專利名稱：直徑為508mm的耐硫化氫腐蝕管線用無縫鋼管的生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種管線用無縫鋼管的生產(chǎn)方法，尤其是一種直徑為508_的耐硫化氫腐蝕管線用無縫鋼管的生產(chǎn)方法。
現(xiàn)有技術(shù)隨著對油氣需求不斷增加，含硫化氫油氣田的開采越來越多。我國硫化氫含量大于1%的天然氣儲量占全國天然氣儲量的四分之一，主要分布在四川盆地、鄂爾多斯盆地和渤海灣盆地，其中近年來發(fā)現(xiàn)的川東北地區(qū)的天然氣油田含硫化氫含量更是高達(dá)10%以上。為適應(yīng)新形勢的需要，必須開發(fā)出高抗硫化氫腐蝕的油氣管線輸送管。當(dāng)前，雖然國內(nèi)外已開發(fā)出抗硫化氫腐蝕的管線用焊管(由抗硫化氫熱軋鋼板焊接而成)，但由于焊 接工藝使得焊縫及母材熱影響區(qū)的性能受到影響，會使該區(qū)域易受硫化氫應(yīng)力腐蝕開裂。鑒于上述原因，無縫鋼管就要安全的多。但由于連鑄圓坯總是存在或輕或重的偏析，圓坯穿軋成無縫管后，無縫管內(nèi)壁的雜質(zhì)元素會較多，從而使無縫管內(nèi)壁的抗腐蝕性較差，因此高抗硫化氫腐蝕無縫管的生產(chǎn)始終是個難點(diǎn)，另外大口徑(外徑大于500mm)的抗硫化氫腐蝕管線用無縫管尚未見報道。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種直徑為508mm的耐硫化氫腐蝕管線用無縫鋼管的生產(chǎn)方法，以利于提供大直徑、安全、可靠的無縫鋼管，適應(yīng)市場的需求。


圖I為用掃描電鏡觀察的12MnNbV管線鋼上氫鼓泡中的夾雜物；圖2為圖I中部位I的能譜分析結(jié)果；圖3為圖I中部位2的能譜分析結(jié)果；圖4不同硬度的IOMnVNb無縫鋼管內(nèi)壁SOHIC試驗結(jié)果；圖5為外淋內(nèi)噴旋轉(zhuǎn)式淬火冷卻示意圖；圖6為本發(fā)明生產(chǎn)的大口徑無縫鋼管內(nèi)中外壁金相組織照片；圖7為本發(fā)明生產(chǎn)的大口徑無縫鋼管內(nèi)中外壁取樣屈服強(qiáng)度的分布圖；圖8為本發(fā)明生產(chǎn)的大口徑無縫鋼管內(nèi)中外壁取樣硬度的分布圖；圖9為本發(fā)明生產(chǎn)的無縫鋼管從內(nèi)壁取樣在HIC試驗后的試樣；圖10為本發(fā)明生產(chǎn)的無縫鋼管從內(nèi)壁取樣在SSCC B法試驗后的試樣；圖11為本發(fā)明生產(chǎn)的無縫鋼管從內(nèi)壁取樣在SOHIC試驗后的試樣。
具體實(shí)施方式
結(jié)合附圖對本發(fā)明的直徑為508mm的耐硫化氫腐蝕管線用無縫鋼管的生產(chǎn)方法加以說明。通過研究，發(fā)現(xiàn)鋼中夾雜物、金相組織以及鋼的硬度等方面對管線用無縫鋼管的抗硫化氫腐蝕有較大影響。從附圖I中可以看出12MnNbV氫鼓泡中存在著夾雜物，從附圖2和附圖3的能譜分析結(jié)果可以看出，氫鼓泡中存在CaS及鋁酸鈣夾雜物的偏聚，這說明A類與B類夾雜物均對鋼的抗硫化氫腐蝕性有影響；從附圖4中不同硬度的IOMnVNb無縫鋼管內(nèi)壁S0HIC(NACE TM0103-2003)試驗結(jié)果可以看出，當(dāng)硬度HVlO小于200時，管線鋼抗應(yīng)力導(dǎo)向氫致開裂(SOHIC)能力明顯提高。另外，由鑄坯偏析引起的無縫鋼管內(nèi)壁的帶狀組織也對鋼的抗硫化氫腐蝕性有影響，減輕鑄坯偏析，減小無縫鋼管內(nèi)壁的帶狀級別也能提高鋼的抗硫化氫腐蝕性能。 通過無縫鋼管的抗腐蝕機(jī)理及影響因此，本發(fā)明通過煉鋼到熱處理的技術(shù)改進(jìn)與工藝設(shè)計，開發(fā)生產(chǎn)出了高抗硫化氫腐蝕的管線用無縫鋼管，該鋼管屈服強(qiáng)度在380MPa以上，抗拉強(qiáng)度在460MPa以上，_20°C沖擊功在200J以上，且能通過HIC(NACE TM0284-2003)，SSCC B 法(NACE TM0284-2003)及更為苛刻的 SOHIC (NACE TM0103-2003)等抗硫化氫腐蝕試驗，具有較高的抗硫化氫腐蝕性，可以應(yīng)用到高H2S含量的油氣田中的油氣輸送管線上。為了保證管線鋼的強(qiáng)度和減低裂紋敏感性，本發(fā)明生產(chǎn)方法所選鋼種的化學(xué)成分按重量百分比符合下列公式Cev = C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15[% ] >0. 20 且Pcm =C+Si/30+ (Mn+Cu+Cr) /20+Ni/60+V/10+5B [ % ] ^ 0. 20 的要求，同時為了鋼的純凈度，具體的化學(xué)成分設(shè)計按重量百分比為C 0. 08 0. 12%、Si 0. 20 0. 35%、Mn I. 2 I. 4%、MoO. 01 0. 15%, Al 0.01 0.05、V 0. 04 0. 07%、Nb 0. 02 0. 04%、S 0. 002%、P 0. 010,余量為Fe及不可避免的雜質(zhì),雜質(zhì)中，S不大于20ppm,P不大于IOOppm, 0不大于20ppm, N不大于50ppm, H不大于I. Oppm ；對上述合金元素種類及含量(Wt % )的選擇上詳述如下C :碳元素是鋼的主要強(qiáng)化元素，但碳的增加會損害鋼的韌性和焊接性能，所以綜合考慮，本發(fā)明確定的C含量范圍為0. 08 0. 12% ；Si :硅是鋼水的主要脫氧劑，必須含有，但過高的Si含量會損害焊接熱影響區(qū)部的鋼的韌性，所以綜合考慮，本發(fā)明確定的Si含量范圍為0. 2 0. 35% ；Mn:錳是鋼的主要強(qiáng)化元素，錳元素的增加在提高鋼的強(qiáng)度的同時而對韌性和焊接性能影響較小，另外錳還強(qiáng)烈增加鋼的淬透性，保證厚壁鋼管的中心也得到強(qiáng)化，因此本發(fā)明確定的Mn含量范圍為I. 2 I. 4% ;Mo :鑰可以提高鋼的淬透性，對于厚壁鋼管尤為重要，同時還可以提高鋼的回火軟化阻抗，使鋼管可以在更高的溫度下回火；Al :鋁是鋼水的主要脫氧劑，同時在鋼中形成細(xì)小的AlN還可以細(xì)化奧氏體晶粒，提高鋼的強(qiáng)韌性，但當(dāng)Al過多時，鋼中的夾雜物易變?yōu)閳F(tuán)簇狀，惡化鋼的韌性，因此本發(fā)明確定的Al含量范圍為0. 01 0. 05% ;V、Nb:釩和鈮在鋼中形成碳氮化物可以起到細(xì)化晶粒和彌散強(qiáng)化的作用，但當(dāng)釩、鈮過多時也對鋼的韌性不利，且還要考慮到成本的問題，因此本發(fā)明確定的V含量范圍為0. 04 0. 07%, Nb 含量范圍為 0. 02 0. 04% ；
P、S :硫、磷元素均是使鋼韌性降低的雜質(zhì)元素，由于MnS夾雜會嚴(yán)重影響鋼的抗氫致開裂性，所有對于抗硫化氫管線鋼來說，更應(yīng)將S控制在極低的水平，因此本發(fā)明確定的P含量不大于0.010%，S含量不大于0. 002%。O、N、H :氧、氮、氫均是鋼中的有害氣體，嚴(yán)重影響鋼的韌性和抗腐蝕性能，因此要將它們的含量控制在較低的水平，因此本發(fā)明確定的0含量不大于20ppm，N含量不大于50ppmo本發(fā)明的大口徑抗硫化氫腐蝕管線用無縫鋼管生產(chǎn)工藝詳述如下冶煉工藝采用超高頻大噸位(> 90t)電弧爐冶煉，為保證盡量少的雜質(zhì)元素，電爐原料采用低磷鐵水+優(yōu)質(zhì)廢鋼；采用LF爐進(jìn)行脫硫、去夾雜和合金化微調(diào)；采用真空精煉設(shè)備VD、V0D或RH，脫除鋼水中的有害氣體；用圓坯連鑄機(jī)將鋼水澆鑄成350mm的連鑄圓坯，為改善管坯內(nèi)部質(zhì)量和得到均勻的內(nèi)部組織，連鑄采用結(jié)晶器+凝固末端組合式電磁攪拌。 軋管工藝由于PQF采用3輥封閉式孔型設(shè)計，使金屬在同一截面上的變形更加均勻，使得不均勻的變形區(qū)大大減少，從而為產(chǎn)品組織及力學(xué)性能上的均勻性打下了基礎(chǔ)。所以本發(fā)明采用460PQF連軋機(jī)組進(jìn)行備料管得生產(chǎn)。將連鑄圓坯在環(huán)形加熱爐內(nèi)加熱到1250 1300°C，使圓坯在1200°C以上穿孔，將毛管在1050 1100°C溫度區(qū)間進(jìn)行多機(jī)架連軋，在940 980°C間在定減徑機(jī)上定徑(終軋)成外徑為377mm的備料管。熱擴(kuò)工藝將備料管在720旋擴(kuò)管機(jī)組上熱軋成外徑為508mm的最終尺寸，具體工藝為將備料加熱到1100 1200°C進(jìn)行斜軋旋擴(kuò)徑，在950°C以上定徑成最終尺寸；熱處理工藝將軋管進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，工藝過程為淬火爐加熱至900 930°C保溫40 60min+高壓水除磷+外淋內(nèi)噴(管體同時轉(zhuǎn)動)水冷+回火加熱到630 660°C保 溫60 80min+冷床空冷至室溫。為了保證大口徑內(nèi)外壁冷卻的均勻性，淬火冷卻采用了外淋內(nèi)噴(管體同時轉(zhuǎn)動)的方式，其示意圖見附圖5，另外由于內(nèi)噴水冷卻能力略差于外淋水，當(dāng)外淋水停時內(nèi)噴水多延遲噴4 8s，采用這種冷卻方式可以使得鋼管內(nèi)中外的冷卻更均勻，產(chǎn)品的組織更均勻，力學(xué)性能更均勻。根據(jù)本發(fā)明的成分范圍及生產(chǎn)工藝，冶煉軋制本發(fā)明的無縫鋼管的實(shí)際化學(xué)成分如表1，表I中實(shí)例鋼管的力學(xué)性能見表2，由表2中可知，該類鋼管的屈服強(qiáng)度達(dá)到了380 480MPa，相當(dāng)于API 5L標(biāo)準(zhǔn)中X52 X65鋼級，橫向沖擊韌性均超過了 200J。本發(fā)明提供的生產(chǎn)方法可以保證大口徑無縫鋼管產(chǎn)品內(nèi)外壁組織，力學(xué)性能的均勻性。從附圖6可以看出鋼管內(nèi)中外壁三個部位的組織均勻一致，均為回火貝氏體+鐵素體，晶粒度均為8. 5級；從附圖7可以看出鋼管內(nèi)中外壁三個部位的屈服強(qiáng)度最大差別為35MPa ;從附圖8可以看出鋼管內(nèi)中外壁三個部位的硬度基本在160 180HV10之間，單只鋼管內(nèi)中外的硬度最大差別為24HV10。另外，該鋼管最重要的特點(diǎn)是高耐硫化氫腐蝕性，本發(fā)明大口徑耐硫化氫腐蝕管線用無縫鋼管，不僅能夠通過一般抗硫化氫管線鋼要求通過的HIC(NACE TM0284-2003)氫致開裂試驗，還能夠通過SSCC B法(NACE TM0284-2003)硫化氫應(yīng)力腐蝕開裂及更為苛刻的S0HIC(NACE TM0103-2003)抗應(yīng)力導(dǎo)向氫致開裂等抗硫化氫腐蝕試驗。圖9，圖10與圖11分別為本發(fā)明生產(chǎn)的高抗腐蝕管線無縫鋼管從最易腐蝕的內(nèi)壁取樣在HIC(NACETM0284-2003)、SSCC B 法(NACE TM0284-2003)和 S0HIC(NACE TM0103-2003)進(jìn)行試驗后的試樣圖片，從這些圖片中可以看出本發(fā)明的大口徑抗硫化氫腐蝕管線用無縫鋼管具有較高的抗硫化氫腐蝕性能，可以應(yīng)用到高H2S含量的油氣田中的油氣輸送管線上。表I本發(fā)明實(shí)例無縫鋼管實(shí)際化學(xué)成分(質(zhì)量百分比1% )

權(quán)利要求
1.一種直徑為508mm的耐硫化氫腐蝕管線用無縫鋼管的生產(chǎn)方法，該方法包括有以下步驟 (1)采用的鋼種成分按重量百分比符合下列公式Cev=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15[% ] > 0.20 且 Pcm = C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+V/10+5B[% ] ^ 0. 20 ； (2)冶煉工藝按步驟(I)配置鋼種成分的原料，采用電爐+LF爐+真空精煉爐+連鑄，連鑄要采用結(jié)晶器和凝固末端組合電磁攪拌，冶煉制管坯； (3)熱軋管工藝為先采用460PQF連軋機(jī)軋制成外徑為376 379mm的備料管，具體工藝為將步驟(2)的管還在環(huán)形加熱爐內(nèi)加熱溫度為1250 1300°C,使管還在溫度為.1200°C以上穿孔制毛管，該毛管在溫度為1050 1100°C進(jìn)行多機(jī)架連軋，在溫度為940 .980°C間定徑為終軋； 而后在720旋擴(kuò)管機(jī)組上熱軋成外徑為508mm的最終尺寸，具體工藝為將上述終軋毛管加熱溫度為1100 1200°C進(jìn)行斜軋旋擴(kuò)徑，在950°C以上定徑成最終尺寸的軋管； (4)熱處理工藝采用調(diào)質(zhì)工藝，將上述軋管加熱溫度為900 930°C、保溫40 .50min，水淬，然后在溫度為630 660°C、保溫60 80min，空冷至室溫，在淬火時，在軋管管體轉(zhuǎn)動的同時采用外淋內(nèi)噴，且內(nèi)噴水時間延遲4 8s的水冷卻方式。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述無縫鋼管的生產(chǎn)方法，其特征是采用的鋼種成分按質(zhì)量百分含量為C 0. 08 0. 12%, Si 0. 20 0. 35%, Mn I. 2 I. 4%、MoO. 01 0. 15%, Al.0.01 0. 05、V 0. 04 0. 07%、Nb 0. 02 0. 04%，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)，雜質(zhì)中，S不大于20ppm, P不大于IOOppm, 0不大于20ppm, N不大于50ppm, H不大于I. Oppm。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述無縫鋼管的生產(chǎn)方法，其特征是該無縫鋼管的外徑為508mm，壁厚大于20mm ;金相組織為均勻的回火貝氏體和鐵素體組織，晶粒度> 8. 0級；屈服強(qiáng)度在380MPa以上，抗拉強(qiáng)度在460MPa以上，_20°C沖擊功在200J以上；能通過HIC(NACETM0284-2003)，SSCC B 法(NACE TM0284-2003)及 S0HIC(NACE TM0103-2003)抗硫化氫腐蝕試驗。
全文摘要
本發(fā)明提供直徑為508mm的耐硫化氫腐蝕管線用無縫鋼管的生產(chǎn)方法，包括采用的鋼種成分按重量百分比符合下列公式Cev＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15[％]＞0.20且Pcm＝C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+V/10+5B[％]≤0.20；冶煉工藝；軋管工藝為；熱處理工藝。本發(fā)明提供的方法能夠生產(chǎn)外徑為508mm超大口徑耐硫化氫腐蝕管線用無縫鋼管，該鋼管屈服強(qiáng)度在380MPa以上，抗拉強(qiáng)度在460MPa以上，-20℃沖擊功在200J以上，且通過HIC(NACE TMO284-2003)，SSCC B法(NACE TMO284-2003)及SOHIC(NACE TMO103-2003)等抗硫化氫腐蝕試驗，可以應(yīng)用到含硫化氫較高的酸性環(huán)境下X52～X65鋼級管線用無縫鋼管。
文檔編號C22C38/12GK102699628SQ201210084138
公開日2012年10月3日 申請日期2012年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月26日
發(fā)明者侯強(qiáng), 盧弘, 孫宇, 張傳友, 張冰, 張志遠(yuǎn), 李效華, 王惠斌, 竇志超 申請人:天津鋼管集團(tuán)股份有限公司