一種超低碳抗硫化氫腐蝕x80管線鋼及制備方法
【專利摘要】一種超低碳抗硫化氫腐蝕X80管線鋼及制備方法，屬于管線鋼【技術領域】。該管線鋼化學成分重量百分數為：：C 0.02～0.04％、Si 0.20～0.40％、Mn 0.90～1.10％、Cu 0.20～0.26％、Cr 0.40～0.70％、Nb 0.02～0.04％、Ni 0.20～0.40％、Mo 0.20～0.30％、Ti 0.01～0.03％，V 0.04～0.07％P≤0.03％、S≤0.008％，余量為Fe及不可避免的雜質。采用TMCP制備，對組織進行控制并細化晶粒，利用在奧氏體再結晶區(qū)和奧氏體未再結晶區(qū)的較低溫度區(qū)域進行多道次軋制，配合較快的冷卻速度20～30℃/s以獲得貝氏體+鐵素體組織為主的細晶組織；以保障管線鋼具有高強度、高韌性和抗HIC性能。
【專利說明】一種超低碳抗硫化氫腐蝕X80管線鋼及制備方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于管線鋼【技術領域】，特別涉及一種超低碳抗硫化氫腐蝕X80管線鋼及制 備方法。

【背景技術】
[0002] 中國腐蝕與防護學會、中國石油學會和中國化工學會聯合調查數據表明，各行各 業(yè)由于腐蝕造成的損失平均約占國民生產總值的3%，對于石油工業(yè)來說，因腐蝕所導致 的損失更為嚴重，約占中國石油工業(yè)產值的6%左右。石油工業(yè)使用的各種油氣管失效的 70%與腐蝕有關，如果采用高性能耐腐蝕材料并采取適當的防護措施，腐蝕損失的30%? 40 %可以得到挽回。
[0003] H2S應力腐蝕是輸送鋼管腐蝕失效的重要形式之一。它不僅造成因裂紋而引起的 油、氣的泄漏，而且往往會造成重大的經濟損失、人員傷亡以及環(huán)境污染等。目前世界油氣 田中大約1/3含有H 2S氣體。我國的幾大油氣田（如四川、長慶、中原、華北、塔里木油氣田 等）都含有不同程度的H2S,因腐蝕破壞而造成的泄漏甚至爆炸事故時有發(fā)生，例如，四川天 然氣輸氣管道多次因腐蝕導致爆炸燃燒事故，已造成大量生命和財產損失。硫化氫對輸送 管線的腐蝕隨著輸送壓力的提高而增大，在當前普遍采用高鋼級管線鋼進行高壓輸送的發(fā) 展趨勢下，高壓輸送管道的H 2S腐蝕問題日益突出，因此，開發(fā)和應用抗H2S腐蝕輸送鋼管對 保障石油天然氣輸送、人民生命財產安全和生態(tài)安全意義重大。
[0004] 提高管線鋼的抗HIC性能，要求管線鋼具有高純凈度、減少成分偏析、適當的合金 化、均勻的微觀組織等。


【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種超低碳抗硫化氫腐蝕X80管線鋼及制備方法，采用較 低的C和Mn以減少成分偏析，提高抗HIC性能；略微增加 Cr含量以增強抗HIC性能和管線 鋼的碳當量從而保障強度達到X80級別；加入微量Nb、V、Ti微合金元素，結合熱軋控軋控 冷工藝，獲得貝氏體+鐵素體組織，以保障管線鋼具有高強度、高韌性和抗HIC性能。
[0006] 本發(fā)明管線鋼化學成分重量百分數為：：C 0. 02?0. 04%、Si 0. 20?0. 40%、 MnO. 90 ?L 10 %、Cu 0· 20 ?0· 26 %、CrO. 40 ?0· 70 %、Nb 0· 02 ?0· 04 %、NiO. 20 ? 0.40%、Mo0.20?0.30%、Ti0.01?0.03%，V0.04?0.07%P<0.03%、S<0.008%， 余量為Fe及不可避免的雜質。
[0007] 元素對鋼材抗H2S腐蝕的影響說法不一。一般認為，C、S、P、Mn、Ni、N對抗H 2S腐 蝕不利，尤其對材料抗SSCC性能不利；而Cr、Mo、Cu、Ca、B、Ti、V有利于抗H2S腐蝕；如Ca 能改善MnS夾雜物的形狀，使其由長條形變成球形，Cu能抑制H2進入鋼材內部等。
[0008] 本發(fā)明合金元素作用如下：
[0009] C的影響：
[0010] 對于低溫條件使用的鋼材，當鋼中碳含量超過〇. 04%時，繼續(xù)增加碳含量將導致 鋼材的抗氫致腐蝕（HIC)能力下降，使裂紋率突然增加，超過0.05%的碳含量將導致Mn和 磷的偏析加??；當碳含量小于〇. 04%時，可防止HIC產生。S的影響：
[0011] S是鋼中影響鋼的抗HIC能力和抗SSCC能力的主要元素。研究表明當鋼中S含量 大于0. 05 %時，隨著鋼中S含量的增加，HIC的敏感性顯著增加；當鋼中S含量小于0. 002 % 時，HIC明顯降低。在X42等低強度管線鋼中，S含量低于0.002%時，裂紋長度率接近于 零；然而由于S易與Mn結合生成MnS夾雜物，當MnS夾雜變成粒狀夾雜物時，隨著鋼強度的 增加（如X65管線鋼等），單純降低S含量不能防止HIC，當S含量降到20 X 10_6時，其裂紋 長度比仍高達30%以上。Mn對鋼中硫偏析的影響較大，其含量直接影響硫化錳夾雜物的多 少，只有在Mn和S的質量分數之積達到一定值時，才容易產生MnS夾雜物。如果控制好S 的含量，有利于減少MnS的數量。為了達到理想的抗H2S腐蝕效果，鋼中S含量必須控制在 0. 002% 以下。
[0012] P的影響：
[0013] 在鋼的凝固過程中，由于受碳對凝固前沿溶質擴散行為的影響，P偏析會顯著增 力口，尤其在鑄坯凝固末端會產生磷的富集，成為氫的聚集源。因此，在抗H 2S腐蝕鋼中，P控 制同樣十分重要。一般要求成品鋼材[P]小于〇. 〇1〇%，國外實際控制水平在〇. 005%? 0. 010%之間。
[0014] Mn的影響：
[0015] Mn是擴大奧氏體區(qū)的元素，鋼中含有一定量的Mn可減弱S的有害作用，Mn含量提 高可增加隨后冷卻的珠光體組織，在鋼中加入適量的Mn可提高鋼的淬透性，同時起固溶強 化作用，可補償低碳所造成的強度損失。然而考慮要防止HIC的產生，Mn含量不應太高。有 研究表明Mn含量低于1. 2 %時，裂紋敏感率（CSR)及裂紋長度敏感率（CLR)較低，表明材料 對HIC不敏感；Mn含量超過1. 2%時，CSR和CLR急劇升高，材料對HIC的敏感性增大。因 此，控制鋼中Mn的含量，對提高鋼材的抗H2S腐蝕性能有重要意義。
[0016] Cr的影響：
[0017] Cr含量對鋼的抗硫化性能的影響很大，鋼中Cr含量愈多，S對鋼的相對腐蝕就愈 小。在高溫H2S或H 2S-H2的腐蝕介質中，一般常用鋼為Cr-Mo鋼及Cr-Ni鋼，在有些腐蝕較 為嚴重部位，采用Cr-Al合金，其機理在于鋼中Cr有抑制硫醇吸附的作用，并且Cr含量在 5 %以上時，會在所形成的表面膜內產生穩(wěn)定的尖晶石型FeCr2S4，但對H2S來說，只有當Cr 含量大于12%時，腐蝕速率才明顯降低。
[0018] Mo的影響：
[0019] Mo是擴大Y相區(qū)，推遲Y-α相變是先析出鐵素體形成、促進針狀鐵素體形成的 主要元素，對控制相變組織起重要作用。
[0020] Cu的作用：
[0021] Cu可改善鋼的耐蝕性，提高鋼的抗HIC性能，還可通過固溶強化提高鋼的強度。
[0022] Ni的作用：
[0023] Ni的加入主要是防止Cu在鋼中引起的熱脆性，且可以提高鋼的韌性。
[0024] Nb、V、Ti 的作用：
[0025] Nb、V、Ti為重要的微合金化元素。Nb對晶粒細化的作用十分明顯，V具有較高的 析出強化作用，Ti是強的固氮元素，細小的TiN粒子可有效地阻礙板坯再加熱時的奧氏體 晶粒長大，同時對改善焊接熱影響區(qū)的沖擊韌性有明顯作用。
[0026] 申請?zhí)枮?00910033695. 2的專利"抗硫化氫腐蝕管線用鋼及其生產方法"提供了 一種X80級別的抗硫化氫腐蝕管線鋼，與本發(fā)明鋼相比該專利其成分中C含量（0. 05%? 0. 10% )略高，合金體系中沒有Cr,本發(fā)明中C含量更低并且添加 Cr可以使得本發(fā)明鋼的 抗硫化氫腐蝕性能更好。此外，申請?zhí)枮?0123185. 5的專利"一種超低碳高韌性抗硫化氫 用輸氣管線鋼"的中國專利申請公開了一種超低碳高韌性抗硫化氫用X65級輸氣管線鋼，該 專利為X65級別抗硫化氫管線鋼，強度較低，且鋼中不含Cr, Mn(1. 4%?1. 6% )含量也較 商。
[0027] 本發(fā)明提供的超低碳抗硫化氫腐蝕X80管線鋼采用TMCP制備方法，在工藝中控制 的技術參數如下：
[0028] S卩：1200°C加熱；乳制道次分配為50-35-25-18-10-6共五道；控軋控冷工藝為出 加熱爐后空冷到1100°C，然后第一道次從50mm板述厚度乳制到35mm，第二道次從35mm乳 制到25mm，然后空冷到940°C，第三道次從25mm軋制到18mm，然后第四道次從18mm軋制到 10mm，然后空冷到830°C，第五道次從IOmm乳制到6mm，最后以20?30°C /s的冷速水冷至 400°C。采用該TMCP工藝的依據是：對組織進行控制并細化晶粒，利用在奧氏體再結晶區(qū)和 奧氏體未再結晶區(qū)的較低溫度區(qū)域進行多道次軋制，配合較快的冷卻速度20?30°C /s以 獲得貝氏體+鐵素體組織為主的細晶組織。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0029] 圖1為發(fā)明鋼的金相組織。

【具體實施方式】
[0030] 實施實例：
[0031] 采用真空感應爐熔煉，鍛造并加工成50*50*100的方坯，在小型軋機上進行控軋 控冷，乳制成6_厚的板材，表1為化學成分，表2為機械性能，金相組織為圖1。依據NACE TM0284- 2003(國標GB/T8650-2006 :管線鋼和壓力容器鋼抗氫致開裂評定方法）進行抗 HIC實驗，試樣外表面未發(fā)現鼓泡現象，裂紋長度率CLR，裂紋厚度率CTR、裂紋敏感率CSR均 為零。依據NACETM0177-1996(國標GB/T 4157-2006:金屬在硫化氫環(huán)境中抗特殊形式環(huán) 境開裂實驗室試驗）進行抗SSCC實驗，施加的初始應力值為72% Rm = 413MPa，3件平行試 樣在720小時腐蝕試驗后均未斷裂，即在本試驗條件下送檢試驗鋼材應力腐蝕的臨界應力 R(SCC) th > 72% Rm。該發(fā)明鋼具有良好的抗硫化氫腐蝕性能。
[0032] 表1實施實例管線鋼的化學成分余量Fe
[0033]

【權利要求】
1. 一種超低碳抗硫化氫腐蝕X80管線鋼，其特征在于，該管線鋼化學成分重量百分數 為：：C 0? 02 ?0? 04%、Si 0? 20 ?0? 40%、Mn0. 90 ?1. 10%、Cu 0? 20 ?0? 26%、CrO. 40 ? 0. 70%、Nb 0. 02 ?0. 04%、NiO. 20 ?0. 40%、Mo 0. 20 ?0. 30%、Ti 0. 01 ?0. 03%，V 0.04?0.07% P彡0.03%、S彡0.008%，余量為Fe及不可避免的雜質。
2. -種權利要求1所述的X80管線鋼的制備方法，采用TMCP工藝，其特征在于，在工藝 中控制的技術參數如下： 1200°C加熱；乳制道次分配為50-35-25-18-10-6共五道；控軋控冷工藝為出加熱爐后 空冷到1100°C，然后第一道次從50mm板述厚度乳制到35mm，第二道次從35mm乳制到25mm, 然后空冷到940°C，第三道次從25mm軋制到18mm，然后第四道次從18mm軋制到10mm，然后 空冷到830°C，第五道次從10mm軋制到6mm，最后以20?30°C /s的冷速水冷至400°C。
【文檔編號】C21D8/02GK104404383SQ201410714743
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月28日 優(yōu)先權日:2014年11月28日
【發(fā)明者】汪兵, 劉清友, 賈書君 申請人:鋼鐵研究總院