[发明专利]一种调质态X52抗硫化氢腐蚀无缝管线管及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及管线管的制造技术领域。

背景技术

据统计，世界上已探明的油气田中大约有1/3含有硫化氢气体，如我国的四川、长庆、中原、华北、塔里木等油气田都含有不同程度的硫化氢气体。国外也有许多含有硫化氢气体的油气田，如美国的巴拿马油田、加拿大的阿尔伯达平切尔湾油田等。如果在湿硫化氢环境中仍采用20#碳钢作为集输管线，会存在严重的腐蚀问题，存在极大的安全隐患，将造成巨大的经济损失。

据国际权威机构预测，从2000~2030年，世界石油的需求量年均增长1.6%，2030年将达到57.69亿吨；天然气的需求量年均增长2.4%，2030年将达到42.03亿吨油当量。随着石油和天然气需求量的快速增长，对普通不含硫化氢的油气井的开发已经满足不了需求，含硫化氢油气井的开发日益增多。因此，油气田开采过程中用于油气集输的抗硫管线管的消耗量将会大幅度增加。抗硫化氢腐蚀管线管对硫含量、磷含量、夹杂物的数量和形态、微观组织形态和均匀性、综合理化性能均有严格的要求。虽然同焊管相比，无缝管的成型特点不存在先天的HIC/SSC裂纹源，但由于碳含量要求很低，采用无缝成型的方式生产抗硫管线管时存在以下难点：①钢质较软，采用精密轧管机组轧制时导盘容易粘钢，造成表面划伤；②在淬火过程中形成的马氏体含量少，淬火硬度低，在淬火应力的作用下极易弯曲。因此，抗硫化氢腐蚀无缝管线管产品附加值高、生产过程难度较大，已经成为目前国内外钢铁企业的一个研究热点。

目前钢铁行业已经进入微利时代，国内钢铁行业同质化竞争日趋激烈，采用减量化的合金成分，通过优化生产工艺流程和生产过程的有效控制来获得优良的材料性能，从而降低生产成本，也是当前钢铁冶金研究的一个主要方向。

前人已经对合金元素与钢的性能关系进行了较系统的研究。

碳：碳是最经济的合金元素、强化元素，但它对钢的可焊性影响很大。因此，20多年来管线钢的碳含量是逐步趋向于低碳或超低碳方向发展。而且随着含碳量的增加，韧性下降、偏析加剧，抗HIC和SSC的能力下降。因此，随着管线钢级别的提高，碳含量应逐渐降低。但含碳量也不能过低，因为碳含量的降低，不但会使钢的强度降低，而且由于碳是以间隙元素存在于钢中，当碳含量低于0.01%时晶界的结合强度极低，不仅降低了母材的韧性，同时使热影响区的晶界呈完全脆化状态。

锰：钢中碳含量的降低会导致其屈服强度下降，可以使用其他强化机制给以补偿，其中最常用的是在降C的同时，以Mn代C。锰可以起到固溶强化的作用，在提高强度同时也提高韧性，降低钢的脆性转变温度。锰还能降低相变温度，使铁素体的晶粒细化。但是锰含量过高会造成管坯的中心偏析，导致钢管内壁的抗HIC性能降低。

微合金化元素：

低碳锰钢中加入铌、钒、钛这三种微合金化元素可显著提高其强度，它们主要通过晶粒细化和沉淀硬化来影响钢的性能。

微量的铌可显著提高奥氏体的再结晶温度，为非再结晶区提供更加宽的温度空间，能够有效阻止形变奥氏体的回复和再结晶，有利于奥氏体形变量的积累。在高温区，固溶的铌原子对晶界的迁移起到拖拽作用；在低温奥氏体区，应变诱导析出的Nb(C,N)粒子起到了钉扎位错的作用。

钒在针状铁素体中主要以V(C,N)作为低温析出的沉淀强化相来提高钢的强度。

要降低钢中的固溶氮含量，通常采用微钛处理，使钢中的氮被钛固定。由于TiN的溶解温度较铌或钒的氮化物高得多，它可以更有效地阻止奥氏体晶粒在加热过程中长大以保证坯料具有较细的初始奥氏体晶粒和防止焊接热影响区晶粒的长大，从而显著改善焊接热影响区的韧性，提高钢的焊接性。

其他合金元素：

钼可扩大奥氏体相区，推迟先共析铁素体和珠光体的转变，降低过冷奥氏体的相变温度，抑制多边形铁素体的形成，促进针状铁素体转变。同时，在含Nb管线钢中，Mo可提高Nb(C,N)在奥氏体中的固溶度，降低Nb(C,N)的析出温度，使更多的Nb(C,N)在低温铁素体中析出，从而提高Nb(C,N)的沉淀强化效果。

在管线钢中添加Cu、Ni、Cr等合金元素，在其表面形成钝化膜，减少氢气的入侵，因而阻止了氢致裂纹的产生。同时还能够非常有效地提高抗大气腐蚀能力。另外，这些元素还具有强化基体的作用。

目前各个钢管企业对抗硫管线管的成分设计都是在C-Mn钢的基础上大量加入Nb、V、Ti、Mo、Cu、Ni等元素提高其强度和抗硫性能。