本發(fā)明涉及一種管線鋼及其生產(chǎn)方法，具體地屬于一種抗CO2腐蝕的低Cr經(jīng)濟(jì)型X65管線鋼及其生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)今，我國(guó)陸上油氣田開(kāi)采逐漸進(jìn)入中后期，油氣田內(nèi)含有很高的CO2。在輸送含CO2和H2O的石油、天然氣過(guò)程中極易引發(fā)管線鋼內(nèi)壁的腐蝕甚至穿孔，導(dǎo)致嚴(yán)重的安全生產(chǎn)事故發(fā)生。就目前來(lái)講，管線鋼的CO2腐蝕問(wèn)題已經(jīng)嚴(yán)重地凸現(xiàn)出來(lái)。
目前，針對(duì)油氣田用鋼CO2腐蝕問(wèn)題，油田、油井所使用的耐腐蝕鋼管基本采用的是含貴金屬較多的合金鋼，成本較高，并不適宜與在長(zhǎng)距離管線鋼上推廣。國(guó)內(nèi)外鋼廠已經(jīng)開(kāi)發(fā)的含3%Cr的X65級(jí)管線鋼用于輸送含CO2油氣，但該鋼種成本仍然較高，并未達(dá)到較好的抗CO2腐蝕性能。
經(jīng)檢索：中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮?01310217916.8的中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)，公開(kāi)了一種“地面集輸用耐CO2腐蝕管線鋼及制備方法”，其采用低C、高M(jìn)n、高Cr，適量添加Cu、Ni、Mo、Nb、V、Ti等合金元素的成分設(shè)計(jì)，結(jié)合TMCP工藝生產(chǎn)地面集輸用耐CO2腐蝕管線鋼的制造方法。該方法中Cr（1.0~3.0%）含量較高，生產(chǎn)成本較高，且未明確抗CO2腐蝕性能。中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮?01510650858.7的中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)，公開(kāi)了“一種耐CO2腐蝕性能優(yōu)異的管線鋼及生產(chǎn)方法”，其采用Cr（3.0~4.5%）成分設(shè)計(jì)和優(yōu)化的TMCP工藝生產(chǎn)耐CO2腐蝕性能優(yōu)異的X65級(jí)別管線鋼，較常規(guī)X65管線鋼的腐蝕速率下降80%。該文獻(xiàn)通過(guò)提高Cr等合金元素含量，以提高管線鋼抗CO2腐蝕性能，生產(chǎn)成本較高。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種其它力學(xué)性能得到保證的前提下，CO2腐蝕速率比現(xiàn)有X65級(jí)管線鋼降低85%以上，采用低合金成分體系，制造成本低的抗CO2腐蝕的低Cr經(jīng)濟(jì)型管線鋼及其生產(chǎn)方法。
實(shí)現(xiàn)上述目的的措施：
一種抗CO2腐蝕的低Cr經(jīng)濟(jì)型X65管線鋼，其組分及重量百分比含量為：C ：0.04~0.05%、Si ：0.18~0.22%、Mn：0.5~0.6%、Cr：0.1~0.2%、Mo：0.1~0.15%、Nb：0.035~0.050%、V：0.020~0.030%、Ti：0.010~0.020%，P≤0.01%、S≤0.003%，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)；并滿(mǎn)足Nb+V+Ti≤0.1%；金相組織為：針狀鐵素體+板條狀馬氏體，其中針狀鐵素體體積比占70~80%；力學(xué)性能：屈服強(qiáng)度Rt0.5為460~500MPa，抗拉強(qiáng)度Rm為550~600MPa，屈強(qiáng)比Rt0.5/Rm≤0.9，斷后延伸率A50mm≥18，-20℃沖擊功KV2≥120J，-15℃斷口的剪切面比DWTT SA≥85%；在溫度60℃，CO2分壓達(dá)到1MPa，流速為1.0m/s的條件下，腐蝕速率≤0.5mm/年。
生產(chǎn)一種抗CO2腐蝕的低Cr經(jīng)濟(jì)型X65管線鋼的方法，其步驟：
1）轉(zhuǎn)爐冶煉、常規(guī)真空進(jìn)行Si-Ca處理、澆注成坯；
2）對(duì)鑄坯加熱，控制鑄坯加熱溫度在1200～1250℃；
3）進(jìn)行粗軋，控制軋制溫度在990～1050℃，道次壓下率不低于15%；
4）進(jìn)行精軋，控制精軋溫度在760～850℃，精軋累積壓下率不低于70%；
5）進(jìn)行冷卻，在冷卻速度為 20～30℃/s下冷卻至卷取溫度560~610℃，卷取后待用。
本發(fā)明中各元素及主要工序的作用如下：
碳（C）：碳元素一方面可以提高管線鋼的強(qiáng)度，從而減少其他貴重合金的加入量，顯著降低合金設(shè)計(jì)成本，另一方面，隨著碳含量的增加，管線鋼低溫沖擊韌性、焊接性能降低，并且耐氯離子腐蝕性能降低。本發(fā)明碳含量限制在0.04～0.07％。
硅（Si）：硅主要起固溶強(qiáng)化作用，也可和鉬、鉻等結(jié)合，有提高抗腐蝕性和抗氧化的作用，但添加過(guò)量硅會(huì)導(dǎo)致鋼的塑、韌性顯著惡化。本發(fā)明硅含量限制在0.18～0.22％。
錳（Mn）：經(jīng)濟(jì)合金化元素錳的加入可以顯著提高鋼的強(qiáng)度，此外，錳還可以在一定程度上細(xì)化晶粒，改善鋼的沖擊韌性，但是錳易形成偏聚，導(dǎo)致鋼的成分和組織不均，同硫形成硫化錳，使管線鋼耐腐蝕性能降低。因此本發(fā)明將錳控制在較低水平，含量為0.50～0.60％。
鉻（Cr）：鉻元素能在腐蝕產(chǎn)物膜層中出現(xiàn)富集，遠(yuǎn)高于基體中的鉻含量。含鉻鋼的CO2腐蝕產(chǎn)物膜為FeCO3和Cr (OH)3競(jìng)爭(zhēng)沉積形成的多層結(jié)構(gòu)，它具有陰離子選擇性，并且在破壞后能夠很快修復(fù)，從而降低局部腐蝕敏感性。但大量添加鉻會(huì)降低管線鋼韌性和焊接性能，并且鉻元素屬于貴金屬，成本較高。本發(fā)明中，鉻含量限制在0.1%~0.2%。
鉬（Mo）：鉬元素能夠有助于軋制過(guò)程中晶粒細(xì)化和針狀鐵素體生成，并且增加耐氯離子腐蝕性。但鉬元素能使焊接性能下降，且鉬元素屬于貴金屬。本發(fā)明鉬含量限制在0.10~0.15%。
鈮（Nb）：鈮能細(xì)化晶粒，起到固溶強(qiáng)化作用。在低合金鋼種加入鈮，能有效提高其抗CO2腐蝕性能。本發(fā)明鈮含量限制在0.035~0.050%。
釩（V）：釩可細(xì)化鋼的組織和晶粒，提高晶粒粗化溫度，從而增加鋼的強(qiáng)度、韌性和耐磨性，還可以在一定程度上改善鋼的焊后韌性，但加入含量較高的釩易導(dǎo)致鋼的韌脆轉(zhuǎn)變溫度提高。本發(fā)明釩含量限制在0.020~0.030%。
鈦（Ti）：鈦不僅有利于鋼的脫氧，而且能夠改善鋼的沖擊韌性。本發(fā)明釩含量限制在0.010~0.020%。
磷（P）、硫（S）：磷、硫?yàn)橛泻υ?，易形成夾雜物，不利鋼的抗CO2腐蝕性能。因此，本發(fā)明嚴(yán)格控制磷、硫，含量限值為P≤0.01%、S≤0.003%。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比：
(1)采用低合金成分體系，力學(xué)性能良好，制造成本低，在油氣集輸和長(zhǎng)途輸送管道方面具有廣闊的應(yīng)用前景。
(2)微觀組織為針狀鐵素體+板條狀馬氏體，具有較高的硬度，腐蝕產(chǎn)物膜不易被介質(zhì)沖刷，對(duì)基體具有更好的保護(hù)作用。不僅提高力學(xué)性能，而且提高了抗CO2腐蝕性能。
(3)該鋼種具有優(yōu)異的抗CO2腐蝕性能，CO2腐蝕速率較現(xiàn)有X65管線鋼降低85%以上。
具體實(shí)施方式
下面對(duì)本發(fā)明予以詳細(xì)描述：
表1為本發(fā)明各實(shí)施例及對(duì)比例的取值列表；
表2為本發(fā)明各實(shí)施例及對(duì)比例的主要工藝參數(shù)列表；
表3為本發(fā)明各實(shí)施例及對(duì)比例橫向主要性能檢測(cè)統(tǒng)計(jì)表。
本發(fā)明各實(shí)施例按照以下步驟生產(chǎn)：
1）轉(zhuǎn)爐冶煉、常規(guī)真空進(jìn)行Si-Ca處理、澆注成坯；
2）對(duì)鑄坯加熱，控制鑄坯加熱溫度在1200～1250℃；
3）進(jìn)行粗軋，控制軋制溫度在990～1050℃，道次壓下率不低于15%；
4）進(jìn)行精軋，控制精軋溫度在760～850℃，精軋累積壓下率不低于70%；
5）進(jìn)行冷卻，在冷卻速度為 20～30℃/s下冷卻至卷取溫度560~610℃，卷取后待用。
表1 本發(fā)明各實(shí)施例及對(duì)比例的取值列表(wt%)
表2 本發(fā)明各實(shí)施例及對(duì)比例的軋鋼工藝
表3 本發(fā)明各實(shí)施例及對(duì)比例橫向主要性能檢測(cè)統(tǒng)計(jì)表
表3中，耐CO2腐蝕速率的試驗(yàn)條件：試驗(yàn)溫度60℃，CO2分壓1MPa，流速為1.0m/s。
從表3可以看出，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的低Cr經(jīng)濟(jì)型X65管線鋼不添加貴重Cu、Ni，且Cr含量顯著降低。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，其成本較現(xiàn)有X65管線鋼成本噸鋼降低至少15%。通過(guò)成分和工藝的組合控制，CO2腐蝕速率較現(xiàn)有X65管線鋼降低85%以上。
上述實(shí)施例僅為最佳例舉，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。