CN110499454B

CN110499454B - 经济型耐硫酸盐还原菌腐蚀无缝集输管线管及其制造方法

Info

Publication number: CN110499454B
Application number: CN201810469268.8A
Authority: CN
Inventors: 齐亚猛; 刘耀恒; 张忠铧
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2018-05-16
Filing date: 2018-05-16
Publication date: 2021-07-16
Anticipated expiration: 2038-05-16
Also published as: CN110499454A

Abstract

本发明公开了一种经济型耐硫酸盐还原菌腐蚀无缝集输管线管，其化学元素质量百分比为C：0.05～0.15％，Si：0.10～0.5％，Mn：0.10％～1.50％，Cu：0.15～2.0％，Ni：0.1～1.5％，V：0.02～0.3％，RE：0.05～0.1％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。本发明还公开了上述经济型耐硫酸盐还原菌腐蚀无缝集输管线管的制造方法，包括步骤：(1)制得管坯；(2)将管坯制成荒管；(3)制成的荒管加热到900～960℃后，根据荒管的壁厚，保温一定时间后空冷。本发明所述的经济型耐硫酸盐还原菌腐蚀无缝集输管线管成本低廉，具有良好的强度和韧性，并具优异的耐硫酸盐还原菌腐蚀性。

Description

经济型耐硫酸盐还原菌腐蚀无缝集输管线管及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种集输管线管及其制造方法，尤其涉及一种无缝集输管线管及其制造方法。

背景技术

集输管线管是用来连接油气井和油气综合处理装置之间的管道，输送的都是未经过脱水、脱盐和脱硫等预处理的油气，集输管线管的服役工况比较苛刻。此外随着油气田开采逐渐深入，含水量增加和硫酸盐还原菌(SRB)腐蚀导致的集输管线管腐蚀穿孔日益频繁。近年来，硫酸盐还原菌腐蚀导致的集输管线管破漏事故频发，给油气田带来很大的经济损失和环保压力。

现有技术中，公开号为CN103147006B，公开日为2016年3月30日，名称为“一种抗腐蚀无缝集输管线管及其制造方法”的中国专利文献公开了一种集输管线管，其化学元素质量百分含量为：C 0.04～0.10％，Si 0.1～0.35％，Mn 0.3～0.8％，Cr 0.55～1.25％，W0.06～0.55％，Al 0.01～0.05％，Ca 0.0005～0.006％，Cu≤0.2％，Ni≤0.2％，V≤0.05％，Ti≤0.03％，Nb≤0.05％，其余为Fe和其他不可避免杂质。该集输管线管具备较高的强度，优良的焊接性能，良好的冲击性能等综合力学性能，且具有优质的耐CO₂/H₂S腐蚀性能，但不具备耐硫酸盐还原菌腐蚀性能。

公开号为CN105283572A，公开日为2017年12月15日，名称为“酸环境下使用的管线管用无缝钢管”的中国专利文献公开了一种集输管线管，其化学元素质量百分含量为：C0.08～0.24％，Si 0.1～0.5％，Mn 0.3～2.5％，P<0.02％，S<0.006％，Nb 0.02～0.12％，Al 0.005～0.5％，Ca 0.0003～0.005％，N<0.01％，O<0.005％，Ti 0～0.1％，V 0～0.03％，Cr 0～0.6％，Mo 0～0.3％，Ni 0～0.4％，Cu 0～0.3％，B 0～0.005％，其余为Fe和其他不可避免杂质。该集输管线管具备350MPa～450MPa的屈服强度，并可在硫化氢酸性环境下使用，但不具备耐硫酸盐还原菌腐蚀性能。

此外，目前现有技术中已研发出的耐CO₂-H₂S-SRB腐蚀无缝管线管，对不含CO₂和H₂S工况的油田成本较高。

鉴于此，期望获得一种经济型的无缝集输管线管，其具有良好的强度和韧性，并具有优异的耐硫酸盐还原菌腐蚀性能，能够广泛适用于油气流体输送等领域。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种经济型耐硫酸盐还原菌腐蚀无缝集输管线管，其成本低廉，具有良好的强度和韧性，并具有优异的耐硫酸盐还原菌腐蚀性能，能够广泛适用于油气流体输送等领域。

为了实现上述目的，本发明提出了一种经济型耐硫酸盐还原菌腐蚀无缝集输管线管，其化学元素质量百分比为：

C：0.05～0.15％，Si：0.10～0.5％，Mn：0.10％～1.50％，Cu：0.15～2.0％，Ni：0.1～1.5％，V：0.02～0.3％，RE：0.05～0.1％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。

本发明所述的经济型耐硫酸盐还原菌腐蚀无缝集输管线管中的各化学元素的设计原理为：

C：C有利于提高钢的强度，但C含量过高易于晶界析出合金元素碳化物，降低钢种抗腐蚀性能。此外，C会强烈提高钢的焊接裂纹敏感性。因此本发明将经济型耐硫酸盐还原菌腐蚀无缝集输管线管中的C元素的质量百分比限定在0.05～0.15％。

Si：Si是炼钢时有效的脱氧剂。为提高钢强度和保证脱氧效果，Si含量需保持在0.1％以上；但当Si含量超过0.5％时，会显著增加钢的冷脆倾向，因此本发明将经济型耐硫酸盐还原菌腐蚀无缝集输管线管中的Si元素的质量百分比限定在0.10～0.5％。

Mn：Mn具有扩大奥氏体相区，增加淬透性，细化晶粒的有益效果。但Mn含量过多会对焊接性能和热加工性能有明显影响，因此，本发明将经济型耐硫酸盐还原菌腐蚀无缝集输管线管中的Mn元素的质量百分比限定在0.10％～1.50％。

Cu：Cu是本发明所述的经济型耐硫酸盐还原菌腐蚀无缝集输管线管中的关键性合金化元素，是保证耐硫酸盐还原菌腐蚀性能的必要条件。Cu以富铜相均匀弥散分布在基体中，服役工况环境下铜离子可以持续溶出吸附在钢表面，阻止硫酸盐还原菌在钢表面吸附生长，从而起到杀灭硫酸盐还原菌的作用。但Cu含量过高会导致粗大富铜相析出，影响冲击韧性和热加工性能，因此本发明将经济型耐硫酸盐还原菌腐蚀无缝集输管线管中的Cu元素的质量百分比限定在0.15～2.0％。

Ni：Ni可以明显改善钝化膜性能，提升钢种的耐腐蚀作用。此外，Ni还可以改善炼钢钢坯开裂问题，因此本发明将经济型耐硫酸盐还原菌腐蚀无缝集输管线管中的Ni元素的质量百分比限定在0.1％～1.5％。

V：V是重要的微合金元素，可以通过碳氮化物析出的钉扎作用细化晶粒，提高钢的强度和改善冲击韧性。此外，V还可以改善钢材料的焊接性能，但是V添加量超过0.3％时会影响韧性。因此，本发明将经济型耐硫酸盐还原菌腐蚀无缝集输管线管中的V元素的质量百分比限定在0.02～0.3％。

RE：RE的添加能够有效提高钢种的韧性，但当RE含量超过0.1％时会降低钢种的焊接性能，因此本发明将经济型耐硫酸盐还原菌腐蚀无缝集输管线管中的RE元素的质量百分比限定在0.05％～0.10％。

进一步地，在本发明所述的经济型耐硫酸盐还原菌腐蚀无缝集输管线管中，在所述其他不可避免的杂质中，P≤0.02％，S≤0.005％。

在本发明所述的技术方案中，其他不可避免的杂质主要为P、S。P是钢中的有害元素，其存在对于钢的耐腐蚀性、韧性都有不利影响，当P含量超过0.02％时，钢的抗硫酸盐还原菌腐蚀性能会明显降低。因此P含量应尽量少，本发明将经济型耐硫酸盐还原菌腐蚀无缝集输管线管中的P元素的质量百分比限定在P≤0.02％，优选地，P≤0.012％。S也是钢中的有害元素，其存在对于钢的耐腐蚀性、热加工性、韧性都有不利影响，因此S含量应尽量少，本发明将经济型耐硫酸盐还原菌腐蚀无缝集输管线管中的S元素的质量百分比限定在S≤0.005％，优选地，S≤0.003％。

更进一步地，在本发明所述的经济型耐硫酸盐还原菌腐蚀无缝集输管线管中，其微观组织为铁素体+珠光体基体，以及在基体上析出的富铜相。

进一步地，在本发明所述的经济型耐硫酸盐还原菌腐蚀无缝集输管线管中，其屈服强度为245MPa～380MPa，且-40℃下全尺寸冲击功≥70J。

相应地，本发明的另一目的在于提供一种上述经济型耐硫酸盐还原菌腐蚀无缝集输管线管的制造方法，该制造方法通过合理的工艺设计，使制得的经济型耐硫酸盐还原菌腐蚀无缝集输管线管具有良好的强度和韧性，并具有优异的耐硫酸盐还原菌腐蚀性能。

为了实现上述目的，本发明提出了一种上述经济型耐硫酸盐还原菌腐蚀无缝集输管线管的制造方法，其包括步骤：

(1)制得管坯；

(2)将管坯制成荒管；

(3)制成的荒管加热到900～960℃后，根据荒管的壁厚，保温一定时间后空冷。

在本发明所述的制造方法中，在步骤(1)中将冶炼后的钢水浇铸成铸锭，然后锻造或轧制成管坯。

进一步地，在本发明所述的制造方法中，在步骤(2)中，将管坯加热到1180～1280℃，保持1～4h，然后经穿孔、连轧、张力减径或定径制成荒管。

更进一步地，在本发明所述的制造方法中，在步骤(3)中，当3.5mm≤壁厚≤15mm时，控制保温时间为0.3-0.35h。

进一步地，在本发明所述的制造方法中，在步骤(3)中，当15mm＜壁厚≤25mm时，控制保温时间为0.5-0.55h。

进一步地，在本发明所述的制造方法中，在步骤(3)中，当25mm＜壁厚≤40mm时，控制保温时间为1.0-1.05h。

本发明所述的经济型耐硫酸盐还原菌腐蚀无缝集输管线管及其制造方法与现有技术相比，具有以下有益效果：

(1)本发明通过合理的成分设计，使本发明所述的经济型耐硫酸盐还原菌腐蚀无缝集输管线管成本低廉，具有良好的强度和韧性，并具有优异的耐硫酸盐还原菌腐蚀性能，能够广泛适用于油气流体输送等领域。

(2)本发明所述的经济型耐硫酸盐还原菌腐蚀无缝集输管线管的制造方法通过优化的工艺设计，使制得的经济型耐硫酸盐还原菌腐蚀无缝集输管线管的屈服强度为245MPa～380MPa，且-40℃下全尺寸冲击功≥70J。

具体实施方式

下面将具体的实施例对本发明所述的经济型耐硫酸盐还原菌腐蚀无缝集输管线管及其制造方法做进一步的解释和说明，然而该解释和说明并不对本发明的技术方案构成不当限定。

实施例1-6和对比例1-3

表1列出了实施例1-6和对比例1-3的经济型耐硫酸盐还原菌腐蚀无缝集输管线管中各化学元素的质量百分比。

表1.(wt％，余量为Fe和除P、S以外的不可避免的杂质)

序号	C	Si	Mn	P	S	Cu	Ni	V	RE
										实施例1	0.12	0.48	1.17	0.012	0.003	1.81	1.20	0.23	0.07
实施例2	0.10	0.18	0.15	0.018	0.003	0.23	0.88	0.22	0.09
										实施例3	0.10	0.47	0.78	0.015	0.004	0.88	1.39	0.05	0.10
实施例4	0.07	0.21	1.01	0.014	0.002	0.64	0.91	0.06	0.08
										实施例5	0.12	0.29	0.76	0.013	0.002	1.31	0.82	0.27	0.06
实施例6	0.07	0.19	1.25	0.019	0.003	0.94	0.22	0.22	0.09
										对比例1	0.05	0.18	0.6	0.015	0.002	<u>0.06</u>	0.9	0.05	0.08
对比例2	<u>0.25</u>	0.28	0.9	0.015	0.002	0.8	0.8	0.22	0.05
										对比例3	0.07	0.24	1.0	<u>0.038</u>	<u>0.01</u>	1.3	1.25	0.15	0.06

实施例1-6和对比例1-3的经济型耐硫酸盐还原菌腐蚀无缝集输管线管采用下述步骤制得(具体工艺参数参见表2)：

(1)按照表1中的各化学元素的质量百分比进行冶炼，将冶炼后的钢水浇铸成铸锭，然后锻造成φ300mm的圆管坯；

(2)将管坯加热到1180～1280℃，保持1～4h，然后经穿孔、连轧、张力减径或定径制成荒管；

(3)制成的荒管加热到900～960℃后，根据荒管的壁厚，保温一定时间后空冷得到经济型耐硫酸盐还原菌腐蚀无缝集输管线管，具体为当3.5mm≤壁厚≤15mm时，控制保温时间为0.3-0.35h。当15mm＜壁厚≤25mm时，控制保温时间为0.5-0.55h。当25mm＜壁厚≤40mm时，控制保温时间为1.0-1.05h。

表2列出了实施例1-6和对比例1-3的经济型耐硫酸盐还原菌腐蚀无缝集输管线管的制造方法的具体工艺参数。

表2.

对实施例1-6和对比例1-3的经济型耐硫酸盐还原菌腐蚀无缝集输管线管进行以下性能测试，测试结果列于表3中。

(1)屈服强度：将制成的经济型耐硫酸盐还原菌腐蚀无缝集输管线管加工成API标准中的弧形试样，按照API标准检验后取平均数得到屈服强度(Rp0.2)。

(2)全尺寸冲击功：在制成的经济型耐硫酸盐还原菌腐蚀无缝集输管线管上取截面积为10*10*55的全尺寸V型冲击试样，在-40℃下，按照GB/T 229标准检验后取平均数得到全尺寸冲击功。

(3)腐蚀试验：在硫酸盐还原菌环境下，将经济型耐硫酸盐还原菌腐蚀无缝集输管线管试样浸入温度为40℃、Cl^-浓度为5000mg/L的液体中，试验时间为168h，对比试验前后的试样重量，计算得出均匀腐蚀速率。对点蚀坑进行截面分析计算得到点腐蚀速率。

表3.

由表3可以看出，实施例1-6的经济型耐硫酸盐还原菌腐蚀无缝集输管线管的屈服强度在255-378MPa范围内，-40℃下全尺寸冲击功≥70J，而且均匀腐蚀速率和点腐蚀速率均比较低，耐硫酸盐还原菌腐蚀性能优异。

对比例1的经济型耐硫酸盐还原菌腐蚀无缝集输管线管由于Cu含量过低，使其均匀腐蚀速率和点腐蚀速率均比较高，耐硫酸盐还原菌腐蚀性能较差。

对比例2的经济型耐硫酸盐还原菌腐蚀无缝集输管线管由于C含量过高，使其均匀腐蚀速率和点腐蚀速率均比较高，耐硫酸盐还原菌腐蚀性能较差。

对比例3的经济型耐硫酸盐还原菌腐蚀无缝集输管线管由于P和S含量过高，使其均匀腐蚀速率和点腐蚀速率均比较高，耐硫酸盐还原菌腐蚀性能较差。

需要说明的是，本发明的保护范围中现有技术部分并不局限于本申请文件所给出的实施例，所有不与本发明的方案相矛盾的现有技术，包括但不局限于在先专利文献、在先公开出版物，在先公开使用等等，都可纳入本发明的保护范围。

此外，本案中各技术特征的组合方式并不限本案权利要求中所记载的组合方式或是具体实施例所记载的组合方式，本案记载的所有技术特征可以以任何方式进行自由组合或结合，除非相互之间产生矛盾。

还需要注意的是，以上所列举的实施例仅为本发明的具体实施例。显然本发明不局限于以上实施例，随之做出的类似变化或变形是本领域技术人员能从本发明公开的内容直接得出或者很容易便联想到的，均应属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种经济型耐硫酸盐还原菌腐蚀无缝集输管线管，其特征在于，其化学元素质量百分比为：

C：0.05～0.15％，Si：0.10～0.5％，Mn：0.10％～1.50％，Cu：0.64～2.0％，Ni：0.1～1.5％，V：0.02～0.3％，RE：0.05～0.1％，余量为Fe和其他不可避免的杂质；

所述经济型耐硫酸盐还原菌腐蚀无缝集输管线管的微观组织为铁素体+珠光体基体，以及在基体上析出的富铜相。

2.如权利要求1所述的经济型耐硫酸盐还原菌腐蚀无缝集输管线管，其特征在于，在所述其他不可避免的杂质中，P≤0.02％，S≤0.005％。

3.如权利要求1所述的经济型耐硫酸盐还原菌腐蚀无缝集输管线管，其特征在于，其屈服强度为245MPa～380MPa，且-40℃下全尺寸冲击功≥70J。

4.如权利要求1-3中任意一项所述的经济型耐硫酸盐还原菌腐蚀无缝集输管线管的制造方法，其包括步骤：

(1)制得管坯；

(2)将管坯制成荒管；

5.如权利要求4所述的制造方法，其特征在于，在步骤(2)中，将管坯加热到1180～1280℃，保持1～4h，然后经穿孔、连轧、张力减径或定径制成荒管。

6.如权利要求4或5所述的制造方法，其特征在于，在步骤(3)中，当3.5mm≤壁厚≤15mm时，控制保温时间为0.3-0.35h。

7.如权利要求4或5所述的制造方法，其特征在于，在步骤(3)中，当15mm＜壁厚≤25mm时，控制保温时间为0.5-0.55h。

8.如权利要求4或5所述的制造方法，其特征在于，在步骤(3)中，当25mm＜壁厚≤40mm时，控制保温时间为1.0-1.05h。