本發(fā)明涉及耐腐蝕材料及無縫鋼管領域，特別是涉及一種具有抗HIC和抗SSC性能的X65無縫管線鋼管及其制造方法。
背景技術：
：酸性腐蝕是影響管道輸送系統(tǒng)可靠性及使用壽命的關鍵因素。一般而言，干燥的H2S氣體對金屬材料是沒有腐蝕性的，目前在輸送前雖然對天然氣進行凈化處理，但處理不善，天然氣中的H2S含量較高時，H2S腐蝕仍不可避免。一般將濕硫化氫環(huán)境稱為酸性環(huán)境。無縫管線管內部H2S腐蝕是腐蝕的主要形式之一，這種腐蝕破壞主要是由氫致裂紋(HIC)、硫化物應力開裂(SSC)引起。其中氫致裂紋是指金屬材料處在含硫化氫的介質浸泡下，由于電化學腐蝕過程中析出的氫進入金屬材料內部產生階梯型裂紋，這些裂紋的形成與擴展最終使金屬材料(如管線管)發(fā)生開裂。硫化物應力開裂(SSC)是指金屬材料在拉應力或殘余應力和酸性環(huán)境腐蝕的聯合作用下，易發(fā)生低應力且無任何預兆的突發(fā)注斷裂，稱作硫化物應力開裂(SSC)，這是酸性環(huán)境中破壞性和危害性最大的一種腐蝕。為此，具備抗酸性腐蝕無縫管線管的成分設計和制造方法的合理設計和研究就顯得十分重要。“具有抗HIC性能X80管線鋼及其熱軋板制造方法”(CN1715435)，該專利公開了采用較低的C、P、S含量，添加了Cu、Ni、V、B等合金元素的方法，以利于抗HIC性能，但該專利僅對B溶液進行了試驗，A溶液試驗結果未指出，且此發(fā)明是用于管線用熱軋鋼板的生產。“具有抗HIC性能的X70QS無縫管線管”(CN101921964A)，公開了通過控制化學成分：C0.06％～0.14％、Si0.20％～0.45％、Mn1.0％～1.3％、S≤0.003％、P≤0.015％、Cr0.05％～0.30％、Mo0.05％～0.30％、N0.003％～0.010％、Nb0.03％～0.05％、V0.05％～0.09％、Al0.015％～0.06％，該管線管具有高強度、優(yōu)異的沖擊韌性，但其添加了Cr、Mo、Nb等多種合金元素，成本較高。以上兩項專利均只指出鋼種的抗HIC性能，對其抗SSC性能未有表述。本發(fā)明提出了具有抗酸性腐蝕性能的無縫管線鋼管及其制造方法，其生產成本較低，在化學成分和生產工藝上與上述專利均有很大差別，其具有良好的抗HIC和抗SSC性能，在沖擊和拉伸性能方面表現良好，金相組織為回火索氏體。技術實現要素：本發(fā)明的目的在于提出一種具有抗酸性腐蝕性能的無縫管線鋼管及其制造方法，本發(fā)明的無縫管線鋼管具有優(yōu)良的抗HIC、抗SSC性能，且低溫沖擊性能良好，具有高延性，低屈強比，高伸長率等特點，保證屈服強度≥450MPa，硬度≤250HV10，抗HIC性能完全滿足CLR≤15％，CTR≤5％，CSR≤2％。SSC腐蝕試驗，試樣經720h后未發(fā)生斷裂且經10倍放大鏡觀察未見明顯裂紋，其具有良好的經濟性和耐腐蝕性能，可以廣泛應用于酸性腐蝕環(huán)境下油氣井管線管領域。為實現本發(fā)明目的，本發(fā)明者們從合金元素篩選與配比、鋼質潔凈度控制、工藝優(yōu)化與參數選擇、組織優(yōu)化等幾個方面進行了大量而系統(tǒng)的試驗研究，最終確定了可滿足本發(fā)明目的合金元素配比及制造工藝。a)本發(fā)明的具有抗酸性腐蝕性能管線鋼管的成分按重量百分比 規(guī)定如下C：0.08％～0.16％、Si：0.15％～0.35％、Mn：1.0％～1.6％、Al：0.02％～0.05％、V：0.03％～0.049％、Ti：0.01％～0.04％、Cu：0.20％～0.30％，Ni：0.20％～0.30％、P≤0.015％、S≤0.005％，當C≤0.12％時，碳當量CEPcm(＝C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B)≤0.25，當C＞0.12％時，CEIIW(＝C+Mn/6+Cr/5+Mo/5+V/5+Ni/15+Cu/15)≤0.42，其主要的化學成分和作用如下：C是碳化物形成元素，可以提高鋼的強度，為保證必要強度下限定位0.08％，但碳含量太高會加劇帶狀組織產生，影響抗HIC性能，所以上限定為0.16％。Si是有效的脫氧元素，含量過低會缺乏脫氧效果，過高又會降低鋼的韌性，因此，選擇0.15％～0.35％作為Si的合金含量范圍。Mn是奧氏體形成元素，用于提高鋼的強度，可以彌補因碳含量降低而損失的屈服強度，Mn在提高強度的同時，還可以提高鋼的韌性，降低韌脆轉變溫度。選擇1.0％～1.6％作為Mn的含量范圍。V具有析出強化和細化晶粒的作用，形成碳化物，通過鐵素體沉淀強化和細化鐵素體晶粒來提高鋼的強度，V含量低于0.03％時，沉淀強化效果不能夠滿足其力學性能要求，而V含量高于0.049％時，又會因沉淀強化使強度太高導致其韌性變差，因此本發(fā)明V含量控制在0.03％～0.049％。Ti可以阻止奧氏體晶粒長大，細化晶粒，形成碳化物，同時提高鋼的強度和韌性，但當含量超過一定量時其強化效果便不明顯，含量過高易形成粗大的TiN，反而對鋼的綜合性能不利，因此本發(fā)明Ti含量控制在0.01％～0.04％。Al在鋼中與氧、氮有很大的親和力，與氮結合形成的AlN能細 化晶粒，抑制低碳鋼的時效并提高鋼在低溫下的韌性。Al還具有抗氧化和抗腐蝕性能，可以提高對硫化氫的抗腐蝕性。當含鋁較高時，其高溫強度和韌性較低，并給冶煉和澆注等帶來困難。因此本發(fā)明Al含量控制在0.02％～0.05％。Cu是一種有效的抗HIC元素，能加速氫原子的再結合速度,進而減少氫的活動性,提高酸性介質中的耐蝕性及抗點蝕能力，增強抗HIC能力。在高硫化氫環(huán)境中，含Cu量大于0.2％的鋼表面能形成一層FeS和Cu的黑色保護層，減小了鋼的吸氫速度，進而減輕腐蝕，因此本發(fā)明Cu含量控制在0.20％～0.30％。Ni具有固溶強化作用，能促使合金鋼形成穩(wěn)定奧氏體組織，具備使Ar3點最低和碳當量或冷裂紋敏感系數Pcm的增加最小的特性，能提高鋼的強度和韌性，并改善Cu在鋼中引起的熱脆性，因此本發(fā)明Ni含量控制在0.20％～0.30％。P為雜質元素，其促進中心偏析，顯著降低鋼的低溫沖擊韌性，提高鋼的韌脆轉變溫度，同時還會惡化鋼的焊接性能，應盡量降低其含量，要求P含量不超過0.015％。S為雜質元素，易形成硫化物，對抗HIC性能影響較大，當S≤0.012％時，HIC明顯降低，本發(fā)明要求S含量不超過0.005％。b)本發(fā)明的具有抗酸性腐蝕性能的X65無縫管線鋼管的制造方法采用連軋方法，即經轉爐冶煉、爐外精煉(LF)、連鑄、軋制得到管坯，將得到的管坯經過環(huán)形爐加熱到1200～1300℃，穿孔后溫度1190～1240℃，定徑溫度控制在820～850℃之間。c)本發(fā)明需要進行淬火+回火熱處理，淬火加熱溫度890～910℃，淬火介質為水，淬火保溫時間不低于30min，回火溫度為580～620℃，回火保溫時間不低于50min，之后再進行不低于400℃的帶溫矯 直和探傷檢驗。淬火+回火的熱處理方式可以提高鋼的強度和韌性，同時得到的回火索氏體也是有利于抗酸性腐蝕的金相組織。本發(fā)明可以獲得如下有益效果：(1)本發(fā)明通過降低C含量，添加適當Al、V、Ti、Cu、Ni合金，控制硫磷含量，采用連軋方法，淬火+回火的熱處理方法，改善其抗酸性腐蝕性能，可滿足X65級別的管線管力學性能要求。(2)本發(fā)明晶粒組織均勻，沖擊韌性良好。(3)本發(fā)明產品的制造工藝易于實現，產品性能的均勻性、穩(wěn)定性好。附圖說明圖1是本發(fā)明例1的金相組織照片圖2是本發(fā)明例2的金相組織照片圖3是本發(fā)明例3的金相組織照片圖4是對比例1的金相組織照片具體實施方式以下實施例用于具體說明本
發(fā)明內容，對比例為常見的20#鋼管。實施例和對比例的化學成分見表1，軋制及熱處理方法見表2，拉伸及沖擊性能見表3、表4。實施例1鋼管橫向維氏HV10硬度，內中外位置各測4個點，硬度結果如表5所示。腐蝕試驗依據API5L標準要求，HIC采用NACE-0284-2003標準A溶液檢驗，一般認為，CLR≤15％，CTR≤5％，CSR≤2％，抗HIC性能符合標準規(guī)定要求，實施例和對比例的HIC性能試驗結果見表6。SSC腐蝕試驗按照ASTMG39-99標準四點彎曲試驗，在A溶液中，加載應力為0.72倍最小屈服強度，720小時試驗后，宏觀檢查試樣斷裂情況，并用10倍放大鏡檢查裂紋，實施例和對比例的試驗結果見表7。表1本發(fā)明實施例鋼及對比例鋼的冶煉成分wt％注：余量為鐵及不可避免雜質。表2本發(fā)明實施例鋼及對比例鋼的主要工藝參數表3本發(fā)明實施例鋼及對比例鋼的拉伸性能序號Rt0.5/MPaRm/MPaA50mm/％Rt0.5/Rm實施例151159630.50.86實施例259867428.00.89實施例351160533.50.84實施例453461732.50.87實施例547957033.50.84實施例649057737.00.85對比例139448833.00.81表4本發(fā)明實施例鋼及對比例鋼的沖擊性能表5本發(fā)明實施例1鋼HV10硬度點號內中外1229244196222523820432322321924220239199表6本發(fā)明實施例鋼及對比例鋼HIC試驗結果表7本發(fā)明實施例鋼及對比例鋼SSC試驗結果序號試樣1開裂時間/h試樣2開裂時間/h試樣3開裂時間/h實施例1未開裂未開裂未開裂實施例2未開裂未開裂未開裂實施例3未開裂未開裂未開裂實施例4未開裂未開裂未開裂實施例5未開裂未開裂未開裂實施例6未開裂未開裂未開裂對比例1100122163根據以上試驗結果可見，本發(fā)明的鋼種力學性能穩(wěn)定，其屈服強度在470～590MPa之間，達到X80級別；HIC試驗結果為CLR＝0，CTR＝0，CSR＝0；A溶液中，加載應力為0.72倍最小屈服強度，720小時SSC試驗未開裂，具有優(yōu)良的抗HIC性能和抗SSC性能。當前第1頁1 2 3