專利名稱：一種抗腐蝕無(wú)縫集輸管線管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及冶金領(lǐng)域，尤其涉及一種低合金鋼及其制造方法。
背景技術(shù)：
集輸管線管是連接油、氣井與油田的油、氣綜合處理裝置之間的管道。由于集輸管線管輸送的介質(zhì)一般是未經(jīng)過脫鹽、脫水、脫硫等一系列處理的石油或天然氣，因此，除了要求其具有一定的強(qiáng)度、沖擊性能和焊接性能之外，還要求其具有一定的抗h2s/co2腐蝕性倉(cāng)泛。近年來，油田技術(shù)管線的腐蝕情況越來越嚴(yán)重，受到個(gè)別集輸管線管腐蝕穿孔爆發(fā)的影響，集輸管線管腐蝕失效的數(shù)量大幅度地增加。例如某一油田在2011年內(nèi)共發(fā)生1136次腐蝕穿孔，其中地面集輸管線系統(tǒng)腐蝕穿孔共計(jì)1103處，該數(shù)據(jù)與2010年相比較增長(zhǎng)了 188%。一般而言，集輸管線管所使用的材質(zhì)為20#、20G、16Mn、L360、L245、L290&Q235等鋼材料，其中20#鋼所使用的比例占75%。集輸管線管的腐蝕失效多發(fā)生于污水及高含水原油系統(tǒng)中，這些系統(tǒng)中富含CO2和H2S,而Cr含量高達(dá)140g/L，其具有腐蝕環(huán)境惡劣和腐蝕機(jī)理復(fù)雜等特點(diǎn)。為了避免油田中高濃度的Cl—和高含量的0)2、&5腐蝕集輸管線管，現(xiàn)有技術(shù)使用雙相不銹鋼管線管，但生產(chǎn)制造雙相不銹鋼管線管成本高昂。公開號(hào)為JP6336639A，
公開日為1993年5月28日，名稱為“具有優(yōu)良的抗酸及抗二氧化碳腐蝕性能的管線鋼”的日本專利文獻(xiàn)，其公開了一種具有抗CO2性能的管線鋼，它的化學(xué)成分的質(zhì)量百分配比為c O. 25%, Si 0. 01-0. 5%, Mn :0. 1-2. 0%, Al :0. 01-0. 1%，Cr :0. 25-0. 1%, Cu :0. 1-0. 5Cr%, Ni :0. 5Cu-Cu%, Ca S O. 006，余量為 Fe 和其他不可避免的雜質(zhì)。該專利文獻(xiàn)闡述了 Cr含 量< O. 25%的抗H2S/C02腐蝕性的集輸管線管，這種管線管具有一定的抗CO2腐蝕性能，并且其生產(chǎn)成本也較低。但是這種集輸管線管僅通過低含量Cr的合金化處理，在腐蝕性介質(zhì)中所形成的腐蝕產(chǎn)物膜對(duì)鋼材料基體的保護(hù)性能較為有限，難以滿足含高濃度Cl—采出液用戶對(duì)于抗H2S/C02腐蝕性能的要求。公開號(hào)為CN101082383A，
公開日為2007年12月5日，名稱為“一種抗硫化氫腐蝕油氣集輸用無(wú)縫管及其制造方法”的中國(guó)專利文獻(xiàn)記載了一種氣集輸用無(wú)縫管，其化學(xué)成分質(zhì)量百分比(wt. %)為C 0. 05 O. 15，Si 0. I O. 4，Mn 0. 5 I. 5，Cu 0. I O. 4，Ni 0. I O. 4,V 0. 01 O. 1，S: ( O. 01,P: ( O. 02,Al: ( O. 1，其余為 Fe 和不可避免的雜質(zhì)，管線鋼在冶煉中經(jīng)過鈣處理，CA/S3 I。本發(fā)明采用較低的碳，改善了組織偏析，并通過鈣處理改變夾雜物形態(tài)，但是該發(fā)明由于采用超細(xì)晶粒的釩鈦合金，相應(yīng)地也提高了無(wú)縫管的生產(chǎn)成本。由此可見，現(xiàn)有的集輸管線管要么添加了大量昂貴的合金元素，要么不滿足抗高濃度Cl—及高含量H2S/C02腐蝕性能的要求
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種抗腐蝕無(wú)縫集輸管線管，其通過合理的成分設(shè)計(jì)，使獲得的集輸管線管具備較高的強(qiáng)度，優(yōu)良的焊接性能，良好的沖擊性能等綜合力學(xué)性能，且具有優(yōu)質(zhì)的抗co2/h2s腐蝕性能。本發(fā)明的另一目的在于提供該抗腐蝕無(wú)縫集輸管線管的制造方法。為達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種抗腐蝕無(wú)縫集輸管線管，其化學(xué)元素質(zhì)量百分含量為c 0. 04 O. 10% ；Si 0. 10 O. 35% ；Mn :0. 3 O. 8% ；Cr :0. 55 I. 25% ；ff
O.06 O. 55% ;A1 :0. 01 O. 05% ；Ca 0. 0005 O. 006% ;Cu 彡 O. 2% ；Ni ( O. 2% ；V ( O. 05% ；
Ti ( O. 03% ；Nb ( 0. 05% ；Mo ( 0. 2% ;余量為Fe和其他不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明所述的抗腐蝕無(wú)縫集輸管線管，采用了低C和低Cr含量，并添加了適量的W元素，以在Cr元素和W元素之間產(chǎn)生合金作用，同時(shí)還可以添加適量的合金元素Cu、Ni、V、Ti、Nb 及 Mo。本發(fā)明所述的抗腐蝕無(wú)縫集輸管線管的碳當(dāng)量Ceq ( O. 43。本發(fā)明所述的抗腐蝕無(wú)縫集輸管線管的冷裂敏感指數(shù)Pcm ( O. 20。冷裂敏感指數(shù)Pcm ( O. 20且碳當(dāng)量Ceq ^ O. 43,使該集輸管線管具有優(yōu)良的焊接性能。本發(fā)明所述的抗腐蝕無(wú)縫集輸管線管中各化學(xué)元素的設(shè)計(jì)原理如下C :C可以有效提高鋼種的強(qiáng)度，但是當(dāng)其含量過高時(shí)，易形成碳化物在晶界析出，造成晶界局部貧Cr區(qū)的出現(xiàn)，從而降低鋼種的抗腐蝕性能和焊接性能。因此，在本發(fā)明所述的抗腐蝕無(wú)縫集輸管線管中采用的含碳量為O. 04 O. 10%。Si =Si可以固溶于鐵素體以提高鋼種的屈服強(qiáng)度，但是其含量也不宜過高，在本發(fā)明的技術(shù)方案中應(yīng)將含硅量控制在O. 10 O. 35%。Mn =Mn主要溶于鐵素體并起鋼種強(qiáng)化作用，不過含量太高的Mn則會(huì)降低鋼種的焊接性能及耐腐蝕性。因此，本發(fā)明所述的抗腐蝕無(wú)縫集輸管線管的Mn含量范圍是O. 3
O.8%。Cr =Cr能夠在腐蝕介質(zhì)中形成非晶態(tài)保護(hù)膜，可以大幅度地提高鋼種抗局部腐蝕和均勻腐蝕能力?？墒荂r含量過高，會(huì)導(dǎo)致鋼種焊接性能下降，同時(shí)導(dǎo)致生產(chǎn)成本上升。因此，在本發(fā)明所述的抗腐蝕無(wú)縫集輸管線管中需要將Cr含量控制為O. 55 I. 25%。W ff是強(qiáng)碳化物形成元素，其可以有效地細(xì)化晶粒，并在腐蝕介質(zhì)中促進(jìn)合金表面形成致密的腐蝕保護(hù)薄膜，不過在本技術(shù)方案中，W的添加量也不宜太高，應(yīng)控制在
O.06 O. 55%。Al A1是傳統(tǒng)脫氧固氮元素，其能與氮元素形成A1N，而化合物AlN有利于提高鋼材料的韌性。所以，將本發(fā)明所述的抗腐蝕無(wú)縫集輸管線管采用含量為O. 01 O. 05%的Al。Ca :Ca元素可以凈化鋼液,促使MnS雜質(zhì)球化,提高鋼材料的抗腐蝕性能。但當(dāng)Ca含量過高時(shí)，易形成粗大的非金屬夾雜物，因此，本發(fā)明的抗腐蝕無(wú)縫集輸管線管中的Ca元素的含量應(yīng)控制在O. 0005 O. 006%。Cu =Cu元素有助于提高鋼種的抗腐蝕性能，但是其含量過高時(shí)，會(huì)降低鋼種的機(jī)械性能。因而，本發(fā)明的技術(shù)方案所采用的Cu含量不大于O. 2%。Ni =Ni可以有效地提升鋼種耐腐蝕性能， 但是其含量過高時(shí)，會(huì)大幅地增加鋼種的合金成本。因而，本發(fā)明的技術(shù)方案所采用的Ni含量不大于O. 2%。V V元素所形成的碳氮化物在鐵素體中析出，其可以在冷卻過程中提高鋼材料的強(qiáng)度，同時(shí)提高鋼材料的焊接性能。在本發(fā)明所述的抗腐蝕無(wú)縫集輸管線管中的V含量不大于O. 05%。Ti Ti元素是強(qiáng)碳氮化物的形成元素，它與N和C能形成TiN和TiC的化合物，并在均熱和再加熱過程中均可以起到細(xì)化奧氏體晶粒的作用，從而提高鋼材料的焊接性能。在本發(fā)明的技術(shù)方案中需要將其含量控制在< O. 03%。Nb Nb元素也是強(qiáng)碳氮化物的形成元素，其可以有效地提高材料強(qiáng)韌性。在本發(fā)明的技術(shù)方案中應(yīng)將其含量范圍設(shè)定為< O. 05%。Mo =Mo元素有助于提高鋼種的韌性和抗局部腐蝕性能，特別是點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕。本發(fā)明控制Mo ( O. 2%。相應(yīng)地，本發(fā)明還提供一種上述抗腐蝕無(wú)縫集輸管線管的制造方法，其依次包括冶煉、鑄造、加熱和軋制步驟，其中在冶煉步驟控制各化學(xué)元素質(zhì)量百分含量為c 0. 04
O.10% ；Si 0. 10 O. 35% ；Mn :0. 3 O. 8% ；Cr :0. 55 I. 25% ；ff :0. 06 O. 55% ；A1 :0. 01
O.05% ；Ca 0. 0005 O. 006% ；Cu ( O. 2% ；Ni ( O. 2% ；V ( O. 05% ；Ti ( 0. 03% ；Nb ( 0. 05% ；
Mo ( 0. 2% ;余量為Fe和其他不可避免的雜質(zhì)。

上述抗腐蝕無(wú)縫集輸管線管的制造方法中，控制抗腐蝕無(wú)縫集輸管線管的碳當(dāng)量Ceq ^ O. 43。上述抗腐蝕無(wú)縫集輸管線管的制造方法中，控制抗腐蝕無(wú)縫集輸管線管的冷裂敏感指數(shù)Pcm ^ O. 20。進(jìn)一步地，本發(fā)明所述的抗腐蝕無(wú)縫集輸管線管的制造方法在軋制步驟后將鋼管自然冷卻至室溫以獲得熱軋態(tài)的抗腐蝕無(wú)縫集輸管線管產(chǎn)品。進(jìn)一步地，本發(fā)明所述的抗腐蝕無(wú)縫集輸管線管的制造方法在加熱步驟中將管坯加熱至> Ac3溫度后保溫均熱。進(jìn)一步地，在上述抗腐蝕無(wú)縫集輸管線管的制造方法中，在奧氏體相區(qū)軋制。本技術(shù)方案在添加了低含量合金元素的基礎(chǔ)上仍然獲得了具有優(yōu)良抗C02/H2S腐蝕性能和優(yōu)良焊接性能的集輸管線管，且其可以獲得熱軋態(tài)的管線鋼管而無(wú)需后續(xù)的熱處理工藝，因此生產(chǎn)成本低，具有很高的經(jīng)濟(jì)效益。
具體實(shí)施例方式根據(jù)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明所述的抗腐蝕無(wú)縫集輸管線管及其制造方法作進(jìn)一步說明，但是具體實(shí)施例和相關(guān)說明并不構(gòu)成對(duì)于本發(fā)明所述技術(shù)方案的不當(dāng)限定。實(shí)施例1-7及對(duì)比例8-9按照下述步驟制造本發(fā)明所述的抗腐蝕無(wú)縫集輸管線管I)冶煉后爐外精煉，并進(jìn)行真空脫氣處理和鈣處理，控制各化學(xué)元素的質(zhì)量百分配比如表I所示；2)鑄造采用連鑄方法成圓管坯，或采用澆鑄方法成方坯后，再軋制成圓管坯；3)加熱使用環(huán)形加熱爐將管坯加熱至> Ac3溫度后保溫均熱；4)軋制在奧氏體相區(qū)軋成目標(biāo)尺寸的鋼管，終軋溫度彡8500C ；
5)空冷將乳后的鋼管自然冷卻至室溫，以獲得熱乳態(tài)的抗腐蝕管線管。表I實(shí)施例1-7的抗腐蝕無(wú)縫集輸管線管及對(duì)比例8-9的集輸管線管的各化學(xué)元素的質(zhì)量百分配比(wt. %，余量為Fe和其他不可避免的雜質(zhì))
權(quán)利要求
1.一種抗腐蝕無(wú)縫集輸管線管，其特征在于，其化學(xué)元素質(zhì)量百分含量為C :0. 04 .O. 10% ；Si 0. 10 O. 35% ；Mn :0. 3 O. 8% ；Cr :0. 55 1. 25% ；ff :0. .06 O. 55% ；A1 :0. 01 .O. 05% ；Ca 0. 0005 O. 006% ；Cu ≤ O. 2% ；Ni ≤ O. 2% ；V ≤ O. 05% ；Ti ≤ 0. 03% ；Nb ≤ 0. 05% ；Mo ≤ 0. 2% ;余量為Fe和其他不可避免的雜質(zhì)。
2.如權(quán)利要求1所述的抗腐蝕無(wú)縫集輸管線管，其特征在于，其碳當(dāng)量Ceq≤ O. 43。
3.如權(quán)利要求I或2所述的抗腐蝕無(wú)縫集輸管線管，其特征在于，其冷裂敏感指數(shù)Pcm ≤ O. 20。
4.一種抗腐蝕無(wú)縫集輸管線管的制造方法，其特征在于，依次包括冶煉、鑄造、加熱和軋制步驟，其中在冶煉步驟控制各化學(xué)元素質(zhì)量百分含量為C 0. 04 O. 10% ；Si 0. 10 .O. 35% ；Mn 0. 3 O. 8% ；Cr :0. 55 1. 25% ；ff :0. 06 O. 55% ；A1 :0. 01 .O. 05% ；Ca .O. 0005 O. 006% ；Cu ≤ O. 2% ；Ni ≤ O. 2% ；V ≤ O. 05% ；Ti ≤ 0. 03% ；Nb ≤ 0. 05% ；Mo ( 0. 2% ≤余量為Fe和其他不可避免的雜質(zhì)。
5.如權(quán)利要求4所述的抗腐蝕無(wú)縫集輸管線管的制造方法，其特征在于，其碳當(dāng)量Ceq ≤ O. 43。
6.如權(quán)利要求4或5所述的抗腐蝕無(wú)縫集輸管線管的制造方法，其特征在于，其冷裂敏感指數(shù)Pcm ≤O. 20。
7.如權(quán)利要求4所述的抗腐蝕無(wú)縫集輸管線管的制造方法，其特征在于，在軋制步驟后將鋼管自然冷卻至室溫。
8.如權(quán)利要求4所述的抗腐蝕無(wú)縫集輸管線管的制造方法，其特征在于，在加熱步驟將管坯加熱至≥ Ac3溫度后保溫均熱。
9.如權(quán)利要求4所述的抗腐蝕無(wú)縫集輸管線管的制造方法，其特征在于，在奧氏體相區(qū)軋制。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種抗腐蝕無(wú)縫集輸管線管，其化學(xué)元素質(zhì)量百分含量為C0.04～0.10%；Si0.10～0.35%；Mn0.3～0.8%；Cr0.55～1.25%；W0.06～0.55%；Al0.01～0.05%；Ca0.0005～0.006%；Cu≤0.2%；Ni≤0.2%；V≤0.05%；Ti≤0.03%；Nb≤0.05%；余量為Fe和其他不可避免的雜質(zhì)。同時(shí)，還公開了該抗腐蝕無(wú)縫集輸管線管的制造方法。本發(fā)明所述的集輸管線管具備較高的強(qiáng)度，優(yōu)良的焊接性能，良好的沖擊性能等綜合力學(xué)性能，且具有優(yōu)質(zhì)的抗CO2/H2S腐蝕性能。
文檔編號(hào)F16L9/02GK103147006SQ20131005395
公開日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2013年2月19日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月19日
發(fā)明者田青超, 羊東明, 楊志勇, 呂慶剛, 尹學(xué)東, 張志宏, 葛鵬莉 申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司