CN110846574A - 一种低成本调质态x52级抗硫化氢腐蚀用无缝管线管及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低成本调质态X52级抗硫化氢腐蚀用无缝管线管,包括如下质量百分比的化学元素:C≤0.16%;Si 0.20~0.40%;Mn 0.10~1.40%;P≤0.018%;S≤0.003%;Ti 0.010~0.020%;Al≤0.06%;其余为Fe和不可避免的杂质,质量分数共计为100%。还公布了一种制造方法。本发明以低C、低Mn为基础,添加价格便宜的微量的合金元素Ti,其是通过炼钢、轧管、热处理和加工等工艺生产出碳当量≤0.36%、屈服强度≥400MPa、抗拉强度≥500MPa、‑50℃实验环境下V型全尺寸横向冲击功高于100J、通过HIC和SSC试验评价的管线管。
Description
技术领域
本发明涉及冶金材料领域领域,尤其涉及一种低成本调质态X52级抗硫化氢腐蚀用无缝管线管及其制造方法。
背景技术
管道运输是一种大规模的石油、天然气的输送方式。管道运输的特点是经济、高效、安全和不间断。随着石油天然气资源的不断开采,酸性油气田不断增加,H2S含量越来越高。据统计,世界上已探明的油气田中大约有1/3含有硫化氢气体,如我国的四川、长庆、中原、华北、塔里木等油气田都含有不同程度的硫化氢气体。国外也有许多含有硫化氢气体的油气田,如美国的巴拿马油田、加拿大的阿尔伯达平切尔湾油田等。输送H2S含量较高的酸性石油或天然气会对管道有腐蚀作用,H2S导致金属材料突发性的硫化物应力开裂(SSC)和氢致裂纹(HIC)是管道腐蚀失效的主要原因。管道失效会引起的油、气、水等介质的泄漏,而且往往会造成重大的经济损失、人员伤亡、环境污染以及油气输送中断等事故,因此输送此类油气就需要管线具有硫化物应力开裂(SSC)抗力和氢致裂纹(HIC)抗力。
综上可以看出,抗硫化氢腐蚀管线管的需求量越来越大,具有广阔的市场。其中,X52级别管线管作为管道工程,特别是支线工程的常用钢级,需求量巨大,国内外目前生产此类抗腐蚀管线管,在钢种成分设计上一般都采用Nb+V或 Nb+V+Ti等两种或两种以上的元素组合来进行微合金化,使其性能很好地满足抗腐蚀的要求,但因含有高价格合金元素Nb和V造成生产成本高。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明的目的是提供一种低成本调质态X52级抗硫化氢腐蚀用无缝管线管,以低C、低Mn为基础,添加价格便宜的微量的合金元素Ti,通过炼钢、轧管、热处理和加工等工艺生产出碳当量≤0.36%、屈服强度≥400MPa、抗拉强度≥500MPa、-50℃实验环境下V型全尺寸横向冲击功高于 100J、通过HIC和SSC试验评价的抗硫化氢腐蚀用管线管。
为解决上述技术问题,本发明采用如下技术方案:
一种低成本调质态X52级抗硫化氢腐蚀用无缝管线管,一种低成本调质态 X52级抗硫化氢腐蚀用无缝管线管,其特征在于,包括如下质量百分比的化学元素:C≤0.16%;Si0.20~0.40%;Mn 0.10~1.40%;P≤0.018%;S≤0.003%; Ti 0.010~0.020%;Al≤0.06%;其余为Fe和不可避免的杂质,质量分数共计为100%。
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≤0.16%。
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0.10~1.40%。
钛(Ti):Ti与C、N具有强烈的结合能力形成碳化物、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。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,对钢的塑性有利,同时对改善焊接热影响区的冲击韧性具有明显作用。此外还有研究认为添加Ti形成TiS会降低硫在晶界的偏析,改善钢的热塑性,提高钢的抗硫化氢腐蚀性能。TiS的形成减少了硫在晶界及析出物基体界面的偏析,因而存在较高的界面能,即使在应力集中的情况下,结合力也不会降低,所以钢的塑性和抗硫化氢腐蚀性能得到改善。本发明中含有适量的Ti。
进一步的,包括如下质量百分比的化学元素:C 0.14%;Si 0.24%;Mn 0.11%; P0.010%;S 0.002%;Ti 0.014%;Al 0.031%;其余为Fe和不可避免的杂质,质量分数共计为100%。
进一步的,包括如下质量百分比的化学元素:C 0.13%;Si 0.25%;Mn 0.15%; P0.009%;S 0.002%;Ti 0.013%;Al 0.034%;其余为Fe和不可避免的杂质,质量分数共计为100%。
进一步的,C 0.13%;Si 0.26%;Mn 0.13%;P 0.011%;S 0.003%;Ti 0.014%;Al 0.030%;其余为Fe和不可避免的杂质,质量分数共计为100%。
进一步的,C 0.14%;Si 0.28%;Mn 0.12%;P 0.008%;S 0.002%;Ti 0.016%;Al 0.029%;其余为Fe和不可避免的杂质,质量分数共计为100%。
进一步的,C 0.13%;Si 0.24%;Mn 0.15%;P 0.013%;S 0.002%;Ti 0.015%;Al 0.028%;其余为Fe和不可避免的杂质,质量分数共计为100%。
进一步的,所述无缝管线管的生产规格为Φ219.1×9.5mm。
一种低成本调质态X52级抗硫化氢腐蚀用无缝管线管的制造方法,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;其中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,VD深真空度目标值≤0.06Kpa,深真空时间≥15分钟, VD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,圆坯应入缓冷坑进行缓冷,入坑温度大于 600℃,缓冷时间不小于48小时;
轧管工艺为:圆坯→锯切→环形炉加热→穿孔→MPM连轧→定径→冷却。环形炉保温段温度为1260℃左右,圆坯穿孔后温度为1220℃左右;连轧入口温度为1100℃左右;定张减后温度为900℃左右。通过两辊限动芯棒连轧机组MPM 结合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,温度为910℃±10℃,保温50分钟左右;回火温度为600℃~680℃,保温90 分钟左右,回火后定径矫直温度不小于500℃。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。
与现有技术相比,本发明的有益技术效果:
本发明以低C、低Mn为基础,添加价格便宜的微量的合金元素Ti,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、良好的抗硫化氢腐蚀性能及高的尺寸精度。
可作为输送管,广泛应用于含硫化氢的酸性油气田,具有易生产、低成本、性能优良的特点。
具体实施方式
按本发明得到的钢管管材,以生产规格Φ219.1×9.5mm为例,各实施例化学成分如表1:
表1本发明钢管化学成分统计结果wt%
实施例 | C | Si | Mn | P | S | Al | Ti | 碳当量 |
1 | 0.14 | 0.24 | 1.11 | 0.010 | 0.002 | 0.031 | 0.014 | 0.33 |
2 | 0.13 | 0.25 | 1.15 | 0.009 | 0.002 | 0.034 | 0.013 | 0.32 |
3 | 0.13 | 0.26 | 1.13 | 0.011 | 0.003 | 0.030 | 0.014 | 0.32 |
4 | 0.14 | 0.28 | 1.12 | 0.008 | 0.002 | 0.029 | 0.016 | 0.33 |
5 | 0.13 | 0.24 | 1.15 | 0.013 | 0.002 | 0.028 | 0.015 | 0.32 |
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,碳当量低,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。
炼钢工艺:连铸过程采用电磁搅拌工艺,钢水过热度ΔT≤30℃,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。
轧管工艺为:圆坯→锯切→环形炉加热→穿孔→MPM连轧→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。
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910℃±10℃,保温50分钟左右;回火温度为650℃,保温90分钟左右,回火后定径矫直温度不小于500℃,矫直后过探伤。
本发明的管线管几何尺寸:
直径范围:218.00~220.19(-0.5%D~+0.5%D)
壁厚范围:9.02~10.21(-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。
本发明的钢管力学性能如表2所示。从表2看出,本发明生产的规格为Φ 219.1×9.5mm的钢管,屈强比小,延伸率高,具有优异的低温冲击韧性,-50℃横向冲击大于100J。
表2本发明钢管力学性能
本发明的钢管的夹杂物及组织晶粒度如表3所示。
表3本发明钢管的及杂物及组织晶粒度
注:S回表示回火索氏体
本发明的钢管的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HIC试验结果
表5本发明SSC试验结果
利用本发明生产的规格为Φ219.1×9.5mm的低成本抗硫化氢腐蚀用无缝管线管X52QS,以低C、低Mn为基础,添加价格便宜的微量的合金元素Ti,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、良好的抗硫化氢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油气田,具有易生产、低成本、性能优良的特点。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述,并非对本发明的范围进行限定,在不脱离本发明设计精神的前提下,本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进,均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (8)
1.一种低成本调质态X52级抗硫化氢腐蚀用无缝管线管,其特征在于,包括如下质量百分比的化学元素:C≤0.16%;Si 0.20~0.40%;Mn 0.10~1.40%;P≤0.018%;S≤0.003%;Ti 0.010~0.020%;Al≤0.06%;其余为Fe和不可避免的杂质,质量分数共计为100%。
2.根据权利要求1所述的低成本调质态X52级抗硫化氢腐蚀用无缝管线管,其特征在于,包括如下质量百分比的化学元素:C 0.14%;Si 0.24%;Mn 0.11%;P 0.010%;S0.002%;Ti 0.014%;Al 0.031%;其余为Fe和不可避免的杂质,质量分数共计为100%。
3.根据权利要求1所述的低成本调质态X52级抗硫化氢腐蚀用无缝管线管,其特征在于,包括如下质量百分比的化学元素:C 0.13%;Si 0.25%;Mn 0.15%;P 0.009%;S0.002%;Ti 0.013%;Al 0.034%;其余为Fe和不可避免的杂质,质量分数共计为100%。
4.根据权利要求1所述的低成本调质态X52级抗硫化氢腐蚀用无缝管线管,其特征在于,C 0.13%;Si 0.26%;Mn 0.13%;P 0.011%;S 0.003%;Ti 0.014%;Al 0.030%;其余为Fe和不可避免的杂质,质量分数共计为100%。
5.根据权利要求1所述的低成本调质态X52级抗硫化氢腐蚀用无缝管线管,其特征在于,C 0.14%;Si 0.28%;Mn 0.12%;P 0.008%;S 0.002%;Ti 0.016%;Al 0.029%;其余为Fe和不可避免的杂质,质量分数共计为100%。
6.根据权利要求1所述的低成本调质态X52级抗硫化氢腐蚀用无缝管线管,其特征在于,C 0.13%;Si 0.24%;Mn 0.15%;P 0.013%;S 0.002%;Ti 0.015%;Al 0.028%;其余为Fe和不可避免的杂质,质量分数共计为100%。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的低成本调质态X52级抗硫化氢腐蚀用无缝管线管,其特征在于,所述无缝管线管的生产规格为Φ219.1×9.5mm。
8.根据权利要求1-6任意一项所述的低成本调质态X52级抗硫化氢腐蚀用无缝管线管的制造方法,其特征在于,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;其中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,VD深真空度目标值≤0.06Kpa,深真空时间≥15分钟,VD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,圆坯应入缓冷坑进行缓冷,入坑温度大于600℃,缓冷时间不小于48小时;
轧管工艺为:圆坯→锯切→环形炉加热→穿孔→MPM连轧→定径→冷却;环形炉保温段温度为1260℃,圆坯穿孔后温度为1220℃;连轧入口温度为1100℃;定张减后温度为900℃;
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,温度为910℃±10℃,保温50分钟左右;回火温度为600℃~680℃,保温90分钟,回火后定径矫直温度不小于500℃。
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