一種深海用海洋軟管鎧裝層用鋼及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于冶金技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種深海用海洋軟管鎧裝層用鋼及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]我國(guó)具有豐富的海洋油氣資源，走向海洋是保障我國(guó)能源安全的戰(zhàn)略發(fā)展需要。隨著海洋石油開(kāi)發(fā)向著更深海域擴(kuò)展，海洋軟管在海洋輸送管道中有著廣泛的應(yīng)用前景?，F(xiàn)有海底管材大多為碳鋼硬管，但金屬防腐性能差，碳鋼管的長(zhǎng)度通常為12米，需要專(zhuān)用的鋪管船進(jìn)行鋪設(shè)作業(yè)，海上鋪設(shè)困難，并且費(fèi)用昂貴，接頭落點(diǎn)多、隱患多，而且施工進(jìn)度緩慢，每天的費(fèi)用支出在百萬(wàn)元以上，且效率較低。相比之下，海洋軟管作為海洋用管道，具有與碳鋼硬管相比具有無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn):防腐蝕、耐高壓、柔順、無(wú)配重、易安裝等特點(diǎn)，而具有廣闊的前景。海洋軟管是由聚合物材料和金屬材料組成的具有多層獨(dú)立結(jié)構(gòu)的復(fù)合撓性管。內(nèi)層和外層是由高分子聚合材料連續(xù)擠出制成，中間層是由多層高強(qiáng)度鋼帶(或相互咬合的扁鋼)螺旋纏繞而成。復(fù)合軟管既有塑料卓越的耐腐蝕性，又有金屬管的耐高壓性，而且可根據(jù)用戶(hù)需求連續(xù)纏繞幾百米到幾公里，是理想的海洋油田輸油、輸氣和輸水管道。其連續(xù)無(wú)接口避免了金屬管道接頭連接存在的隱患，安裝方便、施工便捷、可免除大量焊接作業(yè)，每天的鋪設(shè)費(fèi)用大大降低，并且鋪設(shè)速度大大提高，不受地基沉降的影響，比重大不需要配重，能抵抗100年的潮汐。比碳鋼鋼管鋪設(shè)時(shí)間縮短了一半，而且綜合費(fèi)用僅為鋪設(shè)碳鋼管所需費(fèi)用的一半；因此，是海洋油氣開(kāi)采的優(yōu)選材料。
[0003]海洋復(fù)合柔性管的特殊結(jié)構(gòu)，在海洋環(huán)境中某些場(chǎng)合比鋼管具有更好的適應(yīng)性。該產(chǎn)品的核心部件為抗拉/壓鎧裝層使用的扁鋼，這部分主要承受集輸油氣中的壓力，維持管材的安全。所用扁鋼需要對(duì)滿(mǎn)足深海服役條件下高強(qiáng)度、抗硫化氫應(yīng)力腐蝕、抗氫致開(kāi)裂腐蝕、抗氫脆腐蝕、耐高溫高壓0)2腐蝕等多項(xiàng)腐蝕性能，目前普通碳鋼無(wú)法滿(mǎn)足上述要求。而隨著海洋深度增加，所用扁鋼強(qiáng)度要求越高；隨著屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度提高，抗硫化氫應(yīng)力腐蝕、抗氫致開(kāi)裂腐蝕、抗氫脆腐蝕等越難以滿(mǎn)足要求，需要采用鎳基合金，而鎳基合金價(jià)格十分昂貴，限制了使用及發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有深海海洋軟管的抗拉/壓鎧裝層使用的扁鋼在技術(shù)上存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種深海用海洋軟管鎧裝層用鋼及其制備方法，通過(guò)合理設(shè)計(jì)合金體系和制造方法，滿(mǎn)足深海海洋軟管服役條件下的高強(qiáng)度和抗硫化氫應(yīng)力腐蝕、抗氫致開(kāi)裂腐蝕、抗氫脆腐蝕性能。
[0005]本發(fā)明的深海用海洋軟管鎧裝層用鋼的成分按重量百分比含C 0.06-0.16%，Si 0.10-0.50%，Mn 0.8-1.5%，Cr 1.0-3.0%，Mo 0.3-1.0%，Al 0.01-0.03%，Ni ( 0.3%，S彡0.003%，P彡0.015，余量為Fe及不可避免雜質(zhì)；其抗拉強(qiáng)度800~840MPa，屈服強(qiáng)度720~795MPa，延伸率 14.1-16.3%。
[0006]上述的深海用海洋軟管鎧裝層用鋼的金相組織為回火馬氏體組織。
[0007]本發(fā)明的深海用海洋軟管鎧裝層用鋼的制備方法按以下步驟進(jìn)行:
1、按設(shè)定成分冶煉并澆鑄，制成連鑄坯，其成分按重量百分比含C0.06-0.16%, Si
0.10-0.50%，Mn 0.8-1.5%，Cr 1.0-3.0%，Mo 0.3-1.0%，Al 0.01-0.03%，Ni 彡 0.3%，S彡0.003%，P ^ 0.015，余量為Fe及不可避免雜質(zhì)；
2、將連鑄坯加熱至1150~1220°C，控制加熱速率在6~10min/cm，均熱30~50min，使奧氏體均勻，并控制連鑄坯內(nèi)外溫差小于30°C ；
3、連鑄坯出爐后在高速線材軋機(jī)上完成熱軋，開(kāi)軋溫度為1100~1150°C，終軋溫度為900~950°C，壓縮比8~12 ;熱軋后穿水冷卻至吐絲溫度，采用吐絲機(jī)吐絲，吐絲溫度為800-850 0C ；
4、吐絲后的熱軋線材在斯太爾摩控冷線上冷卻，采用加保溫罩延遲型冷卻，控制冷卻速率2~5°C /s，冷卻至溫度250~450°C集卷，獲得熱軋線材；
5、將熱軋線材用拋丸法去除氧化鐵皮，然后進(jìn)行冷拔，冷拔道次4~6道次，獲得冷拔扁鋼；
6、將冷拔扁鋼進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理，先加熱至880~920°C，保溫10~20min完成奧氏體化，然后水淬，再進(jìn)行回火，回火溫度為520~680°C，保溫時(shí)間25~40min，獲得深海用海洋軟管鎧裝層用鋼。
[0008]上述的熱軋線材尺寸為Φ9~14πιπι。
[0009]上述的冷拔扁鋼厚度4~6mm，寬度8~12mm。
[0010]上述方法中，熱軋線材的組織由鐵素體、貝氏體及珠光體組成。
[0011]本發(fā)明的深海用海洋軟管鎧裝層用鋼具有優(yōu)良的耐腐蝕性能，和優(yōu)良的力學(xué)性能；在海洋軟管鎧裝層用鋼中其強(qiáng)度高，能滿(mǎn)足深海環(huán)境集輸油氣壓力要求；本發(fā)明的方法具有低成本優(yōu)勢(shì)，制備的產(chǎn)品為經(jīng)濟(jì)型耐蝕鋼，具有抵抗復(fù)雜耦合腐蝕環(huán)境下的綜合耐蝕能力，具有抗硫化氫應(yīng)力腐蝕、抗氫致開(kāi)裂腐蝕、抗氫脆腐蝕等多項(xiàng)抗腐蝕性能。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中的熱軋線材微觀組織圖；
圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中的冷拔扁鋼調(diào)質(zhì)熱處理后的微觀組織圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]本發(fā)明實(shí)施例中冶煉是通過(guò)轉(zhuǎn)爐、精煉、VD爐、喂絲處理、連鑄并結(jié)合微合金化、純凈鋼冶煉和夾雜物變性步驟完成。
[0014]本發(fā)明實(shí)施例中冷拔過(guò)程潤(rùn)滑，以減少拔制力。
[0015]本發(fā)明實(shí)施例中觀測(cè)微觀組織采用的設(shè)備為L(zhǎng)EICA DMIRM光學(xué)圖像分析金相顯微鏡。
[0016]本發(fā)明實(shí)施例中熱軋線材采用26架平、立交替高速無(wú)扭線材軋機(jī)，并具有斯太爾摩控冷設(shè)備。
[0017]本發(fā)明實(shí)施例中加熱采用步進(jìn)式雙蓄熱三段式加熱爐加熱。
[0018]本發(fā)明實(shí)施例中冷拔采用的設(shè)備為多機(jī)架連續(xù)式冷拔機(jī)。
[0019]本發(fā)明實(shí)施例中產(chǎn)品力學(xué)性能測(cè)試采用的標(biāo)準(zhǔn)為GB/T228.1-2010《金屬材料拉伸實(shí)驗(yàn)-第I部分室溫實(shí)驗(yàn)方法》，采用5105-SANS微機(jī)控制30t電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)。
[0020]本發(fā)明實(shí)施例中HIC檢測(cè)按照標(biāo)準(zhǔn)NACE TM 0248的要求進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)溶液為NACEA溶液，5%(wt)NaCl (分析純)，0.5%(wt)的CH3COOH(分析純)，剩余為蒸餾水，腐蝕時(shí)間為96h，實(shí)驗(yàn)溫度25±1°C。
[0021]本發(fā)明實(shí)施例中SCC按照標(biāo)準(zhǔn)NACE TM0177的要求進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)溶液為NACE A溶液，5% (wt) NaCl (分析純)，0.5% (wt)的CHfOOH (分析純)，剩余為蒸餾水，實(shí)驗(yàn)溫度25 ± I °C，實(shí)驗(yàn)過(guò)程維持H2S微正壓；應(yīng)力腐蝕實(shí)驗(yàn)加載應(yīng)力為90%屈服強(qiáng)度；經(jīng)過(guò)720h之后，觀察試樣是否發(fā)生斷裂。
[0022]本發(fā)明實(shí)施例中氫脆實(shí)驗(yàn)依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)為ASTM F519_12a，實(shí)驗(yàn)溶液為3%的NaCl，保護(hù)電壓為-0.85V，加載應(yīng)力為700MPa*90%屈服強(qiáng)度，每組試樣3個(gè)，加載150h后觀察試樣是否發(fā)生斷裂。
[0023]本發(fā)明實(shí)施例中實(shí)驗(yàn)腐蝕設(shè)備為高溫高壓反應(yīng)釜，腐蝕溶液為3.5%的NaCl，總壓為1.2MPa，其中CO2分壓為0.64MPa，余壓為N 2，實(shí)驗(yàn)溫度為75 ± I °C，實(shí)驗(yàn)溶液為蒸餾水與氯化鈉分析純配置的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%的NaCl水溶液，實(shí)驗(yàn)鋼設(shè)計(jì)使用壽命為30年，實(shí)驗(yàn)周期為192h。
[0024]實(shí)施例1
按設(shè)定成分冶煉并澆鑄，制成連鑄坯，其成分按重量百分比含C 0.061%，Si 0.247%，Mn 1.48%, Cr 2.94%，Mo 0.31%，Al 0.02%，Ni 0.11%，S 0.003%，P 0.015，余量為 Fe 及不可避免雜質(zhì)；
將連鑄坯加熱至1220°C，控制加熱速率在6min/cm，均熱30min，使奧氏體均勻，并控制連鑄坯內(nèi)外溫差小于30°C ;<