專利名稱：含稀土耐H₂S腐蝕管線用無(wú)縫鋼管材料及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及黑色金屬冶煉及金屬壓力加工領(lǐng)域，具體地說(shuō)，涉及一種含稀土耐H2S腐蝕管線用無(wú)縫鋼管材料及其生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
管道運(yùn)輸因其具有經(jīng)濟(jì)高效，不間斷和無(wú)污染等特點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用，為了實(shí)現(xiàn)管線的長(zhǎng)距運(yùn)輸，需要高鋼級(jí)管線管，由于我國(guó)油氣資源中部分存在水和H2S氣體，這對(duì)輸送管道帶來(lái)嚴(yán)重的腐蝕問(wèn)題，而且難以預(yù)測(cè)。低溫濕硫化氫腐蝕主要有應(yīng)力腐蝕(SSC)和氫致開裂(HIC)兩種破壞型式。這兩種破壞型式在石油天然氣輸送管道中均產(chǎn)生過(guò)嚴(yán)重的事故。為此，國(guó)內(nèi)外相繼開發(fā)了抗?jié)馠2S腐蝕L290NS高鋼級(jí)管線管，這些材料的應(yīng)用有效的防止了濕硫化氫腐蝕的產(chǎn)生和破壞。中國(guó)發(fā)明專利CN1351189A公開了一種超低碳高韌性抗硫化氫用輸氣管線鋼，但是雜質(zhì)元素Cu (wt% ( 0.20%)含量高。這是以廢鋼為原料用電爐生產(chǎn)的工藝所無(wú)法克服的不足，由于Cu元素的熔點(diǎn)低，這會(huì)給冶煉、軋制過(guò)程造成一定的難度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種含稀土耐H2S腐蝕管線用無(wú)縫鋼管材料，該鋼管材料耐H2S應(yīng)力腐蝕性能高。本發(fā)明的技術(shù)方案如下:一種含稀土耐H2S腐蝕管線用無(wú)縫鋼管材料，所述含稀土耐H2S腐蝕管線用無(wú)縫鋼管材料的化學(xué)成分的質(zhì)量百分含量為:C0.06 0.12、Si0.05 0.30、Mn0.80 1.10、Cr0.10 0.30,Mo0.10 0.20, V0.03 0.10,Ti0.01 0.03,A10.01 0.04、稀土元素RE0.0005 0.0100、Cu ( 0.10, P ^ 0.015、S ( 0.005，余量為基體 Fe 和雜質(zhì)元素。進(jìn)一步:所述含稀土耐H2S腐蝕管線用無(wú)縫鋼管材料的化學(xué)成分的質(zhì)量百分含量為:C0.09, Si0.19,Mn0.95,Cr0.27,Mo0.13,V0.06,Ti0.017,A10.025, RE0.0013,Cu0.007、P0.012、S0.003 ;或者，C0.10、Si0.21、Mn0.97、Cr0.25、Mo0.14、V0.05、Ti0.015、A10.032、RE0.0012,Cu0.008,P0.013, S0.003 ;或者，C0.06, Si0.05,Mnl.10,Cr0.30,Mo0.20, V0.10、Ti0.01、A10.04、RE0.01、Cu0.1、P0.015、S0.005 ;或者，C0.12、Si0.30、Mn0.80、Cr0.10、Mo0.10、V0.03、Ti0.03、A10.01、RE0.0005、Cu0.1、P0.009、S0.002。進(jìn)一步:所述稀土兀素RE由質(zhì)量百分含量為67%的Ce和質(zhì)量百分含量為33%的La組成。本發(fā)明所要解決的另一技術(shù)問(wèn)題是提供一種 含稀土耐H2S腐蝕管線用無(wú)縫鋼管的制備方法，可以制備耐H2S應(yīng)力腐蝕性能高的無(wú)縫鋼管。本發(fā)明的技術(shù)方案如下:一種含稀土耐H2S腐蝕管線用無(wú)縫鋼管的制備方法，包括:連鑄圓管坯的生產(chǎn)過(guò)程和制管過(guò)程；制備得到的所述含稀土耐H2S腐蝕管線用無(wú)縫鋼管的化學(xué)成分的質(zhì)量百分含量為:C0.06 0.12、Si0.05 0.30、Mn0.80 1.10、Cr0.10 0.30、Mo0.10 0.20、V0.03 0.10,Ti0.01 0.03,A10.01 0.04、稀土元素 RE0.0005 0.0lOOXu ( 0.10、P^0.015,S ( 0.005，余量為基體Fe和雜質(zhì)元素，其中，所述稀土元素RE包括質(zhì)量百分含量為67%的Ce和質(zhì)量百分含量為33%的La。進(jìn)一步，所述連鑄圓管坯的生產(chǎn)過(guò)程包括:鐵水預(yù)處理、頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉、LF爐(Ladle Furnace)精煉、VD (Vacuum Degassing)真空處理、圓還連鑄和切割。進(jìn)一步，所述鐵水預(yù)處理包括:將鐵水作脫硫脫氧預(yù)處理，使鐵水預(yù)處理后的鐵水中的S的質(zhì)量百分含量< 0.010% ;所述頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉包括:將所述鐵水預(yù)處理后的的鐵水兌入頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐，加入廢鋼，所述鐵水預(yù)處理后的的鐵水和所述廢鋼的質(zhì)量比為9:1，采用單渣工藝冶煉，控制終渣堿度為3.0，出鋼過(guò)程中硅錳、錳鐵和鉻鐵進(jìn)行脫氧合金化，其中，每100噸出鋼鋼水中硅鐵為260kg、錳鐵為1200kg、鉻鐵為200kg，終脫氧采用有鋁脫氧工藝，出鋼過(guò)程擋渣或扒渣，所述出鋼鋼水水加入白灰塊200kg ;所述LF爐精煉包括:全過(guò)程吹A(chǔ)r，采用逐漸提高升溫速度的方式加熱提溫；根據(jù)所述頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉的鋼水成分及溫度進(jìn)行造白渣脫硫、成分調(diào)整及升溫操作；在LF爐精煉的中后期每100噸LF精煉鋼水中加入鑰鐵合金150kg、釩鐵合金IOOkg和鈦鐵合金IOOkg ;所述LF爐精煉結(jié)束后保持底部軟吹A(chǔ)r，按預(yù)定加入量喂入200米稀土絲，所述預(yù)定加入量為L(zhǎng)F精煉鋼水的質(zhì)量的
0.02% ;所述VD真空處理的真空度彡0.lOKPa，深真空時(shí)間彡13分鐘，喂入定長(zhǎng)硅鈣絲，喂絲后吹A(chǔ)rS 10分鐘；所述圓坯連鑄和切割包括:將經(jīng)過(guò)VD真空處理后的鋼水進(jìn)行圓坯連鑄，采用1.lm/min的拉速恒速控制和電磁攪拌工藝；控制鋼水過(guò)熱度< 30°C ;鑄還出二次冷卻區(qū)域后進(jìn)行矯直后，然后火焰切割為圓管坯。進(jìn)一步，所述制管過(guò)程包括:管坯加熱、穿孔、連軋、再加熱、定徑或張減徑、矯直、冷卻、鋸切、探傷和 倒棱。進(jìn)一步,所述管還加熱包括:將管還放入加熱爐進(jìn)行加熱，當(dāng)管還的直徑為180mm時(shí)，加熱二段為1260 1300°C、均熱一段為1260 1300°C、均熱二段為1260 1300°C ；當(dāng)管坯的直徑為270mm時(shí)，預(yù)熱一段為1050 1120°C、預(yù)熱二段為1150 1250°C、加熱一段為1250 1290°C、加熱二段為1270 1300°C、均熱一段為1270 1300°C、均熱二段為1270 1300°C;所述再加熱包括:所述連軋后的鋼管進(jìn)入再加熱爐，再加熱爐溫度為900 930°C，終軋溫度為860 900°C，定徑或張減徑后管體溫度為830 880°C ;所述矯直為帶溫矯直，所述帶溫矯直溫度> 500°C。進(jìn)一步，制備得到的所述含稀土耐H2S腐蝕管線用無(wú)縫鋼管的化學(xué)成分的質(zhì)量百分含量為:C0.09、Si0.19、Mn0.95、Cr0.27、Mo0.13、V0.06、Ti0.017、A10.025、RE0.0013、Cu0.007、P0.012、S0.003 ;或者，C0.10、Si0.21、Mn0.97、Cr0.25、Mo0.14、V0.05、Ti0.015、A10.032、RE0.0012、Cu0.008、P0.013、S0.003 ；或者，C0.06、Si0.05、Mnl.10、Cr0.30、Mo0.20、V0.10、Ti0.01、A10.04、RE0.01、Cu0.1、P0.015、S0.005 ；或者，C0.12、Si0.30、Mn0.80、Cr0.10、Mo0.10、V0.03、Ti0.03、A10.01、RE0.0005、Cu0.1、P0.009、S0.002。本發(fā)明的技術(shù)效果如下:1、本發(fā)明以高爐鐵水為原料，雜質(zhì)元素Cu含量較低，Cu的質(zhì)量百分含量< 0.10%ο2、本發(fā)明在500°C以上進(jìn)行帶溫矯直，鋼管的殘余應(yīng)力較低，環(huán)切法測(cè)量殘余應(yīng)力(25MPa。
3、本發(fā)明的鋼管含有獨(dú)特成分的稀土元素，使得鋼管具有優(yōu)良的性能:屈服強(qiáng)度為320 380MPa、抗拉強(qiáng)度為450 520MPa、屈強(qiáng)比≤0.80、延伸率≥32%、橫向沖擊值為akv≥160J/cm(0°C )、剪切比為100%、硬度≤220HV10、晶粒度≥8.5級(jí)。4、本發(fā)明的鋼管抗HIS性能優(yōu)異，按照美國(guó)防腐工程協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)(NACEStandardTM) 0284-2003標(biāo)準(zhǔn)A方法，對(duì)試樣進(jìn)行連續(xù)96小時(shí)的A溶液浸泡，試樣表面未出現(xiàn)裂紋。5、本發(fā)明的鋼管抗SCC性能優(yōu)異，按照美國(guó)防腐工程協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)(NACE StandardTM) 0177-2005標(biāo)準(zhǔn)A方法，采用光滑拉伸試樣法，試驗(yàn)恒定應(yīng)力為0.8Et0.5 (232MPa)，經(jīng)過(guò)H2S飽和溶液(A溶液)浸泡，連續(xù)720小時(shí)試樣未出現(xiàn)開裂。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明采用高爐鐵水和優(yōu)質(zhì)廢鋼為原料。高爐鐵水的質(zhì)量百分含量為90%，優(yōu)質(zhì)廢鋼的質(zhì)量百分含量為10%。本發(fā)明的制備方法包括:連鑄圓管坯的生產(chǎn)過(guò)程和制管過(guò)程。具體生產(chǎn)工藝過(guò)程如下:連鑄圓管坯的生產(chǎn)過(guò)程包括:鐵水預(yù)處理一頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉一LF爐精煉一VD真空處理一圓坯連鑄一切割步驟S1:鐵水預(yù)處理將90噸高爐鐵水用“金屬鎂粉”作脫硫脫氧預(yù)處理，使鐵水預(yù)處理后的鐵水中的S的質(zhì)量百分含量≤0.010%。步驟S2:頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉將90噸鐵水預(yù)處理后的鐵水兌入100噸級(jí)的頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐中，再加入10噸優(yōu)質(zhì)廢鋼，然后采用單渣工藝進(jìn)行冶煉，終渣堿度控制為3.0，出鋼時(shí)采用硅鐵、錳鐵、鉻鐵進(jìn)行脫氧合金化，其中加入硅鐵260kg、錳鐵1200kg、鉻鐵200kg，終脫氧采用有鋁脫氧工藝，出鋼過(guò)程必須擋渣。如果擋渣失敗則必須扒渣，出鋼過(guò)程中加完上述合金以后加入200kg白灰塊。步驟S3:LF爐精煉將冶煉好的鋼水裝入鋼水包進(jìn)入LF爐工位進(jìn)行精煉。精煉時(shí)按要求正常吹気，采用從逐漸提高升溫速度的方式加熱升溫。根據(jù)轉(zhuǎn)爐鋼水成分及溫度進(jìn)行造渣脫硫、成分調(diào)整及升溫操作。采用造白渣操作脫硫。鑰鐵、釩鐵和鈦鐵合金在LF爐精煉的中后期加入，其中鑰鐵合金150kg、釩鐵合金100kg、鈦鐵合金100kg。當(dāng)LF爐精煉結(jié)束后要保持底部軟吹A(chǔ)r，按預(yù)定的加入量喂入200米稀土絲，預(yù)定的加入量為L(zhǎng)F精煉鋼水的質(zhì)量的0.02%。步驟S4:VD真空處理然后對(duì)精煉好的鋼水再進(jìn)行VD真空處理。深真空度≤0.lOKPa，深真空時(shí)間≥13分鐘。再喂入280米的硅鈣線，喂絲后保持8 10分鐘軟吹A(chǔ)r。步驟S5:圓坯連鑄和切割將經(jīng)過(guò)VD真空處理后的鋼水大包吊上鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行5機(jī)5流圓坯連鑄。連鑄時(shí)采用1.lm/min的拉速恒速控制和電磁攪拌工藝。鋼水過(guò)熱度AT≤ 30°C。鑄坯出二次冷卻區(qū)域后進(jìn)行矯直，然后用火焰切割為圓管坯。制管過(guò)程包括:管坯加熱一穿孔一連軋一再加熱一定徑或張減徑一矯直一冷卻一鋸切一探傷一倒棱。
經(jīng)檢測(cè)，各實(shí)施例的化學(xué)成分如表I所示。表I各實(shí)施例成分(質(zhì)量百分?jǐn)?shù)/%)
權(quán)利要求
1.一種含稀土耐H2S腐蝕管線用無(wú)縫鋼管材料，其特征在于，所述含稀土耐H2S腐蝕管線用無(wú)縫鋼管材料的化學(xué)成分的質(zhì)量百分含量為:C0.06 0.12、Si0.05 0.30、Mn0.80 1.1OXr0.10 0.30,Mo0.10 0.20,V0.03 0.10,Ti0.01 0.03,A10.01 0.04、稀土元素 RE0.0005 0.0100、Cu 彡 0.10、P 彡 0.015、S 彡 0.005，余量為基體 Fe 和雜質(zhì)元素。
2.如權(quán)利要求1所述的含稀土耐H2S腐蝕管線用無(wú)縫鋼管材料，其特征在于，所述含稀土耐H2S腐蝕管線用無(wú)縫鋼管材料的化學(xué)成分的質(zhì)量百分含量為:C0.09、Si0.19、Mn0.95、Cr0.27、Mo0.13、V0.06、Ti0.017、A10.025、RE0.0013、Cu0.007、P0.012、S0.003 ；或者，C0.10、Si0.21、Mn0.97、Cr0.25、Mo0.14、V0.05、Ti0.015、A10.032、RE0.0012、Cu0.008、P0.013、S0.003 ;或者，C0.06、Si0.05、Mnl.10、Cr0.30、Mo0.20、V0.10、Ti0.01、A10.04、RE0.01、Cu0.1、P0.015、S0.005 ;或者，C0.12、Si0.30、Mn0.80、Cr0.10、Mo0.10、V0.03、Ti0.03、A10.01、RE0.0005、Cu0.1、P0.009、S0.002。
3.如權(quán)利要求1或2所述的任一項(xiàng)含稀土耐H2S腐蝕管線用無(wú)縫鋼管材料，其特征在于:所述稀土元素RE由質(zhì)量百分含量為67%的Ce和質(zhì)量百分含量為33%的La組成。
4.一種含稀土耐H2S腐蝕管線用無(wú)縫鋼管的制備方法，其特征在于，包括:連鑄圓管坯的生產(chǎn)過(guò)程和制管過(guò)程；制備得到的所述含稀土耐H2S腐蝕管線用無(wú)縫鋼管的化學(xué)成分的質(zhì)量百分含量為:C0.06 0.12,Si0.05 0.30,Mn0.80 1.1OXr0.10 0.30,Mo0.10 0.20、V0.03 0.10、Ti0.01 0.03、A10.01 0.04、稀土元素 RE0.0005 0.0100、Cu < 0.10、P < 0.015、S < 0.005，余量為基體Fe和雜質(zhì)元素，其中，所述稀土元素RE包括質(zhì)量百分含量為67%的Ce和質(zhì)量百分含量為33%的La。
5.如權(quán)利要求4所述的含稀土耐H2S腐蝕管線用無(wú)縫鋼管的制備方法，其特征在于，所述連鑄圓管坯的生產(chǎn)過(guò)程包括:鐵水預(yù)處理、頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉、LF爐精煉、VD真空處理、圓坯連鑄和切割。
6.如權(quán)利要求5所述的含稀土耐H2S腐蝕管線用無(wú)縫鋼管的制備方法，其特征在于， 所述鐵水預(yù)處理包括:將鐵水作脫硫脫氧預(yù)處理，使鐵水預(yù)處理后的鐵水中的S的質(zhì)量百分含量< 0.010% ； 所述頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉包括:將所述鐵水預(yù)處理后的的鐵水兌入頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐，加入廢鋼，所述鐵水預(yù)處理后的的鐵水和所述廢鋼的質(zhì)量比為9:1，采用單渣工藝冶煉，控制終渣堿度為3.0,出鋼過(guò)程中硅錳、錳鐵和鉻鐵進(jìn)行脫氧合金化，其中，每100噸出鋼鋼水中硅鐵為260kg、錳鐵為1200kg、鉻鐵為200kg，終脫氧采用有鋁脫氧工藝，出鋼過(guò)程擋渣或扒渣，所述出鋼鋼水水加入白灰塊200kg ； 所述LF爐精煉包括:全過(guò)程吹A(chǔ)r，采用逐漸提高升溫速度的方式加熱提溫；根據(jù)所述頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉的鋼水成分及溫度進(jìn)行造白渣脫硫、成分調(diào)整及升溫操作；在LF爐精煉的中后期每100噸LF精煉鋼水中加入鑰鐵合金150kg、釩鐵合金IOOkg和鈦鐵合金IOOkg ；所述LF爐精煉結(jié)束后保持底部軟吹A(chǔ)r，按預(yù)定加入量喂入200米稀土絲，所述預(yù)定加入量為L(zhǎng)F精煉鋼水的質(zhì)量的0.02% ； 所述VD真空處理的真空度< 0.lOKPa，深真空時(shí)間彡13分鐘，喂入定長(zhǎng)硅鈣絲，喂絲后吹A(chǔ)r8 10分鐘； 所述圓坯連鑄和切割包括:將經(jīng)過(guò)VD真空處理后的鋼水進(jìn)行圓坯連鑄，采用1.lm/min的拉速恒速控制和電磁攪拌工藝；控制鋼水過(guò)熱度< 30°C ;鑄坯出二次冷卻區(qū)域后進(jìn)行矯直后，然后火焰切割為圓管坯。
7.如權(quán)利要求4所述的含稀土耐H2S腐蝕管線用無(wú)縫鋼管的制備方法，其特征在于，所述制管過(guò)程包括:管坯加熱、穿孔、連軋、再加熱、定徑或張減徑、矯直、冷卻、鋸切、探傷和倒棱。
8.如權(quán)利要求7所述的含稀土耐H2S腐蝕管線用無(wú)縫鋼管的制備方法，其特征在于， 所述管坯加熱包括:將管坯放入加熱爐進(jìn)行加熱，當(dāng)管坯的直徑為180mm時(shí)，加熱二段為1260 1300°C、均熱一段為1260 1300°C、均熱二段為1260 1300°C ;當(dāng)管坯的直徑為270mm時(shí)，預(yù)熱一段為1050 1120°C、預(yù)熱二段為1150 1250°C、加熱一段為1250 1290°C、加熱二段為1270 1300°C、均熱一段為1270 1300°C、均熱二段為1270 1300 0C ； 所述再加熱包括:所述連軋后的鋼管進(jìn)入再加熱爐，再加熱爐溫度為900 930°C，終軋溫度為860 900°C，定徑或張減徑后管體溫度為830 880°C ； 所述矯直為帶溫矯直，所述帶溫矯直溫度> 500°C。
9.如權(quán)利要求4 8任一項(xiàng)所述的含稀土耐H2S腐蝕管線用無(wú)縫鋼管的制備方法，其特征在于，制備得到的所述含稀土耐H2S腐蝕管線用無(wú)縫鋼管的化學(xué)成分的質(zhì)量百分含量為:C0.09, Si0.19,Mn0.95,Cr0.27,Mo0.13,V0.06,Ti0.017,A10.025,RE0.0013,Cu0.007、P0.012、S0.003 ;或者，C0.10、Si0.21、Mn0.97、Cr0.25、Mo0.14、V0.05、Ti0.015、A10.032、RE0.0012,Cu0.008,P0.013, S0.003 ;或者，C0.06, Si0.05,Mnl.10,Cr0.30,Mo0.20, V0.10、Ti0.01、A10.04、RE0.01、Cu0.1、P0.015、S0.005 ;或者，C0.12、Si0.30、Mn0.80、Cr0.10、Mo0.10、V0 .03、Ti0.03、A10.01、RE0.0005、Cu0.1、P0.009、S0.002。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種含稀土耐H2S腐蝕管線用無(wú)縫鋼管材料，所述含稀土耐H2S腐蝕管線用無(wú)縫鋼管材料的化學(xué)成分的質(zhì)量百分含量為C0.06～0.12、Si0.05～0.30、Mn0.80～1.10、Cr0.10～0.30、Mo0.10～0.20、V0.03～0.10、Ti0.01～0.03、Al0.01～0.04、稀土元素RE0.0005～0.0100、Cu≤0.10、P≤0.015、S≤0.005，余量為基體Fe和雜質(zhì)元素。本發(fā)明還公開了一種含稀土耐H2S腐蝕管線用無(wú)縫鋼管的制備方法本發(fā)明制備的無(wú)縫鋼管耐H2S應(yīng)力腐蝕性能較高。
文檔編號(hào)C22C38/28GK103215518SQ20131017719
公開日2013年7月24日 申請(qǐng)日期2013年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月14日
發(fā)明者石曉霞, 豐小冬, 劉金, 郝振宇, 姜濤, 馬愛清 申請(qǐng)人:內(nèi)蒙古包鋼鋼聯(lián)股份有限公司