[发明专利]一种超低碳抗硫化氢腐蚀X80管线钢及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于管线钢技术领域，特别涉及一种超低碳抗硫化氢腐蚀X80管线钢及制备方法。

背景技术

中国腐蚀与防护学会、中国石油学会和中国化工学会联合调查数据表明，各行各业由于腐蚀造成的损失平均约占国民生产总值的3％，对于石油工业来说，因腐蚀所导致的损失更为严重，约占中国石油工业产值的6％左右。石油工业使用的各种油气管失效的70％与腐蚀有关，如果采用高性能耐腐蚀材料并采取适当的防护措施，腐蚀损失的30％～40％可以得到挽回。

H₂S应力腐蚀是输送钢管腐蚀失效的重要形式之一。它不仅造成因裂纹而引起的油、气的泄漏，而且往往会造成重大的经济损失、人员伤亡以及环境污染等。目前世界油气田中大约1/3含有H₂S气体。我国的几大油气田(如四川、长庆、中原、华北、塔里木油气田等)都含有不同程度的H₂S，因腐蚀破坏而造成的泄漏甚至爆炸事故时有发生，例如，四川天然气输气管道多次因腐蚀导致爆炸燃烧事故，已造成大量生命和财产损失。硫化氢对输送管线的腐蚀随着输送压力的提高而增大，在当前普遍采用高钢级管线钢进行高压输送的发展趋势下，高压输送管道的H₂S腐蚀问题日益突出，因此，开发和应用抗H₂S腐蚀输送钢管对保障石油天然气输送、人民生命财产安全和生态安全意义重大。

提高管线钢的抗HIC性能，要求管线钢具有高纯净度、减少成分偏析、适当的合金化、均匀的微观组织等。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超低碳抗硫化氢腐蚀X80管线钢及制备方法，采用较低的C和Mn以减少成分偏析，提高抗HIC性能；略微增加Cr含量以增强抗HIC性能和管线钢的碳当量从而保障强度达到X80级别；加入微量Nb、V、Ti微合金元素，结合热轧控轧控冷工艺，获得贝氏体+铁素体组织，以保障管线钢具有高强度、高韧性和抗HIC性能。

本发明管线钢化学成分重量百分数为：：C 0.02～0.04％、Si 0.20～0.40％、Mn0.90～1.10％、Cu 0.20～0.26％、Cr0.40～0.70％、Nb 0.02～0.04％、Ni0.20～0.40％、Mo 0.20～0.30％、Ti 0.01～0.03％，V 0.04～0.07％P≤0.03％、S≤0.008％，余量为Fe及不可避免的杂质。

元素对钢材抗H₂S腐蚀的影响说法不一。一般认为，C、S、P、Mn、Ni、N对抗H₂S腐蚀不利，尤其对材料抗SSCC性能不利；而Cr、Mo、Cu、Ca、B、Ti、V有利于抗H₂S腐蚀；如Ca能改善MnS夹杂物的形状，使其由长条形变成球形，Cu能抑制H₂进入钢材内部等。

本发明合金元素作用如下：

C的影响：

对于低温条件使用的钢材，当钢中碳含量超过0.04％时，继续增加碳含量将导致钢材的抗氢致腐蚀(HIC)能力下降，使裂纹率突然增加，超过0.05％的碳含量将导致Mn和磷的偏析加剧；当碳含量小于0.04％时，可防止HIC产生。S的影响：

S是钢中影响钢的抗HIC能力和抗SSCC能力的主要元素。研究表明当钢中S含量大于0.05％时，随着钢中S含量的增加，HIC的敏感性显著增加；当钢中S含量小于0.002％时，HIC明显降低。在X42等低强度管线钢中，S含量低于0.002％时，裂纹长度率接近于零；然而由于S易与Mn结合生成MnS夹杂物，当MnS夹杂变成粒状夹杂物时，随着钢强度的增加(如X65管线钢等)，单纯降低S含量不能防止HIC，当S含量降到20×10^-6时，其裂纹长度比仍高达30％以上。Mn对钢中硫偏析的影响较大，其含量直接影响硫化锰夹杂物的多少，只有在Mn和S的质量分数之积达到一定值时，才容易产生MnS夹杂物。如果控制好S的含量，有利于减少MnS的数量。为了达到理想的抗H₂S腐蚀效果，钢中S含量必须控制在0.002％以下。

P的影响：

在钢的凝固过程中，由于受碳对凝固前沿溶质扩散行为的影响，P偏析会显著增加，尤其在铸坯凝固末端会产生磷的富集，成为氢的聚集源。因此，在抗H₂S腐蚀钢中，P控制同样十分重要。一般要求成品钢材[P]小于0.010％，国外实际控制水平在0.005％～0.010％之间。

Mn的影响：