1、1X70 管线钢关键生产技术及点蚀机理研究摘要：X70 管线钢是一种低合金、高强度钢,它具有强度高,韧性好的特点,是“西气东输”工程所采用的主要钢种之一。本文首先阐述了X70 管线钢的技术要求及工艺路线，其次，分析了 X70 管线钢关键生产技术及控制。同时，就 X70 管线钢的点蚀机理进行了深入的探讨，具有一定的参考价值。 关键词：X70 管线钢；生产技术；点蚀机理 基金项目:省部共建“石油天然气装备”教育部重点实验室资助项目(2006STS02) 中图分类号：TU990 文献标识码： A 文章编号： 1.前言 X70 管线钢是一种低合金、高强度钢,它具有强度高,韧性好的特点,是“西气东输”工
2、程所采用的主要钢种之一。作为埋地管线,X70 管线钢的局部腐蚀发生率很高,其破坏作用远远高于全面腐蚀,发生的局部腐蚀破坏主要有点蚀,缝隙腐蚀和应力腐蚀开裂等形式。 2. X70 管线钢的技术要求及工艺路线 现代管线钢属于低碳或超低碳的微合金化钢，是高技术含量和高附加值的产品，管线钢生产几乎应用了冶金领域近 20 多年来的一切工艺技2术新成就。目前管线工程的发展趋势是大管径、高压富气输送、高寒和腐蚀的服役环境、海底管线的厚壁化。因此现代管线钢应当具有高强度、低包申格效应、高韧性和抗脆断、低焊接碳素量和良好焊接性、以及抗HIC 和抗 H2S 腐蚀。优化的生产策略是提高钢的洁净度和组织均匀性，C0.
3、09、S0.005、P0.01、O0.002，并采取微合金化，真空脱气CaSi、连铸过程的轻压下，多阶段的热机械轧制以及多功能间歇加速冷却等工艺。目前国内外管线规范中没有 X70 管线用钢材的韧性指标，仅对 X70 管材有具体要求： （1）最低使用温度下（5）DWTT85SA； （2）最低使用温度下（5）夏比冲击吸收功145J。 当前管线钢的技术条件普遍采用美国石油协会标准 API，但是国内具体工程或具体用户的订货技术条件往往较 API 标准严格得多。 X70 管线钢的生产在 150t 转炉3500mm 炉卷轧机上进行,其工艺路线为:铁水预处理150t 转炉LF 炉外精炼VD 真空处理板坯连铸
4、加热控轧控冷矫直剪切入库。 3. X70 管线钢关键生产技术及控制 （1）连铸坯质量控制技术 控制铸坯内部偏析和疏松小于 0.5 级,铸坯无中心裂纹,为管线钢获得良好的性能均匀性和良好的 DWTT 性能创造了先决条件。 （2）控制轧制 保证再结晶区控制轧制累计变形率大于 50%,道次变形率大于 15%,可3充分发挥形变奥氏体静态再结晶作用,获得细小的再结晶奥氏体。 通过未再结晶区控制轧制,确保未再结晶区累计变形率大于 60%,可使细小的再结晶奥氏体发生扁平化,晶界面积增加,同时奥氏体晶内产生大量变形带。 （3）控制冷却 控制冷却是获得针状铁素体的关键,为此确定控制冷却参数为:冷却速度 1520
5、/s,终冷温度 400550之间,最终获得细化的针状铁素体。 4. X70 管线钢的点蚀机理 4.1 点蚀的诱发 X70 管线钢在热轧过程中由于轧辊的作用使钢板表面的氧化铁皮脱落，但在钢板表面仍然会存在氧化皮，而且由内到外依次是 FeO、Fe3O4 和Fe2O3。当钢板进入层流冷却区后，冷却水中的氯离子会吸附在钢板表面，确切地说是吸附在氧化层的表面。根据钝化吸附理论，点蚀孔是由于腐蚀性阴离子在钝化膜表面上吸附并穿过钝化膜所致，而且金属的氧化膜具有新陈代谢和自我修补的机能，在表 面膜破坏后，环境中的氧等氧化剂可使钝化膜修补而再生，尤其当存在 Cl-等侵蚀性离子时，由于它的解胶作用使保护膜难以再生
6、，因而发展为孔蚀。Cl-等侵蚀性离子之所以是点蚀发生的关键因素，其原因是氯离子能优先地、有选择地吸附在钝化膜上，把钝化膜中的氧排挤掉(即所谓的竞争吸附)，结果与钝化膜中的阳离子结合成氯化物(Me. Cl-)，该氯化物通过反应（1）能生成一种快速溶解的络合物，然后由反应（2）4生成金属离子进入溶液。这样，钝化膜遭到破坏，而新的基体金属露出。（1） （2） 4.2 点蚀的扩展 （1）在蚀孔底部 在点蚀源形成之后，由于大阴极、小阳极的作用，形成活化-钝化腐蚀电池，在点蚀孔内发生阳极反应，即金属发生溶解： （3） 这会引起金属离子浓度升高并发生水解反应： （4） 生成氢离子，使得点蚀小孔内的溶液 pH
7、 值下降，形成一个强酸性的溶液区，加速了金属的溶解，造成点蚀坑扩大、加深。孔内金属离子不断增强，在蚀孔电池产生的电场作用下，蚀孔外的阴离子不断地向孔内5迁移、富集，孔内氯离子浓度升高。 （2）在孔口 Fe2+和 FeOH+被溶解氧所氧化： （5） （6） 反应产物随后发生水解： （7） （8） Fe3O4 和铁锈的沉积 （9） 6（10） 水解产生的氢离子和孔内的氯离子又促使孔侧壁铁的继续溶解，进而孔口形成了 Fe3O4 腐蚀产物沉积层，阻碍了扩散和对流，使孔内溶液得不到稀释，从而造成了闭塞电池局部供氧受到限制。 （3）在蚀孔外部 在蚀坑的邻近区域(阴极区)则发生溶解氧的还原反应： （11）
8、同时还发生铁锈的还原： （12） 孔外大片表面由于阴极还原反应产生的 OH-导致 pH 增大而钝化，并且又受到蚀孔内阳极过程所释放电子的阴极保护作用，因而抑制了蚀孔周围的全面腐蚀。 由于 X70 管线钢在轧制过程中钢板表面的氧化铁皮脱落不均匀，造成钝化薄厚不均，加之吸附在钢板表面的 Cl-并不是很充足，所以只能在钝化薄的地方易遭到 Cl-的侵蚀而成为点蚀孔，而在厚的地方 Cl-很难穿透，从而避免了腐蚀的发生。因此，最终 X70 管线钢并不是大面积腐蚀，而是局部腐蚀，即点蚀。 通过对 X70 管线钢的喷水试验可知，X70 管线钢在运至用户的过程中，7由于钢板受潮或淋雨，加之钢板表面吸附有氯离子，从而最终导致点蚀的发生。 参考文献： 1 王志国,韦军尤,庞军,覃胜苗.管线钢精炼渣系的开发与钢中磷硫氮全氧的控制J. 柳钢科技. 2010(04) 2 王文军,郝宁,刘金刚,李永东,朱志远,孙硕猛.X80 管线钢精炼过程夹杂物研究J. 中国冶金. 2010(09) 3马芳,张春红.X70 和 X80 管线钢冶炼与连铸工艺的研究J. 本钢技术. 2010(01)
