[發明專利]一種具有耐硫酸鹽還原菌腐蝕性能的管線鋼

在審

• 申請號: 201610136976.0
• 申請日: 2016-03-10
• 公開（公告）號: CN107177792A
• 公開（公告）日: 2017-09-19
• 發明（設計）人: 單以銀;史顯波;嚴偉;王威;楊振國;閆茂成;楊柯
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: C22C38/16
• 分類號: C22C38/16;C22C38/12;C22C38/08;C22C38/04;C22C38/02;C22C38/18;C21D8/02
• 代理公司: 沈陽晨創科技專利代理有限責任公司21001
• 代理人: 張晨

技術領域

本發明屬于鋼鐵材料領域，具體涉及一種具有耐硫酸鹽還原菌腐蝕性能的管線鋼。本發明的管線鋼能夠明顯降低土壤中硫酸鹽還原菌腐蝕的風險，可應用于埋地管線用鋼的生產。

背景技術

微生物腐蝕(MIC)是指由于微生物的自身生命活動及其代謝產物直接或間接地加速金屬材料腐蝕過程的現象，普遍存在于各種自然環境中，如土壤、油田系統等，是引起工程材料失效的一個主要原因。研究發現，埋地管線微生物腐蝕主要是由厭氧的硫酸鹽還原菌(SRB)引起的。當前埋在土壤中的地下管線通常聯合采用防護涂層和陰極保護來防止其腐蝕。然而，絕緣性防護涂層常因機械損傷、老化降解、土壤應力、陰極析氫等因素作用失去粘結力而發生剝離，與管道表面間形成縫隙，而且粘結劑同時為硫酸鹽還原菌的生存提供大量的營養物質。地下水、微生物等腐蝕介質滲入縫隙內形成局部薄液膜微環境，從而導致縫隙內的管道發生腐蝕。大量的管線腐蝕調查研究表明，大多數管道外表面的剝離涂層下都存在微生物腐蝕。因此，剝離涂層縫隙內管線鋼的硫酸鹽還原菌腐蝕應加以重視。

微生物腐蝕與微生物在碳鋼表面形成的生物膜有著密切關系。生物膜是微生物由自身產生的胞外多聚物所包圍而形成的。它能附著在生物和幾乎所有材料的表面。生物電化學領域的最新研究結果表明，附著在金屬表 面的生物膜內的細菌，可通過直接電子轉移或間接電子轉移從金屬獲得電子，從而導致微生物腐蝕的發生。因此，如果生物膜被抑制或破壞，微生物腐蝕發生的機率將大大減小。已經服役或現有的管線鋼沒有考慮到材料自身具有耐硫酸鹽還原菌腐蝕的性能。本發明利用銅離子具有生物毒性這一特點，在原有管線鋼成分基礎上添加1.5-4.0％的Cu元素，并通過時效保溫使銅原子析出，腐蝕過程中銅離子破壞生物膜的形成，從而達到耐硫酸鹽還原菌腐蝕的性能。這種新型管線鋼有望成為兼具高強韌性及耐硫酸鹽還原菌腐蝕性能于一體的理想的埋地管線用鋼材料，具有重要的經濟和社會意義。

發明內容

本發明的目的在于提供一種耐硫酸鹽還原菌腐蝕的管線鋼及富銅相析出方法，以實現從材料自身角度顯著降低埋地管線發生硫酸鹽還原菌腐蝕的風險。

本發明的技術方案是：

一種具有耐硫酸鹽還原菌腐蝕性能的管線鋼，其特征在于：按重量百分比計，該鋼的化學成分如下：C≤0.10％；Si≤0.50％；Mn≤2.0％；1.5％≤Cu≤4.0％；其余為Fe和不可避免的雜質。

按照上述化學成分的管線鋼，還包括：Ni≤0.6％；Mo<0.3％；Cr<0.3％；Nb<0.05％；Ti<0.05％中的一種或多種。

優選鋼的化學成分如下：0.01≤C≤0.05％；0.10≤Si≤0.30％；0.80≤Mn≤1.50％；1.50％≤Cu≤3.00％；其余為Fe和不可避免的雜質。優選成分鋼具有最佳的綜合力學性能及耐硫酸鹽還原菌腐蝕性能。

本發明中為了使管線鋼的綜合力學性能不受高含量Cu的影響，可適當降低C、Mn主元素的含量；

本發明中為了減小高含量Cu對所述管線鋼在熱加工方面產生的負面影響，可適當增加Ni的含量。

本發明中Cu元素是關鍵性合金化元素，是保證該管線鋼具有耐硫酸鹽還原菌腐蝕性能的必要條件，其含量為1.5～4.0％，優選含量為1.5～3.0％，以保證在熱處理條件下，富銅相在基體中均勻彌散的析出，從而使銅離子持續溶出具有殺菌作用。當銅含量較低時，基體中析出的富銅相不足，因而耐硫酸鹽還原菌腐蝕性能不佳。當銅含量相對過高時，會導致析出粗大的富銅相，對沖擊韌性及熱加工性能產生不利影響。

本發明還提供了上述具有耐硫酸鹽還原菌腐蝕性能的管線鋼的時效熱處理方法，采用上述化學成分的管線鋼，經冶煉、鍛造和軋制，在熱機械控軋控冷后，溫度降至500～600℃，或降溫后再重新升溫到500～600℃，保溫0.5～2小時，而后空冷。其優選的時效處理制度為：550℃時效1小時，空冷。通過以上處理方式管線鋼中富銅相析出，在腐蝕過程中富銅相釋放的銅離子具有破壞生物膜的能力，從而能夠明顯降低管線鋼發生硫酸鹽還原菌腐蝕的風險。

本發明的有益效果是：

1、本發明所述管線鋼中添加了Cu元素，經過時效處理后，在保證現有管線鋼性能的基礎上還使得該鋼具有優異的耐硫酸鹽還原菌腐蝕性能。

2、本發明所述的管線鋼能夠從材料自身角度顯著降低埋地管線硫酸鹽還原菌腐蝕的可能性。

附圖說明

圖1為實施例1中硫酸鹽還原菌腐蝕的點蝕形貌。