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，具体地属于一种耐C02腐蚀性能优异的管 线钢及生产方法。
【背景技术】
[0002] 随着陆地常规油气资源的逐步枯竭，新的资源开采向海洋、酸性地质条件等腐蚀 情况严重的地区延伸。目前，采用常规管用钢作为原材料的油气输送管道在新疆塔里木、大 庆油田和部分酸性环境、海底油气田中均发现严重的腐蚀情况，使用寿命远达不到设计要 求。
[0003] 当0)2分压达到2MPa甚至更高的油气输送管道，其原材料不仅要承受较高的内部 输送压力、周围环境和输送介质的温度变化，还需要抵抗〇) 2的全面腐蚀和局部点状腐蚀。 因此需要所采用的管线钢原材料具有高强度、良好的低温韧性和优异的抗C02腐蚀性能。
[0004] 经检索，在本发明专利之前： 中国专利申请号为CN201310286950. 0的文献，公开了"一种抗二氧化碳及硫化氢腐蚀 管线钢及其生产方法"。其采用低C、低Mn、高Cr、高Nb，加Cu、Ni、V、Ti等合金元素的成分 设计，结合TMCP工艺生产抗二氧化碳和硫化氢腐蚀管线钢的制造方法，该方法由于C、Mn等 经济型强化合金元素含量很低，为保证达到一定的强度要求，除Cr含量很高外，还添加了 较高含量的Cu、Ni、Nb、V等贵重合金元素，导致合金成本很高，且由于加入合金含量大，使 冶炼工序控制困难。
[0005] 中国专利申请号为CN201310217916. 8的文献，公开了一种"地面集输用耐0)2腐 蚀管线钢及其制备方法"，其采用低C、较高Mn，高Cr (1. 0~3. 0%)，适量添加Cu、Ni、Mo、Nb、 V、Ti等合金元素的成分设计，结合TMCP工艺生产耐二氧化碳腐蚀管线钢的制造方法，该文 献由于添加了较高含量的Cu、Ni、Mo等重合金元素，合金成本高，且Cr含量不足3. 0%，当C02 分压达到2MPa以上时，抗C02腐蚀性能不能满足工程使用要求。
[0006] 中国专利申请号为CN201410240436. 8的文献，公开了 "一种复合抗酸管线钢基料 用热乳平板及生产方法"，其采用低C、较低Mn，适量添加Cu、Cr、Ni、Nb、V等合金元素的成 分设计，结合中厚板控乳控冷工艺生产抗酸管线钢热乳平板的制造方法。该文献较低含量 的Cu、Cr、Ni等合金设计，虽抗硫化氢腐蚀能力可以满足要求，但不具有抗C0 2腐蚀的能力， 不适于C02腐蚀环境使用的高强度管线钢的生产。
【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> 450MPa，L彡535MPa、Rta5/ R"彡 0? 85, A5am> 20%、-2(TC KV2 彡 120J，-15°C DWTT SA 彡 85%，在温度 8(TC，C02分压 达到2MPa，流速为1. Om/s的试验条件下，腐蚀速率< 5mm/a，较常规X65管线钢的腐蚀速率 下降80%的耐0)2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： 一种耐〇)2腐蚀性能优异的管线钢，其化学成分及重量百分比为：C :0. 035~0. 060%、 Si :0? 10~0. 30%、Mn :1. 00 ~1. 50%、P :彡 0? 012%、S 彡 0? 0020%、Cr :3. 0 ~4. 5%、Cu : 0~0. 10%、Ni :0~0. 10%、Mo :0~0. 10%、Nb :0? 015 ~0? 040%、Ti :0? 010 ~0? 025%、A1 : 0? 010~0? 050%、N :彡0? 008%，其余为Fe和不可避免的杂质；力学性能：Rta5彡450MPa， R"彡 535MPa、Rt0.5/R"^ 0? 85，A5。酿彡 20%、-2(TC KV2> 120J，-15°C DWTT SA 彡 85%，在温 度80°C，0)2分压达到2MPa，流速为1. Om/s的条件下，腐蚀速率彡5mm/a，较常规X65管线 钢的腐蚀速率下降80% ;金相组织为细小多边形铁素体+少量贝氏体组织。
[0009] -种耐C02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1170~1260°C ; 2) 进行粗乳，控制粗乳温度在1020~1200°C，单道次压下率不低于10%，累积压下率不 低于70% ; 3) 进行精乳，控制精乳温度在830~990°C，精乳累积压下率不低于70% ; 4) 进行冷却，控制冷却速率在35~60°C /s，终冷温度610~710°C ; 5) 进行卷取，控制卷取温度在550~650°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. 035~0. 060%，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，且可以简化冶炼工序。对高钢级管线钢，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. 060 %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1. 00~1. 50%，加入较高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，但是对高强度管线钢，过 量的锰易形成中心偏聚，导致钢的成分、组织和性能不均。
[0013] 铌（Nb)含量为0. 015~0. 040%，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. 015~0. 040%。
[0014] 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。
[0015] 钼（Mo)含量为0~0. 10%，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。
[0016] 镍（Ni)含量为0~0. 10%，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。
[0017] 铜（Cu)的含量为0~0. 10%，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。
[0018] 铬（Cr)的含量为3. 0~4. 5%。铬是提高钢的淬透性元素，具有一定的固溶强化 作用。当铬含