开启高品质耐蚀钢新时代
2013-06-21 15:11:29
作者：本站整理来源：
目前，我国油气开采与储运用耐蚀钢的开发和应用尚处于起步阶段。耐腐蚀油船货油舱用钢板、耐腐蚀石油天然气集输和长距离输送用管线钢、耐腐蚀油井管等关键生产技术的研发十分迫切。这对打破国外技术和产品垄断，形成具有我国自主知识产权的耐腐蚀系列油船货油舱钢板、管线钢、油井管生产技术和标准规范，提升我国钢铁材料的品种质量水平以及提高我国钢铁工业、船舶制造业和石油钢管制造业的国际竞争能力意义重大。
为此，由中国钢铁工业协会组织，钢铁研究总院牵头，鞍山钢铁集团公司、宝钢集团、武钢集团承担了“十二五”国家科技支撑计划课题——油气开采与储运用高品质耐蚀钢生产技术的研发，目前取得了阶段性的进展。
四大研究方向与四大考核指标
我国石油工业发展迫切需要石油开采与储运用高性能钢铁材料。但是，目前腐蚀问题是制约石油工业安全、稳定、高效化生产和储运的主要障碍。我国石油与石化行业由于腐蚀造成的损失约占石油工业产值的6%左右，油气管失效的70%与腐蚀有关；储运过程中因腐蚀导致的原油、天然气泄漏将严重污染环境，大规模泄漏甚至将导致灾难性后果。为此，我国亟须开发油气开采与储运用高品质耐蚀钢生产技术。
油气开采与储运用高品质耐蚀钢生产技术主要包括高硫高酸油气环境下低合金钢的耐腐蚀与强韧化技术、耐腐蚀船板工业生产技术、高强度耐腐蚀石油天然气集输和输送用管线钢生产技术和高强度耐腐蚀油井管用钢生产技术。该技术课题的研究内容主要包括以下四个方面：
第一，系统掌握高硫、高酸油气环境中，低合金钢材料在H2S、SO2、CO2、Cl-和酸性盐水介质，以及上述各种复杂混合介质条件下的腐蚀规律，研究保证钢的耐蚀性、强韧性、焊接性要求的成分、工艺控制共性技术，形成具有我国自主知识产权的低合金耐腐蚀钢技术体系和评价标准，并参与有关国际标准的修订。
第二，研制开发大型油船用耐腐蚀高强船板钢，打破国外技术的垄断，形成具有我国自主知识产权的油船货油舱用耐腐蚀钢生产技术和标准规范，提升我国高品质船板钢的生产技术能力。
第三，开发X60、X65、X70耐腐蚀热轧管线钢板和钢带，拓展耐腐蚀管线钢的品种和规格，提高我国耐腐蚀管线钢的制造水平、生产和应用比例，保障我国石油天然气集输和长距离输送的稳定和安全。
第四，开发高耐腐蚀的80ksi～95ksi钢级的热轧钢带和ERW钢管（高频直缝电阻焊管），实现以ERW钢管替代无缝钢管的重大技术变革，实现我国耐腐蚀油套管的低成本高效化生产和应用。开发80ksi～125ksi钢级的高抗挤抗硫系列无缝套管，提高无缝石油套管的制造和应用水平。
同时，该课题还设立了四大考核指标。
其一，建立油船货油舱用耐蚀钢IMO标准腐蚀评价环境，建立船用耐蚀钢对比钢体系，研制的实验室材料与配套焊接材料满足船体钢标准和IMO标准要求。
其二，开发315MPa和355MPa级，厚度规格8mm～45mm的油船货油舱用耐蚀钢板，工业试制钢板综合性能满足船体钢标准要求，耐蚀性满足国际海事组织《货油舱腐蚀防护标准》要求；形成船用耐蚀钢技术规范与标准，产品通过船级社认证。
其三，形成X60、X65抗酸性管线钢批量生产能力，开发X70抗酸性管线钢，实现高强度抗酸性管线钢的国产化。产品力学性能满足API-5L标准，腐蚀性能满足NACE TM0284-96和NACE TM0177-2005标准，钢板的厚度规格为12.0mm～26.0mm，钢带的厚度规格为6.0mm～20.0mm。
其四，开发80ksi～95ksi强度级别热轧钢带和ERW钢管，钢管力学性能满足ISO11960标准要求，耐腐蚀性能满足NACE TM0284-96和NACE TM0177-2005标准，开发80ksi～125ksi钢级高抗挤抗硫系列套管产品，材料性能满足ISO11960标准，产品抗硫化物应力开裂性能符合ISO 11960标准和NACE 15156-2检验标准，其中125ksi钢符合国际通行的“缓冲酸性环境mildsourservice”检测标准。
三大技术研究获得阶段性进展
油船货油舱用耐蚀钢研制。该课题先后通过建立满足IMO标准的实验装置进行实验、传统船板的耐蚀性实验考核，成功突破耐蚀船板合金设计和工艺关键技术，实现了船用耐蚀钢的批量工业化试制。
目前，船用耐蚀钢国产化工作已经突破了材料研发与检测核心技术难题，实现了批量生产试制。工业钢板各项指标满足IMO耐蚀钢标准和船级社规范要求，造船工艺性能与传统船板相当，成本增量低于涂层成本。同时，配套气保焊材料也已经研制到位，具有较小的应用技术风险。由此可见，国产船用耐蚀钢已经具备应用研究和考核条件。
耐腐蚀石油天然气集输和输送用管线钢研制。目前，该课题已完成了X60～X80系列试验钢的冶炼工作，接下来计划考察C、Mn含量的变化对耐硫化氢腐蚀性能的影响和夹杂物对硫化氢耐蚀性的影响，同时，通过对不同轧制和热处理工艺获得不同形态的显微组织，考察不同组织对硫化氢耐蚀性的影响。
此外，该课题还完成高钢级的X70～X120系列试验钢的冶炼工作，通过改变TMCP（控轧控冷）工艺制度，改变管线钢的组织，研究不同组织管线钢的抗HIC（氢致裂纹）、SSCC（硫化物应力腐蚀裂纹）性能。
高强度耐腐蚀油井管用钢生产技术。该技术课题主要开发抗硫ERW焊接套管和抗硫抗挤无缝套管的关键技术和生产工艺，形成高性能抗硫焊接套管和抗硫抗挤无缝套管的批量生产能力，生产出规格、钢级齐全的系列产品并批量应用，满足高含硫油气田开采开发的需求。
目前，该课题已完成了高抗挤抗硫油井管产品实验室成分体系和热处理工艺的研究，力学性能满足ISO 11960标准关于80ksi～125ksi钢级套管的要求。未来将开发高抗挤抗硫套管的纯净钢冶炼技术和铸坯连铸技术，确定合理炼钢和连铸工艺参数；采用新钢种进行小批量工业化试制，研究轧制工艺和热处理工艺对各项力学性能和抗腐蚀性能的影响；进行抗硫化氢应力腐蚀机理研究和抗硫检测方法的改进；开展抗挤毁机理研究，积累数据建立抗挤和抗内压模型。
当前，我国钢铁工业技术发展重点将从“自身进步”向“服务于下游用户的消费需求”转变，科技发展重心逐步从加快冶金装备工艺技术的升级换代转变为钢铁产品的升级换代，以满足用户不断提高的要求。油气开采与储运用高品质耐蚀钢生产技术的开发正是在此形势下应运而生，其对调整我国钢铁产业结构、增强钢铁行业竞争力、促进石油和船舶制造业发展有重要意义。
为此，由中国钢铁工业协会组织，钢铁研究总院牵头，鞍山钢铁集团公司、宝钢集团、武钢集团承担了“十二五”国家科技支撑计划课题——油气开采与储运用高品质耐蚀钢生产技术的研发，目前取得了阶段性的进展。
四大研究方向与四大考核指标
我国石油工业发展迫切需要石油开采与储运用高性能钢铁材料。但是，目前腐蚀问题是制约石油工业安全、稳定、高效化生产和储运的主要障碍。我国石油与石化行业由于腐蚀造成的损失约占石油工业产值的6%左右，油气管失效的70%与腐蚀有关；储运过程中因腐蚀导致的原油、天然气泄漏将严重污染环境，大规模泄漏甚至将导致灾难性后果。为此，我国亟须开发油气开采与储运用高品质耐蚀钢生产技术。
油气开采与储运用高品质耐蚀钢生产技术主要包括高硫高酸油气环境下低合金钢的耐腐蚀与强韧化技术、耐腐蚀船板工业生产技术、高强度耐腐蚀石油天然气集输和输送用管线钢生产技术和高强度耐腐蚀油井管用钢生产技术。该技术课题的研究内容主要包括以下四个方面：
第一，系统掌握高硫、高酸油气环境中，低合金钢材料在H2S、SO2、CO2、Cl-和酸性盐水介质，以及上述各种复杂混合介质条件下的腐蚀规律，研究保证钢的耐蚀性、强韧性、焊接性要求的成分、工艺控制共性技术，形成具有我国自主知识产权的低合金耐腐蚀钢技术体系和评价标准，并参与有关国际标准的修订。
第二，研制开发大型油船用耐腐蚀高强船板钢，打破国外技术的垄断，形成具有我国自主知识产权的油船货油舱用耐腐蚀钢生产技术和标准规范，提升我国高品质船板钢的生产技术能力。
第三，开发X60、X65、X70耐腐蚀热轧管线钢板和钢带，拓展耐腐蚀管线钢的品种和规格，提高我国耐腐蚀管线钢的制造水平、生产和应用比例，保障我国石油天然气集输和长距离输送的稳定和安全。
第四，开发高耐腐蚀的80ksi～95ksi钢级的热轧钢带和ERW钢管（高频直缝电阻焊管），实现以ERW钢管替代无缝钢管的重大技术变革，实现我国耐腐蚀油套管的低成本高效化生产和应用。开发80ksi～125ksi钢级的高抗挤抗硫系列无缝套管，提高无缝石油套管的制造和应用水平。
同时，该课题还设立了四大考核指标。
其一，建立油船货油舱用耐蚀钢IMO标准腐蚀评价环境，建立船用耐蚀钢对比钢体系，研制的实验室材料与配套焊接材料满足船体钢标准和IMO标准要求。
其二，开发315MPa和355MPa级，厚度规格8mm～45mm的油船货油舱用耐蚀钢板，工业试制钢板综合性能满足船体钢标准要求，耐蚀性满足国际海事组织《货油舱腐蚀防护标准》要求；形成船用耐蚀钢技术规范与标准，产品通过船级社认证。
其三，形成X60、X65抗酸性管线钢批量生产能力，开发X70抗酸性管线钢，实现高强度抗酸性管线钢的国产化。产品力学性能满足API-5L标准，腐蚀性能满足NACE TM0284-96和NACE TM0177-2005标准，钢板的厚度规格为12.0mm～26.0mm，钢带的厚度规格为6.0mm～20.0mm。
其四，开发80ksi～95ksi强度级别热轧钢带和ERW钢管，钢管力学性能满足ISO11960标准要求，耐腐蚀性能满足NACE TM0284-96和NACE TM0177-2005标准，开发80ksi～125ksi钢级高抗挤抗硫系列套管产品，材料性能满足ISO11960标准，产品抗硫化物应力开裂性能符合ISO 11960标准和NACE 15156-2检验标准，其中125ksi钢符合国际通行的“缓冲酸性环境mildsourservice”检测标准。
三大技术研究获得阶段性进展
油船货油舱用耐蚀钢研制。该课题先后通过建立满足IMO标准的实验装置进行实验、传统船板的耐蚀性实验考核，成功突破耐蚀船板合金设计和工艺关键技术，实现了船用耐蚀钢的批量工业化试制。
目前，船用耐蚀钢国产化工作已经突破了材料研发与检测核心技术难题，实现了批量生产试制。工业钢板各项指标满足IMO耐蚀钢标准和船级社规范要求，造船工艺性能与传统船板相当，成本增量低于涂层成本。同时，配套气保焊材料也已经研制到位，具有较小的应用技术风险。由此可见，国产船用耐蚀钢已经具备应用研究和考核条件。
耐腐蚀石油天然气集输和输送用管线钢研制。目前，该课题已完成了X60～X80系列试验钢的冶炼工作，接下来计划考察C、Mn含量的变化对耐硫化氢腐蚀性能的影响和夹杂物对硫化氢耐蚀性的影响，同时，通过对不同轧制和热处理工艺获得不同形态的显微组织，考察不同组织对硫化氢耐蚀性的影响。
此外，该课题还完成高钢级的X70～X120系列试验钢的冶炼工作，通过改变TMCP（控轧控冷）工艺制度，改变管线钢的组织，研究不同组织管线钢的抗HIC（氢致裂纹）、SSCC（硫化物应力腐蚀裂纹）性能。
高强度耐腐蚀油井管用钢生产技术。该技术课题主要开发抗硫ERW焊接套管和抗硫抗挤无缝套管的关键技术和生产工艺，形成高性能抗硫焊接套管和抗硫抗挤无缝套管的批量生产能力，生产出规格、钢级齐全的系列产品并批量应用，满足高含硫油气田开采开发的需求。
目前，该课题已完成了高抗挤抗硫油井管产品实验室成分体系和热处理工艺的研究，力学性能满足ISO 11960标准关于80ksi～125ksi钢级套管的要求。未来将开发高抗挤抗硫套管的纯净钢冶炼技术和铸坯连铸技术，确定合理炼钢和连铸工艺参数；采用新钢种进行小批量工业化试制，研究轧制工艺和热处理工艺对各项力学性能和抗腐蚀性能的影响；进行抗硫化氢应力腐蚀机理研究和抗硫检测方法的改进；开展抗挤毁机理研究，积累数据建立抗挤和抗内压模型。
当前，我国钢铁工业技术发展重点将从“自身进步”向“服务于下游用户的消费需求”转变，科技发展重心逐步从加快冶金装备工艺技术的升级换代转变为钢铁产品的升级换代，以满足用户不断提高的要求。油气开采与储运用高品质耐蚀钢生产技术的开发正是在此形势下应运而生，其对调整我国钢铁产业结构、增强钢铁行业竞争力、促进石油和船舶制造业发展有重要意义。
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