一種直縫焊管用耐硫化氫腐蝕的x70管線鋼及生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種管線鋼及生產(chǎn)方法，具體地屬于一種直縫焊管用耐硫化氫腐蝕的 X70管線鋼及生產(chǎn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 石油、天然氣是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要能源，在能源消費(fèi)中的比重日益增加。當(dāng)前管 道輸送依然是石油、天然氣最為經(jīng)濟(jì)、安全、高效的長距離輸送方式。然而，隨著易開采石 油、天然氣資源的枯竭，含硫化氫較高的天然氣開發(fā)力度正不斷加大，以保證后續(xù)能源的供 給。
[0003] 硫化氫是石油和天然氣中最具有腐蝕作用的有害介質(zhì)之一。當(dāng)天然氣中含有比例 較高的H2S及水分時(shí)，由于電化學(xué)腐蝕的作用，H2S離解形成的氫原子向鋼中滲透并在鋼中 夾雜物或組織不均勻處聚集。當(dāng)氫原子聚集成氫分子時(shí)，因體積增大而產(chǎn)生無明顯預(yù)兆的 突然開裂，其主要形式為氫致開裂（HIC)和硫化物應(yīng)力開裂（SSCC)。影響氫致開裂（HIC)和 硫化物應(yīng)力開裂（SSCC)的關(guān)鍵因素為輸送介質(zhì)中的H2S分壓。對(duì)于相同的輸送介質(zhì)，管道 輸送壓力越大，H2S分壓相應(yīng)越大。當(dāng)H2S分壓達(dá)到0. 1~0. 5MPa時(shí)，相應(yīng)的氫滲透率較高， 極易發(fā)生氫致開裂（HIC)和硫化物應(yīng)力開裂（SSCC)。
[0004] 我國大部分油氣田中含有的硫化氫濃度含量較高，為降低H2S分壓帶來的腐蝕開 裂問題，管道輸送壓力較低，能源輸送能力和效率較低。輸送管道使用的管線鋼主要是低強(qiáng) 度的X52級(jí)耐硫化氫腐蝕鋼。然而，為滿足能源需求的爆發(fā)式增長，大輸量、高壓力的管道 輸送成為主要的發(fā)展趨勢。管道輸送壓力增加直接導(dǎo)致現(xiàn)有氣源輸送過程中H2S分壓的大 幅提升，相應(yīng)地引起管道腐蝕開裂的傾向高度增加。為解決輸送壓力升高和H2S腐蝕開裂 傾向增加帶來的問題，急需開發(fā)具有高強(qiáng)度、高韌性、優(yōu)異耐H2S腐蝕性能和良好可焊接性 的高鋼級(jí)耐腐蝕管線鋼。
[0005] 經(jīng)檢索，在本發(fā)明之前，專利申請?zhí)枮镃N201110331254. 8、CN201310198848. 5、 CN201310275095. 3的專利中涉及的X70MS鋼均采用Cu+Cr+Ni體系，添加了較多的貴重金 屬Cu、Ni導(dǎo)致原料生產(chǎn)成本增加，且Cu、Ni元素在pH< 3. 5的酸性環(huán)境中并不具有耐腐蝕 保護(hù)作用，不適于pH值較低的含H2S腐蝕環(huán)境。專利申請?zhí)柗謩e為CN201310275095. 3的 專利中Mn元素含量較高，容易引起帶狀偏析，降低組織均勻性，增加管線鋼發(fā)生氫致裂紋 的風(fēng)險(xiǎn)，且該專利實(shí)施例也表明確實(shí)發(fā)生了氫致開裂（CLR甚至達(dá)到18. 2%)，嚴(yán)重影響到其 在實(shí)際工況應(yīng)用時(shí)的安全性。專利申請?zhí)枮镃N201310469618. 8和CN201310470450. 2的專 利除同樣采用成本較高的Cu+Cr+Ni體系外，其化學(xué)成分中Mn元素《 1. 2wt%)無下限值要 求不符合工藝生產(chǎn)實(shí)際，因?yàn)楫?dāng)Mn含量< 0. 55wt%時(shí)，鋼的奧氏體區(qū)將過度收縮并導(dǎo)致大 量先共析鐵素體產(chǎn)生，具有該組織類型的鋼從理論和實(shí)踐上均無法達(dá)到X70的強(qiáng)度級(jí)別。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種在保證高強(qiáng)度、高韌性、良好的可焊接 性等性能外，還具有優(yōu)異的耐硫化氫腐蝕性能，鋼管不易失效的直縫焊管用耐硫化氫腐蝕 的X70管線鋼及生產(chǎn)方法。
[0007] 實(shí)現(xiàn)上述目的的措施： 一種直縫焊管用耐硫化氫腐蝕的X7(l管線鋼，其組份及重量百分比含量為：C0. 030-0. 060%；Si0. 15-0. 30%；Mn0. 55~0. 95%；P^ 0. 010%；S^ 0. 0010%；Cr 0. 10~0. 30%；Mo0. 05~0. 15%；Nb0. 015-0. 065%；V0. 02~0. 05%；Ti0.01-0.02%； N彡0.004% ;其它為Fe及不可避免的夾雜元素；并同時(shí)滿足CEpcm彡0. 19%;金相組織 為：粒狀貝氏體+準(zhǔn)多邊形鐵素體+彌散M/A島；學(xué)性能為：屈服強(qiáng)度RtO. 5 500~545MPa， 抗拉強(qiáng)度Rm600~660MPa，屈強(qiáng)比RtO. 5/Rm彡0? 86,延伸率A50mm彡35% ;-20°C沖擊功 KV2彡290J;-15°CDWTT斷面剪切率SA彡95% ;硬度值HV10彡225〇
[0008] 生產(chǎn)一種直縫焊管用耐硫化氫腐蝕的X70管線鋼的方法，其步驟： 1) 經(jīng)冶煉并鑄成坯后對(duì)鑄坯加熱，控制其加熱溫度在1100~1190°C; 2) 進(jìn)行熱軋：控制其粗軋結(jié)束溫度在1010~1050°C，粗軋階段總壓下率70~80% ;控制其 精軋開軋溫度不超過950°C，精軋終軋溫度在850~890°C，精軋末道次壓下率不低于28% ; 3) 進(jìn)行層流冷卻，在冷卻速度為10~30°C/s下冷卻至卷取溫度； 4) 進(jìn)行卷取，控制其卷取溫度在360~440°C。
[0009]目前，就高強(qiáng)度級(jí)別的管線鋼普遍采用低C高M(jìn)n，并復(fù)合添加多種合金元素的成 分體系。之所以采用高M(jìn)n，是因?yàn)镸n是鋼中基本且重要的強(qiáng)化元素，其通過固溶于晶格中 產(chǎn)生固溶強(qiáng)化作用，同時(shí)具有擴(kuò)大奧氏體區(qū)實(shí)現(xiàn)晶粒細(xì)化和促進(jìn)中溫相變的重要作用。但 是，Mn易于在冶金過程中向板坯心部偏析與富集的元素，從而導(dǎo)致鋼帶心部產(chǎn)生嚴(yán)重的帶 狀組織；經(jīng)本申請人的實(shí)驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)，帶狀組織是鋼中氫致裂紋產(chǎn)生和擴(kuò)展的通道，其能增 加鋼的HIC和SSCC敏感性，嚴(yán)重惡化了管線鋼的耐硫化氫腐蝕性能。帶狀組織正式本發(fā)明 所要解決的主要問題。
[0010] 但是Mn含量降低會(huì)導(dǎo)致鋼的力學(xué)性能變化，即會(huì)引起鋼的基體強(qiáng)度不能滿足要 求、晶粒細(xì)化不足、相變溫度升高等問題。
[0011] 本發(fā)明中鋼在低C低Mn體系的基礎(chǔ)上，通過添加適量的Cr、Mo等合金元素，采用 Nb、V、Ti進(jìn)行微合金化。同時(shí)通過對(duì)軋制過程中道次壓下率、溫度制度、冷卻制度等綜合因 素加以控制，最終獲得具有優(yōu)良強(qiáng)韌性匹配、耐硫化氫腐蝕性能（HIC和SSCC)優(yōu)異的直縫 焊管用熱軋X70MS管線鋼。
[0012] 本發(fā)明本發(fā)明各元素及主要工藝控制的作用： c:c為最基本、最經(jīng)濟(jì)的強(qiáng)化元素，通過固溶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化有效地提高鋼的強(qiáng)度。C含量低于0. 030%時(shí)，會(huì)對(duì)鋼的強(qiáng)度作用不明顯，含量高于0. 060%時(shí)，則會(huì)降低鋼的塑 性、韌性和可焊接性，并且會(huì)加重鋼中的帶狀組織級(jí)別。故本發(fā)明中將C的含量控制在 0. 030-0. 060%〇
[0013]Si:Si主要以固溶強(qiáng)化形式提高鋼的強(qiáng)度，同時(shí)也是鋼中的脫氧元素，但含量低 于0. 15%時(shí)，強(qiáng)化效果不明顯；含量高于0. 30%時(shí)，又對(duì)鋼的韌性不利。故本發(fā)明中Si的含 量控制在0. 15~0. 30%。
[0014]Mn:Mn是鋼中重要的固溶強(qiáng)化元素，可以擴(kuò)大奧氏體相變區(qū)，有利于獲得細(xì)小的 低溫相變產(chǎn)物，提高鋼的低溫韌性。當(dāng)Mn含量高于0. 95%時(shí)，會(huì)導(dǎo)致其鋼中偏析嚴(yán)重，進(jìn)而 促進(jìn)鋼中帶狀組織的形成，惡化鋼的耐硫化氫腐蝕性能。當(dāng)Mn含量低于0. 55%時(shí)，將導(dǎo)致 奧氏體相區(qū)過度收縮并形成大量先共析鐵素體，從而嚴(yán)重降低鋼的強(qiáng)韌性。故本發(fā)明中Mn 的含量控制在〇. 55~0. 95%。
[0015]Cr:Cr能有效地提高鋼的淬透性和強(qiáng)度，抑制低強(qiáng)度的多邊形鐵素體和珠光體產(chǎn) 生，促進(jìn)組織的中溫轉(zhuǎn)變。多次試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)Cr含