據(jù)悉，世界上石油和天然氣輸送管道正向大口徑和高壓力方向發(fā)展，管道的服役條件越來越苛刻，輸送介質(zhì)越來越復(fù)雜，許多管道必須穿越人口稠密地區(qū)或沙漠和嚴(yán)寒等地帶，這就對管線鋼耐腐蝕性能提出了更高的要求?，F(xiàn)實(shí)中，管道腐蝕不僅可能會造成管道穿孔，引起石油和天然氣等輸送物質(zhì)的泄漏，而且還可能會帶來由于維修所產(chǎn)生的材料和人力上的浪費(fèi)，尤其是天然氣管道會因腐蝕引起爆炸，造成環(huán)境污染和威脅人身安全。因此，腐蝕是影響管道輸送系統(tǒng)可靠性及使用壽命的關(guān)鍵因素。

　　目前，世界上抗HIC（氫致裂紋）管線鋼大規(guī)模應(yīng)用的供貨級別為X65，最高級別為X70，并在墨西哥1條天然氣管道上使用。由于抗HIC管線鋼服役風(fēng)險高和生產(chǎn)難度大，世界范圍只有歐洲鋼管、德國迪林根、日本新日鐵和JFE等少數(shù)鋼鐵企業(yè)能夠大批量、穩(wěn)定生產(chǎn)抗HIC管線鋼。國內(nèi)重點(diǎn)鋼廠都進(jìn)行了抗HIC管線鋼的工業(yè)試制和批量生產(chǎn)。

　　由于抗HIC管線鋼是石油天然氣用鋼中性能要求等級最高、生產(chǎn)難度最大的鋼種，其對鋼水潔凈度和連鑄坯中心偏析的控制要求極高，所以抗HIC管線鋼開發(fā)對煉鋼工藝有非常嚴(yán)格的要求，在控制硫含量方面接近極限控制，對于連鑄坯中心偏析的要求也非常苛刻。下面從抗HIC管線鋼的腐蝕機(jī)理出發(fā)，分析不同合金元素和非金屬夾雜物對抗HIC管線鋼性能的影響，并分析日本新日鐵住金公司和歐洲鋼管抗HIC管線鋼的煉鋼工藝流程和技術(shù)開發(fā)實(shí)踐。
 

　　抗HIC管線鋼腐蝕機(jī)理分析

　　根據(jù)美國國家輸送安全局統(tǒng)計(jì)報告，美國輸氣干線和集氣管道的泄漏事故有74%由管道腐蝕所致，其中H2S腐蝕是管道腐蝕的主要形式之一。依據(jù)美國腐蝕工程師協(xié)會（NACE）定義，在含有水和H2S的天然氣中，當(dāng)H2S分壓不小于0.3kPa時，則為酸性環(huán)境。為此，抗HIC管線鋼及鋼管是高性能石油和天然氣輸送鋼管發(fā)展的重要方向。

　　HIC成因?yàn)闅潆x子落在MnS和（Nb，Ti）（C，N）等非金屬夾雜物表面，在H2S的酸性環(huán)境下，氫離子在陽極獲得電子而變成氫原子，然后滲入到鋼中。鋼中的非金屬夾雜物與鋼的基體之間因膨脹系數(shù)各異而產(chǎn)生不連續(xù)性，在熱加工后經(jīng)過冷卻就會形成顯微孔洞。氫原子將在這些顯微孔洞內(nèi)析出。這種原子態(tài)的氫在鋼中處于不穩(wěn)定狀態(tài)，最終都將生成氫分子，當(dāng)微孔中氫分子的壓力超過鋼的強(qiáng)度極限時就產(chǎn)生裂紋。這些裂紋的形成與擴(kuò)展最終使材料發(fā)生開裂，如果氫分子在金屬材料表面聚集，則形成氫致鼓泡。

　　抗HIC管線鋼成分體系設(shè)計(jì)理念

　　合金元素對管線鋼抗HIC腐蝕性能的影響。對HIC較敏感的元素有碳、硫、錳、磷、鈣、銅和鉬。由于化學(xué)成分對管線鋼抗HIC能力的影響，世界上對不同級別抗HIC石油和天然氣輸送鋼管的化學(xué)成分在ISO3183-2007《石油天然氣工業(yè)--管道輸送系統(tǒng)用鋼管》中已有明確的要求，以下對各種元素的具體作用進(jìn)行分析：

　　1）碳。隨著碳含量的增加，管線鋼抗HIC敏感性增加，碳含量和碳當(dāng)量的增加會使鋼在熱軋時生成對氫致鼓泡最為敏感的馬氏體組織。因此，降低碳含量和碳當(dāng)量可以提高管線鋼的抗HIC能力。

　　2）硫和鈣。硫能促進(jìn)HIC生成，其與錳生成的MnS夾雜物是HIC最易成核的位置；添加鈣可以改變MnS夾雜物的形態(tài)，使之成為分散的球狀體，從而提高管線鋼的抗HIC能力。

　　3）錳。管線鋼中加入適量的錳可提高鋼的淬透性，彌補(bǔ)低碳造成的強(qiáng)度下降。而錳和磷的偏析會引起對HIC敏感的帶狀組織形成，因而增加錳含量會導(dǎo)致更多帶狀組織生成，從而使管線鋼抗HIC敏感性增加。

　　4）銅。銅對提高管線鋼抗HIC的作用明顯，在NACE-B溶液中，隨著銅含量的增加，管線鋼抗HIC敏感性明顯減小。但在pH<4.5的H2S環(huán)境中，銅的鈍化膜不再形成，這時銅阻止HIC的作用消失。

　　5）鉬。加入鉬能降低相變溫度，抑制塊狀鐵素體的形成，促進(jìn)針狀鐵素體的轉(zhuǎn)變。在提高鋼強(qiáng)度的同時可降低韌脆轉(zhuǎn)變溫度，提高抗HIC能力。

　　6）微合金元素。在管線鋼中加入鈮、釩和鈦等微合金元素可有效阻止奧氏體晶粒長大，細(xì)化晶粒，增強(qiáng)管線鋼抗HIC能力。