專利名稱：具有抗hic性能的x70qs無縫管線管的制作方法
技術領域：
本發明涉及耐腐蝕材料及無縫管領域，特別是具有抗HIC性能的高鋼級高強度 (彡485MPa)的無縫管線管。
背景技術：
近年來，隨著石油天然氣開采條件的日益惡劣，對開采所必須的集輸管線的要求 不斷提高，不僅對鋼級的要求增加，對材料的各項性能均有提高以來滿足輸送介質和工藝 的變化。具有抗HIC性能的管線是管線鋼中性能要求等級最高的材料，產品要求具有超低 的硫含量、夾雜物的形態控制、均勻的組織、低的硬度，對這類鋼種的成分工藝設計、冶煉和 軋制的控制水平均提出很高的要求。國內許多鋼鐵廠所生產的抗HIC管線鋼，均為熱軋板 卷鋼。無縫管本身的成型特點就有利于抗HIC性能，不存在天生的HIC裂紋敏感源， 綜合性能優于焊接鋼管。專利CN1746326A中公開了 “具有高止裂韌性的針狀鐵素體型 X70管線鋼及其制造方法”，該發明屬于熱軋卷板管線鋼，非抗HIC無縫管線管領域。專利 CN101270440A中公開了 “一種經濟型X70管線鋼及其生產方法”，該發明屬于超低碳非抗 HIC管線鋼領域。CN101343715A中公開了 “高強高韌X70厚壁無縫管線鋼及制造方法”，該 發明為非抗HIC無縫管線管領域。CN1914341A中公開了“抗HIC性優良管線鋼及用該鋼材 制造出的管線管”，該發明C、Mn等影響強度的成分范圍太寬，未有明確的鋼級。C、Mn的成 分波動太大會導致管線管的性能不穩定。且加入Ti、B等元素，Ti形成TiN化合物不利于 穩定沖擊性能。CN101082383A中公開了“一種抗硫化氫腐蝕的油氣集輸用無縫管及其制造 方法”，該發明C、Mn成分范圍太寬，P、S含量要求不高，已超出API 5L對用于酸性服役的鋼 管的要求。CN1351189A中公開了“一種超低碳高韌性抗硫化氫用輸氣管線鋼”，該發明屬于 超低碳管線鋼領域，且只達到了 X65鋼級。高強度(彡485MPa)抗HIC性能的無縫管線管 尚未見報道。
發明內容
為解決上述技術中存在的問題，本發明的目的是提供一種具有抗HIC性能的 X70QS無縫管線管，成份控制范圍窄，合金化和微合金化共用，攻克高強度抗HIC腐蝕的技 術難題。為實現發明目的，本發明采用的技術方案是提供一種具有抗HIC性能的X70QS無 縫管線管，其中該無縫管線管的成份重量％為C 0.06 0. 14%，Si 0.20 0.45%，Mn 1. 00 1. 30%，P 彡 0. 015%，S 彡 0. 003%,Ni ^ 0. 10%,Cu ^ 0. 20%,Cr 0. 05 0. 30%， Mo 0. 05 0. 30%，A1 0. 015 0. 060%，N 0. 003 0. 010%，Nb 0. 030 0. 050%，V 0. 05 0. 09 %，Ca < 0. 060 %，余量為 Fe 和雜質；碳當量 CEpcm ^ 0. 22%, CEIIW ^ 0. 39%0本發明的有益效果是1)高強度；2)優異的沖擊性能，即使在-40°C也能保證沖擊 功大于150J，遠高于API、ISO等沖擊功標準值；3)良好焊接性能。通過控制CE、PCM，量化的保證較好的焊接性能；4)具有高延性。低屈強比，高伸長率；5)具有良好的抗HIC性能， 保證在屈服強度大于485MPa下，裂紋敏感率CSR < 2 %，裂紋長度率< 10 %，裂紋厚度率 CTR 彡 3%。
圖1為本發明管線管實施例的金相組織；圖2為本發明管線管實施例的韌性曲線。
具體實施例方式結合附圖及實施例對本發明的具有抗HIC性能的X70QS無縫管線管加以說明。本發明的具有抗HIC性能的X70QS無縫管線管，該無縫管線管的成份重量％為 C 0. 06 0. 14 %，Si 0. 20 0. 45 %，Mn 1. 00 1. 30 %，P 彡 0. 015 %，S 彡 0. 003 %， Ni 彡 0. 10%, Cu 彡 0. 20%, Cr 0. 05 0. 30%, Mo 0. 05 0. 30%, A1 0. 015 0. 060%, N 0. 003 0. 010%, Nb 0. 030 0. 050%, V0. 05 0. 09%, Ca 彡 0. 060%，余量為 Fe 和 雜質；碳當量 CEpcm 彡 0. 22%, CEIIff ^ 0. 39%。所述成份中的Cr、Mo為合金化元素和V、Nb為微合金化元素，添加量為 Cr+Mo 彡 0. 15%, Cr+Mo+Mn 彡 1. 80%, V+Nb 彡 0. 09%。在屈服強度彡485MPa下具有良好的抗HIC性能，裂紋敏感率CSR彡2 %，裂紋長度 率彡10%，裂紋厚度率CTR彡3%。本發明具體優化的化學成分說明如下C:考慮碳含量對鋼的強度和韌性的影響，一般碳含量超過0. 14%會加劇帶狀產 生，不利于抗HIC，綜合考慮，把C含量控制在0. 06 0. 14%之間。Si :Si是有效的脫氧的元素，且能提高鋼的強度，但加入大量的硅會降低韌性和耐蝕性，所以將其含量限止在0. 20 0. 45%范圍內。Mn :Mn具有很強的脫氧能力，從抗腐蝕的角度，將其最大含量控制在1. 30%以下。 Mn的添加量過多會降低鋼的韌性，又促進有害元素P、S、Sn、Sb等向晶界偏析，偏析在晶界 的P、Sn、Sb等和H能發生交互作用，從而使晶界鍵合力大幅度下降，容易引起氫致沿晶斷 裂。通過數據統計和經驗，所以將其含量限止在1. 00 1. 30%范圍內。P、S :P和S是雜質元素。綜合耐蝕性和煉鋼的成本，將雜質元素含量控制在 P 彡 0. 015%, S ^ 0. 003%。A1 :A1是鎮靜鋼所必須添加的元素，其含量低于0.005%時不能達到脫氧效果， 但含量過高時，易導致夾雜物增多，產生發紋，降低韌性和加工性能，因此控制AlsO. 015 0. 060%。Nb :Nb是加入的微合金化元素，Nb的量加入太高，在軋制過程中易出現軋制缺欠， 影響鋼的表面質量。控制其含量在0. 030 0. 050%之間。V :V具有較高的析出強化作用，V是同通過鐵素體中以VC析出強化來提高鋼的強 度。控制V含量在0.05 0.09%之間。且V+Nb彡0.09%。Cr :Cr是合金化元素，少量添加Cr元素可以提高強度，且對抗全面腐蝕性能有利， 為了保證焊接性能，控制其范圍含量在0. 05 0. 30%之間。
Mo :Mo也是合金化元素，少量添加可以提高強度和抗腐蝕性能，通過優化配比，將 其含量控制在0. 05 0. 30 %，且Cr+Mo含量要彡0. 15 %。N :N元素為鋼中氣體元素，一般N含量超過0. 10%對抗腐蝕性能有影響，控制其含 量在有效0. 003 0. 010%范圍內。Cu、Ni :Cu、Ni為鋼種殘余金屬，非合金化元素，要嚴格控制其含量，盡量降低其含 量減少其對碳當量的貢獻，允許其的最大含量為Ni < 0. 10%，Cu < 0. 20%。鋼管成分特點是低碳控錳，Cr、Mo元素合金化，且含量要彡0. 15%。Nb、V元素微合 金化，限制Cu、Ni殘余含量及雜質元素P、S的含量，并規定C含量和N含量，保證A1/N彡2， Ca/S ^ 1，通過大量試驗選擇合理的成分配比，賦予高純凈鋼以良好的抗HIC性能。按照本發明技術方案通過無縫管的軋制工藝可生產出的管線管的性能可達到以 下要求1.拉伸性能屈服強度485 635MPa、抗拉強度570 760MPa屈強比^ 0. 902. V型缺口沖擊性能沖擊功試驗溫度0°C，橫向，全尺寸夏比沖擊功彡230J，剪切面積100%，如圖1 所示。3.硬度試驗彡 248HV104.金相組織晶粒度8. 5級或更細。組織為雙相組織F+B目。如圖2所示。5.抗 HIC 性能按NACE TM0284-2003標準，分別在A溶液和B溶液試驗條件下浸泡96小時檢驗 試樣，均為出現裂紋，均滿足X70鋼級的強度水平要求下標準的要求裂紋長度率< 10%、裂 紋厚度率< 3，裂紋敏感率< 2%，具有優異的抗HIC性能，完全滿足酸性條件下對輸送管的 耐腐蝕性能要求。按上述無縫管線管的成分通過短流程煉鋼工藝冶煉得到圓坯，經過熱軋 得到規定的幾何尺寸，經過調質熱處理得到按上述無縫管線管的成份，以X70QS鋼級，規格 O406. 4X17. 5mm為例，其化學成分如下表1和表2，力學性能如下表3，抗HIC性能見表4。管材化學成分完全滿足上述無縫管線管的成分要求，S和P含量較低，滿足了 成分設計的要求，而且從統計分布結果可以看出各爐成分含量偏差很小，穩定的成分含 量有利于熱處理時進行溫度控制，從而為管材具有良好的組織和性能提供了前提條件。 Cr+Mo ^ 0. 15%, Cr+Mo+Mn 彡 1. 80%, V+Nb 彡 0. 09%。從表3中可以看出，本發明能很好地滿足X70QS管線管，屈強比很小，小于0. 90 ； 沖擊功值比較高，具有很高的韌性；硬度普遍低于230HV10，具有很低的硬度值，從而保證 具有很高的耐腐蝕能力。從抗HIC試驗結果的表4看，不論在酸性溶液和人工合成海水的溶液中都具 有很強的抗HIC性能，均未發現氫致開裂裂紋和氫鼓泡，具有明顯的特征是在屈服強度 ^ 485MPa下具有良好的抗HIC性能，裂紋敏感率CSR < 2 %，裂紋長度率彡10 %，裂紋厚度 率CTR彡3%。表1本發明管線管的實施例化學成分 表2本發明管線管的實施例碳當量和元素比 表3本發明管線管實施例的力學性能和金相
Af±I m 口 巧Rio.-, MPaRm MPa延伸率 %Rto.,/R m沖擊功 (KVT 10 °C J)前 VJ} U %硬度 HV10曰V 日日權 FtF 1又組織內中外1540650480. 832371002292112078. 5F+B回2580670440. 872631002292092118. 0F+B回3510616460. 832681002172021929. 0F+B回4505602470. 842751002002041989. 0F+B回5569674430. 842601002362182108. 5F+B回6523624450. 842801002082002078. 5F+B回表4本發明管線管實施例的抗HIC試驗結果
序A溶液B溶液號裂紋長度率裂紋厚度率裂紋敏感率裂紋長度率裂紋厚度率裂紋敏感率CLR%CTR%CSR%CLR%CTR%CSR%100000020000003000000400000050000006000000
權利要求
一種具有抗HIC性能的X70QS無縫管線管，其特征是該無縫管線管的成份重量％為C 0.06～0.14％，Si 0.20～0.45％，Mn 1.00～1.30％，P≤0.015％，S≤0.003％，Ni≤0.10％，Cu≤0.20％，Cr 0.05～0.30％，Mo 0.05～0.30％，Al 0.015～0.060％，N 0.003～0.010％，Nb 0.030～0.050％，V0.05～0.09％，Ca≤0.060％，余量為Fe和雜質；碳當量CEpcm≤0.22％，CEIIW≤0.39％。
2.根據權利要求1所述的無縫管線管，其特征是所述成份中的Cr、Mo為合金化元素 和V、Nb為微合金化元素，添加量為Cr+Mo彡0. 15%,Cr+Mo+Mn彡1. 80%,V+Nb彡0. 09%。
3.根據權利要求1所述的無縫管線管，其特征是在屈服強度>485MPa下具有良好的 抗HIC性能，裂紋敏感率CSR彡2 %，裂紋長度率彡10 %，裂紋厚度率CTR彡3 %。
全文摘要
本發明提供一種具有抗HIC性能的X70QS無縫管線管，其成份的重量％為C 0.06～0.14％，Si 0.20～0.45％，Mn 1.00～1.30％，P≤0.015％，S≤0.003％，Cr 0.05～0.30％，Mo 0.05～0.30％，Al 0.015～0.060％，N0.003～0.010％，Nb 0.030～0.050％，V0.05～0.09％，Ni、Cu為鋼中殘余元素，限制其含量Ni≤0.10％，Cu≤0.20％，余量為Fe和雜質。碳當量CEpcm≤0.22％，CEIIW≤0.39％。本發明的有益效果是該線管高強度、優異的沖擊性能，即使在-40℃也能保證沖擊功大于150J，遠高于API、ISO沖擊功標準值；控制CE、PCM，量化的保證較好的焊接性能；具有高延性，低屈強比，高伸長率；具有良好的抗HIC性能，保證在屈服強度大于485MPa下，裂紋敏感率CSR≤2％，裂紋長度率≤10％，裂紋厚度率CTR≤3％。
文檔編號C22C38/26GK101921964SQ20101022154
公開日2010年12月22日 申請日期2010年7月9日 優先權日2010年7月9日
發明者呂傳濤, 孫宇, 李毅, 李艷, 王慶國, 許文妍, 趙興亮, 鄭飛 申請人:天津鋼管集團股份有限公司