[发明专利]抗硫化氢腐蚀管线用钢及其生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种管线钢，尤其是一种抗硫化氢腐蚀管线用钢，同时还涉及其生产方法，属于管线钢制造技术领域。

背景技术

管道作为石油、天然气等的主要运输载体，其运行的安全性对国民经济发展的影响有举足轻重的作用。腐蚀是影响管道系统可靠性及使用寿命的关键因素，其中硫化氢应力腐蚀是管线钢腐蚀的重要形式之一，它不仅造成因穿孔而引起的油、气、水等介质的泄漏，而且往往会造成重大的经济损失、人员伤亡、环境污染以及油气输送中断等事故。研究表明，这种腐蚀破坏主要因为金属材料处在含硫化氢的介质中，在电化学腐蚀过程中析出的氢进入金属材料内部而产生阶梯型裂纹，这些裂纹的生长发育最终使金属材料发生开裂。随着我国管道事业的高速发展，对管线钢的性能提出了更高的要求，特别是要具有良好的抗硫化氢腐蚀性能。由于我国的天然气产品中含有较高浓度的硫化氢，产生的硫化氢腐蚀更为严重，对管道用钢的抗硫化氢腐蚀性能要求更高，所以生产具有优良抗硫化氢腐蚀性能的管线用钢具有重要意义。

检索发现，专利申请号为200580019466.5、名称为“抗硫化物应力腐蚀裂纹性优异的低合金油井管用钢”的中国专利申请提供了一种适用于油井或气井用的套管或管道的、抗硫化物应力腐蚀裂纹性优异的低合金油井管用钢。该低合金油井管用钢以质量％计，含有C：0.2～0.35％，Si：0.05～0.5％，Mn：0.05～1.0％，P：0.025％以下，S：0.01％以下，Al：0.005～0.10％，Cr：0.1～1.0％，Mo：0.5～1.0％，Ti：0.002～0.05％，V：0.05～0.3％，B：0.0001～0.005％，N：0.01％以下，O(氧)：0.01％以下，Nb：0～0.1％，Ca：0～0.01％，Mg：0～0.01％以及Zr：0～0.1％。该钢材中含Cr、Mo、B、Mg、Zr等元素，成本较高；另外，该项发明材料钢中[C]及碳当量较高，对提高钢的成型性、焊接性、韧性和塑性不利，并且该钢材的冲击功数值未列出，虽然材料的强度级别较高，但研究表明，该钢材的综合机械性能需要改进。

此外，申请号为00123185.5、名称为“一种超低碳高韧性抗硫化氢用输气管线钢”的中国专利申请公开了一种超低碳高韧性抗硫化氢用X65级输气管线钢，它的主要化学成分(重量％)为C0.02～0.04％，Si0.15～0.35％，Mn1.4～1.6％，Nb0.03～0.05％，V0.02～0.04％，Mo0.2～0.4％，S＜0.0007％，P＜0.0030％，其余为铁Fe。该钢材中除含有较高的Mn元素外，还含有价格昂贵的Mo元素，合金成本较高；另外，其中C、S、P含量较低，也相应地增加了冶金成本；分析可知，该钢材的最大厚度为8毫米，如输送高压、高密度介质，其强度和壁厚明显不足，管道极易造成断裂破坏，安全性差，且其延伸率较低，只有20.9-24.5％，加工成型性不好。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术存在的缺点，提供一种屈服强度为550MPa级别的高强度、高韧性抗硫化氢腐蚀管线用钢，同时给出其制造方法，该方法采用低碳、低硅及微合金化处理技术，并利用夹杂物形态控制和轧制控制冷却技术进行生产，从而有助于保证本发明的钢材在具有优良抗硫化氢腐蚀性能的同时，具有高强度、高韧性、良好焊接性能、高性价比等优良综合性能。

为了达到以上目的，申请人通过反复试验和不断理论分析，设计出本发明的抗硫化氢腐蚀管线用钢化学成分(质量百分数)如表1所示。

表1设计化学成分(％)

余量为Fe及不可避免的杂质元素。

在本发明的抗硫化氢腐蚀管线用钢中，各元素成分确定的缘由如下：

[碳]：提高碳含量，对提高钢的室温强度和中温强度有利，但对钢的塑性、韧性、成型性、可焊性均不利。随着碳含量的增加，氢致裂纹敏感性增加，这是因为管线钢中碳和碳当量的增加会使钢在热轧状态下生成对氢鼓泡敏感性最为有害的马氏体组织，降低碳和碳当量可以提高管线钢的抗硫化氢腐蚀性能。故碳含量控制不宜过高。

[锰]：管线钢中加入适量的Mn，可提高钢管的淬透性，起到固溶强化作用，弥补低碳或者超低碳造成的强度下降。研究发现，C的质量分数为0.05％-0.15％的热轧钢，Mn的质量分数超过1.6％以后，随着Mn的质量分数增加，氢致裂纹长度增加，所以管线钢Mn的质量分数一般限定在0.8％-1.6％。

[硅]：降低硅含量，对提高钢的成型性、焊接性、韧性和塑性有利，并可改善钢的表面涂镀性。