本發(fā)明屬于鋼鐵材料領(lǐng)域，具體涉及一種具有耐硫酸鹽還原菌腐蝕性能的管線鋼。本發(fā)明的管線鋼能夠明顯降低土壤中硫酸鹽還原菌腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)，可應(yīng)用于埋地管線用鋼的生產(chǎn)。

背景技術(shù)：

微生物腐蝕(mic)是指由于微生物的自身生命活動(dòng)及其代謝產(chǎn)物直接或間接地加速金屬材料腐蝕過程的現(xiàn)象，普遍存在于各種自然環(huán)境中，如土壤、油田系統(tǒng)等，是引起工程材料失效的一個(gè)主要原因。研究發(fā)現(xiàn)，埋地管線微生物腐蝕主要是由厭氧的硫酸鹽還原菌(srb)引起的。當(dāng)前埋在土壤中的地下管線通常聯(lián)合采用防護(hù)涂層和陰極保護(hù)來防止其腐蝕。然而，絕緣性防護(hù)涂層常因機(jī)械損傷、老化降解、土壤應(yīng)力、陰極析氫等因素作用失去粘結(jié)力而發(fā)生剝離，與管道表面間形成縫隙，而且粘結(jié)劑同時(shí)為硫酸鹽還原菌的生存提供大量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。地下水、微生物等腐蝕介質(zhì)滲入縫隙內(nèi)形成局部薄液膜微環(huán)境，從而導(dǎo)致縫隙內(nèi)的管道發(fā)生腐蝕。大量的管線腐蝕調(diào)查研究表明，大多數(shù)管道外表面的剝離涂層下都存在微生物腐蝕。因此，剝離涂層縫隙內(nèi)管線鋼的硫酸鹽還原菌腐蝕應(yīng)加以重視。

微生物腐蝕與微生物在碳鋼表面形成的生物膜有著密切關(guān)系。生物膜是微生物由自身產(chǎn)生的胞外多聚物所包圍而形成的。它能附著在生物和幾乎所有材料的表面。生物電化學(xué)領(lǐng)域的最新研究結(jié)果表明，附著在金屬表 面的生物膜內(nèi)的細(xì)菌，可通過直接電子轉(zhuǎn)移或間接電子轉(zhuǎn)移從金屬獲得電子，從而導(dǎo)致微生物腐蝕的發(fā)生。因此，如果生物膜被抑制或破壞，微生物腐蝕發(fā)生的機(jī)率將大大減小。已經(jīng)服役或現(xiàn)有的管線鋼沒有考慮到材料自身具有耐硫酸鹽還原菌腐蝕的性能。本發(fā)明利用銅離子具有生物毒性這一特點(diǎn)，在原有管線鋼成分基礎(chǔ)上添加1.5-4.0％的cu元素，并通過時(shí)效保溫使銅原子析出，腐蝕過程中銅離子破壞生物膜的形成，從而達(dá)到耐硫酸鹽還原菌腐蝕的性能。這種新型管線鋼有望成為兼具高強(qiáng)韌性及耐硫酸鹽還原菌腐蝕性能于一體的理想的埋地管線用鋼材料，具有重要的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種耐硫酸鹽還原菌腐蝕的管線鋼及富銅相析出方法，以實(shí)現(xiàn)從材料自身角度顯著降低埋地管線發(fā)生硫酸鹽還原菌腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種具有耐硫酸鹽還原菌腐蝕性能的管線鋼，其特征在于：按重量百分比計(jì)，該鋼的化學(xué)成分如下：c≤0.10％；si≤0.50％；mn≤2.0％；1.5％≤cu≤4.0％；其余為fe和不可避免的雜質(zhì)。

按照上述化學(xué)成分的管線鋼，還包括：ni≤0.6％；mo<0.3％；cr<0.3％；nb<0.05％；ti<0.05％中的一種或多種。

優(yōu)選鋼的化學(xué)成分如下：0.01≤c≤0.05％；0.10≤si≤0.30％；0.80≤mn≤1.50％；1.50％≤cu≤3.00％；其余為fe和不可避免的雜質(zhì)。優(yōu)選成分鋼具有最佳的綜合力學(xué)性能及耐硫酸鹽還原菌腐蝕性能。

本發(fā)明中為了使管線鋼的綜合力學(xué)性能不受高含量cu的影響，可適當(dāng)降低c、mn主元素的含量；

本發(fā)明中為了減小高含量cu對(duì)所述管線鋼在熱加工方面產(chǎn)生的負(fù)面影響，可適當(dāng)增加ni的含量。

本發(fā)明中cu元素是關(guān)鍵性合金化元素，是保證該管線鋼具有耐硫酸鹽還原菌腐蝕性能的必要條件，其含量為1.5～4.0％，優(yōu)選含量為1.5～3.0％，以保證在熱處理?xiàng)l件下，富銅相在基體中均勻彌散的析出，從而使銅離子持續(xù)溶出具有殺菌作用。當(dāng)銅含量較低時(shí)，基體中析出的富銅相不足，因而耐硫酸鹽還原菌腐蝕性能不佳。當(dāng)銅含量相對(duì)過高時(shí)，會(huì)導(dǎo)致析出粗大的富銅相，對(duì)沖擊韌性及熱加工性能產(chǎn)生不利影響。

本發(fā)明還提供了上述具有耐硫酸鹽還原菌腐蝕性能的管線鋼的時(shí)效熱處理方法，采用上述化學(xué)成分的管線鋼，經(jīng)冶煉、鍛造和軋制，在熱機(jī)械控軋控冷后，溫度降至500～600℃，或降溫后再重新升溫到500～600℃，保溫0.5～2小時(shí)，而后空冷。其優(yōu)選的時(shí)效處理制度為：550℃時(shí)效1小時(shí)，空冷。通過以上處理方式管線鋼中富銅相析出，在腐蝕過程中富銅相釋放的銅離子具有破壞生物膜的能力，從而能夠明顯降低管線鋼發(fā)生硫酸鹽還原菌腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)。

本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明所述管線鋼中添加了cu元素，經(jīng)過時(shí)效處理后，在保證現(xiàn)有管線鋼性能的基礎(chǔ)上還使得該鋼具有優(yōu)異的耐硫酸鹽還原菌腐蝕性能。

2、本發(fā)明所述的管線鋼能夠從材料自身角度顯著降低埋地管線硫酸鹽還原菌腐蝕的可能性。

附圖說明

圖1為實(shí)施例1中硫酸鹽還原菌腐蝕的點(diǎn)蝕形貌。

圖2為實(shí)施例1中硫酸鹽還原菌腐蝕的最大點(diǎn)蝕深度(激光共聚焦所測(cè)最大坑點(diǎn)蝕深度為1.90μm，坑直徑為10.5μm)。

圖3為對(duì)比例1中硫酸鹽還原菌腐蝕的點(diǎn)蝕形貌。

圖4為對(duì)比例1中硫酸鹽還原菌腐蝕的最大點(diǎn)蝕深度(激光共聚焦所測(cè)最大坑點(diǎn)蝕深度為23.6μm，坑直徑為318.2μm)。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例管線鋼的制備采用實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的真空感應(yīng)爐冶煉、鍛造，而后熱機(jī)械控制軋制與控制冷卻，對(duì)比例選用現(xiàn)有商用管線鋼，其化學(xué)成分如表1。

表1實(shí)施例和對(duì)比例管線鋼的化學(xué)成分，(重量百分含量，％)

所有實(shí)施例管線鋼均采用最佳的銅析出熱處理工藝：550℃保溫1小時(shí)，空冷。對(duì)比例管線鋼保持原有軋制狀態(tài)。

對(duì)實(shí)施例和對(duì)比例管線鋼與在土壤中分離出來的硫酸鹽還原菌(srb)接菌在土壤浸出液中共培養(yǎng)20天后的點(diǎn)蝕性能進(jìn)行了評(píng)估。微生物腐蝕導(dǎo)致的點(diǎn)蝕是目前世界上公認(rèn)的微生物腐蝕對(duì)材料的最大危害，而點(diǎn)蝕深度被認(rèn)為是定量評(píng)價(jià)材料耐硫酸鹽還原菌腐蝕性能的重要指標(biāo)，因此通過激光共聚焦顯微鏡檢測(cè)了腐蝕后樣品表面由硫酸鹽還原菌腐蝕導(dǎo)致的最大點(diǎn)蝕深度，測(cè)試結(jié)果見表2。實(shí)施例和對(duì)比例的力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果見表3。

表2實(shí)施例和對(duì)比例的最大點(diǎn)蝕深度測(cè)試結(jié)果

表3實(shí)施例和對(duì)比例力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果

注：沖擊功測(cè)試樣品為半尺寸：5mm×10mm×55mm，溫度為-20℃。

如表2所示，通過對(duì)比實(shí)施例1-6和對(duì)比例1-4的結(jié)果可知，含銅管線鋼與現(xiàn)有傳統(tǒng)的商用管線鋼相比，本發(fā)明實(shí)施例的新型含銅管線鋼均表現(xiàn)出優(yōu)異的耐硫酸鹽還原菌腐蝕的性能，實(shí)施例的最深點(diǎn)蝕深度均低于對(duì)比例，而且對(duì)比例的最大點(diǎn)蝕深度是實(shí)施例的10倍之多。因此在現(xiàn)有管線鋼化學(xué)成分基礎(chǔ)上，添加適量銅元素是本發(fā)明提出的管線鋼能發(fā)揮其優(yōu)良的耐硫酸鹽還原菌腐蝕的關(guān)鍵所在。

銅是該鋼發(fā)揮耐硫酸鹽還原菌腐蝕功能的主要元素，然而銅含量過低(對(duì)比例1、2和4)不能保證含銅管線鋼的耐硫酸鹽還原菌腐蝕性能。如果從基體中析出的富銅相尺寸過大、體積分?jǐn)?shù)過多，會(huì)影響管線鋼的綜合力學(xué)性能，特別是沖擊韌性(表3)。如果銅含量過低或者沒有添加銅，管線鋼則體現(xiàn)出明顯弱的耐硫酸鹽還原菌腐蝕性能。

通過以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，銅是使管線鋼具有優(yōu)異耐硫酸鹽還原菌的關(guān)鍵元素，并且只有當(dāng)銅含量達(dá)到一個(gè)平衡范圍時(shí)，也即是本申請(qǐng)所保護(hù)的范圍內(nèi)時(shí)，才能發(fā)揮新型含銅管線鋼優(yōu)異綜合力學(xué)性能及耐硫酸鹽還原菌腐蝕性能。

上述實(shí)施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。