耐scc腐蝕管線鋼及其制造工藝的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種耐SCC腐蝕管線鋼，以質量百分比計的組分及質量百份比為：C：0.03～0.06%，Si：0.15～0.25%，Mn：1.6～2.0%，Ni：0.05～0.15%，Cr：0.65～0.80%，Cu：0.05～0.12%，Mg：0.02～0.05%，Ti：0.015～0.025%，Ca：0.001～0.003%，W：0.002～0.005%，Al：0.025～0.055%，P≤0.012%，S≤0.01%，余量為Fe和不可避免的雜質；并且其中：0.05≤C+Ni/5+Cr/10-Mg-10W≤0.09。所述管線鋼的制造工藝包括：鐵水預脫硫、轉爐冶煉、LF精煉、RH處理、板坯連鑄、板坯再加熱、軋制、冷床冷卻。在本發明所述的管線鋼中添加有適量的Mg、Ca和W具有抑制腐蝕前端的pH值降低的作用，能夠有效抑制腐蝕開裂裂紋的產生和擴展，并且控制C、Ni和Cr的含量在適當范圍內，能夠確保所述的管線鋼具有優異的抗SCC腐蝕和HIC腐蝕性能。
【專利說明】耐SCC腐蝕管線鋼及其制造工藝
【技術領域】
[0001]本發明屬于高強度合金鋼制造的【技術領域】，更具體地說，本發明涉及一種可在天然氣管道等工程項目上使用的耐SCC腐蝕管線鋼材及其制備工藝。
【背景技術】
[0002]近10多年來，天然氣在世界能源結構中的比重急劇上升，致使天然氣管道迅猛發展，美俄兩國的干線輸氣管線均占到總干線油氣管道總長度的50%以上。而高壓輸送和高密度輸氣技術是當今國際大流量管道技術的發展趨勢，可為大型天然氣管道項目帶來可觀的效益，并將對管道設計，管線鋼的制造提出了更高的要求。高壓輸氣要求管線鋼具有高強度，從而減少鋼管的厚度，同時需要高韌性及良好的成型性、焊接性能以及抗硫化氫腐蝕的性能。
[0003]硫化氫腐蝕主要表現為氫鼓皰和氫致開裂兩大類，它主要是由于使用環境中的氫進入管線材料后引起的。對氫鼓皰敏感性和氫致開裂HIC最為有害的組織為非鐵素體+珠光體類組織和焊縫連接處。眾多在建和擬建的復雜地質條件的管線大多采用抗變形性能、低溫性能和抗HIC性能良好 的無縫鋼管。
[0004]CN1875121A公開了一種耐腐蝕性優良的高強度管線鋼，其含有以下組分和質量百分含量的元素:c:0.001 ~0.015%、Si:0.01 ~0.5%、Mn:0.1 ~1.8%、P:0.03% 以下、S:0.005% 以下、Cr:15.5 ~18%、N1:0.5 ~5.5%、Mo:0.5 ~3.5%、V:0.02 ~0.2%、N:0.001 ~0.015%、O:0.006% 以下，且滿足 Cr+Ο.65Ν?+0.6M0+0.55Cu_20C ≤ 18.5，其中，Cr+Mo+0.3S1-43.5C-0.4Mn-N1-0.3Cu_9N≤11.5，C+N ≤ 0.025。優選進行淬火-回火處理。但是所述的管線鋼中N1、Mo等貴重金屬含量高，制造成本很高。雖然其中的Cr能夠耐HIC，但是過高的Cr將降低延展性，促進晶粒的長大而影響韌性，導致焊接區域冷裂紋的產生。
【發明內容】
[0005]為了解決現有技術中存在的上述技術問題，本發明的目的在于提供一種具有強度高、綜合性能優異的耐SCC腐蝕管線鋼及其制造工藝。
[0006]一種耐SCC腐蝕管線鋼，以質量百分比計的組分及質量百份比為:C:0.03~0.06%, S1:0.15 ~0.25%, Mn:1.6 ~2.0%, N1:0.05 ~0.15%, Cr:0.65 ~0.80%, Cu:0.05 ~0.12%, Mg:0.02 ~0.05%, Ti:0.015 ~0.025%, Ca:0.001 ~0.003%, W:0.002 ~0.005%,A10.025~0.055%, P≤0.012%, S≤0.01%,余量為Fe和不可避免的雜質；并且其中:0.05 ( C+Ni/5+Cr/lO-Mg-lOW ≤ 0.09。
[0007]作為優選地，所述耐SCC腐蝕管線鋼的各化學成分組成如下:
[0008]C:0.03 ~0.05%, Si:0.15 ~0.20%, Mn: 1.6 ~1.8%, Ni:0.10 ~0.15%, Cr:0.65 ~0.72%, Cu:0.05 ~0.12%, Mg:0.03 ~0.05，Ti:0.015 ~0.025%, Ca:0.001 ~0.003%, W:0.003 ~0.005%, A10.025 ~0.055%, P ^ 0.012%, S ≤ 0.01%，余量為 Fe 和不可
避免的雜質。[0009]其中，所述的耐SCC腐蝕管線鋼的抗拉強度為780~850MPa，屈強比為0.65~
0.80。
[0010]本發明的第二方面，還涉及一種上述耐SCC腐蝕管線鋼的制造工藝，其特征在于所述工藝包括以下步驟:鐵水預脫硫、轉爐冶煉、LF精煉、RH處理、板坯連鑄、板坯再加熱、軋制、冷床冷卻；連鑄時控制過熱度為15~25°C、拉速為0.50~1.0m/min ;板還再加熱溫度控制在:1180~1280°C ;粗軋結束溫度為1050~1150°C ;精軋開始溫度850~980°C，精軋階段總的壓下率為70~82%，精軋結束溫度820~920°C ;終冷溫度為480~550°C，冷卻速率10~25°C /s。
[0011]與現有技術相比，本發明所述的耐SCC腐蝕管線鋼具有以下有益效果:
[0012](I)本發明所述的管線鋼板C當量低，P、S含量低，鋼質純凈；加入的貴重金屬含量少，成本低；合金成分設計合理，能在低碳的條件下確保鋼板淬透性，使鋼板具有較高的抗拉強度和屈服強度，并且焊接性能優異，具有良好的綜合性能。
[0013](2) 申請人:發現在本發明所述的管線鋼中添加有適量的Mg、Ca和W具有抑制腐蝕前端的PH值降低的作用，能夠有效抑制腐蝕開裂裂紋的產生和擴展，并且控制C、Ni和Cr的含量在適當范圍內，能夠確保所述的管線鋼具有優異的抗SCC腐蝕和HIC腐蝕性能。
【具體實施方式】
[0014]下面將結合具體實施例對本發明的技術方案做進一步說明。
[0015]本實施例所述的管線鋼，不添加Mo、V等貴金屬元素，而且N1、Cr的用量較低，控制在經濟適量的范圍，采用了低碳、高錳的設計思路，輔之以銅、鈦等元素，制備得到了綜合性能優異的高強鋼；并且通過添加適量的Mg、W并控制Ni和Cr的含量，不僅保證了鋼材的耐候耐蝕性能，而且還具有優異的抗SCC腐蝕和HIC腐蝕性能。本實施例所述的管線鋼采用T1、Al微合金化技術，將終冷溫度控制在480~550°C，有利于確保鋼材晶粒細小、組織均勻，并且消除異常組織，確保制成的無縫鋼管強韌性好，綜合性能優異。另外，由于天然氣資源通常位于邊遠和環境惡劣的地區，輸送管線壓力較大、介質復雜(例如含有較高含量的H2S)且有腐蝕性，并且管線的拼裝環焊一般在野外進行，這不僅要求管線鋼具有較高的強度,而且要求有良好的塑韌性、抗疲勞性能、抗斷裂特性和耐腐蝕性能，同時還要求力學性能的改善不能夠惡化鋼的加工性能。高級管線鋼發展的最新趨勢是:高純凈、高強度、高韌性、可焊性強及高抗腐蝕性。因此，在本實施例中將P的含量控制在0.012%以下，S的含量控制在0.01%以下。
[0016]為此，本實施例所述的耐SCC腐蝕管線鋼，以質量百分比計的組分及質量百份比為:C:0.03 ~0.06%, Si:0.15 ~0.25%, Mn: 1.6 ~2.0%, Ni:0.05 ~0.15%, Cr:0.65 ~
0.80%, Cu:0.05 ~0.12%, Mg:0.02 ~0.05%, Ti:0.015 ~0.025%, Ca:0.0Ol ~0.003%, W:
0.002 ~0.005%, Al0.025 ~0.055%, P ≤ 0.012%, S ≤ 0.01%，余量為 Fe 和不可避免的雜質；并且其中:0.05 ( C+Ni/5+Cr/lO-Mg-lOW ( 0.09。
[0017]上述耐SCC腐蝕管線鋼的制造工藝，包括以下步驟:鐵水預脫硫、轉爐冶煉、LF精煉、RH處理、板坯連鑄、板坯再加熱、軋制、冷床冷卻；連鑄時控制過熱度為15~25°C、拉速為0.50~1.0m/min ;板坯再加熱溫度控制在:1180~1280°C ;粗軋結束溫度為1050~1150°C;精軋開始溫度850~980°C，精軋階段總的壓下率為70~82%，精軋結束溫度820~920°C ;終冷溫度為480~550°C，冷卻速率10~25°C /s。
[0018]表1給出了實施例1~5(S1_S5)以及比較例I~5(B1-B5)所述管線鋼的化學成分。表2給出了實施例1~5 (S1-S5)以及比較例I~5 (B1-B5)制備工藝中主要的軋制工藝參數。表3給出了實施例1~5 (S1-S5)以及比較例I~5 (B1-B5)所述管線鋼的抗硫化物應力腐蝕SCC以及抗HIC性能參數，可見本實施例所述的管線鋼抗拉強度為780~850MPa,屈強比為0.65~0.80,-20°C V型缺口 charpy沖擊試驗吸收功大于280J。耐SCC性能依據美國腐蝕工程協會NACE標準TM0177-199測定；CSR根據NACE TM0284-1996測定。
[0019]表1
【權利要求】
1.一種耐SCC腐蝕管線鋼，其特征在于:以質量百分比計的組分及質量百份比為:c:0.03 ~0.06%, S1:0.15 ~0.25%, Mn:1.6 ~2.0%, N1:0.05 ~0.15%, Cr:0.65 ~0.80%,Cu:0.05 ~0.12%, Mg:0.02 ~0.05%, Ti:0.015 ~0.025%, Ca:0.001 ~0.003%, W:0.002 ~0.005%, A10.025~0.055%, P≤0.012%, S ≤0.01%，余量為Fe和不可避免的雜質；并且其中:0.05≤C+Ni/5+Cr/lO-Mg-lOW ≤ 0.09。
2.根據權利要求1所述的耐SCC腐蝕管線鋼，其特征在于:所述耐SCC腐蝕管線鋼的各化學成分組成如下:C:0.03 ~0.05%, Si:0.15 ~0.20%, Mn:1.6 ~1.8%, Ni:0.10 ~0.15%, Cr:0.65 ~0.72%, Cu:0.05 ~0.12%, Mg:0.03 ~0.05%, Ti:0.015 ~0.025%, Ca:0.001 ~0.003%, W:0.003 ~0.005%, A10.025 ~0.055%, P ≤ 0.012%, S ≤ 0.01%，余量為Fe和不可避免的雜質。
3.根據權利要求1或2所述的耐SCC腐蝕管線鋼，其特征在于:所述的耐SCC腐蝕管線鋼的抗拉強度≥780MPa，屈強比為0.65~0.80。
4.根據權利要求1所述的耐SCC腐蝕管線鋼，其特征在于:所述耐SCC腐蝕管線鋼的各化學成分組成為:C:0.03%, Si:0.25%, Mn:1.8%, N1:0.15%, Cr:0.65%, Cu:0.05%, Mg:0.02%, Ti:0.025%, Ca:0.002%, W:0.003%, Al:0.055%, P:0.011%, S:0.002%，余量為 Fe 和不可避免的雜質。
5.根據權利要求1所述的耐SCC腐蝕管線鋼，其特征在于:所述耐SCC腐蝕管線鋼的各化學成分組成為:c:0.03%, Si:0.15%, Mn:1.6%, N1:0.11%, Cr:0.80%, Cu:0.11%, Mg:0.03%, Ti:0.025%, Ca:0.002%, W:0.004%, Al:0.035%, P:0.008%, S:0.003%，余量為 Fe 和不可避免的雜質。
6.根據權利要求1所述的耐SCC腐蝕管線鋼，其特征在于:所述耐SCC腐蝕管線鋼的各化學成分組成為:c:0.06%, Si:0.15%, Mn:1.6%, N1:0.05%, Cr:0.65%, Cu:0.05%, Mg:0.03%, Ti:0.020%, Ca:0.003%, W:0.005%, Al:0.030%, P:0.010%, S:0.002%，余量為 Fe 和不可避免的雜質。
7.根據權利要求1所述的耐SCC腐蝕管線鋼，其特征在于:所述耐SCC腐蝕管線鋼的各化學成分組成為:c:0.03%, Si:0.19%, Mn:1.8%, N1:0.15%, Cr:0.72%, Cu:0.05%, Mg:0.04%, Ti:0.020%, Ca:0.003%, W:0.003%, Al:0.035%, P:0.010%, S:0.002%，余量為 Fe 和不可避免的雜質。
8.根據權利要求1所述的耐SCC腐蝕管線鋼，其特征在于:所述耐SCC腐蝕管線鋼的各化學成分組成為:c:0.05%, Si:0.18%, Mn:1.75%, N1:0.12%, Cr:0.68%, Cu:0.08%, Mg:0.03%, Ti:0.020%, Ca:0.002%, W:0.004%, Al:0.035%, P:0.010%, S:0.002%，余量為 Fe 和不可避免的雜質。
9.根據權利要求1-8任一項所述的耐SCC腐蝕管線鋼的制造工藝，其特征在于:所述工藝包括以下步驟:鐵水預脫硫、轉爐冶煉、LF精煉、RH處理、板坯連鑄、板坯再加熱、軋制、冷床冷卻；連鑄時控制過熱度為15~25°C、拉速為0.50~1.0m/min ;板還再加熱溫度控制在:1180~1280°C ;粗軋結束溫度為1050~1150°C ;精軋開始溫度850~980°C，精軋階段總的壓下率為70~82%，精軋結束溫度820~920°C ;終冷溫度為480~550°C，冷卻速率 10 ~25°C /s。
【文檔編號】C22C38/58GK103952641SQ201410142957
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月10日 優先權日:2014年4月10日
【發明者】楊建亞, 嚴進寶, 張云田, 李建科, 李明賢, 潘永崗, 李玉春 申請人:日照鋼鐵控股集團有限公司