≤0.005％，Mo：0.10～0.20％，Al：0.020～0.060％，Nb：0.02～0.05％，V：0.05～0.10％，Cu：0.10～0.20％，Ni：0.10～0.20％，Ti：≤0.015％，Cr：≤0.15％，Ca：0.0015～0.0060％，B：≤0.0005％，N：≤0.012％，其余为铁，杂质元素微量。CEV≤0.43％，Pcm≤0.23％。该管线管的韧脆转变温度在-60℃以下，硬度≤250HV10，晶粒度≥8级，通过HIC和SSC腐蚀试验。有益效果是该管线管管体整体组织均匀，碳当量小于API 5L标准要求，焊接性能好，低温韧性和抗腐蚀能性能优良，成本低，完全可以满足用户对X80钢级无缝管线管的要求。
Description
技术领域
本发明属于冶金工业的无缝钢管制造技术，涉及一种X80钢级抗腐蚀低温无缝管线管。
背景技术
管道运输是一种规模大而且经济的石油、天然气的输送方式，不仅能输送石油、天然气，还可作为煤和其它固体物质的重要输送手段。我国的四大天然气气田(陕甘宁、青海柴达木、南疆塔里木、川渝)资源远离消费市场，所以建设高压长距离输送管线是解决长时期、大规模运输天然气的主要措施，并且我国今后将在国外寻找油资源通过海运或管道输送至国内。世界范围内的管线钢钢级是随着输送压力的提高向高钢级发展的。通过采用高钢级管线钢管可以提升管道输送压力，提高输送效率和减薄管道壁厚，相应地减少焊接材料消耗，从而节约建设输送管线的投资。
冶金技术的进步和微合金化管线钢的发展，使生产具有高强度、高韧性、良好焊接性管线钢成为现实，目前主要集中在X65、X70两个钢级上，X80是近年来发展的比较新的钢级。采用调质处理，由于管线钢的碳当量的限制，要满足高钢级、优良的焊接性能却有很大难度。目前针对API 5L高钢级管线的设计制造方面的专利有X80，X100钢级，但是这些专利都是针对焊管而言，而针对无缝钢管X80钢级的管线专利还没有。随着管道输送压力向着高压发展和降低投资的趋势，对X80钢级无缝钢管的需求量也会逐渐增加，特别是具有抗腐蚀低温性能的无缝钢管。
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适用于X80钢级抗腐蚀低温无缝管线管，满足市场对X80钢级无缝钢管的需要。通过该方法制造的无缝管线管能达到API 5L规定的X80钢级性能，并且具有优良的抗腐蚀和低温性能。
为实现上述目的，本发明的技术解决方案是提供一种X80钢级抗腐蚀低温无缝管线管，该管线管的钢种组成元素的重量配比为：
C：0.08～0.14％，Si：0.20～0.35％，Mn：1.10～1.40％，P≤0.015％，S≤0.005％，Mo：0.10～0.20％，Al：0.020～0.060％，Nb：0.02～0.05％，V：0.05～0.10％，Cu：0.10～0.20％，Ni：0.10～0.20％，Ti：≤0.015％，Cr：≤0.15％，Ca：0.0015～0.0060％，B：≤0.0005％，N：≤0.012％，CEV≤0.43％，Pcm≤0.23％，其余为铁，杂质元素微量；
X80钢级抗腐蚀低温无缝管线管的性能：
屈服强度555～705MPa，抗拉强度625～825MPa，屈强比≤0.92，延伸率≥20％，夏比V型-46℃横向全尺寸冲击功≥100J，单个剪切面积≥80％，平均≥90％，韧脆转变温度在-60℃以下，硬度≤250HV10，晶粒度≥8级，通过HIC和SSC腐蚀试验。
本发明的有益效果是：该X80钢级抗腐蚀低温无缝管线管采用微合金钢设计，适合X80钢级抗腐蚀低温无缝管线管的生产，管体整体组织均匀，为均匀的回火贝氏体+铁素体(B回+F)组织，晶粒度细小；碳当量低，焊接性能良好；特别添加0.10～0.20％的Cu和Ni，使得该钢种具有优良的抗腐蚀和低温性能的同时节省微合金元素Cr和Mo的使用量，降低成本，完全可以满足X80钢级无缝管线管的要求。与X70钢级管线管相比X80钢级管线管名义最小屈服强度提高14.4％，名义最小抗拉强度提高9.6％，而冲击韧性没有下降，达到了很好的强韧性配合。该钢种的韧脆转变温度小于-60℃，低温韧性好，特别是能够通过严于API 5L 44版要求的腐蚀试验。采用X80钢级管线钢管可以提升管道输送压力，提高输送效率和减薄管道壁厚，减少焊接材料消耗，节约建设输送管线的投资。使用该钢种生产X80钢级无缝管线管可以满足用户对高钢级抗腐蚀低温无缝管线管的要求。
附图说明
图1为本发明的Φ323.80×20.00mm X80无缝管线管中心500X金相照片；
图2为本发明的韧脆转变曲线。
具体实施方式
结合附图及实施例对本发明的X80钢级抗腐蚀低温无缝管线管加以说明。
本发明的X80钢级抗腐蚀低温无缝管线管中对主要组成成分选取理由分析如下：
碳：钢中最经济、最基本的强化元素，通过固溶强化和析出强化的作用对提高钢的强度有明显的作用，具有成本低、调控敏感性好的优点。但含量偏高也有对钢的焊接性能、力学性能及抗HIC(氢致裂纹)性能产生负面影响的缺点。此外碳和钢的强度匹配关系也尤为重要，因含碳量的高低与钢的强度成正比关系，但钢的冲击韧性则明显降低，满足不了对钢高强度高韧性的要求。良好的焊接性能是输气管线所必需具备的性能，碳低则相应的焊接性能良好。综合考虑各方面的因素，把碳含量控制在0.08～0.14％之间。
锰：作为脱氧材料在炼钢上所必需的元素，通过固溶强化、细晶强化和相变强化对管线屈服强度和抗拉强度的综合效果十分明显。锰在提高强度的同时还可以提高钢的韧性，降低钢的韧脆转变温度。美国石油协会标准(API)规定：X80管线钢锰含量不大于1.90％，以弥补碳含量降低造成的强度损失。根据无缝管线钢的特点，把锰含量控制在1.10～1.50％之间。
铌：本设计钢种的主要合金元素之一，是加入的微合金化元素，通过细晶强化和沉淀强化可以提高强度，同时可改善钢的低温冲击韧性。铌降低钢的热塑性从而增加了含铌钢铸坯的热裂倾向。综合考虑，把X80管线钢铌含量控制在0.020～0.050％之间。
钒：本设计钢种的主要合金元素之一，具有较高的析出强化作用和晶粒细化作用，通过铁素体沉淀硬化和细化铁素体晶粒的提高屈服和抗拉强度，但要求终轧温度低并与锰、氮等元素共同加入，作用更好。在铌、钒微合金元素复合使用时，钒是同通过铁素体中以VC析出强化来提高钢的强度。综合考虑，把钒含量控制在0.05～0.10％之间。
钼：本设计钢种的主要合金元素之一，扩大奥氏体相区，推迟奥氏体向铁素体相变时析出铁素体形成，促进贝氏体的形成的主要元素，对控制相变组织起到重要作用，在向钢中加入0.10～0.20％的钼后，即使在较慢的冷却速度下也可以获得明显的贝氏体组织，同时由于相变向低温方向转变，可以使得组织进一步细化。综合考虑，把X80管线钢钼含量控制在0.10～0.20％之间。
铝：是脱氧剂，其含量低于0.005％时不能达到这种效果，但含量过高时，易导致夹杂物增多，产生发纹，降低韧性和加工性能，因此将其含量控制在0.020～0.060％之间。
镍：本设计钢种的主要合金元素之一，强化、耐大气腐蚀元素，通过铁素体固溶强化提高强度并可适当提高韧性，与铜或磷共存可明显提高耐海水腐蚀性能，还可克服含铜钢的热脆现象，因此将其含量控制在0.10～0.20％之间。
铜：本设计钢种的主要合金元素之一，耐大气腐蚀元素，单独加入易产生“热脆”和钢材表面裂纹现象，与镍合用，效果明显，因此将其含量控制在0.10～0.20％之间。
此外，为了控制钢种的夹杂物，还进行了钙处理，为了提高钢的抗腐蚀性能和低温韧性，控制S≤0.005％，P≤0.015％，五害元素之和要求小于200ppm，成品氮小于120ppm，成品氧小于30ppm，成品氢小于2ppm。
本发明的X80钢级抗腐蚀低温无缝管线管按上述钢种组成元素重量成分为：C：0.08～0.14％，Si：0.20～0.35％，Mn：1.10～1.40％，P≤0.015％，S≤0.005％，Mo：0.10～0.20％，Al：0.020～0.060％，Nb：0.02～0.05％，V：0.05～0.10％，Cu：0.10～0.20％，Ni：0.10～0.20％，Ti：≤0.015％，Cr：≤0.15％，Ca：0.0015～0.0060％，B：≤0.0005％，N：≤0.012％，CEV≤0.43％，Pcm≤0.23％，其余为铁，杂质元素微量。
LF精炼完后的钢水经过VD真空除气，喂入Ca丝进行钙处理，温度合适后上连铸平台进行连铸，连铸过程使用末端电磁搅拌。
本发明的X80钢级抗腐蚀低温无缝管线管的性能为：
屈服强度555～705MPa，抗拉强度625～825MPa，屈强比≤0.92，延伸率≥20％，夏比V型-46℃横向全尺寸冲击功≥100J，单个剪切面积≥80％，平均≥90％，韧脆转变温度在-60℃以下，硬度≤250HV10，晶粒度≥8级，通过HIC和SSC腐蚀试验。
以Φ323.8×20.00mm和Φ508×26.19mm X80无缝管线管为例进一步说明：
1、配料冶炼、连铸
按上述钢种组成元素重量成分为：C：0.08～0.14％，Si：0.20～0.35％，Mn：1.10～1.40％，P≤0.015％，S≤0.005％，Mo：0.10～0.20％，Al：0.020～0.060％，Nb：0.02～0.05％，V：0.05～0.10％，Cu：0.10～0.20％，Ni：0.10～0.20％，Ti：≤0.015％，Cr：≤0.15％，Ca：0.0015～0.0060％，B：≤0.0005％，N：≤0.012％，CEV≤0.43％，Pcm≤0.23％，其余为铁，杂质元素微量。
LF精炼完后的钢水经过VD真空除气，喂入Ca丝进行钙处理，温度合适后上连铸平台进行连铸，连铸过程使用末端电磁搅拌，连铸坯直径Φ350mm和Φ400mm。实际控制合金成分如下表(w％)：
| 钢种 | C | Si | Mn | P | S | Ni | Cr | Mo | Cu |
| 1 | 0.08 | 0.34 | 1.40 | 0.008 | 0.003 | 0.18 | 0.15 | 0.19 | 0.19 |
| 2 | 0.09 | 0.32 | 1.38 | 0.006 | 0.004 | 0.17 | 0.12 | 0.18 | 0.18 |
| 3 | 0.10 | 0.30 | 1.35 | 0.007 | 0.003 | 0.16 | 0.10 | 0.17 | 0.17 |
| 4 | 0.11 | 0.28 | 1.30 | 0.010 | 0.004 | 0.15 | 0.09 | 0.16 | 0.16 |
| 5 | 0.12 | 0.26 | 1.25 | 0.009 | 0.003 | 0.14 | 0.07 | 0.15 | 0.15 |
| 6 | 0.13 | 0.24 | 1.20 | 0.008 | 0.004 | 0.13 | 0.05 | 0.14 | 0.14 |
| 7 | 0.14 | 0.22 | 1.15 | 0.007 | 0.003 | 0.11 | 0.04 | 0.12 | 0.12 |
| 钢种 | Al | V | Nb | Ti | N | Ca | B | CEV | Pcm |
| 1 | 0.034 | 0.10 | 0.05 | 0.008 | 0.0089 | 0.0031 | 0.00024 | 0.43 | 0.20 |
| 2 | 0.041 | 0.09 | 0.04 | 0.012 | 0.0073 | 0.0037 | 0.00035 | 0.42 | 0.21 |
| 3 | 0.038 | 0.08 | 0.04 | 0.009 | 0.0067 | 0.004 | 0.00019 | 0.42 | 0.21 |
| 4 | 0.056 | 0.07 | 0.04 | 0.014 | 0.0071 | 0.0052 | 0.00030 | 0.41 | 0.22 |
| 5 | 0.051 | 0.07 | 0.04 | 0.007 | 0.0068 | 0.0028 | 0.00041 | 0.41 | 0.22 |
| 6 | 0.047 | 0.07 | 0.04 | 0.007 | 0.0056 | 0.0035 | 0.00032 | 0.40 | 0.23 |
| 7 | 0.029 | 0.06 | 0.03 | 0.011 | 0.0048 | 0.0049 | 0.00024 | 0.39 | 0.23 |
注：钢种2生产Φ323.8×20.00mm；钢种4生产Φ508×26.19mm。
2、Φ323.8×20.00mm和Φ508×26.19mm X80无缝管线管最终产品性能
(1)拉伸
按照标准要求拉伸性能取纵向Φ12.7mm的圆棒试样，拉伸性能结果如下表。
| 钢种 | 温度 | 取向 | Rt0.5(MPa) | Rm(MPa) | Rt/Rm | A％ |
| 1 | 22 | 纵向 | 590 | 670 | 0.88 | 28 |
| 2 | 22 | 纵向 | 600 | 685 | 0.88 | 27 |
| 3 | 22 | 纵向 | 610 | 690 | 0.88 | 26 |
| 4 | 22 | 纵向 | 625 | 710 | 0.88 | 25 |
(2)冲击
采用10mm×10mm×55mm的横向V8冲击试样进行-46℃的冲击试验，冲击性能结果如下表。
(3)硬度
按照API 5L 44版附录H.7.3.3.2要求测量管子横向维氏(HV10)硬度，内中外表面各测量4个点取平均值，硬度结果如下表。
(4)晶粒度
对Φ323.8×20.00mm管子进行金相分析，如图1所示，其组织为回火贝氏体+铁素体(B回+F)，晶粒度为9级。
(5)系列冲击
采用10mm×10mm×55mm的横向V8冲击试样进行了从0到-80℃的系列冲击试验，冲击结果如下表，绘制了Φ323.8×20.00mm的韧脆转变曲线如图2所示。
(6)腐蚀试验
按照NACE TM 0177-2005标准对X80管线管母材纵向进行四点弯曲SSC试验，试样施加实际屈服强度的80％，在标准溶液NACE-A中浸泡720h，溶液开始PH值为2.7，结束PH值为3.5，试验温度为23～27℃。按照NACE TM 0284-2003标准对X80管线管母材纵向进行HIC试验，在NACE-A溶液浸泡96h。腐蚀试验结果如下表。
Claims (1)
1.一种X80钢级抗腐蚀低温无缝管线管，该管线管的钢种组成元素的重量配比为：
C：0.09%，Si：0.32%，Mn：1.38%，P≤0.006%，S≤0.004%，Mo：0.18%，Al：0.041%，Nb：0.04%，V：0.09%，Cu：0.18%，Ni：0.17%，Ti：≤0.012%，Cr：≤0.12%，Ca：0.0037%，B：≤0.00035%，N：≤0.0073%，CEV≤0.42%，Pcm≤0.21%，其余为铁，杂质元素微量；
X80钢级抗腐蚀低温无缝管线管的性能：
屈服强度555～705MPa，抗拉强度625～825MPa，屈强比≤0.92，延伸率≥20%，夏比V型-46℃横向全尺寸冲击功≥100J，单个剪切面积≥80%，平均≥90%，韧脆转变温度在-60℃以下，硬度≤250HV10，晶粒度≥8级，通过HIC和SSC腐蚀试验，金相组织为回火贝氏体+铁素体（B回+F）。
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| EP2789701A1 (en) * | 2013-04-08 | 2014-10-15 | DALMINE S.p.A. | High strength medium wall quenched and tempered seamless steel pipes and related method for manufacturing said steel pipes |
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| CN102154593A (zh) | 2011-08-17 |
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