CN103255344B - 一种245MPa级集输管线管及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种245MPa级集输管线管,其化学成分质量百分比含量为：C0.06～0.11%；Si0.10～0.35%；Mn0.3～0.8%；Cr0.55～1.25%；Al0.11～1.20%；V≤0.05%；Ti≤0.03%；Nb≤0.05%；余量为Fe和其他不可避免的杂质。本发明还公开了该245MPa级集输管线管的制造方法，其依次包括步骤：冶炼；铸造；轧制成管坯；将管坯加热至≥AC3以上的温度保温均热；在奥氏体相区轧制成钢管；将钢管自然冷却至室温。本发明所述的245MPa级集输管线管具有较好的抗腐蚀性能，较高的强度和较佳的焊接性能；制造方法简单易行，生产成本低。

Description

一种245MPa级集输管线管及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种冶金件及其制备方法，尤其涉及一种管线管及其制备方法。
背景技术
集输管线管是用于连接油、气井与油田油、气综合处理装置之间的管道。由于集输管线管所输送的介质是未经过脱盐、脱水或脱硫等预处理的石油或天然气，因此，该类管道除了要求具有一定的强度、抗冲击性能和焊接性能之外，还需要具有一定的抗H2S/CO2腐蚀能力。
近年来，油田管线的腐蚀情况呈快速增长的趋势，尤其受到个别集输管线管腐蚀穿孔爆发的影响，油田管线的腐蚀失效数量大幅度地增加。目前，解决油田因高浓度的Cl-、CO2、H2S等物质腐蚀集输管道的技术方案是使用复合管或双相不锈钢管线管，但是制造这些管件的成本高昂，并不利于推广至企业大规模生产，因此，相关企业都希望能获得一种抗H2S-CO2-Cl--O2腐蚀环境的经济型输送流体管线管。
公开号为JP6336639，公开日为1994年12月6日，名称为“一种具有优良抗酸性、抗CO2腐蚀性的管线钢”的日本专利文献公开了一种抗酸抗腐蚀性的管线钢，该管线钢的各化学组分质量百分含量为：C≤0.25%，Si：0.01～0.50%，Mn：0.1～2%的，P：≤0.01%，S：≤0.003%，Cr：0.25～1%，Al：0.01～0.10%和Ca：≤0.006%，并且还包含Cu和Ni，其中相关化学组分满足以下关系式：0.1≤Cu＜0.5[Cr%]且0.5[Cu%]≤Ni≤Cu。
公开号为JP8269623，公开日为1996年10月15日，名称为“一种具有优良耐腐蚀性的管线钢”的日本专利文献涉及一种抗腐蚀性能的管线钢，其化学组分的质量百分含量为：C≤0.06%，Si:0.01～0.50%，Mn:0.1～2%，P≤0.01%，S≤0.003%，Cr:0.25～1%，Al:0.01～0.10%和Ca≤0.006%，其中PCM（%）按以下公式进行调整：PCM（%）=C+Si/30＋Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+V/10+Mo/15。
发明内容
本发明的目的在于提供一种245MPa级集输管线管及其制造方法，该集输管线管不仅具有245Mpa级的强度，还可以抵抗H2S，CO2，Cl-和O2等多种腐蚀物质的腐蚀，具备较高的抗腐蚀性能，能够在复杂的腐蚀环境中稳定工作，减少了集输管线***由于腐蚀而引发的开裂和穿孔等失效情况的发生，同时该集输管线钢所添加的合金含量较少，生产成本低。
为了实现上述目的，本发明提出了一种245MPa级集输管线管，其化学成分质量百分比含量为：
C0.06～0.11%；
Si0.10～0.35%；
Mn0.3～0.8%；
Cr0.55～1.25%；
Al0.11～1.20%；
V≤0.05%；
Ti≤0.03%；
Nb≤0.05%；
余量为Fe和其他不可避免的杂质。
进一步地，上述245MPa级集输管线管的碳当量满足Ceq≤0.43。
进一步地，上述245MPa级集输管线管，其化学成分的冷裂敏感指数满足Pcm≤0.19。
本发明所述的245MPa级集输管线管中各化学成分的设计原理如下：
1）C:碳可以有效地提高钢种的强度。但是当碳含量过高时，容易形成碳化物在晶界析出，从而造成晶界局部贫Cr区域的出现，不仅会降低管线管的抗腐蚀性能，还会降低钢种的焊接性能。因此，本技术方案中的含碳量设计为0.06～0.11%。
2）Si:硅能固溶于铁素体中以提高钢的屈服强度，但是在本技术方案中，其含量不宜过高，将其控制在0.10～0.35%。
3）Mn:锰主要溶于钢中的铁素体中并能起强化的作用，但过高的Mn含量却会大大降低钢种的焊接性能及耐腐蚀性能，故本技术方案中的Mn含量为0.3～0.8%。
4）Cr：在腐蚀介质中，铬能够在钢种表面形成非晶态保护膜，这样可大幅地提升钢种抗局部腐蚀和抗均匀腐蚀的能力。不过Cr含量过高，其生产成本就会相应上升，同时还会导致钢种的焊接性能下降。因此，综合考虑，本技术方案将其控制在0.55～1.25%。
5）Al：铝是传统脱氧固氮元素，其与氮元素能在钢中形成AlN。AlN有利于提高钢材料的韧性，可以有效地细化晶粒；并且其在腐蚀介质中能促进合金表面形成致密的腐蚀保护薄膜，因此本发明将铝元素含量控制在0.11～1.20%。
6）V：钒的碳氮化物能够在铁素体中析出，其可以在冷却过程中提高钢材料的强度并提高钢材料的焊接性能，因此，在本发明中，将钒元素的含量控制为≤0.05%。
7）Ti：钛是强碳氮化物的形成元素，其与氮元素和碳元素所形成TiN和TiC化合物，TiN和TiC在均热和再加热过程中均可以细化钢中的奥氏体晶粒，以提高钢材料的焊接性能，在本技术方案中，钛元素含量设计为≤0.03%。
8）Nb：铌也是强碳氮化物形成元素，其可有效地提高钢材料强韧性，本技术方案中的铌元素含量控制为≤0.05%。
本发明所述的245MPa级集输管线管中不含Mo和Ni等昂贵合金元素，其仅通过添加Cr，Si，Mn及Al等廉价的合金元素来保证集输管线管既具备优良的抗H2S，CO2，Cl-和O2腐蚀性能，又具有良好的强度和焊接性能。本技术方案中适量的Al元素与较低含量的Cr元素相互配合，以使得该集输管线管具备优秀的抗腐蚀性能，还具有足够的强度和优良的焊接性能，以适用于未经脱盐、脱水或脱硫等预处理的石油和天然气的输送。
相应地，本发明还提供了上述245MPa级集输管线管的制造方法，其包括步骤：冶炼；铸造；轧制成管坯；将管坯加热至≥AC3以上的温度保温均热；在奥氏体相区轧制成钢管；将钢管自然冷却至室温。
本技术方案通过低合金含量的成分设计，强化低含量的Cr和Al元素的协同配合作用，将管坯加热至≥AC3温度以上保温均热并在奥氏体相区轧制成钢管，直接获得热轧态的抗腐蚀管线管产品，无需任何后续热处理步骤，大幅度减少了所需的生产时间，大大地降低了所需的生产成本。
进一步地，在上述冶炼步骤中进行炉外精炼和真空脱气。
更进一步地，在上述铸造步骤进行连铸，得到圆坯。
更进一步地，在上述铸造步骤进行浇铸，得到方坯。
进一步地，在上述轧制步骤中，终轧温度大于850°C。
与现有技术中的集输管线管相比较，本发明所述的245MPa级集输管线管具有优良的抗腐蚀性能，能够抵御原油或污水中所含有的H2S，CO2，Cl-和O2等多种腐蚀物质对于运输管体的侵蚀，避免管线管在工作过程中发生腐蚀失效现象而导致的油、气输送***的泄漏事故，并且该集输管线管所具备的强度和焊接性能可以满足油、气运输的需要。
另外，本发明所述的245MPa级集输管线管在热轧后无需进行任何热处理步骤，直接以热轧状态交付，降低了生产时间和生产成本，提高了生产效率和产品竞争力，节约了能源消耗和原料投入，具有重大的经济和社会效益。
具体实施方式
下面将结合具体的实施例来对本发明所述的245MPa级集输管线管及其制造方法进行进一步地详细说明，但是该详细说明并不构成对于本发明的技术方案的不当限定。
实施例1-7
按照下列步骤制造245MPa级集输管线管：
（1）钢水经炉外精炼和真空脱气，控制各化学成分的质量百分配比如表1所示：
（2）进行浇铸成方坯后轧制成圆管坯；
（3）采用环形加热炉将圆管坯加热至≥AC3以上的温度保温均热；
（4）在奥氏体相区轧制成目标尺寸的钢管，终轧温度大于850°C；
（5）自然冷却至室温以获得热轧态的抗腐蚀管线管。
表1.实施例1-7中各集输管线管的化学成分质量百分配比（wt%，余量为Fe和其他不可避免的杂质）
序号 C Si Mn Cr Al V Ti Nb CEpcm CEⅡW
实施例1 0.06 0.25 0.7 1.25 0.11 --- 0.02 0.04 0.17 0.43
实施例2 0.11 0.10 0.5 1.0 1.01 0.05 --- 0.05 0.19 0.40
实施例3 0.06 0.35 0.8 0.90 0.52 0.04 --- 0.02 0.16 0.38
实施例4 0.07 0.30 0.3 1.1 0.71 0.02 --- 0.01 0.15 0.34
实施例5 0.08 0.20 0.4 0.7 1.20 0.05 0.01 --- 0.15 0.30
实施例6 0.09 0.15 0.6 0.55 0.34 0.04 0.03 --- 0.16 0.31
实施例7 0.08 0.22 0.5 0.82 0.92 --- 0.03 0.03 0.15 0.33
比较例1 0.05 0.27 0.68 0.8 0.02 0.005 0.005 0.01 0.14 0.33
比较例2 0.20 0.31 0.51 --- 0.03 --- --- --- 0.24 0.29
注：表1中CEpcm表示冷裂敏感指数，CEⅡW表示碳当量。
在上述表1中，实施例1-7均是通过本发明的技术方案生产制造的245MPa级集输管线管，比较例1为现有技术中用于输送气、油的一种集输管线管，而比较例2为集输管线管常用的20号钢管。
表2显示了实施例1-7和比较例1与2的各项力学性能参数和抗腐蚀性能测试结果的对比结果。
表2.实施例1-7和比较例8与9的各项力学性能参数和抗腐蚀性能测试结果
对于表2中的实施例1-7以及比较例1和2中的集输管线管采用动态腐蚀失重法进行抗腐蚀性能测试。在抗腐蚀性能测试中使用模拟油田实际井况中的腐蚀介质，即在H2S-CO2-Cl--O2腐蚀体系中进行抗腐蚀性能试验，该模拟溶液介质的化学成分如表3所示。其中，测试的试验温度为60℃，H2S和CO2气体分压均为0.1MPa，测试的保持时间为20天。实施例1-7和比较例1、2的抗腐蚀性能测试结果列于表2中。
表3.模拟某油田实际井况中的溶液介质的化学成分(mg/L)
离子 K++Na+ Mg2+ Ca2+ Cl－ SO4 2－ HCO3 － CO3 2－ 总矿化度
浓度 70275 1197 10687 130606 100 141 0 213083
从表2可以看出，虽然比较例1和2的A50.8略高于实施例1-7的A50.8，但是实施例1-7中的集输管线管的RT0.5≥260Mpa且Rm＞430Mpa，均大于比较例8和比较例9的RT0.5和Rm的数值，由此可见，本发明所述的245MPa级集输管线管具有较高的强度和较好的拉伸性能。另外，实施例1-7中的集输管线管在油田模拟溶液介质中的腐蚀速率均≤0.31mm/a，其中实施例5的集输管线管的腐蚀速率最小（0.11mm/a），实施例6的集输管线管的腐蚀速率最大（0.31mm/a）。在相同时间和相同介质情况下，比较例1的集输管线管的腐蚀速率约为实施例6的集输管线管的腐蚀速率1.5倍；比较例2的集输管线管的腐蚀速率达到实施例6的集输管线管的腐蚀速率2倍左右。由此可见，在相同条件下，本发明所述的245MPa级集输管线管的腐蚀速率大大低于现有管线管的腐蚀速率，因此可以在具有H2S，CO2，Cl-和O2等腐蚀物质的溶液体系中长时间稳定地工作。
要注意的是，以上列举的仅为本发明的具体实施例，显然本发明不限于以上实施例，随之有着许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种245MPa级集输管线管，其特征在于，其化学成分质量百分比含量为：
C0.06～0.11%；
Si0.10～0.35%；
Mn0.3～0.8%；
Cr0.55～1.25%；
Al0.11～1.20%；
V≤0.05%；
Ti≤0.03%；
Nb≤0.05%；
余量为Fe和其他不可避免的杂质。
2.如权利要求1所述的245MPa级集输管线管，其特征在于，其碳当量满足Ceq≤0.43。
3.如权利要求1所述的245MPa级集输管线管，其特征在于，其化学成分的冷裂敏感指数满足Pcm≤0.19。
4.如权利要求1-3中任意一项所述的245MPa级集输管线管的制造方法，其特征在于，依次包括步骤：冶炼；铸造；轧制成管坯；将管坯加热至≥AC3以上的温度保温均热；在奥氏体相区轧制成钢管；将钢管自然冷却至室温。
5.如权利要求4所述的245MPa级集输管线管的制造方法，其特征在于，在所述冶炼步骤中进行炉外精炼和真空脱气。
6.如权利要求4所述的245MPa级集输管线管的制造方法，其特征在于，在所述铸造步骤中进行连铸，得到圆坯。
7.如权利要求4所述的245MPa级集输管线管的制造方法，其特征在于，在所述铸造步骤中进行浇铸，得到方坯。
8.如权利要求4所述的245MPa级集输管线管的制造方法，其特征在于，在所述轧制步骤中，终轧温度大于850°C。
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