[发明专利]一种结构功能一体化管线钢及其制造方法

说明书

本发明属于油气田开采、集输和输送用管线钢领域，具体涉及一种结构功能一体化管线钢及其制造方法。按重量百分比计，管线钢的化学成分为：C 0.02～0.08％，Si≤0.3％，Mn≤1.0％，Cu 0.5～2.0％，Al≤1.0％，Ce≤0.2％，Ni 1.0～2.0％，Nb≤0.1％，V≤0.1％，Ti≤0.1％，N≤0.005％，S≤0.005％，P≤0.005％，O≤0.005％，余量为Fe。本发明通过Cu、Al、Ce、Nb、V、Ti等合金元素的复合加入，可获得屈服强度不低于500MPa，抗拉强度不低于600MPa，‑20℃冲击功不低于180J的高强度和高韧性指标。同时，本发明管线钢还具有优异的抗SSC、HIC和独特的耐微生物腐蚀性能，实现了结构功能一体化。

技术领域

本发明属于油气田开采、集输和输送用管线钢领域，具体涉及一种结构功能一体化管线钢及其制造方法。

背景技术

管道运输是油气采运发展的前提和基础，处于油气产业价值链的核心环节。伴随对石油、天然气两大主要能源的不断消耗，正迫使油气开采向着极端环境发展。相应地，对石油开采、油气运输所用的管线钢材质的选择带来一系列问题。微生物腐蚀(MIC)和硫化氢腐蚀(H₂S)，包括氢致诱导开裂(HIC)和硫化物应力腐蚀开裂(SSC)，是管线钢所面临的一个亟待解决的问题。如何在保证高强度、高韧性的前提下仍然保持优异的抗腐蚀性能(抗H₂S腐蚀和耐MIC腐蚀)对管线钢的发展将具有重要现实意义。因此，油气田产业迫切希望获得一种同时具备高强度、高韧性、抗H₂S腐蚀和耐MIC的结构功能一体化管线钢。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种同时具备高强度、高韧性、抗H₂S腐蚀和耐MIC性能的结构功能一体化管线钢及其制造方法。

本发明的技术方案是：

一种结构功能一体化管线钢，按重量百分比计，管线钢的化学成分为：C 0.02～0.08％，Si≤0.3％，Mn≤1.0％，Cu 0.5～2.0％，Al≤1.0％，Ce≤0.2％，Ni 1.0～2.0％，Nb≤0.1％，V≤0.1％，Ti≤0.1％，N≤0.005％，S≤0.005％，P≤0.005％，O≤0.005％，余量为Fe；

按重量百分比计，化学成分满足：

Cu+Al+Ce≥1.0％ (1)

Ni与Cu的质量比Ni/Cu＞0.5 (2)

其中，式(1)和(2)中各元素符号代入对应的元素含量。

所述的结构功能一体化管线钢，管线钢的化学成分还含有Ca、Cr、Mo、B之一种或两种以上，每一种的重量百分比＜0.5％。

所述的结构功能一体化管线钢的制造方法，采用高炉+炉外精炼方式冶炼、连铸板坯，或采用电炉+炉外精炼方式冶炼、连铸板坯；无论采用哪种方式冶炼和连铸，Ce元素需在冶炼后期加入，而且当氧含量(O)和硫含量(S)均不大于0.005wt％后加入，搅拌均匀后立即浇注出钢。

所述的结构功能一体化管线钢的制造方法，将连铸的板坯进行控制轧制和控制冷却，粗轧开轧温度1000～1100℃，粗轧终轧温度900～1000℃，精轧开轧温度850～950℃，精轧终轧温度700～800℃，终轧后快速水冷或缓慢堆冷。

所述的结构功能一体化管线钢的制造方法，终轧后快速水冷的钢板进行如下处理：终轧后以10～30℃/s的冷速水冷，终止水冷温度为500～600℃，然后进行保温，保温时间＝钢板厚度×保温时间系数，保温时间系数为3～6，保温时间的单位为：分钟，钢板厚度单位为：mm；保温后，空冷至室温。

所述的结构功能一体化管线钢的制造方法，终轧后缓慢堆冷的钢板进行如下处理：终轧后钢板堆垛在一起空冷至室温，堆垛高度不小于1000mm。