一种海底耐酸腐蚀性能优异的管线钢及生产方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种管线用钢及生产方法，具体地属于一种海底耐酸腐蚀性能优异的 管线钢及生产方法。
【背景技术】
[0002] 随着陆地油气资源的逐步枯竭，新的资源开采向海洋、极地、酸性等地质条件恶劣 的地区延伸。目前，已探明世界海洋石油资源占世界石油资源总量的34%，而海洋天然气的 年产量也达到全球天然气年总产量的32%，全球已有100多个国家在进行海上石油勘探， 其中大部分国家已开始海底管道的建设和油气开采工作，因此，海底管线用钢的开发和应 用的重要性日益凸显。
[0003] 海底管道运行过程中需要承受高的外部海水压力和内部输送压力，同时还需要承 受海底低温洋流、涡激等给海底管道造成的频繁冲击，因此需要所采用的管线钢原材料具 有很高的抗压溃能力、高强度、优异的低温韧性、抗变形能力和疲劳性能。对酸性服役环境 的海底管道，还需要管线钢原材料具有优异的抗硫化氢腐蚀性能。
[0004] 经检索，中国专利申请号为CN200410025585. 9的文献，公开了"具有抗HIC性能 X80管线钢及其热乳板制造方法"，其采用低C、高Mn，适量加Cu、Ni、Mo、Nb、V、Ti等合金元 素的成分设计，结合TMCP工艺生产X80级抗HIC管线钢的制造方法，该文献由于采用高Mn 含量设计，Mn的中心偏析无法避免，抗HIC性能合格，但抗SSC性能无法满足硫化氢腐蚀环 境的使用要求，且Mo、Cu、Ni等贵重金属含量高，生产成本很高，不适合抗酸管线钢的批量 生产。
[0005] 中国专利申请号为CN201010291517. 2文献，公开了"低温韧性优异的厚规格海底 管线用热乳钢板及其生产方法"，其采用低C、高Mn，适量添加Cu、Cr、Ni、Mo、Nb、V、Ti等合 金元素的成分设计，结合中厚板TMCP工艺生产厚规格海底管线钢的制造方法，该文献采用 高 Mn含量的合金设计，不适用于抗硫化氢腐蚀环境，且生产方式上采用中厚板乳制生产， 生产效率低，制造成本高，不适合经济型规模化生产。
[0006] 中国专利申请号为CN201410338917. 2的文献，公开了 "无铜镍抗酸管线钢X52MS 及其热乳板卷的制造方法"，其采用低C、较高Mn，适量添加Cr、Nb、V等合金元素的成分设 计，结合热连乳控乳控冷工艺生产X52MS抗酸管线钢的制造方法，该方法采用较高Mn含量 设计，抗酸性能难以满足硫化氢分压较高的酸性腐蚀环境，且未添加Cu、Ni、Mo等淬透性元 素，仅适于生产低级别管线钢，不适合酸性条件下高压输送管道所需的高强度抗酸管线钢 的生产。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是为了克服上述现有隔水管用钢技术存在的抗C02能力不足、 制造成本高、生产工序控制困难等不足，而提供一种R ta5> 485MPa，L彡570MPa、Rta5/ K 0? 90，A5am彡 30%、-20°C KV# 250J，-15°C DWTT SA 彡 85%，且抗硫化氢腐蚀性能优 异的海底耐酸腐蚀性能优异的管线钢及生产方法。
[0008] 实现上述目的的措施： 一种海底耐酸腐蚀性能优异的管线钢，其化学成分及重量百分比为：c:0. 020~ 0? 050%、Si :0? 10~0. 30%、Mn :0? 50 ~1. 10%、P :彡 0? 012%、S 彡 0? 0015%、Cu :0~0. 20%、 Cr :0 ~0? 30 %、Ni :0~0. 20 %、Mo :0~0. 25 %、Nb :0? 030 ~0? 055 %、V :0? 020~0. 050%、Ti : 0. 010~0. 025%、A1 :0. 010~0. 050%、N :彡0. 008%，残余元素的重量百分比含量必须 满足：As彡0? 010，Sb彡0? 01，Sn彡0? 02，Pb彡0? 01，Bi彡0? 01，其余为Fe和不可避免的 杂质；力学性能：屈服强度Rta5彡485MPa，抗拉强度L彡570MPa，-20°C KV2> 250J，-15°C DWTT SA 彡 85%〇
[0009] -种海底耐酸腐蚀性能优异的管线钢的生产方法，其步骤： 1) 常规冶炼并连铸成坯后，对铸坯加热，加热温度为1120~1210°C ; 2) 进行粗乳，控制粗乳结束温度在980~1050°C，粗乳累积压下率不低于70%，末三道次 道次压下率不低于20% ; 3) 进行精乳，控制精乳温度在780~970°C，精乳累积压下率不低于70%，精乳末两道次 道次压下率不低于15% ;采用恒加速乳制，加速度控制为0. 0004~0. 010m/s2; 4) 进行冷却，控制冷却速率在35~70°C /s，终冷温度530~650°C ; 5) 进行卷取，控制卷取温度在480~600°C，并控制通卷卷取温度波动彡30°C ; 6) 自然冷却至室温，待用。
[0010] 本发明中各元素的作用机理如下： 碳（C)含量为0. 020~0. 050%，碳是最经济的强化元素，加入一定量的碳，可以显著提 高钢的强度，但对高钢级海底抗酸钢，为保证优异的断裂韧性和焊接性能，防止碳的中心偏 析，将碳含量控制在0.050%以下。
[0011] 硅（Si)含量为0. 10~0. 30%，硅在钢中主要起固溶强化作用，但对高钢级管线 钢，为保证焊接热影响区的低温韧性，应严格控制钢中的硅含量，降低钢中硅酸盐夹杂含 量，避免M-A组元的过量形成。
[0012] 锰（Mn)含量为0. 50~1. 10%，加入一定量的经济合金化元素锰，可以显著提高钢 的强度，此外，锰还可以在一定程度上细化晶粒，改善钢的冲击韧性，但是对高强度抗酸管 线钢，过量的锰易形成中心偏聚，导致钢的成分、组织不均和抗酸性能不足。
[0013] 铌（Nb)含量为0. 030~0. 055%，铌可以显著提高钢的奥氏体再结晶温度，扩大 未再结晶区范围，便于实现高温控乳，降低乳机负荷，同时铌还可以抑制奥氏体晶粒长大， 具有显著的细晶强化和析出强化作用。但是Nb属于贵重合金，提高Nb含量会显著增加合 金成本，且在高强度管线钢中，添加过量的铌会促进M-A岛的生成，降低焊接热影响区的韧 性，因此，将铌的含量限定为0. 030~0. 055%。
[0014] 钒（V)含量为0. 020~0. 050%，钒可以补充铌析出强化的不足，还可以在一定程 度上改善钢的焊后韧性。但由于钒具有较强的沉淀强化和较弱的细晶强化作用，加入过量 的钒易导致钢的韧脆转变温度提高，因此将钒的含量控制在较低的含量水平。
[0015] 钛（Ti)含量为0. 010~0. 025%，钛与铌在钢中的作用类似，有较强的细晶强化和 析出强化作用，微量的钛还可以在高温下与碳、氧结合，形成高温难熔的析出物，有利于抑 制焊接热影响区的奥氏体晶粒长大，显著改善焊接热影响区的韧性。但超过〇. 025%的Ti 易引起Ti的碳/氮化物的粗化和过度析出，导致低温韧性大幅降低。
[0016] 钼（Mo)含量为0~0. 25%，钼显著推迟y - a转变，抑制铁素体和珠光体形核， 促进具有高密度位错亚结构的贝氏体/针状铁素体的形成，使得钢在乳后一个较宽的冷速 范围内得到针状铁素体组织，但钼属于贵重金属，加入量增加会显著提高钢的制造成本。
[0017] 镍（Ni)含量为0~0. 20%，镍能够有效提高钢的淬透性，具有一定的固溶强化作 用，还能显著改善钢的低温韧性。但镍与钼类似，属于贵重金属，易导致钢的制造成本大幅 提尚。
[0018] 铜（Cu)的含量为0~0. 20%，铜的添加有利于提高钢的强度、淬透性和高温稳定 性，并能改善耐候、耐腐蚀性能。但铜为低熔点金属，易引起热脆，添加过量对钢的低温韧性 不利，且Cu为贵重金属，加入量增加会显著提高钢的制造成本。
[0019] 铬（Cr)的含量为0~0. 30%。铬是提高钢的淬透性元素，具有一定的固溶强化作 用。此外，加入一定的络还能改善钢的耐候、耐酸腐蚀性能。但加入过高的Cr易导致钢的 淬透性过高，产生难以