CN106498279B - 一种抗CO2腐蚀的低Cr经济型X65管线钢及生产方法 - Google Patents
一种抗CO2腐蚀的低Cr经济型X65管线钢及生产方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种抗CO2腐蚀的低Cr经济型X65管线钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.04~0.05%、Si：0.18~0.22%、Mn：0.5~0.6%、Cr：0.1~0.2%、Mo：0.1~0.15%、Nb：0.035~0.050%、V：0.020~0.030%、Ti：0.010~0.020%，P≤0.01%、S≤0.003%。生产步骤：转炉冶炼、常规真空Si‑Ca处理、浇注成坯；对铸坯加热；粗轧；精轧；冷却并卷取后待用。与现有X65管线钢相比，Rt0.5为460~500MPa，Rm为550~600MPa，Rt0.5/Rm≤0.9，断后延伸率A50mm≥18，‑20℃冲击功KV2≥120J，‑15℃断口的剪切面比DWTT SA≥85%，吨钢成本可降低至少15%，抗CO2腐蚀速率≤0.5mm/年，腐蚀速率降低85%。
Description
技术领域
本发明涉及一种管线钢及其生产方法，具体地属于一种抗CO2腐蚀的低Cr经济型X65管线钢及其生产方法。
背景技术
现今，我国陆上油气田开采逐渐进入中后期，油气田内含有很高的CO2。在输送含CO2和H2O的石油、天然气过程中极易引发管线钢内壁的腐蚀甚至穿孔，导致严重的安全生产事故发生。就目前来讲，管线钢的CO2腐蚀问题已经严重地凸现出来。
目前，针对油气田用钢CO2腐蚀问题，油田、油井所使用的耐腐蚀钢管基本采用的是含贵金属较多的合金钢，成本较高，并不适宜与在长距离管线钢上推广。国内外钢厂已经开发的含3%Cr的X65级管线钢用于输送含CO2油气，但该钢种成本仍然较高，并未达到较好的抗CO2腐蚀性能。
经检索：中国专利申请号为201310217916.8的中国专利文献，公开了一种“地面集输用耐CO2腐蚀管线钢及制备方法”，其采用低C、高Mn、高Cr，适量添加Cu、Ni、Mo、Nb、V、Ti等合金元素的成分设计，结合TMCP工艺生产地面集输用耐CO2腐蚀管线钢的制造方法。该方法中Cr（1.0~3.0%）含量较高，生产成本较高，且未明确抗CO2腐蚀性能。中国专利申请号为201510650858.7的中国专利文献，公开了“一种耐CO2腐蚀性能优异的管线钢及生产方法”，其采用Cr（3.0~4.5%）成分设计和优化的TMCP工艺生产耐CO2腐蚀性能优异的X65级别管线钢，较常规X65管线钢的腐蚀速率下降80%。该文献通过提高Cr等合金元素含量，以提高管线钢抗CO2腐蚀性能，生产成本较高。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，提供一种其它力学性能得到保证的前提下，CO2腐蚀速率比现有X65级管线钢降低85%以上，采用低合金成分体系，制造成本低的抗CO2腐蚀的低Cr经济型管线钢及其生产方法。
实现上述目的的措施：
一种抗CO2腐蚀的低Cr经济型X65管线钢，其组分及重量百分比含量为：C ：0.04~0.05%、Si ：0.18~0.22%、Mn：0.5~0.6%、Cr：0.1~0.2%、Mo：0.1~0.15%、Nb：0.035~0.050%、V：0.020~0.030%、Ti：0.010~0.020%，P≤0.01%、S≤0.003%，其余为Fe及不可避免的杂质；并满足Nb+V+Ti≤0.1%；金相组织为：针状铁素体+板条状马氏体，其中针状铁素体体积比占70~80%；力学性能：屈服强度Rt0.5为460~500MPa，抗拉强度Rm为550~600MPa，屈强比Rt0.5/Rm≤0.9，断后延伸率A50mm≥18，-20℃冲击功KV2≥120J，-15℃断口的剪切面比DWTT SA≥85%；在温度60℃，CO2分压达到1MPa，流速为1.0m/s的条件下，腐蚀速率≤0.5mm/年。
生产一种抗CO2腐蚀的低Cr经济型X65管线钢的方法，其步骤：
1）转炉冶炼、常规真空进行Si-Ca处理、浇注成坯；
2）对铸坯加热，控制铸坯加热温度在1200～1250℃；
3）进行粗轧，控制轧制温度在990～1050℃，道次压下率不低于15%；
4）进行精轧，控制精轧温度在760～850℃，精轧累积压下率不低于70%；
5）进行冷却，在冷却速度为 20～30℃/s下冷却至卷取温度560~610℃，卷取后待用。
本发明中各元素及主要工序的作用如下：
碳（C）：碳元素一方面可以提高管线钢的强度，从而减少其他贵重合金的加入量，显著降低合金设计成本，另一方面，随着碳含量的增加，管线钢低温冲击韧性、焊接性能降低，并且耐氯离子腐蚀性能降低。本发明碳含量限制在0.04～0.07％。
硅（Si）：硅主要起固溶强化作用，也可和钼、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，但添加过量硅会导致钢的塑、韧性显著恶化。本发明硅含量限制在0.18～0.22％。
锰（Mn）：经济合金化元素锰的加入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，但是锰易形成偏聚，导致钢的成分和组织不均，同硫形成硫化锰，使管线钢耐腐蚀性能降低。因此本发明将锰控制在较低水平，含量为0.50～0.60％。
铬（Cr）：铬元素能在腐蚀产物膜层中出现富集，远高于基体中的铬含量。含铬钢的CO2腐蚀产物膜为FeCO3和Cr (OH)3竞争沉积形成的多层结构，它具有阴离子选择性，并且在破坏后能够很快修复，从而降低局部腐蚀敏感性。但大量添加铬会降低管线钢韧性和焊接性能，并且铬元素属于贵金属，成本较高。本发明中，铬含量限制在0.1%~0.2%。
钼（Mo）：钼元素能够有助于轧制过程中晶粒细化和针状铁素体生成，并且增加耐氯离子腐蚀性。但钼元素能使焊接性能下降，且钼元素属于贵金属。本发明钼含量限制在0.10~0.15%。
铌（Nb）：铌能细化晶粒，起到固溶强化作用。在低合金钢种加入铌，能有效提高其抗CO2腐蚀性能。本发明铌含量限制在0.035~0.050%。
钒（V）：钒可细化钢的组织和晶粒，提高晶粒粗化温度，从而增加钢的强度、韧性和耐磨性，还可以在一定程度上改善钢的焊后韧性，但加入含量较高的钒易导致钢的韧脆转变温度提高。本发明钒含量限制在0.020~0.030%。
钛（Ti）：钛不仅有利于钢的脱氧，而且能够改善钢的冲击韧性。本发明钒含量限制在0.010~0.020%。
磷（P）、硫（S）：磷、硫为有害元素，易形成夹杂物，不利钢的抗CO2腐蚀性能。因此，本发明严格控制磷、硫，含量限值为P≤0.01%、S≤0.003%。
本发明与现有技术相比：
(1)采用低合金成分体系，力学性能良好，制造成本低，在油气集输和长途输送管道方面具有广阔的应用前景。
(2)微观组织为针状铁素体+板条状马氏体，具有较高的硬度，腐蚀产物膜不易被介质冲刷，对基体具有更好的保护作用。不仅提高力学性能，而且提高了抗CO2腐蚀性能。
(3)该钢种具有优异的抗CO2腐蚀性能，CO2腐蚀速率较现有X65管线钢降低85%以上。
具体实施方式
下面对本发明予以详细描述：
表1为本发明各实施例及对比例的取值列表；
表2为本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表；
表3为本发明各实施例及对比例横向主要性能检测统计表。
本发明各实施例按照以下步骤生产：
1）转炉冶炼、常规真空进行Si-Ca处理、浇注成坯；
2）对铸坯加热，控制铸坯加热温度在1200～1250℃；
3）进行粗轧，控制轧制温度在990～1050℃，道次压下率不低于15%；
4）进行精轧，控制精轧温度在760～850℃，精轧累积压下率不低于70%；
5）进行冷却，在冷却速度为 20～30℃/s下冷却至卷取温度560~610℃，卷取后待用。
表1 本发明各实施例及对比例的取值列表(wt%)
表2 本发明各实施例及对比例的轧钢工艺
表3 本发明各实施例及对比例横向主要性能检测统计表
表3中，耐CO2腐蚀速率的试验条件：试验温度60℃，CO2分压1MPa，流速为1.0m/s。
从表3可以看出，本发明所设计的低Cr经济型X65管线钢不添加贵重Cu、Ni，且Cr含量显著降低。经统计，其成本较现有X65管线钢成本吨钢降低至少15%。通过成分和工艺的组合控制，CO2腐蚀速率较现有X65管线钢降低85%以上。
上述实施例仅为最佳例举，而并非是对本发明的实施方式的限定。
Claims (2)
1.一种抗CO2腐蚀的低Cr经济型X65管线钢，其组分及重量百分比含量为：C ：0.04~0.05%、Si ：0.18~0.22%、Mn：0.5~0.6%、Cr：0.1~0.2%、Mo：0.1~0.15%、Nb：0.035~0.050%、V：0.020~0.030%、Ti：0.010~0.020%，P≤0.01%、S≤0.003%，其余为Fe及不可避免的杂质；并满足Nb+V+Ti≤0.1%；金相组织为：针状铁素体+板条状马氏体，其中针状铁素体体积比占70~80%；力学性能：屈服强度Rt0.5为460~500MPa，抗拉强度Rm为550~600MPa，屈强比Rt0.5/Rm≤0.9，断后延伸率A50mm≥18，-20℃冲击功KV2≥120J，-15℃断口的剪切面比DWTT SA≥85%；在温度60℃，CO2分压达到1MPa，流速为1.0m/s的条件下，腐蚀速率≤0.5mm/年。
2.生产权利要求1所述的一种抗CO2腐蚀的低Cr经济型X65管线钢的方法，其步骤：
1）转炉冶炼、常规真空进行Si-Ca处理、浇注成坯；
2）对铸坯加热，控制铸坯加热温度在1215～1250℃；
3）进行粗轧，控制轧制温度在990～1050℃，道次压下率不低于15%；
4）进行精轧，控制精轧温度在760～770℃，精轧累积压下率不低于70%；
5）进行冷却，在冷却速度为 20～30℃/s下冷却至卷取温度560~610℃，卷取后待用。
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