[发明专利]550MPa级耐高温且有良好低温止裂韧性的管线钢及其制造方法

说明书

550MPa级耐高温且有良好低温止裂韧性的管线钢及其制造方法，其成分重量百分比为：C 0.061～0.120％，Mn 1.70～2.20％，Mo 0.15～0.39％，Cu 0.15～0.30％，Ni 0.15％～0.50，Nb 0.035～0.080％，V 0.005～0.054％，Ti 0.005～0.030％，Al 0.015～0.040％，Ca 0.005～0.035％，Ni/Cu≥0.5，Nb*C＝0.0035～0.007，CE＝C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+(Cr+Mo+V)/5，CE 0.39～0.48％，余量为Fe和不可避免杂质；微观组织为均匀的针状铁素体组织+多边形铁素体组织+马氏体‑残余奥氏体组元。本发明管线钢在350℃下屈服强度、抗拉强度分别达到520MPa级和645MPa级以上；室温下屈服强度、抗拉强度强度达550MPa级和625MPa级以上；且还具有良好的‑30℃低温止裂韧性。

技术领域

本发明涉及管线钢及其制造方法，尤其涉及一种550MPa级耐高温且有良好低温止裂韧性的管线钢及其制造方法。

背景技术

油砂是非常规石油资源，主要分布于北美加拿大等地区，该地区的石油资源也主要以油砂为主。现有技术条件下，油砂主要通过管道向地下注入高温高压蒸汽，实现降低油砂粘稠度、提高油砂流动性的目的，最终实现开采。

输送这些高温蒸汽的管线钢不仅不同于常规管线钢，增加了对正常服役温度下具备耐高温性能的要求，而且随着对安全性的不断提高和地面铺设方式下比埋地铺设方式的周围环境温度更低，将还需具有良好的低温止裂韧性能(即DWTT SA％)。这样可以保证材料即使在爆管发生后也能够避免发生长距离裂纹扩展，实现短距离止裂，避免危害扩大。短距离止裂将对于油砂开采场站蒸汽发生站和蒸汽注入井口之间的管道、设备和人员的安全性提高将有重要意义。

传统输入天然气介质的管线钢对止裂韧性有要求，以避免高压输送管道爆管后发生长距离裂纹扩展，尤其对于在极地、寒冷地区服役的管线钢还要求低温止裂韧性。但是，传统管线钢主要是常温或低温环境下输送天然气介质，对高温性能没有技术要求，因而不是从满足高温服役性能要求的角度进行冶金成分和工艺设计的。

传统550MPa级别管线钢的成分体系主要为C-Mn-Nb或C-Mn-Mo-Nb，成分特点是低C、低Mo和较高的Cr。如中国专利公开号CN101845596记载了一种X80管线钢用宽厚板及其制造方法，其C含量添加较少(0.03～0.08％)，主要是为了保证韧性；其添加少量的Mo或Nb来促进贝氏体组织转变获得良好的强韧性，并从经济性角度出发一般采用以Cr代Mo保证钢板全厚度淬透的设计(Mo：≤0.14；Cr：0.20～0.60)。但是C和Mo添加量少对于高温强度性能改善不利。

传统550MPa级别管线钢由于是用于天然气输送，服役环境不涉及高温，因而不追求高温性能，在合金化设计时主要追求经济性，合金设计时仅保证室温屈服强度达到550MPa。如中国专利公开号CN101857945记载了一种无Mo低Nb X80管线钢热轧钢板的制造方法，其不添加Mo，Nb含量为0.010～0.035％。其也采取了低C设计，C含量在0.04～0.07％。但无Mo、低Nb、低C对于高温强度性能不利。

传统550MPa级别管线钢由于仅需保证室温强度性能和低温止裂韧性，因而多采用通过添加大量的Cr来保证淬透性提高室温强度，同时采用低C的合金化设计来保证低温止裂韧性，另外由于未从高温强度性能改善的角度出发进行合金化设计，未加入V。如中国专利公开号CN103225047记载了一种厚度≥26.5mm的X80管线用钢及其生产方法，其Cr含量为0.25～0.45％，C含量为0.020～0.034％，不添加V。低C、无V对于高温强度性能不利。