CN104313474A - 一种含稀土低成本耐h2s腐蚀l320ns管线用无缝钢管及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种含稀土低成本耐H₂S腐蚀L320NS管线用无缝钢管及其生产方法，将高炉铁水进行预处理使其S含量降低到重量百分比0.010％以下；将处理后的高炉铁水和废钢加入顶底复吹转炉冶炼，出钢过程中采用所述脱氧合金进行脱氧合金化，终脱氧采用有铝脱氧工艺，出钢过程进行挡渣或扒渣，出钢过程中合金加完以后加入白灰块，之后将冶炼后的钢水加入LF炉精炼，精炼时吹氩气，采用逐渐提高升温速度的方式加热升温；之后进行造渣脱硫、成分调整及升温操作；采用造白渣操作并加入钼铁合金、铌铁合金和钛铁合金；最后保持底部软吹氩气，加入稀土丝，之后进行VD真空处理、圆坯连铸、管坯加热、穿孔、连轧、再加热、定径、矫直、冷却、锯切、探伤、倒棱。

Description

一种含稀土低成本耐H2S腐蚀L320NS管线用无缝钢管及其生产方法

技术领域

本发明属于黑色金属冶炼及金属压力加工领域，涉及一种含稀土低成本耐H₂S腐蚀L320NS管线用无缝钢管及其生产方法。

背景技术

管道运输因其具有经济高效，不间断和无污染等特点而得到广泛应用，为了实现管线的长距运输，需要高钢级管线管，由于我国油气资源中部分存在水和H₂S气体，这对输送管道带来严重的腐蚀问题，而且难以预测。低温湿硫化氢腐蚀主要有应力腐蚀(SSC)和氢致开裂(HIC)两种破坏形式。这两种破坏形式在石油天然气输送管道中均产生过严重的事故。为此，国内外相继开发了抗湿H₂S腐蚀管线管，这些材料的应用有效的防止了湿硫化氢腐蚀的产生和破坏。

经检索，中国发明专利“一种超低碳高韧性抗硫化氢用输气管线钢”(专利申请号：CN 1351189A)，其存在以下问题和缺点：

杂质元素Cu(重量％≤0.20％)含量高。这是以废钢为原料用电炉生产工艺所无法克服的不足，由于Cu元素的熔点低，这会给冶炼、轧制过程造成一定的难度。

发明内容

本发明的目的是提供一种生产成本低、强韧性能匹配高、晶粒细小、耐H₂S应力腐蚀性能高的含稀土低成本管线用无缝钢管及其生产方法。

为达以上目的，本发明一种含稀土低成本耐H₂S腐蚀L320NS管线用无缝钢管，所述无缝钢管化学成分按重量百分比含量分别为：C 0.07％-0.12％；Si0.05％-0.25％；Mn 0.90％-1.20％；P 0％-0.015％；S 0％-0.005％；Cr 0.20％-0.50％；Mo 0.10％-0.30％；Nb 0.02％-0.06％；Ti 0.01％-0.03％；Al 0.01％-0.04％；稀土元素RE 0.0005％-0.0100％；Cu 0％-0.10％；余量为基体Fe和微量杂质元素；其中稀土元素RE组分为：67％的Ce和33％的La制成。

其中所述含稀土低成本耐H₂S腐蚀L320NS管线用无缝钢管，包括以下重量份的组分制备而成：

高炉铁水：90份；

废钢：10份；

预脱氧合金：1.5-2.3份；

铝铁合金：0.03-0.12份；

白灰块：0.2份；

钼铁合金：0.17-0.50份；

铌铁合金：0.03-0.10份

钛铁合金：0.04-0.12份；

稀土丝：0.02份；

硅钙线：0.06份；

其中所述稀土丝由稀土元素RE组分为：67％的Ce和33％的La制成。

其中所述预脱氧合金选自硅锰合金、锰铁合金和铬铁合金中的两种或两种以上任意比例的混合物。

一种生产所述含稀土低成本耐H₂S腐蚀L320NS管线用无缝钢管的方法，包括如下步骤：

(1)高炉铁水预处理：将所述高炉铁水中S含量降低到重量百分比0.010％以下；

(2)顶底复吹转炉冶炼：将所述处理后的高炉铁水和所述废钢加入顶底复吹转炉冶炼，出钢过程中采用所述预脱氧合金进行预脱氧合金化，终脱氧采用铝铁合金进行有铝脱氧工艺，出钢过程进行挡渣或扒渣，出钢过程中合金加完以后加入所述白灰块；

(3)LF炉精炼：将步骤(2)冶炼后的钢水加入LF炉精炼，精炼时吹氩气，采用从低级数到高级数逐渐提高升温速度的方式加热升温将温度从1530℃升至1630℃；采用造白渣操作并加入所述钼铁合金、所述铌铁合金和所述钛铁合金；最后保持底部软吹氩气，加入所述稀土丝；

(4)VD真空处理：真空处理的真空度≤0.10KPa，深真空时间≥13分钟后，喂入所述硅钙丝，喂丝后进行≥10分钟软吹氩气；

(5)圆坯连铸：采用低拉速的恒速控制和电磁搅拌工艺并控制钢水过热度≤30℃进行圆坯连铸：铸坯出二次冷却区域后进行矫直，然后切割为圆管坯；

(6)之后进行管坯加热→穿孔→连轧→再加热→定径→矫直→冷却→锯切→探伤→倒棱，其中再加热的再加热炉温度控制在900～930℃之间，终轧温度控制在860～900℃之间，定径后管体温度控制在830～880℃之间，以达到轧制正火的功效；执行带温矫直，矫直温度≥500℃，然后将钢管在冷床上冷却之后进行定尺锯切；然后对钢管逐支进行探伤检测，合格者在两端进行倒棱加工。

其中所述预脱氧合金选自硅锰合金、锰铁合金和铬铁合金中的两种或两种以上任意比例的混合物。

其中所述稀土丝由稀土元素RE组分为：67％的Ce和33％的La制成。

本发明与现有技术不同之处在于本发明取得了如下技术效果：

①由于以高炉铁水为原料，杂质元素Cu含量较低，Cu：≤0.10％；

②由于在500℃以上进行带温矫直，钢管的残余应力较低，残余应力：≤30MPa(采用环切法)；

③由于“含稀土元素的独特成分设计”结合成熟生产工艺，使得钢管的各项性能优异，具体性能指标如下：

屈服强度：330～390MPa；抗拉强度：460～540MPa；屈强比≤0.80；延伸率≥30％；0℃时的横向冲击值a_KV≥100J/cm²；剪切比：100％；晶粒度≥8.0级；硬度≤220HV10；残余应力≤30MPa。

④抗HIC性能

按照NACE Standard TM 0284-2003标准A方法，对试样进行连续96小时的A溶液浸泡，试样表面未出现裂纹。

⑤抗SSC性能

按照NACE Standard TM 0177-2005标准A方法，采用四点弯曲试样法，试验恒定应力为0.8_Rt0.5(256MPa)，经过H₂S饱和的A溶液连续浸泡、720小时试样未出现开裂或破坏性裂纹。

本发明针对背景技术中存在的问题，通过“独特的化学成分设计和以高炉铁水为原料的独特生产工艺”等技术措施，很好地解决了上述问题，取得了显著的进步。

具体实施方式

下面结合实施例1～实施例3对本发明作进一步详细说明。

实施例1～实施例3的整个冶炼工艺、轧制工艺及热处理工艺完全相同，所不同的只是合金加入量及化学成分，具体实施过程如下：

将90吨高炉铁水用0.03吨“金属镁粉”作脱硫脱氧预处理，使铁水中的含S量降低到(重量百分比)0.010％以下；

将所述的90吨预处理铁水兑入100吨级的顶底复吹转炉中，再加入10吨优质废钢，然后采用单渣工艺进行冶炼，终渣中氧化钙与二氧化硅的重量百分比按3.0控制，采用硅锰、锰铁和铬铁进行脱氧合金化，在出钢时采用的铝铁合金进行终脱氧，出钢过程必须挡渣，挡渣失败必须扒渣，出钢过程中合金加完以后加入0.2吨白灰块；

将冶炼好的钢水装入钢水包进入LF炉工位进行精炼：精炼时按要求正常吹氩气(流量为每分钟100标升)，采用从低级数到高级数逐渐提高升温速度的方式加热升温将温度从1530℃升至1630℃；根据转炉钢水成分及温度进行造渣脱硫、成分调整及升温操作；采用造白渣操作，加入钼铁、铌铁和钛铁合金；

当LF炉精炼结束后要保持底部软吹氩气(流量为每分钟40标升)，同时加入0.02吨稀土丝；

然后对精炼好的钢水再进行VD真空处理：深真空度≤0.10KPa，深真空时间≥13分钟；再喂入240米的硅钙线(质量为0.06吨)，喂丝后保持12分钟软吹氩气(流量为每分钟40标升)。

将经过VD真空处理后的钢水大包吊上钢包回转台进行5机5流圆坯连铸，连铸时采用低拉速的恒速控制和电磁搅拌工艺；钢水过热度ΔT≤30℃；铸坯出二次冷却区域后进行矫直，然后用火焰切割为圆管坯。

实施例1～实施例3的具体合金加入量见表1。

表1  实施例1～实施例3中的合金加入量(公斤)

	硅锰	锰铁	铬铁	钼铁	铝铁	铌铁	钛铁
								实施例1	850	400	350	400	60	90	50
实施例2	700	700	400	350	80	70	60
								实施例3	600	900	600	300	130	50	70

对实施例1～实施例3中的规格为的管坯取样进行化、检验，其化学成分化验结果(重量百分比含量)见表2。

表2  化学成分检测结果(重量％)

所述稀土元素RE(重量比)为：67％的Ce+33％的La构成的混合稀土金属，其化学成分及其含量合格。

硫印：均不超过1.0级，低倍检验合格。

将化、检验合格的管坯进行制管，制管过程如下：

为了使管坯具有良好的轧制性能，要连续检测并控制加热炉的预热段、加热段、均热段温度，保证加热透彻均匀而不过热，各段温度的控制范围见表3。

表3  环形加热炉各段温度控制(℃)

用微机对加热炉各段温度进行自动控制并自动记录。

热工具在使用前必须测量，轧前必须检查、处理辊道，避免划伤管壁。

将加热好的管坯在Ф159mmPQF连轧管机组上轧制成无缝钢管(规格为ф168.3mm×14.60mm)，每批进行一次热取样，检查几何尺寸。

连轧脱管后的钢管进入再加热炉，再加热炉温度控制在900～930℃之间，终轧温度控制在860～890℃之间，定径后管体温度控制在850～870℃之间，以达到轧制正火的功效。

钢管矫直温度控制在520～530℃之间，然后将钢管在冷床上冷却之后进行定尺锯切。

经过上述工艺生产及无损探伤检验，合格者在两端进行倒棱加工，成为本发明所述的“含稀土低成本耐H₂S腐蚀L320NS管线用无缝钢管”的成品。用其制取试样进行力学性能检验。

经过检验，实施例1～3所产管线管的力学性能检测值见表4、SSC性能、HIC性能、组织、晶粒度、残余应力检验结果见表5。

表4  钢管力学性能检测结果

表5  SSC性能、HIC性能、组织、晶粒度、残余应力检验结果

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种含稀土低成本耐H₂S腐蚀L320NS管线用无缝钢管，其特征在于：所述无缝钢管化学成分按重量百分比含量分别为：C 0.07％-0.12％；Si0.05％-0.25％；Mn 0.90％-1.20％；P 0％-0.015％；S 0％-0.005％；Cr 0.20％-0.50％；Mo 0.10％-0.30％；Nb 0.02％-0.06％；Ti 0.01％-0.03％；Al 0.01％-0.04％；稀土元素RE 0.0005％-0.0100％；Cu 0％-0.10％；余量为基体Fe和微量杂质元素；其中稀土元素RE组分为：67％的Ce和33％的La制成。

2.根据权利要求1所述含稀土低成本耐H₂S腐蚀L320NS管线用无缝钢管，其特征在于其包括以下重量份的组分制备而成：

高炉铁水：90份；

废钢：10份；

预脱氧合金：1.5-2.3份；

铝铁合金：0.03-0.12份；

白灰块：0.2份；

钼铁合金：0.17-0.50份；

铌铁合金：0.03-0.10份

钛铁合金：0.04-0.12份；

稀土丝：0.02份；

硅钙线：0.06份；

其中所述稀土丝由稀土元素RE组分为：67％的Ce和33％的La制成。

3.根据权利要求1所述含稀土低成本耐H₂S腐蚀L320NS管线用无缝钢管，其特征在于所述预脱氧合金选自硅锰合金、锰铁合金和铬铁合金中的两种或两种以上任意比例的混合物。

4.一种生产如权利要求1-3中任一项所述含稀土低成本耐H₂S腐蚀L320NS管线用无缝钢管的方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)高炉铁水预处理：将所述高炉铁水中S含量降低到重量百分比0.010％以下；

(2)顶底复吹转炉冶炼：将所述处理后的高炉铁水和所述废钢加入顶底复吹转炉冶炼，出钢过程中采用所述预脱氧合金进行预脱氧合金化，终脱氧采用铝铁合金进行有铝脱氧工艺，出钢过程进行挡渣或扒渣，出钢过程中合金加完以后加入所述白灰块；

(3)LF炉精炼：将步骤(2)冶炼后的钢水加入LF炉精炼，精炼时吹氩气，采用从低级数到高级数逐渐提高升温速度的方式加热升温将温度从1530℃升至1630℃；采用造白渣操作并加入所述钼铁合金、所述铌铁合金和所述钛铁合金；最后保持底部软吹氩气，加入所述稀土丝；

(4)VD真空处理：真空处理的真空度≤0.10KPa，深真空时间≥13分钟后，喂入所述硅钙丝，喂丝后进行≥10分钟软吹氩气；

(5)圆坯连铸：采用低拉速的恒速控制和电磁搅拌工艺并控制钢水过热度≤30℃进行圆坯连铸：铸坯出二次冷却区域后进行矫直，然后切割为圆管坯；

(6)之后进行管坯加热→穿孔→连轧→再加热→定径→矫直→冷却→锯切→探伤→倒棱，其中再加热的再加热炉温度控制在900～930℃之间，终轧温度控制在860～900℃之间，定径后管体温度控制在830～880℃之间，以达到轧制正火的功效；执行带温矫直，矫直温度≥500℃，然后将钢管在冷床上冷却之后进行定尺锯切；然后对钢管逐支进行探伤检测，合格者在两端进行倒棱加工。

5.根据权利要求4所述的含稀土低成本耐H₂S腐蚀L320NS管线用无缝钢管的生产方法，其特征在于：所述预脱氧合金选自硅锰合金、锰铁合金和铬铁合金中的两种或两种以上任意比例的混合物。

6.根据权利要求4所述的含稀土低成本耐H₂S腐蚀L320NS管线用无缝钢管的生产方法，其特征在于：所述稀土丝由稀土元素RE组分为：67％的Ce和33％的La制成。