本發(fā)明涉及一種管線鋼及生產(chǎn)方法，具體屬于一種耐H2S腐蝕性能優(yōu)異的正火管線鋼及生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
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，H2S含量高的天然氣開發(fā)力度正不斷加大。
H2S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)管線鋼暴露在含濕H2S的輸送介質(zhì)中時，材料極易發(fā)生H2S酸性腐蝕，造成送管道突然失效，其中氫致開裂（HIC）和硫化物應(yīng)力開裂（SSCC）是H2S腐蝕的主要形式。
我國大部分油氣田中含有的H2S濃度含量較高，集輸管線管輸送的介質(zhì)是未經(jīng)脫鹽、脫水、脫硫等處理的石油或天然氣，其相應(yīng)黨的管線鋼除要求其具有良好的強(qiáng)度、沖擊性能和焊接性能之外，還要求具有較好的抗H2S腐蝕性能。正火態(tài)管線鋼因其組織與性能均勻的特性，相較于熱軋態(tài)更適合于集輸管線的制造。同時考慮到降低油氣輸送成本的需求，亟需開發(fā)經(jīng)濟(jì)型耐H2S腐蝕正火管線鋼。
經(jīng)檢索，在本發(fā)明之前，中國專利申請?zhí)枮镃N201010235925.6、CN201510297590.3、CN20160419909.X、CN2012101168133.0、CN201410233997.5的文獻(xiàn)，所涉及的正火管線鋼化學(xué)成分均采用的是低C或中C+中Mn的成分體系，同時添加適量Cr、Ni等貴重合金，經(jīng)濟(jì)性不足且均不具備耐腐蝕性。
中國專利申請?zhí)枮镃N201210271608.9、CN201610025494.8、CN201310146465.3、CN201010130911.8、CN201410130811.3的文獻(xiàn)，所涉及的正火管線鋼采用Cu+Cr+Mo+Ni或高Cr的成分體系，不具有經(jīng)濟(jì)性特征。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種在具有高強(qiáng)度、高韌性及良好的可焊接性之外，還具有采用控軋控冷與離線正火熱處理相結(jié)合的方式生產(chǎn)、耐H2S腐蝕性能優(yōu)異，具有合金成本低即可使合金成本降低20%以上、抗HIC和SSCC性能優(yōu)異的經(jīng)濟(jì)型耐H2S腐蝕正火管線鋼及生產(chǎn)方法。
實現(xiàn)上述目的的措施：
一種經(jīng)濟(jì)型耐H2S腐蝕正火管線鋼，其化學(xué)成分及重量百分比含量為：C：0.04~0.07%，Si：0.10~0.20%，Mn：0.7~0.9%，P：≤0.01%，S：≤0.002%，Nb 0.06~0.12%，V 0.04~0.07%， B≤0.0005，RE≤0.0005，其余為Fe及雜質(zhì)。
生產(chǎn)一種經(jīng)濟(jì)型耐H2S腐蝕正火管線鋼的方法，其步驟：
1）對連鑄后鑄坯加熱，控制其加熱溫度在1100~1150℃；
2）進(jìn)行粗軋，并控制粗軋結(jié)束溫度為1030~1080℃；
3）進(jìn)行精軋，并控制其開軋溫度不超過950℃，終軋溫度控制位870~900℃；
4）進(jìn)行冷卻，在冷卻速度30~40℃/s條件下冷卻至卷取溫度；
5）進(jìn)行卷取，控制卷取溫度在500~550℃；
6）進(jìn)行正火，并控制正火溫度在890~920℃，并再此溫度下按照1.5~2min/mm進(jìn)行保溫。
本發(fā)明中各化元素級主要工藝的作用及機(jī)理：
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含量過低時對鋼的強(qiáng)度作用不明顯，含量太高時則會降低鋼的塑性、韌性和可焊接性，并且會加重鋼中的帶狀組織級別。故本發(fā)明中C的含量控制為0.040~0.070%。
Si：Si主要以固溶強(qiáng)化形式提高鋼的強(qiáng)度，同時也是鋼中的脫氧元素，但含量過低時強(qiáng)化效果不明顯，含量過高時又對鋼的韌性不利。故本發(fā)明中Si的含量控制為0.10~0.20%。
Mn：Mn是鋼中重要的固溶強(qiáng)化元素，利于提高鋼的強(qiáng)度和低溫韌性。但其含量過高時，會導(dǎo)致其鋼中成分偏析嚴(yán)重，進(jìn)而促進(jìn)鋼中硬脆的珠光體或者M(jìn)/A帶狀組織形成，惡化鋼的耐H2S腐蝕性能。同時，高的Mn含量易于促進(jìn)MnS條帶狀夾雜物的產(chǎn)生，成為鋼中擴(kuò)散氫的聚集地，容易誘發(fā)氫致開裂。故本發(fā)明中Mn的含量控制為0.7~0.9%。
Nb：熱軋過程中Nb具有強(qiáng)烈的晶粒細(xì)化作用和中等的析出強(qiáng)化作用，能夠延遲奧氏體再結(jié)晶，導(dǎo)致奧氏體晶粒和相變產(chǎn)物的細(xì)化并提高鋼的強(qiáng)韌性。正火過程中，鋼中固溶的Nb元素通過溶質(zhì)拖曳效應(yīng)阻止奧氏體晶粒的過度長大，可以使熱軋時的晶粒細(xì)化程度得到較大程度的遺傳，且在正火冷卻過程中Nb元素以第二相粒子形式析出，提高正火鋼的強(qiáng)度。故本發(fā)明中Nb含量控制為0.06~0.12%。
V：V是重要的微合金元素，具有強(qiáng)烈的析出強(qiáng)化效果，可以有效地改善鋼的強(qiáng)度性能，但其含量過高則會引起鋼的沖擊韌性顯著下降。因此本發(fā)明中V含量控制在0.04~0.07%。
P、硫S：P會降低鋼的低溫韌性，惡化焊接性能，并且P容易在鋼中偏析，促進(jìn)帶狀組織的產(chǎn)生，不利于鋼的耐H2S腐蝕特性。S容易與Mn形成長條狀MnS夾雜，在影響鋼韌性的同時，氫原子傾向于在MnS尖端聚集，從而誘發(fā)H2S腐蝕開裂。因此本發(fā)明應(yīng)盡量減少P、S的含量以減少其對鋼的不利影響，P的含量控制為P≤0.010%，S的含量控制為S≤0.0020%。
考慮到用戶對管線鋼化學(xué)成分的普遍要求，本發(fā)明中不故意添加B和RE元素，且要求B≤0.0005%、RE≤0.0005%。
本發(fā)明為獲得兼顧正火管線鋼的強(qiáng)度和耐腐蝕性能，除對化學(xué)成分進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計外，還在熱軋階段（粗軋、精軋、冷卻等）與正火階段（溫度、時間等）的生產(chǎn)工藝進(jìn)行了針對性設(shè)計。具體設(shè)計思路如下：
1）采用低C+低Mn體系以降低鋼中帶狀組織的形成趨勢，同時利用熱軋后的快速冷卻技術(shù)抑制相變階段C元素的擴(kuò)散和局部富集，提高鋼的耐腐蝕性能。
2）采用TMCP+低C高Nb技術(shù)的進(jìn)行生產(chǎn)，通過充分的再結(jié)晶細(xì)化和未再結(jié)晶位錯密度積累，促進(jìn)奧氏體中固溶的Nb元素以NbC的形式在位錯與晶界處彌散析出，進(jìn)而為正火階段奧氏體晶粒形核提供有利條件，從而實現(xiàn)奧氏體晶粒的細(xì)化和正火鋼的強(qiáng)韌性改善。
3）精確進(jìn)行控冷階段冷卻速度與終冷溫度的控制，確保鋼中的V元素以細(xì)小、彌散的形態(tài)充分析出，進(jìn)而在正火階段奧氏體化過程中提供形核位置，實現(xiàn)奧氏體晶粒細(xì)化和正火鋼強(qiáng)韌性改善。
4）控制正火溫度和保溫時間，既保證完全奧氏體化又避免晶粒過度長大，以免惡化正火鋼的強(qiáng)度和韌性。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比噸鋼成本可降低15%，在具有高強(qiáng)度、高韌性及良好的可焊接性之外，即屈服強(qiáng)度Rt0.5 ≥245MPa，抗拉強(qiáng)度Rm ≥415MPa， -20℃沖擊功KV2≥180J（全尺寸規(guī)格），-20℃DWTT斷面剪切率SA≥90%。
同時，本發(fā)明在NACE A溶液中具有優(yōu)異的耐H2S腐蝕性能。具體表現(xiàn)為， 按照NACE TM 0284標(biāo)準(zhǔn)，在A溶液中進(jìn)行HIC檢驗，正火管線鋼試樣斷面的裂紋長度率CLR、裂紋厚度率CTR、裂紋面積率CSR值均為0，即試樣斷面無裂紋；按照NACE TM 0177標(biāo)準(zhǔn)，在A溶液中分別采用四點彎曲法進(jìn)行SSCC檢驗，正火管線鋼試樣在加載載荷為0.80SYMS（名義屈服強(qiáng)度）載荷條件下均未觀察到裂紋。
附圖說明
圖1為本發(fā)明鋼板的金相組織圖。
具體實施方式
下面對本發(fā)明予以詳細(xì)描述：
表1為本發(fā)明各實施例及對比例的化學(xué)成分列表；
表2為本發(fā)明各實施例及對比例的主要工藝參數(shù)列表；
表3為本發(fā)明各實施例及對比例力學(xué)性能與耐H2S腐蝕性能列表；
表4為本發(fā)明實施例與相似專利實施例重要合金成本對比列表。
本發(fā)明各實施例均按照以下步驟進(jìn)行生產(chǎn)：
1）對連鑄后鑄坯加熱，控制其加熱溫度在1100~1150℃；
2）進(jìn)行粗軋，并控制粗軋結(jié)束溫度為1030~1080℃；
3）進(jìn)行精軋，并控制其開軋溫度不超過950℃，終軋溫度控制位870~900℃；
4）進(jìn)行冷卻，在冷卻速度30~40℃/s條件下冷卻至卷取溫度；
5）進(jìn)行卷取，控制卷取溫度在500~550℃；
6）進(jìn)行正火，并控制正火溫度在890~920℃，并再此溫度下按照1.5~2min/mm進(jìn)行保溫。
表1 本發(fā)明各實施例與對比鋼化學(xué)成分取值列表（wt％）
表2 本發(fā)明實施例與對比例的主要工藝參數(shù)取值列表
表3 本發(fā)明各實施例及對比例力學(xué)性能與耐H2S腐蝕性能列表
表4 本發(fā)明實施例與相似專利實施例的重要合金成本對比
從表3數(shù)據(jù)可知，本發(fā)明實施例的力學(xué)性能和HIC、SSCC性能均優(yōu)于對比例。
由于本發(fā)明未添加Cu、Ni、Cr、Mo等貴重合金元素，與相似專利合金成本相比較，噸鋼成本降低20%以上。
本具體實施方式僅為最佳例舉，并非對本發(fā)明技術(shù)方案的限制性實施。