[发明专利]具有低温下最佳韧性和抗硫化物应力腐蚀破裂性能的厚壁钢管

说明书

技术领域

本发明总体涉及金属制品，某些实施方式涉及制造低温下具有高韧性同时具有抗硫化物应力腐蚀破裂性能的金属管形杆件的方法。某些实施方式涉及油气工业中的立管、管线用管和流送管线所使用的厚壁无缝钢管，包括适于弯曲的各种管。

背景技术

在世界遥远地区进行离岸油气储量开采日益远离可利用相对传统的管路方案的状况并向着更多要求的环境靠近。这些更多要求的环境包含非常复杂因素的组合，例如包括深海位置、压力和温度升高的井、更具有腐蚀性的产物以及更低的设计温度。这些状况再加上已经与用于离岸油气开采应用的管路规格相关联的严格可焊性和韧性标准，对材料和供给能力施加了更高的要求。

这些要求在涉及腐蚀性组合物和高操作压力的工程发展项目中很明显，这些项目往往需要非常大的壁厚、酸性使用环境的碳钢。例如，当壁厚(WT)低于35mm时，大多数无缝管线用管制造商能够根据美国石油学会(API)5L和国际标准化组织(ISO)的3183标准制造等级X65和X70同时具有抗硫化物应力腐蚀(SSC)和氢致破裂(HIC)性能的管。然而，已经证明强度和韧性的矛盾要求，结合对抗硫化物应力腐蚀(SSC)和抗氢致破裂(HIC)性能的需要(例如酸性难以在厚壁管上(例如WT大于或等于35mm)，难以得到满足。

在例如酸性使用环境、深海和超深海、类北极地区等应用所需的叉管路工程的复杂情况下，厚壁弯曲也已经成为管的重要特征。

发明内容

本发明的实施方式涉及钢管或管及其制造方法。在一些实施方式中，用于管线用管和立管的厚壁无缝淬火和回火(Q&T)钢管被设置成具有大于或等于35mm的壁厚(WT)，分别为65ksi和70ksi的最小屈服强度，最佳低温韧性和抗腐蚀性(酸性使用，H₂S环境)。在一些实施方式中，这些无缝管还适于通过导热弯曲和离线淬火和回火处理形成相同等级的弯曲部分。在一种实施方式中，钢管具有6″(152mm)到28″(711mm)之间的外径(OD)以及大于35mm的壁厚(WT)。

在一种实施方式中，无缝低合金钢管的组合物包括(按重量计)：0.05％-0.16％碳，0.20％-0.90％锰，0.10％-0.50％硅，1.20％-2.60％铬，0.05％-0.50％镍，0.80％-1.20％钼，最大0.80％钨，最大0.03％铌，最大0.02％钛，0.005％-0.12％钒，0.008％-0.040％铝，0.0030-0.012％氮，最大0.3％铜，最大0.01％硫，最大0.02％磷，0.001-0.005％钙，最大0.0020％硼，最大0.020％砷，最大0.005％锑，最大0.020％锡，最大0.030％锆，最大0.030％钽，最大0.0050％铋，最大0.0030％氧，最大0.00030％氢，其余为铁和不可避免的杂质。

钢管可以被制成不同的等级。在一种实施方式中，60ksi等级的钢管具有以下性能：

屈服强度YS：最小450MPa(65ksi)，最大600MPa(87ksi)。

极限抗拉强度UTS：最小535MPa(78ksi)，最大760MPa(110ksi)。

伸长率：不小于20％。

YS/UTS比率不大于0.91。

在另一实施方式中，70ksi等级的钢管具有以下性能：

屈服强度YS：最小485MPa(70ksi)，最大635MPa(92ksi)。

极限抗拉强度UTS：最小570MPa(83ksi)，最大760MPa(120ksi)。

伸长率：不小于18％。

YS/UTS比率不大于0.93。

对于根据标准ISO 148-1在大约70℃温度下完成的纵向和横向CharpyV形切口(CVN)测试来说，钢管可以具有最小200J/150J(平均/单个)的最小冲击能量和最小80％的平均剪切面积。通过根据ASTM 208标准的落锤实验(DWT)的测量，管还可以具有低于-70℃的延性-脆性转变温度。在一种实施方式中，钢管可以具有最大248HV10的硬度。

根据本发明的实施方式制成的钢管具有抗氢致破裂(HIC)性能和抗硫化物应力腐蚀破裂(SSC)性能。在一种实施方式中，采用NACE方案A和96小时测试周期根据NACE标准TM0284-2003第21215项完成HIC测试，提供以下HIC参数(平均在三个样本的三段上)：

裂纹长度比率，CLR＜5％

裂纹厚度比率，CTR＝1％