一种耐微生物腐蚀管线钢及其制备方法技术

本发明专利技术的目的在于提供一种具有耐微生物腐蚀性能的管线钢，以实现从材料自身角度降低发生微生物腐蚀的风险。按重量百分比计，该钢的化学成分如下：C：0.02～0.08％；Si：0.1～0.5％；Mn：0.5～1.2％；Cu：0.1‑1.0％；Ga：0.1‑0.8％；Ce：0.01‑0.2％；S≤0.02；P≤0.03％；余量为Fe及不可避免的杂质。本发明专利技术复合添加适量Cu、Ga和稀土元素Ce，在满足管线钢其他性能前提下，进而提高耐微生物腐蚀性能。这种新型管线钢可有效解决Cu加入过多带来的加工性能恶化和Cu加入过少抗菌性能不足的缺点，有望成为兼具高强韧性、抗氢致开裂性能及高耐微生物腐蚀性能于一体的理想的石油、天然气集输和输送用材料，具有重要的工程应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种耐微生物腐蚀管线钢及其制备方法
本专利技术属于管线钢
，具体涉及一种具有耐微生物腐蚀性能的管线钢。本专利技术的管线钢能够显著降低在服役环境中发生微生物腐蚀的风险，可应用于石油、天然气集输和输送用管线钢的生产。
技术介绍
微生物腐蚀是引起埋地管线腐蚀的一个重要原因。据统计，管线腐蚀的15-30％都与微生物腐蚀相关。随着微生物腐蚀导致的管线失效案例的增加，微生物对油气管道造成的腐蚀问题已引起国内外的高度重视。微生物腐蚀造成的经济损失巨大，而且防治困难。目前，国内对管线的微生物腐蚀防护还未引起重视，而已经服役或现有的管线钢无论是在化学成分上，还是在生产工艺上，均没有考虑到材料自身具有耐微生物腐蚀的性能。钢中加入Cu具有抗菌性能已被
的人员熟知，但这种作用要保证加入足够量的Cu，若加入的Cu含量不足则耐微生物腐蚀作用并不明显。例如，中国专利技术专利(申请号：201510418577.9)提供了一种具有耐微生物腐蚀性能的管线钢，该钢的Cu含量添加范围为1.0～2.0％。然而，添加过多的Cu含量虽然具备较好的耐微生物腐蚀性能，却对热加工性能不利，这对管线钢的实际工业化生产带来困扰。
技术实现思路
为了解决上述技术难题，本专利技术在传统管线钢成分基础上，复合添加适量Cu、Ga和稀土元素Ce，在满足管线钢其他性能前提下，进而提高其耐微生物腐蚀性能。这种新型管线钢可有效解决Cu加入过多带来的加工性能恶化和Cu加入过少抗菌性能不足的缺点，有望成为兼具高强韧性及耐微生物腐蚀性能于一体的理想的石油、天然气集输和输送用材料，具有重要的工程应用价值。本专利技术的技术方案是：一种具有耐微生物腐蚀管线钢，按重量百分比计，该钢的化学成分如下：C：0.02～0.08％；；Si：0.1～0.5％；Mn：0.5～1.2％；Cu：0.1-1.0％；Ga：0.1-0.8％；Ce：0.01-0.2％；S≤0.02；P≤0.03％；余量为Fe及不可避免的杂质。优选的化学成分如下：C：0.03～0.06％；Si：0.1～0.3％；Mn：0.7～1.0％；Cu：0.7-1.0％；Ga：0.1-0.6％；Ce：0.01-0.1％；S≤0.015；P≤0.025％；余量为Fe及不可避免的杂质。所述耐微生物腐蚀管线钢化学成分还含有至少一种或一种以上的Nb、V、Ti、Al、B，每一种的重量百分比≤0.1％。所述耐微生物腐蚀管线钢化学成分还含有至少一种或一种以上的Cr、Ni、Mo，每一种的重量百分比≤1％。在本专利技术的耐微生物腐蚀管线钢的成分设计中，铜(Cu)、镓(Ga)、铈(Ce)是钢中最重要的合金化元素，三者的复合加入能够起到扬长避短的作用。Cu是奥氏体形成元素，在铁素体的固溶度极小，加入适量的Cu在一定温度范围内时效可在铁素体基体中析出纳米富铜相粒子，这种纳米富铜相粒子可起到强化、抗菌性和有利氢陷阱的作用，从而可使管线钢的强度、耐微生物腐蚀性能和抗氢致开裂性能大幅提升。但过量的Cu会造成管线钢的热加工性能恶化，使得实际的工业化生产变得困难。因此，本专利技术中Cu的加入含量为0.1-1.0％。Ga是铁素体形成元素，微量Ga在低碳钢中通常以置换式固溶体存在于铁素体中。它类似于Cu，不存在于氧化物、氮化物及硫化物等夹杂中，也不形成碳、氮化物。同时，微量Ga对低碳钢具有强化效应，而且它能在一定程度上细化钢的组织和阻碍磷(P)向晶界偏聚，从而明显提高钢的低温冲击韧性。另外，Ga还可增加钢中的点缺陷，起到氢陷阱作用，使得低碳钢的氢致脆性的敏感性降低。Ga原子还可在晶界区富集，减少了原子半径较Ga大的砷、锑、铋、锡等有害元素在晶界区落位，有净化晶界的作用，起到改善钢的韧性效果。总之，镓在钢中是一种有益元素。依据Fe-Ga二元相图，Ga在室温铁素体中的固溶度极低，在管线钢终止水冷保温条件下，过量的Ga将会以富Ga相形式在管线钢基体中均匀弥散析出。本专利技术中，Ga能够抑制细菌的正常增殖活动。本专利技术中添加的Ga含量为0.1-0.8％。稀土Ce能提高钢的耐蚀性，净化钢液，优化晶界，减少腐蚀源，还能起到变质作用，促进形核，细化晶粒，从而提高钢的强韧性能。同时稀土Ce加入钢中具有捕氢作用，抑制钢的氢脆发生。稀土Ce是低毒物质，具有抗菌性能，也是一种理想的抗菌剂，早期用于结核病的防治。本专利技术中添加稀土Ce和抗菌元素Cu和Ga产生协同效应，可以获得更优异的耐微生物腐蚀性能。本专利技术中稀土Ce的含量为0.01-0.2％。本专利技术还提供了上述具有耐微生物腐蚀管线钢的制备方法，按照上述化学成分的管线钢，可采用真空感应炉冶炼，也可采用高炉+转炉+炉外精炼方式冶炼，无论哪种冶炼方式，冶炼后期加入Ga元素，搅拌均匀后立即浇注出钢。浇注的钢锭在奥氏体单相区加热锻造，初锻温度范围为1100-1200℃，终锻温度不低于850℃，锻后空冷；锻造后的坯料放进1200±50℃热处理炉中均匀化处理4小时，然后进行热机械控制轧制(TMCP)。初轧温度为1100-1200℃，终轧温度为≥750℃，热轧累积压下量达到90％以上，轧后以10～30℃/s水冷，终止水冷温度为400～600℃；将终止水冷的板材放进400～600℃热处理炉中保温，保温时间为20～120分钟。进一步地，钢锭的第1次锻打变形量＜10％，总的锻造比＞6。优选的，热轧后的板材终止水冷的温度为550℃。优选的，将终止水冷的板材放进550℃热处理炉中保温，保温30分钟。按照以上成分和制备方法获得的管线钢具有优异的强韧性能、抗氢致开裂性能和耐微生物腐蚀性能，可应用于石油、天然气集输和输送用管线钢的生产。本专利技术的有益效果是：本专利技术复合添加适量Cu、Ga和稀土元素Ce，在满足管线钢其他性能前提下，三者产生协同抗菌作用，进而大幅提升耐微生物腐蚀性能。这种新型管线钢可有效解决Cu加入过多带来的加工性能恶化和Cu加入过少抗菌性能不足的缺点。附图说明图1为实施例4与对比例1中管线钢杀灭大肠杆菌的效果照片：图中，(a)对比例1；(b)实施例4。具体实施方式下面将通过不同实施例和对比例的比较来描述本专利技术，这些实施例仅用于解释的目的，本专利技术并不局限于这些实施例中。表1为实施例和对比例中各种钢的化学成分。各种实施例和对比例钢经过热机械控制轧制和控制冷却制成钢板，具体制备步骤为：(1)浇注的钢锭在奥氏体单相区加热锻造，初锻温度范围为1100-1200℃，终锻温度不低于850℃，锻后空冷；(2)锻造后的坯料放进1200±50℃热处理炉中均匀化处理4小时，然后进行热机械控制轧制，初轧温度为1100-1200℃，终轧温度为≥750℃，热轧累积压下量达到90％以上，轧后以10～30℃/s水冷，终止水冷温度为550℃；(3)将终止水冷的板材放进550℃热处理炉中保温，保温时间为30分钟。抗菌实验按照“JISZ2801-2000《抗菌加工制品－抗菌性试验方法和抗菌效果》、GB/T2591-2003《抗菌塑料抗菌性能实验方法和抗菌效果》”等标准规定，进行了管线钢对常见大肠杆菌和金黄色葡萄球菌进行检测。表1实施例和对比例管线钢成分表(重量百分比，％)抗菌率公式为：抗菌率(％)＝[(对比例1样品活菌数-实施例样品活菌数)/对比例1样品活菌数]×100％。表2列出了实施例和对比例钢的抗菌性能和力学性能。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐微生物腐蚀管线钢，其特征在于，按重量百分比计，该钢的化学成分如下：C：0.02～0.08％；；Si：0.1～0.5％；Mn：0.5～1.2％；Cu：0.1‑1.0％；Ga：0.1‑0.8％；Ce：0.01‑0.2％；S≤0.02；P≤0.03％；余量为Fe及不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种耐微生物腐蚀管线钢，其特征在于，按重量百分比计，该钢的化学成分如下：C：0.02～0.08％；；Si：0.1～0.5％；Mn：0.5～1.2％；Cu：0.1-1.0％；Ga：0.1-0.8％；Ce：0.01-0.2％；S≤0.02；P≤0.03％；余量为Fe及不可避免的杂质。2.按照权利要求1所述耐微生物腐蚀管线钢，其特征在于，按重量百分比计，该钢的化学成分如下：C：0.03～0.06％；Si：0.1～0.3％；Mn：0.7～1.0％；Cu：0.7-1.0％；Ga：0.1-0.6％；Ce：0.01-0.1％；S≤0.015；P≤0.025％；余量为Fe及不可避免的杂质。3.按照权利要求1或2所述耐微生物腐蚀管线钢，其特征在于，该钢还含有Nb、V、Ti、Al、B之一种或多种，每一种的重量百分比≤0.1％。4.按照权利要求1或2所述耐微生物腐蚀管线钢，其特征在于，该钢还含有Cr、Ni、Mo之一种或多种，每一种的重量百分比≤1％。5.一种权利要求1所述耐微生物腐蚀管线钢的制备方法，其特征在于：所述管线钢采用真空感应炉冶炼，或采用高炉+转炉+炉外精炼方式冶炼，无论哪种冶炼方式，冶炼后期加入Ga元素，...

【专利技术属性】
技术研发人员：史显波，杨春光，杨柯，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21