[发明专利]一种屈服强度350MPa无缝管线管及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及管线管的制造技术领域。

背景技术

据国际权威机构预测，从2000～2030年，世界石油的需求量年均增长1.6%，2030年将达到57.69亿吨；天然气的需求量年均增长2.4%，2030年将达到42.03亿吨油当量。而管线输送是石油和天然气运输的最主要方式，具有经济、安全、不间断的特点。因此，随着石油和天然气需求量的快速增长，用于油气输送管线建造的无缝管线管的需求量将会日益增加。

目前钢铁行业已经进入微利时代，国内钢铁行业同质化竞争日趋激烈，通过化学成分的优化设计，优化生产工艺流程，通过生产过程的有效控制来获得优良的材料性能，从而降低生产能成本，成为当前钢铁冶金研究的一个主要方向。

在合金元素对钢的性能影响方面，前人已经进行了系统的研究。

C：碳元素是对钢的性能影响最大的基础元素。随着碳含量的增加，抗拉强度不断提高，但塑性、韧性及耐蚀性会降低，且焊接性和冷加工性能变差。在低合金钢中，要求焊接性能的钢种，含碳量一般不超过0.20%。

Si：炼钢时可作为脱氧剂加入钢中，随着硅含量的提高，钢的抗拉强度提高，屈服点也提高，冶炼过程中钢液流动性增加，但伸长率、断面收缩率、冲击韧性及焊接性能均降低。

Mn：钢中加入锰后会引起固溶强化，还可以降低钢g→a的相变温度，进而细化铁素体晶粒。锰的这种固溶强化、晶界强化、相变强化在提高强度的同时，还可以提高韧性、降低钢的韧脆转变温度。但锰含量过高就会加剧铸坯的中心偏析，从而引起钢管力学性能的各向异性，且导致抗HIC性能的降低。

Nb：铌元素可通过固溶强化、相变强化、析出强化来提高钢的强度。有研究表明：加入适量的铌，可以获得均匀的针状铁素体组织和良好韧性。但铌元素会导致高温延展性能明显下降的脆化温度区（900-700℃），易在连铸时出现裂纹。

V：钒在钢中具有较强的沉淀强化作用，但细晶强化作用较弱，故其韧脆转变温度比铌、钛高，在管线钢的合金设计中，一般不单独使用。

Ti：就在钢中的功能而言，钛元素与铌、钒相似：在阻止奥氏体晶粒长大方面，Nb、Ti较明显，V较弱；在延迟奥氏体的再结晶方面，Nb>Ti>V；在析出强化方面，Ti>Nb>V；在阻止焊接热影响区的韧性变差方面，Ti>Nb，因为在焊接峰值温度下，高温热稳定性方面Ti(C,N)>Nb(C,N)。

目前各个钢管企业对管线管的成分设计都是在C-Mn钢的基础上加入Nb、V、Ti等元素进行微合金化。

现有的技术中，有申请号为201010130911.8，发明名称为一种高强度、抗CO₂和H₂S腐蚀无缝集输管线管的中国专利，其管线管成分重量百分比为：C 0.01～0.1%、Si 0.1～0.5%、Mn 0.1～1%、P≤0.02%、S≤ 0.003%、Cr 1.0～7.0%、Mo 0.1～2%、Cu 0.1～0.5%、Ni 0.05～0.75%、Al 0.01～0.1%、Ni≤0.1%、V≤0.1%、Ti≤0.1%、稀土元素0.01%～0.1%，其余为Fe。使用电弧炉或转炉冶炼得到圆形管坯后，采用Mannesman 无缝钢管轧制工艺制成无缝荒管，荒管经调质或正火处理可制成X52成品管。该技术中，合金消耗较高、并且制备工艺中包含热处理工序，制造成本较高，该类钢管在普通环境下使用并不经济。

现有的技术中，还有申请号为201210084138.5，发明名称为直径为508 mm的耐硫化氢腐蚀管线用无缝钢管的生产方法的中国专利，其采用的钢种化学成分重量百分比为：C 0.08～0.12%、Si 0.20～0.35%、Mn 1.2～1.4%、Mo 0.01～0.15%、Al 0.01～0.05%、V 0.04～0.07%、Nb 0.02～0.04%，余量为Fe及不可避免的杂质，将管坯经过轧制和热处理后获得了较好的耐腐蚀性能，屈服强度在380 MPa以上，但同样生产成本较高。

现有的技术中，还有申请号为200810157881.2，发明名称为一种X52钢级低温用无缝管线钢管的制造方法的中国专利，其钢材的化学成分重量百分比为C：0.15～0.18%，Mn：1.0～1.2%，S≤0.015%，P≤0.015%，V：0.06～0.08%，Al：0.015～0.025%。该技术中，在钢中加入了一定量的钒，可以通过增加沉淀硬化效果来提高钢管的强度，但是钒的细晶强化作用较弱，因此不易获得良好的综合性能。