第2期 许立宁等：含Cr管线钢的力学性能和耐蚀性能 ·201· 现较高的经济效益具有重大的现实意义. 轧制温度不低于1000℃，即在奥氏体再结晶区温度 低Cr合金钢作为一种新开发的经济型抗CO2 范围内，通过形变一再结晶过程使再结晶后的奥氏 腐蚀钢材，现已成功应用于油套管，并取得良好效 体晶粒细化.在低温阶段进行精轧，开轧温度在900 果6，但将其用作管线钢材料的研究则相对较少， ~920℃内，在该温度范围内奥氏体不发生再结晶 尤其是评价其在湿气管线的顶部腐蚀环境中抗C02 但能够充分变形，为随后的铁素体转变提供更多的 腐蚀性能的研究还未有报道.本工作研究了含2% 形核位置.轧后进入快速冷却阶段，冷却速率控制 C低合金管线钢的组织和力学性能，并用高温高压 在15~20℃s1,终冷温度为540~580℃.实验中 冷凝反应釜模拟了湿气管线中C0,顶部腐蚀环境， 所用2%Cr管线钢的实际控轧控冷工艺参数如表2 研究评价了2%C管线钢的抗C0,顶部腐蚀性能， 所示. 以期为抗CO2腐蚀的低Cr管线钢的开发应用提供 试样经砂纸逐级打磨并抛光后，用4%硝酸乙 实验依据和参考 醇溶液对试样表面进行浸蚀，使用日本尼康金相显 1实验 微镜Eclipse LNI50观察金相组织.按照GB/ T228一2002标准从钢板上切取拉伸试样，在 1.1实验材料设计 CMT4105型电子万能试验机上进行拉伸试验，测试 实验所用低C合金管线钢在普通管线钢的基 材料的力学性能. 础上添加了质量分数2%的Cr,并适当降低钢中C 表2实验钢控轧控冷的主要工艺参数 和Mn含量，以保证能够获得预期的抗CO2腐蚀性 Table 2 Technical parameters of control rolling and control cooling of 能，同时满足管线钢的力学性能要求.实验用钢化 the tested steel ℃ 学成分见表1.经50kg真空感应炉冶炼，然后热锻 粗轧开轧粗轧终轧精轧开轧精轧终轧 初冷 终冷 成200mm×120mm的板坯. 温度 温度 温度 温度 温度 温度 表1X70钢和实验钢的化学成分（质量分数） 1120 1050 905 850 830 580 Table 1 Chemical composition of X70 steel and the tested steel % 1.2抗C02腐蚀实验 钢种 C Si Mn Cr Mo 抗C02腐蚀性能实验采用外径为108mm、内 X70钢 0.06 0.191.53 0.21 径为100mm、面宽为11mm的1/6圆环试样，实验 2%Cr钢 0.05 0.14 0.53 2.09 0.22 前用水砂纸逐级打磨至800"，然后将试样清洗、除 油、冷风吹干后测量尺寸并称重.按实验条件要求 实验用钢的轧制采用5道次轧制的工艺，钢坯 将试样相互绝缘安装在特制的实验夹具上，放入 的加热温度为1200℃，保温1h后开始轧制，钢板的 高压釜内.腐蚀实验介质的成分参照某油气田采 最终目标厚度为12mm,本实验中钢坯的轧制过程 出液，用去离子水与分析纯试剂配制.溶液成分见 分为粗轧和精轧两个阶段.粗轧在高温阶段进行， 表3 表3腐蚀实验介质的化学成分 Table 3 Ion content of the test solution 介质 K* Na* Ca2+ Mg2+ CI- S01 CO号 NO 质量浓度/(mgL) 194.9 356.9 511.5 49.2 1631.9 115.2 46.8 16.7 利用高温高压冷凝反应釜模拟湿气管道中的顶 除去安装过程中混入的氧气，然后升高温度，调整 部腐蚀环境，模拟溶液的蒸汽接触试样表面时产生 C02压力到实验要求，并把釜内气体温度和冷却系 冷凝.通过釜体加热装置控制釜内气体温度，模拟 统温度分别控制为50和10℃，C02分压为0.8 管道内部较高的气体温度：通过试样外侧的冷却水 MPa,流速为1.72ms,实验周期分别为15d和30 系统保证试样表面与釜内气体之间存在一定温差， d.用500mL盐酸(p=1.19gmL-)3.5gC6H2N4 模拟较低的管壁温度，温差使腐蚀模拟溶液的蒸汽 (六次甲基四胺)及去离子水配制成1000mL酸洗液 在试样表面产生冷凝，由此模拟管道内壁的顶部腐 去除腐蚀产物膜，利用失重法计算腐蚀速率 蚀环境.实验前，将己用高纯氮气除氧的腐蚀介质 实验结束后取出试样，用去离子水冲洗，无水乙 加入高压釜内，把高压釜密封.先通入2h高纯CO2 醇脱水并吹干.在LE0-1450扫描电镜(SEM)下观第 2 期 许立宁等: 含 Cr 管线钢的力学性能和耐蚀性能 现较高的经济效益具有重大的现实意义． 低 Cr 合金钢作为一种新开发的经济型抗 CO2 腐蚀钢材，现已成功应用于油套管，并取得良好效 果［6--8］，但将其用作管线钢材料的研究则相对较少， 尤其是评价其在湿气管线的顶部腐蚀环境中抗 CO2 腐蚀性能的研究还未有报道． 本工作研究了含 2% Cr 低合金管线钢的组织和力学性能，并用高温高压 冷凝反应釜模拟了湿气管线中 CO2 顶部腐蚀环境， 研究评价了 2% Cr 管线钢的抗 CO2 顶部腐蚀性能， 以期为抗 CO2 腐蚀的低 Cr 管线钢的开发应用提供 实验依据和参考． 1 实验 1. 1 实验材料设计 实验所用低 Cr 合金管线钢在普通管线钢的基 础上添加了质量分数 2% 的 Cr，并适当降低钢中 C 和 Mn 含量，以保证能够获得预期的抗 CO2 腐蚀性 能，同时满足管线钢的力学性能要求． 实验用钢化 学成分见表 1． 经 50 kg 真空感应炉冶炼，然后热锻 成 200 mm × 120 mm 的板坯． 表 1 X70 钢和实验钢的化学成分( 质量分数) Table 1 Chemical composition of X70 steel and the tested steel % 钢种 C Si Mn Cr Mo X70 钢 0. 06 0. 19 1. 53 — 0. 21 2% Cr 钢 0. 05 0. 14 0. 53 2. 09 0. 22 实验用钢的轧制采用 5 道次轧制的工艺，钢坯 的加热温度为 1200 ℃，保温 1 h 后开始轧制，钢板的 最终目标厚度为 12 mm，本实验中钢坯的轧制过程 分为粗轧和精轧两个阶段． 粗轧在高温阶段进行， 轧制温度不低于 1000 ℃，即在奥氏体再结晶区温度 范围内，通过形变--再结晶过程使再结晶后的奥氏 体晶粒细化． 在低温阶段进行精轧，开轧温度在 900 ～ 920 ℃内，在该温度范围内奥氏体不发生再结晶 但能够充分变形，为随后的铁素体转变提供更多的 形核位置． 轧后进入快速冷却阶段，冷却速率控制 在 15 ～ 20 ℃·s － 1，终冷温度为 540 ～ 580 ℃ ． 实验中 所用 2% Cr 管线钢的实际控轧控冷工艺参数如表 2 所示． 试样经砂纸逐级打磨并抛光后，用 4% 硝酸乙 醇溶液对试样表面进行浸蚀，使用日本尼康金相显 微镜 Eclipse LN150 观 察 金 相 组 织． 按 照 GB / T228—2002 标准从钢板上切取拉伸试样，在 CMT4105 型电子万能试验机上进行拉伸试验，测试 材料的力学性能． 表 2 实验钢控轧控冷的主要工艺参数 Table 2 Technical parameters of control rolling and control cooling of the tested steel ℃ 粗轧开轧 温度 粗轧终轧 温度 精轧开轧 温度 精轧终轧 温度 初冷 温度 终冷 温度 1120 1050 905 850 830 580 1. 2 抗 CO2 腐蚀实验 抗 CO2 腐蚀性能实验采用外径为 108 mm、内 径为 100 mm、面宽为 11 mm 的 1 /6 圆环试样，实验 前用水砂纸逐级打磨至 800# ，然后将试样清洗、除 油、冷风吹干后测量尺寸并称重． 按实验条件要求 将试样相互绝缘安装在特制的实验夹具上，放入 高压釜内． 腐蚀实验介质的成分参照某油气田采 出液，用去离子水与分析纯试剂配制． 溶液成分见 表 3． 表 3 腐蚀实验介质的化学成分 Table 3 Ion content of the test solution 介质 K + Na + Ca2 + Mg2 + Cl － SO2 － 4 CO2 － 3 NO － 3 质量浓度/( mg·L － 1 ) 194. 9 356. 9 511. 5 49. 2 1631. 9 115. 2 46. 8 16. 7 利用高温高压冷凝反应釜模拟湿气管道中的顶 部腐蚀环境，模拟溶液的蒸汽接触试样表面时产生 冷凝． 通过釜体加热装置控制釜内气体温度，模拟 管道内部较高的气体温度; 通过试样外侧的冷却水 系统保证试样表面与釜内气体之间存在一定温差， 模拟较低的管壁温度，温差使腐蚀模拟溶液的蒸汽 在试样表面产生冷凝，由此模拟管道内壁的顶部腐 蚀环境． 实验前，将已用高纯氮气除氧的腐蚀介质 加入高压釜内，把高压釜密封． 先通入 2 h 高纯 CO2 除去安装过程中混入的氧气，然后升高温度，调整 CO2 压力到实验要求，并把釜内气体温度和冷却系 统温度分别控制为 50 和 10 ℃，CO2 分压 为 0. 8 MPa，流速为 1. 72 m·s － 1，实验周期分别为 15 d 和 30 d． 用 500 mL 盐酸( ρ = 1. 19 g·mL － 1 ) 、3. 5 g C6H12N4 ( 六次甲基四胺) 及去离子水配制成 1000 mL 酸洗液 去除腐蚀产物膜，利用失重法计算腐蚀速率． 实验结束后取出试样，用去离子水冲洗，无水乙 醇脱水并吹干． 在 LEO--1450 扫描电镜( SEM) 下观 · 102 ·