CN107557664A

CN107557664A - 一种抗腐蚀高钢级海底无缝管线管及其制造方法

Info

Publication number: CN107557664A
Application number: CN201710716505.1A
Authority: CN
Inventors: 姚晓乐; 贾冬梅; 米永峰; 郭志文; 杨维宇; 陈镇方
Original assignee: Baotou Iron and Steel Group Co Ltd
Current assignee: Baotou Iron and Steel Group Co Ltd
Priority date: 2017-08-21
Filing date: 2017-08-21
Publication date: 2018-01-09

Abstract

本发明涉及种抗腐蚀高钢级海底无缝管线管及其制造方法。该线管的化学成分按重量百分比计包括：C≤0.14；Si 0.20～0.35；Mn 0.10～1.10；P≤0.018；S≤0.006；Cr≤0.30；Mo≤0.15；Nb、V和Ti总量≤0.10；其余为Fe和不可避免的杂质。本发明通过微合金元素的合理选择，恰当的元素含量配比，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、良好的抗腐蚀性能及高的尺寸精度。该管材可作为输送管，广泛应用于输送含硫化氢的酸性海底油气田，具有易生产、低成本、性能优良的特点。

Description

一种抗腐蚀高钢级海底无缝管线管及其制造方法

技术领域

本发明涉及钢铁冶炼技术领域，特别涉及一种抗腐蚀高钢级海底无缝管线管及其制造方法。

背景技术

海底管线管作为一种输送流体介质的工具，具有连续、快捷、输送量大等诸多优点，自从1954年Brown&Root公司在美国墨西哥湾铺设第一条海底管线管以来，在近半个多世纪里，世界各国铺设的海底管线管总长度己达十几万千米，海底管线管已成为海上油气田开发中油气传输的主要方式。特别是近两年海底管线管的建设呈现出强劲的势头，每年都在350km以上，并且随着海上油气的开发，海底管线管的建设将会以更快的速度增加，其需求与日俱增。目前，我国海洋石油用管有相当部分仍然依赖进口，而与海洋石油天然气生产的迅猛发展相比，我国海洋石油用管生产滞后，市场潜力巨大。

由于受海流、海浪、管线周围土质、腐蚀等的影响，海底管线工作环境更为苛刻，失效概率更高。从海洋石油用管的具体采购和使用情况来看，比陆地石油用管要求更严格，主要表现在：对外观加工尺寸、精度要求更严格；对管材的抗腐蚀性能，除抗硫化氢腐蚀外，还要抗海水、海域环境的腐蚀。海洋用管线管对管材内在质量的稳定性，特别是对碳当量的控制及管端加工精度的技术要求，明显高于陆地油田，只有如此，才能保证海底管线的焊接质量，避免发生泄漏。

因此，高强度、高压力、耐蚀管、抗低温管线管的开发已成为钢管制造厂家研制的热点。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种抗腐蚀高钢级海底无缝管线管及其制造方法。

本发明提供一种抗腐蚀高钢级海底无缝管线管，其化学成分按重量百分比计包括：

C≤0.14；Si 0.20～0.35；Mn 0.10～1.10；P≤0.018；S≤0.006；Cr≤0.30；Mo≤0.15；Nb、V和Ti总量≤0.10；其余为Fe和不可避免的杂质。

本发明还提供一种上述抗腐蚀高钢级海底无缝管线管的制造方法，其包括如下步骤：

炼钢，其依次包括：铁水预处理，转炉冶炼，LF精炼，VD脱气和圆坯连铸；

轧管，其依次包括：圆坯锯切，环形炉加热，穿孔，PQF连轧，张力减径和冷却；其中，连轧入口温度为1250～1270℃；

热处理，其包括淬火和回火，其中，淬火温度为920℃±10℃，保温40～60分钟；回火温度为600℃～680℃，保温80～100分钟左右；回火后定径矫直温度不小于500℃。

进一步地，所述冶炼工序中：

VD脱气的深真空度目标值≤0.06Kpa，深真空时间≥15分钟，VD脱气结束后，喂入硅钙线，喂丝后软吹Ar不小于15分钟；连铸过程采用电磁搅拌工艺，钢水过热度ΔT≤30℃；圆坯连铸后入缓冷坑进行缓冷，入坑温度大于600℃，缓冷时间不小于48小时。

进一步地，所轧管工序中：设置环形炉保温段温度为1250～1270℃，圆坯穿孔后温度为1210～1230℃；张力减径后温度为890～910℃。

本发明提供了一种抗腐蚀高钢级海底无缝管线管及其制造方法，微合金元素的合理选择，恰当的元素含量配比，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、良好的抗腐蚀性能及高的尺寸精度。该管材可作为输送管，广泛应用于输送含硫化氢的酸性海底油气田，具有易生产、低成本、性能优良的特点。

具体实施方式

本发明公开了一种抗腐蚀高钢级海底无缝管线管及其制造方法，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。

本发明以海底管线管工况使用条件为出发点，本发明以低C，低Mn为基础，通过Cr、Mo、Nb、Ti等微合金元素的合理配比，通过炼钢、轧管、热处理和加工等工艺生产出屈服强度450～600MPa、-50℃实验环境下V型全尺寸横向冲击功高于100J、通过HIC和SSC试验评价的抗腐蚀高钢级海底无缝管线管。

本发明提供一种抗腐蚀高钢级海底无缝管线管，其化学成分按重量百分比计包括：C≤0.14；Si 0.20～0.35；Mn 0.10～1.10；P≤0.018；S≤0.006；Cr≤0.30；Mo≤0.15；Nb、V和Ti总量≤0.10；其余为Fe和不可避免的杂质。

本发明提供的抗腐蚀高钢级海底无缝管线管的化学成分中：

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≤0.14％。

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0.10～1.10％。

铬(Cr)：Cr能提高钢的热力学稳定性，阻滞电化学腐蚀的阳极过程，能在一定程度提高钢的抗二氧化碳腐蚀，同时提高钢种抗局部腐蚀和均匀腐蚀能力，但Cr含量过高会导致钢种焊接性能下降，同时Cr的碳化物在晶界的偏析容易导致钢种抗硫性能下降，因此，Cr含量≤0.3％。

钼(Mo)：Mo能缩小γ区，强烈抑制先共析铁素体的析出和长大过程，促进高密度位错亚结构的针状铁素体的形成，对控制相变组织起重要作用，使组织进一步细化，通过组织的相变强化来提高钢的强度；在调质钢中，Mo还可以提高钢的淬透性，防止或降低钢的回火脆性，提高钢的回火稳定性；另外因Mo是大原子半径元素，少量加入可以有效增加钢的抗局部腐蚀和抗氯离子腐蚀性，还可以提高钢的抗硫化氢腐蚀能力。因此，本发明Mo含量≤0.15％。

铌、钒、钛(Nb、V、Ti)：Nb、V、Ti与C、N具有强烈的结合能力形成各自的碳化物、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。Nb在钢中的特点就是提高奥氏体的再结晶温度，从而达到细化奥氏体晶粒的目的，微量的Nb足可使钢得到极好的综合性能，Nb含量过高导致钢容易出现混晶；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，有助于提高Nb在奥氏体中的固溶度，同时对改善焊接热影响区的冲击韧性具有明显作用。但当Nb、V、Ti的含量超过0.1％时，会使得析出相颗粒粗大，并且使得氧化物夹杂增多，反而产生不利影响，同时降低钢种的焊接性能。因此，本发明中Nb+V+Ti≤0.10％。

相应的，本发明还提供一种上述抗腐蚀高钢级海底无缝管线管的制造方法，其包括如下步骤：

上述制造工艺中：

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。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、铬铁、钼铁、铌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；进一步地，VD脱气的深真空度目标值≤0.06Kpa，深真空时间≥15分钟，VD脱气结束后，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，圆坯连铸后入缓冷坑进行缓冷，入坑温度大于600℃，缓冷时间不小于48小时。通过本方法得到低P、低S、成分均匀的高质量圆坯。

轧管工艺为：圆坯→锯切→环形炉加热→穿孔→PQF连轧→张力减径(定径)→冷却。优选地，设置环形炉保温段温度为1250～1270℃，圆坯穿孔后温度为1210～1230℃；连轧入口温度为1090～1110℃；定张减后温度为890～910℃。通过三辊限动芯棒连轧机组PQF结合高端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，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。

下面结合实施例，进一步阐述本发明：

实施例1-5

【钢管管材规格】Φ323.9×22.2mm

【钢管管材成分】列于表1。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，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。

表1 本发明实施例钢管化学成分，wt％

实施例	C	Si	Mn	P	S	Cr	Mo	Nb	Ti
										1	0.12	0.30	0.96	0.008	0.004	0.182	0.119	0.031	0.014
2	0.10	0.28	1.01	0.009	0.003	0.193	0.106	0.034	0.013
										3	0.11	0.29	0.98	0.011	0.003	0.177	0.095	0.030	0.014
4	0.11	0.28	0.99	0.008	0.005	0.178	0.098	0.029	0.016
										5	0.12	0.26	1.05	0.013	0.004	0.188	0.104	0.028	0.015

【生产流程】

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。

一、炼钢工艺：生产规格Φ323.9×22.2mm的钢管，采用连铸圆坯断面为Φ390mm，包钢钢管公司炼钢连铸机扇形段弧半径为12m。为了克服小弧半径生产大断面圆坯容易产生圆坯表面微裂纹的问题，特别是含Nb、V、Ti等微合金元素对裂纹敏感的钢种，采取了一系列措施，如适当的Nb、V、Ti含量及配比；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。

二、轧管工艺：圆坯→锯切→环形炉加热→穿孔→PQF连轧→张力减径(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。

三、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920℃±10℃，保温50分钟左右；回火温度为620℃，保温90分钟左右，回火后定径矫直温度不小于500℃，最好探伤。

【管线管几何尺寸】

直径范围：322.28～325.52(-0.5％D～+0.5％D)

壁厚范围：21.09～23.86(-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，满足了海底管线管高精度尺寸的要求。

【钢管力学性能】

本发明实施例制备的钢管力学性能如表2所示。从表2看出，本发明的方法能很好的满足高强度钢管的要求，规格Φ323.9×22.2mm的钢管强度达到X80钢级，屈强比很小，具有优异的低温冲击韧性，-50℃横向冲击大于100J，硬度值也很低，从而保证钢管具有很高的耐腐蚀能力。

表2 本发明实施例钢管力学性能

【钢管夹杂物及组织晶粒度】

本发明实施例制备的钢管的夹杂物及组织晶粒度如表3所示。

表3 本发明实施例钢管的及杂物及组织晶粒度

注：S_回表示回火索氏体

【HIC试验】

本发明实施例制备的钢管的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 本发明实施例钢管HIC试验结果

【HIC试验】

本发明实施例制备的钢管的HIC试验结果如表5所示。

表5 本发明实施例钢管SSC试验结果

由上述内容可知，利用本发明生产的规格Φ323.9×22.2mm的钢管强度达到X80钢级，微合金元素的合理选择，恰当的元素含量配比，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海底油气田，具有易生产、低成本、性能优良的特点。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种抗腐蚀高钢级海底无缝管线管，其特征在于，其化学成分按重量百分比计包括：

2.权利要求1所述的抗腐蚀高钢级海底无缝管线管的制造方法，其特征在于，其包括如下步骤：

3.根据权利要求2所述的抗腐蚀高钢级海底无缝管线管的制造方法，其特征在于，所述冶炼工序中：

4.根据权利要求2所述的抗腐蚀高钢级海底无缝管线管的制造方法，其特征在于，所轧管工序中：设置环形炉保温段温度为1250～1270℃，圆坯穿孔后温度为1210～1230℃；张力减径后温度为890～910℃。