[发明专利]具有步增的焊接区耐侵蚀-腐蚀性的高锰钢管道及其制造方法

说明书

提供改进的钢焊缝、用于制造其的制品及其制造方法。本公开提供有利的耐侵蚀、腐蚀和/或开裂的焊缝金属。更特别地，本公开提供具有增强的耐侵蚀、腐蚀和/或开裂性的高锰(Mn)焊缝金属组合物、用于制造具有增强的耐侵蚀、腐蚀和/或开裂性的高锰焊缝金属组合物的制品和制造具有增强的耐侵蚀、腐蚀和/或开裂性的高锰焊缝金属组合物的方法。

对相关申请的交叉引用

本申请要求2016年5月2日提交的美国临时申请序号No.62/330,400的权益和优先权，其公开内容全文经此引用并入本文。

技术领域

本公开涉及改进的钢组合物及其制造方法，更特别涉及具有增强的缝焊区耐侵蚀-腐蚀性、机械强度和韧度的高锰(Mn)钢缝焊管道及其制造方法。特别地，含有焊缝金属的高锰钢缝焊区和热影响区在油砂泥浆环境中表现出步增的(step-out)耐侵蚀性、耐腐蚀性、抗氢脆性和抗应力腐蚀开裂性。

背景技术

在下列说明书中，就用于油砂生产的高锰钢泥浆管道描述本公开。但是，本公开明显可更广泛用于耐侵蚀/耐磨损高锰钢组件的任何焊接，其中具有足够强度、韧度和耐侵蚀/磨损性的焊件是合意的，包括但不限于任何非管道焊件。在下列说明书中定义各种术语。为方便起见，在权利要求书之前提供术语词汇表。

采矿操作(包括油砂开采工业)中的管道系统用于将固体岩石和砂粒在液体或泥浆中的混合物输送到加工厂并将碎屑再循环回矿区或存储区。现有泥浆水力运输管道通常由碳钢(例如API 5L第45版X65或X70级钢)制成。这些管道在使用过程中经受严重侵蚀-腐蚀破坏，管道的最低部分/点(6点钟位置)受到最严重的侵蚀-腐蚀磨损。为了延长管道的使用寿命，许多人不时将管道旋转(例如每使用3000小时)90°。在3次旋转或使用12,000小时后，更换管道。油砂开采操作人员已经评估和使用选自马氏体不锈钢(例如Duracorr)、硬覆面材料(例如WC基、Cr₃C₂基)和聚合物衬里材料(例如聚氨酯)的各种材料。但是，迄今考虑的大多数工程材料仅用于利基(niche)用途——由于相对较差的磨损/侵蚀性能(例如聚合物衬里)或高材料和/或制造成本(例如WC基硬金属、碳化铬基硬金属覆面材料)或有限的耐侵蚀层厚度(例如双金属多层硬化钢材料)。

在油砂开采工业中也需要增强的耐磨钢。从20世纪60年代开始已在商业上采收这样的油砂矿床(oil sands deposit)，并且采收率近年来已增长。沥青矿提取通常在浅层矿床(例如小于100m深)的情况下通过地表开采技术提取或在位于地下更深(例如大约100m或更深)的深矿床的情况下通过原地热提取法(in-situ thermal extraction)(例如涉及注入蒸汽、化学溶剂和/或其混合物)提取。对于浅层油砂的地表开采，使用许多类型的重型设备和管线。首先，油砂通常用铲车挖掘，其将开采出的材料转移到搬运车/车辆。车辆将油砂矿石运往矿石准备设施，在此通常使开采的矿石破碎并与热水混合。然后通常将油砂泥浆经水力运输管道泵送到初级分离单元(PSC)，在此通常从砂和水中分离油沥青。在分离沥青后，随后将剩余的砂和水浆经尾矿管道输送到尾矿池以使砂沉降。

例如，在Alberta东北部的加拿大油砂资源含有被浅覆盖层覆盖的大油砂矿床，因此使得地表开采是高效的油沥青提取方法。一般而言，通常用铲车开采砂石并通过水力运输管道等运输到加工厂，其中颗粒材料油砂通常作为含水泥浆运输。在沥青提取后，随后通常通过管道将尾矿从加工设施运输到发生固体和水分离的场所。大量泥浆混合物的水力运输在传统金属管道等中造成显著金属损失，这导致短更换周期和相当大的运行成本。