[发明专利]一种550MPa级的耐高温管线钢及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钢材产品及其制造方法，尤其涉及一种耐高温管线钢及其制造方法。

背景技术

随着常规石油、天然气资源可开采量的日益减少，作为补充替代资源的油砂资源越来越受到人们的关注，商业化开采的规模日渐扩展，产量逐年升高。目前，现有技术中油砂开采主要是通过向地表以下的油砂矿藏注入高温蒸汽以降低油砂的粘稠度，从而提高油砂的流动性来实现开采。输送这些高温蒸汽的管线钢就需要考虑到材料强度和工作服役温度这两个因素。但是，由于传统管线钢主要是用于常规石油、天然气资源的长距离输送，因此，其主要关注的是钢材料的室温强度性能。当经过冻土地区和地震带地区，从应变设计的角度考虑，这些传统的管线钢还需满足一定的室温塑性性能，即抗大应变能力或低屈强比。此外，还考虑到一定的阻碍起裂和裂纹捕获的能力，传统的管线钢还需要满足一定的韧性要求，尤其是低温韧性的要求。总之，传统管线钢主要关注于室温强度、塑性和低温韧性的改善，并不关注高温强度，因此，现在所采用的管线钢并不是完全适用于油砂矿的开采。

一方面，传统管线钢从改善焊接性的角度出发，需要尽可能少地添加C和Mn、Mo、Cr、Cu、Ni、V等合金元素的含量，以获得较低的碳当量；另一方面，由于加入的合金元素含量受到限制，其能够起到固溶强化和析出强化的作用有限，这就需要借助制造工艺，例如，采用较低的终轧温度、较大的轧制变形量以及快速的冷却速度来实现晶粒和组织的细化，同时利用低温相变组织的方式来同时获得高强度高韧性。不过，较低的合金元素会降低材料的初始强度。此外，虽然较低的终轧温度、较大的变形量和快冷可以提高初始强度，但是，这些因素又会降低材料的高温组织稳定性，其不利于材料的高温强度。为了获得抗大变形能力或低屈强比，还需要通过设计令钢材形成双相组织。然而，双相组织之间的化学元素浓度差扩散快也会降低材料的高温组织稳定性，也不利于材料的高温强度。

由于目前油砂开采所需输送蒸汽温度约350℃，因此，十分有必要获得一种具有良好的高温强度的耐热管线钢来用于油砂资源的开采。

公开号为CN1584097A，公开日为2005年2月23日，名称为“高强度高韧性输送管线钢及其制备方法”的中国专利文献涉及一种管线钢材料。该管线钢材料中的各化学元素成分(wt.％)为：C：0.010～0.060；Si：0.15～0.40，Mn：1.61～2.00；P：0.0031～0.018；S≤0.003；Cu：0.10～0.40；Ni：0.1～0.4；Nb：0.051～0.09；Ti：≤0.025；Mo：0.1～0.4。

公布号为JP2012-241271A，公布日为2012年12月10日，名称为“一种具有优异的抗压溃性能且高强度耐酸性管线管及其制造方法”的日本专利文献公开了一种管线管。该管线管中的各化学元素质量百分含量为(wt.％)的成份组成：C：0.02～0.08％，Si：0.01～0.50％，Mn：0.5～1.5％，P＜0.01％，S＜0.001％，Cu≤1.0％，Ni≤1.0％，Nb：0.002～0.100％，Ti：0.005～0.050％，V：0.005～0.100％，Mo≤0.5％，Cr：≤1.0％，Al≤0.06％，Ca：0.0005～0.0040％，O：≤0.0030％，Mg：0.0005～0.0040％，余量由Fe及不可避免的杂质。

公开号为US20120247605A1，公开日为2012年10月4日，名称为“一种高强度无钼且通过温度控制轧制成型无加速冷却的低合金X80钢板”的美国专利文献公开了一种低合金X80钢板，其各化学元素的质量百分含量为：C：0.05～0.09％，Mn：1.7～1.95％，P＜0.015％，S＜0.003％，Nb：0.075～0.1％，Ti：0.01～0.02％，V：0.01～0.03％，Mo：≤0.003，Al：0.02～0.055％，余量由Fe及不可避免的杂质。

上述这些已经公开的管线管专利均未解决管线管的耐高温性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种550MPa级的耐高温管线钢，该耐高温管线钢具有优异的高温力学性能，其在200～400℃下屈服强度和抗拉强度分别可以达到520MPa级和645MPa级以上。此外，该耐高温管线钢的室温强度可以550MPa级和625MPa级以上(相当于X80的强度级别要求)，因此该管线钢在室温和在200～400℃的条件下都能够实现正常服役工作。

为了实现上述目的，本发明提供了一种550MPa级的耐高温管线钢，其化学元素质量百分配比为：