管道管用马氏体不锈钢无缝钢管的开发.pdf

第28卷第2期
钢管
Vo1.28. No. 2
1999年4
STEEL P IPE
Apr.1999
●国外钢管
管道管用马氏体不锈钢无缝钢管的开发
摘要丌发了在CO2环境下使用的Q01C-11C-1Ni:Q5Cu-Q9N及在CO2+微
量H2S环境ド使用的Q01C-12Cr-5NiMo-Q0N管道管用马氏体不锈钢无鏠钢管。该两种
钢管的强度都是X80级,夏氏冲击值在100(-40C,焊接状心)以上,具有尢需预热及焊后不
作处理也不会产裂纹的优异焊接性能指出CO2环境用1Cr倒比Q2C13Cr例具有更优异的
耐CO2腐蚀性能,并显小了CO2+微最H2S环境用12Cr钢管在10%NaC1水溶液、pH4.0
Q002MPaH2S条件下的耐SsC性能。此类钢管适丁替代过亼输送管道管使用的靠腐供抑制剂防
腐的管材,以及双相不锈钢等高价耐蚀材料。
关键词管道管马氏体不锈钢无缝钢管化学成分性能
前言
CO2环境下管道管用11Cr钢管的开发
油井和大然气井用管材在高温、高CO21.1开发目标
分压和高C「浓度(特別是含有H2S)的条件
在CO2环境下管道管用马氏体不锈钢
下工作时,常被CO2腐似并产生应力裂纹无缝钢管的开发目标如下
(SSC)。输送石油犬然气的管道管也是如
(1)焊接性能:不用预热和PWHT就可
此,因此也要求具有与汕井管材料一样的耐以进行焊接。
腐似性能。以前,这种管道管是靠注入腐似
2)耐CO2腐蚀性能:具有与油井管用
抑制剂防腐的,或是使用双相不锈钢等耐腐Q2C-13Cr钢管同等以上的性能。
似钢管。但是,注入腐蚀抑制剂会提高成本,
(3)低温韧性:?材和焊接区夏氏冲击值
并且在高温下效果也不稳定,此外由于泄漏在100(-40C下)以上
还会污染环境,而双相不锈钢虽然具有良好
(4)强度:屈服强度在36MPa以上
的耐蚀性能,但材料的成本人高。
(API5L标准中X52级以上)。
由于马氏体不锈钢的焊接性能差,在焊
5)热加工性能可以采用曼内斯曼方式
接时要进行预热和焊后热处理(PWHT),?生产无缝钢管。
此,该不锈钢作为管道管材料使用的例目1.2实验室研究
前尚少。但是,号氏体钢員有一定的耐腐似121成分设计
性能,且成木较低,若能提高其焊接性能等,
由于马氏体不锈钢焊接吋,伴随焊接热
就可以生出低成本的氏体不锈钢尢発钢影响区马氏体相变引起的硬化会产牛裂纹
管,满足石油、天然气川管道管的使用要求。同时焊接金属屮溶解的氢也会引起裂纹产
为此,川崎制铁公司开发出在CO2环境4,因此应降低钢中C和N的个量,以控制
下具有比13Cr汕井管耐腐蚀性能更好的马氏体相变引起的硬化。
11Cr钢管,同时还开发出在CO2+微量H2S
有报道指出,在马氏体不锈钢中把C和
环境卜使用的12Cr钢管。
的总量控制在Q04%以下,即使不经过预
本文重点介绍新开发的管道管川马氏体热和焊后热处理也可以阻止焊接区裂纹的产
不锈钢无缝钢管的成分设计和性能,供国内4
同行参考和借。
此外,C含量降低后,铬碳化物械少,还
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第28卷第2期
可提高钢的耐腐似性能。
奥氏体生成心素,减少C,Si等铁素体生成元
热加工性能是决定无缝钢管表面质量的素的含量,刂提高钢的热加工性能
非常重要的因素。在马氏休不锈钢尢発钢管
根据以上思路,以Q01C-(11,12)Cr-
4产过程中有δ铁素体相生:成时,钢的热加Ni-Cu-Q0IN为基本成分,熔炼出小型钢
工性能岄显降低,表面质量变坏,有时甚至锭,其化学成分见表1所列。把钢锭热轧成
不能制管。因此,添加或提高Ni,Mn,Cu等15mm的钢板后,进行淬火、回火处理
表1试验研究用钢的化学成分%
r
Cu
试验钢
01~Q03
l1~12
020
0-1.5
Q01~Q03
0 2c-13cr
Q02
低C-13Cr
Q02
1.0
Q05
22焊接性能
火,可以得到高切性,并且屈服强度可达到目
通过斜置Y形焊接裂纹试验评价焊接热标偵550MPa(即X80级)。Cu含量超过1
影响区产生裂纹的敏感性,焊接材料使用马氏的钢回火后,有高强度低韧性的倾向,故选定
体不锈钢钛钙型手电弧焊条.预热温度分別钢的Cu含量为0.5%。
为30C、70C和100C。
表2列出了试验条件和斜置Y形焊接裂
文试验结果
300
对C和N降低到Q01%的钢,在焊接后埋
书200
20h观察发现,即使预热温度为30C,所有共
的材料也都木产生裂纹。
1.2.3机械性能
含Cu量~1.59%的12Cr钢,在Ac相变
500550600
700
800
点下,经600~700C及30min回火后,其夏氏
屈服强度/MPa
沖击值(在作0C下)与屈服强度的关系如图1图1不同含Cu最的12Cr钢(0.0IC12 Cr-l ON-Q OIN
的屈服强度与夏氏冲击值(在0C下)的关系
从图1可知,将该钢在适当的条件下回
C Cu0 cuo.500.Cu1.0 A Cu 1.50
表21ICr和12Cr钢斜置Y形焊接裂纹试验结果
材料成分
预热温度/C
70
100
Q 03C-Q0IN
有裂纹
有裂纹
有裂纹
001C-Q03N
有裂纹
有裂纹
12cr- I ON 1-0 Cu
无裂纹
无袈纹
无裂
0OC-AON
12cr- I ON L-L OCI
无
无裂
无裂纹
SCU
注:①板厚度-15mm;②焊接金属-410型,外径4m(扩散氢4.28c/100g);③焊接条件-
电流60A,电压24~2V,速度150 nm /n in;④试验条件-室温30℃,湿度60%RH。
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