管线钢主要用于输油、气管道,要求特性为:
(1)高的抗氢致裂纹(HIC)性能;
(2)高的抗H2S腐蚀能力;
(3)钢材的强韧性高;
(4)钢材的疲劳强度高;
(5)焊接性好。
管线钢的洁净度要求:超低S、低P、低H、低O含量,加钙处理使硫化物夹杂球化。
为了提高输送效率,对大型油、气田的输送管线设计倾向于提高工作压力和增大管径,因此提高对管线钢强度的要求,已由最初的σS≥289MPa(X42)提高到σS≥482MPa(X70),σS≥551MPA(X80)。管线钢的成分举例见表10-6。硫是管线钢中影响抗HIC能力的主要元素,当钢中硫含量大于0.005%时,随钢中硫含量的增加HIC的敏感性显著增大,当钢中硫含量小于0.002%时,HIC明显降低。硫还影响管线钢的低温冲击韧性,降低硫含量可显著提高冲击韧性。在实际生产中碳含量有所降低,因为增加碳含量将导致管线钢抗HIC的能力下降,使裂纹率突然增加。磷是管线钢中的易偏析元素,在偏析区其淬硬性约为碳的2倍,显著降低钢的低温冲击韧性,恶化焊接性能。钢中氧化物夹杂是管线钢产生HIC的根源之一,危害钢的各种性能。
表10-6管线钢的成分
钢号 | 化学成分w/% | ||||||||
C | Si | Mn | - | - | - | Ti | V | Als | |
X60RL | ≤0.16 | ≤0.45 | ≤1.60 | ≤0.025 | ≤0.020 | ≥0.005 | ≥0.005 | - | - |
X70RL | ≤0.16 | ≤0.45 | ≤1.70 | ≤0.025 | ≤0.020 | ≥0.005 | ≥0.005 | - | - |
X60-1 | 0.070 | 0.26 | 1.14 | 0.016 | 0.006 | 0.040 | - | - | - |
X60-2 | 0.070 | 0.27 | 1.29 | 0.011 | 0.005 | 0.040 | 0.030 | - | - |
X70-1 | 0.088 | 0.31 | 1.53 | 0.017 | 0.004 | 0.042 | - | 0.062 | 0.054 |
X70-2 | 0.096 | 0.30 | 1.60 | 0.014 | 0.001 | 0.054 | - | 0.049 | - |
钢中氢是导致白点和发裂的主要原因,管线钢中的氢含量越高,HIC产生的几率越大,腐蚀率越高,平均裂纹长度增加越显著。
管线钢生产可采用如下工艺路线:
(1)铁水预处理→转炉复合吹炼→RH(或VD)及钙处理→连铸;
(2)铁水预处理→转炉复合吹炼→LF炉→RH(或VD)及钙处理→连铸。
宝钢已批量生产高质量管线钢达到了w[S]≤20ppm(0.0020%),w[P]≤90ppm(0.0090%),T[O]≤25ppm(0.0025%),w[N]≤35ppm(0.0035%),w[H]≤2ppm(0.0002%)的水平。采用工艺路线(2),能生产w[s]≤10ppm(0.0010%)的超低硫抗HIC管线钢。
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