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第43卷2O15年2月第2期—第6772页材料工Journa1ofMaterials程EngineeringVo1.43No.2—Feb.2015PP.6772超快冷工艺对高铌X80管线钢抗腐蚀性能的影响InfluenceofUltraFastCoolingProcessonCorrosionResistanceofHighNbXS0PipelineSteel周峰,吴开明(1高性能钢铁材料及其应用湖北省协同创新中心武汉科技大学国际钢铁研究院,武汉430081;2湖南华菱涟源钢铁有限公司,湖南娄底417009)—ZHOUFeng,WUKaiming(1InternationalResearchInstituteforSteelTechnology,WuhanUniversityofScienceandTechnology,HubeiCollaborativeInnovationCenterforAdvancedSteels,Wuhan430081,China;2LianyuanIronandSteelCo.,Ltd.,Loudi417009,Hunan,China)摘要:依据NACE标准,研究了采用新型超快速冷却工艺生产的X80管线钢抗硫化物应力腐蚀开裂(SSCC)、抗氢致开裂(HIC)和抗CO等腐蚀的情况。SSCC腐蚀实验表明,产生开裂的临界应力值在65%。(390MPa)左右,超过此临界值,试样的腐蚀敏感性较高,抗腐蚀能力较差,在95加载水平下,应力敏感性极高。HIC腐蚀实验表明,裂纹敏感百分比、裂纹长度百分比和裂纹厚度百分比均为零。抗CO。腐蚀实验表明,在CO压力为0.1MPa条件下,平均腐蚀速率为0.6843mm/a。研究表明采用新型超快冷工艺生产的X80管线钢具有优良的抗SSCC腐蚀性能、抗HIC腐蚀性能和抗C0腐蚀性能。关键词:X80管线钢;Nb;抗腐蚀性能;抗硫化物应力腐蚀;抗氢致开裂—doi:10.11868/j.issn.10014381.2015.02.011中图分类号:TG172文献标识码:A———文章编号:i0014381(2015)02006706Abstract:AccordingtotheNACEstandard,thecorrosionresistanceofthenewtypeultrafastcoolingprocessproducedXS0pipelinesteeltosulfidestresscorrosioncracking(SSCC),hydrogeninducedcracking(HIC)andCO2wasinvestigated.SSCCcorrosionexperimentsshowthatcriticalcrackingstressvalueisabout65(390MPa),overthecritica1value,corrosionsensitivityofthetestspecimenbecomeshigher,andthecorrosionresistancebecomespoor.Underthe95loadinglevel,the—stresssensitivityisextremelyhigh.HICcorrosionexperimentsshowthatthecracksensitivepercent—age,thecracklengthpercentageandthecrackthicknesspercentageisallzero,CO2corrosionresistaneeexperimentsshowthatwhenthepressureofCO2is0.1MPa,theaveragecorrosionrateis0.6843mm/a.TheresearchshowsthattheXS0pipelinesteelproducedbytheultrafastcoolingprocesshavesuperiorresistancetoSSCC,HICandCO2.Keywords:X80pipelinesteel;Nb;corrosionresistance;SSCC;HIC进入21世纪以来,我国在高强度管线钢管开发领域取得了显著进展_1],高钢级管线钢通常采用控轧控冷及微合金方式生产,为进一步降低管线钢的成本,需要采用新的合金设计和新型工艺。以超快速冷却设备为核心的新一代TMCP技术可以实现细晶强化、析出强化、相变强化等多种强化机制,充分挖掘钢材的潜力,提升钢材性能,节省资源和能源l5]。管线运输是长距离输送石油天然气最经济合理的运输方式,输气管道的服役条件多为潮湿环境,输送介质含硫化氢、二氧化碳等酸性物质较多,硫化氢、二氧化碳等引起的管道腐蚀”失效事故时有发生[1]。超快冷工艺生产的X80管线钢充分利用其细化晶粒的优势,减少合金元素的加入,68材料工程2015年2月降低了生产成本,节约了资源,但同时可能对产品的其他性能产生影响。本工作研究了新型超快冷工艺生产的高Nb成分X8O管线钢及其对抗腐蚀性能的影响。1化学成分与生产工艺1.1化学成分实验材料成分采用高Nb设计,主要利用Nb有效提高未再结晶温度和固溶强化效果,实现两阶段大压下控制轧制。同时采用Nb+Ti进行复合微合金化,减少贵重合金元素Ni,Mo,Cr的用量,以降低管线钢的合金成本。X80管线钢的冶炼化学成分如表1所示。1.2生产工艺充分利用热连轧机的轧制能力,并结合超快冷工艺的优点,以满足X80管线钢的高强度与高韧性。采用二段式轧制,在粗轧阶段进行7道次轧制变形,精轧表1X80管线钢的化学成分(质量分数/%)TablelChemicalcompositionoftheX80pipelinesteel(massfraction/)阶段进行7道次轧制,将终轧温度设定为790~850%。轧后进行控制冷却,采用超快冷并辅以层流冷℃却的冷却方式,保证超快冷冷却速率大于30/s,出口温度小于68o ̄C,再采用层流进行冷却,卷取温度设定为380 ̄C时进行卷取。X80管线钢轧制工艺参数如表2所示。表2X80管线钢轧制工艺参数Table2TherollingprocessparametersoftheX80pipelinesteel2实验结果2.1X80管线钢的抗sSCC腐蚀性能在试制的XS0管线钢钢卷上取样,对其抗SSCC—腐蚀性能进行测试。采用标准NACETM01772005(C法),在5NaC1+0.5CH。COOH的饱和HS水溶液中分别进行不同应力加载水平的C形环恒载荷加载实验,应力加载水平最高为95,最低为65。为XSO管线钢的屈服强度,本实验设定为59OMPa。实验开始后每隔24h取出试样观察裂纹情况,发现试样裂纹则记录观察时间,实验最长时间为720h。实验结果如表3所示。表3X80管线钢抗SSCC腐蚀性能Table3SSCCtestresultsoftheXS0pipelinesteel表3中720表示试样腐蚀720h后,未发现宏观裂纹,试样腐蚀开裂时间应大于720h。随着加载水平的降低,腐蚀开裂时间延长,在65的加载应力下观察未发现宏观裂纹,当加载水平高于7O。时,试样发生开裂的时间小于300h,并且随加载水平增加,时间缩短,在95。时,时间减少到88h。开裂时间与加载水平关系曲线如图1所示,试样产生开裂的临界应力值在65。为390MPa左右。超过此临界值,试样的腐蚀敏感性较高,抗腐蚀能力较差,在95。加载水平下,应力敏感性极高。另外,观察腐蚀试样的表面,发现C环内外表面均存在灰褐色的腐蚀产物,且分布均匀。试样沿外表面最大拉应力截面开裂,裂纹呈直线、细长状,贯穿整个C环的宽度方向,无二次裂纹,在内环压应力表面未发现开裂现象。对比谢广宇等关于X70级管线钢硫化物应力腐—蚀开裂的研究结果l】:其强度为605MPa(达到API≥XS0级管线钢的标准551MPa),实验加载名义应力为347MPa,在饱和HS水溶液中实验720h后试样表面有少量的微蚀坑,未发现裂纹,具有良好的抗SSCC性能。本次实验所得临界应力值为390MPa,对于本次试制的X80级管线钢在该应力下未发生开裂。因此,比较分析得出其具有优良的抗SSCC性能。72材料工程2015年2月优良的抗CO腐蚀性能。参考文献[1]张伟卫,熊庆人,吉玲康,等.国内管线钢生产应用现状及发展前—景EJ].焊管,2011,34(1):58.——ZHANGWeiwei,XIONGQingren,儿Lingkang,eta1.ApplicationandprospectofpipelinesteelinChina[J].WeldedPipeand—Tuhe,2O1l,34(1):58.[2]张斌,钱成文,王玉梅,等.国内外高钢级管线钢的发展及应用—[J].石油管道工程建设,2012,38(1):14.—ZHANGBin,QIANChengwen,WANGYumei,eta1.ThedevelopmentandapplicationofhighgradepipelinesteelsathomeandabroadEJ].PetroleumEngineeringConstruction,2012,38—(1):14.[3]王晓香,李延丰.高强度管线钢管开发在中国的新进展[J].钢管,—2011,4O(1):1218.——WANGXiaoxiang,LIYanfeng.RecentprogressofdomesticR—&D。fHistrengthsteellinepipetechnology[J].SteelPipe,—2O11,40(1):1218.E4]李鹤林,吉玲康.西气东输二线高强韧性焊管及保障管道安全运—行的关键技术[J].世界钢铁,2009,(1):5664.——LIHelin,JILingkang.Highstrengthandductilityweldedpipeandkeytechnologiesassuringservicesecurityforthe2ndwesteastgaspipelineproject[J].WorldIron&Steel,2009,(1):56—64.[5]王国栋.以超快速冷却为核心的新一代TMCP技术[J].上海金—属,2008,30(2):15.——WANGGuodong.ThenewgenerationTMCPwiththekeytechnologyofultrafastcooling[J].ShanghaiMetals,2008,30(2):1——5.[6]小指军夫.控制轧制控制冷却一改善钢材材质的轧制技术发展[M].北京:冶金工业出版社,2002.——X1AOZhiinnfu.ControlRollingControlCoolingimproving—SteelRollingTechnologyDevelopmentoftheMaterial[M].Beijing:MetallurgicalIndustryPress,2002.[7]翁宇庆.超细晶钢一钢的组织细化理论与控制技术EM].北京:冶金工业出版社,2003.——WENGYuqing.UhrafineSiliconSteelandSteelOrganizationE—laborationTheoryandControlTechnology[M].Beijing:MetallurgicalIndustryPress,2003.E8]LEEUWENYV,ONINKM,SIETSMAJ.TheGammaalpha———transformationkineticsoflowcarbonsteelsunderultra-fastcool—ingconditions[J].ISIJInternational,2001,41(9):10371046.[9]HOUYOUXC。HERMANJC,SIMONP,eta1.Metallurgical—aspectsofultrafastcoolingonahotstripmill[J].RevuedeMet—allurgie,1997,97(8):5559.[1O]任呈强,曹然伟,郑云萍,等.管线钢的CO2腐蚀行为研究[J].—天然气与石油,2011,29(1):5861.———REMChengqiang,CAORanwei,ZHENGYunping,eta1.StudyonCOzcorrosionbehaviorofpipelinesteel[J].Natural—GasandOil,2011,29(1):5861.[11]武会宾,刘跃庭,王立东,等.cr含量对X120级管线钢组织及耐酸性腐蚀性能的影响[J].材料工程,20i3,(9):3237.—WUHuibin,LIUYueting,WANGLi-dong,eta1.InfluenceofCrcontentonmicrostructuresandacidcorrosionpropertiesofX120gradepipelinesteel[J].JournalofMaterialsEngineering,—2013,(9):3237.[12]程远,俞宏英,王莹,等.应变速率对XS0管线钢应力腐蚀的影—响,材料工程,2013,(6):7782.—CHENGYuan.YUHongying.WANGYing,eta1.EffectofstrainrateonstresscorrosioncrackingofX80pipelinesteel[J].—JournalofMaterialsEngineering,2013,(6):7782.[13]L祥磊,黄国建,黄明浩,等.X80管线钢成分工艺与组织性能研—究EJ].材料热处理技术,2011,40(24):2023.——KONGXiang-lei,HUANGGuojian,HUANGMinghao,eta1.EffectofcompositionandprocessonmicrostructureandpropertyofX80pipelinesteel口].HotWorkingTechnology,2011,4o(24):2O一23.[14]谢广宇,唐获,张雁,等.X70级管线钢硫化物应力腐蚀开裂行为—研究[J].中国腐蚀与防护学报,2008,28(2):8689.—XIEGuangyu,TANGDi,ZHANGYan,eta1.EffectofcompositionandprocessonmicrostructureandpropertyofX70pipelinesteel[J].JournalofChineseSocietyforCorrosionandProtec—tion,2008,28(2):8689.[15]张雷,胡丽华,孙建波,等.抗CO2腐蚀低cr管线钢组织和性能—研究[J].材料工程,2009,(5):610.——ZHANGLei,HULihua,SUNJianbo,eta1.MicrostructureandpropertiesofCO2corrosionresistantlowCrpipelinesteels[J].—JournalofMaterialsEngineering,2009,(5):610.[16]崔海伟,蔡庆伍,武会宾,等.X80级管线钢抗氢致开裂性能研究—[J].材料热处理技术,2009,38(20):4649.———CUIHalwei,CAIQingwu,WUHuibin,eta1.Investigation—onantihydrogeninducedcrackingpropertiesofX80pipeline—steel[J].HotWorkingTechnology,2009,38(20):4649.基金项目:国家自然科学基金重点资助项目(50734004)—收稿日期:20140217;修订日期:2014-11一O3通讯作者:吴开明(1966一),男,教授,博士生导师,主要从事钢铁材料相变、组织控制与焊接性方面的研究,联系地址:武汉市青山区和平大—道947号武汉科技大学8信箱(430081),Email:wukaiming@wust.edLI.cn
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