CN101353769A - 铬23镍6铁素体-奥氏体不锈钢管及其制造工艺 - Google Patents

Abstract

一种铬23镍6铁素体－奥氏体不锈钢管，由含有以下组份及重量百分含量的不锈钢材料制造而成：铬22％～24％、镍5％～7％、钼3～4％、氮0.15％～0.25％、碳≤0.03％、锰1～2％，其余为铁。上述不锈钢管的制造工艺，特点是，在热穿孔工序中，将热穿孔温度控制在1150－1200℃，顶头前压缩量控制在5％，辊腰压下量控制在12％，椭圆度控制在1.08～1.11。在冷拔/冷轧工序中，将冷变形量控制在50％以下。在热处理工序中，将制品固溶温度控制在1080℃～1100℃，成品固溶温度控制在1050℃～1100℃。本发明的不锈钢管具有良好的耐氯化物应力腐蚀性能、良好的耐点蚀性能、较高的抗拉强度和屈服强度和良好的耐腐蚀疲劳和磨损腐蚀性能。在石油工业、化学工业、天然气工业、海洋船舶等领域得到广泛使用。

Description

铬23镍6铁素体-奥氏体不锈钢管及其制造工艺

技术领域

本发明涉及一种合金钢，尤其涉及一种铬23镍6铁素体-奥氏体不锈钢管及其制造工艺。

背景技术

不锈钢及其制品，作为一种技术材料和产品，不但具有良好的耐腐蚀性能，而且具有良好的外观等多种特性，在国民经济及人民日常生活中有着极其广泛的应用，并且其应用范围越来越广。常用的不锈钢品种主要包括304(0Cr19Ni9)、304L(00Cr19Ni9)、316(0Cr18Ni14Mo2)、316L(00Cr18Ni14Mo2)等钢种。

常用的不锈钢表面有一层极薄的氧化铬薄膜，称作钝化膜。该薄膜能阻止金属继续氧化，故不锈钢有很强的耐腐蚀性能。但是，不锈钢表面的钝化膜由于钢中存在的缺陷、杂质和溶质的不均匀性，使钝化膜在这些地方较为脆弱，在特定的腐蚀性溶液中容易被破坏，破坏的部分便成为活化的阳极，周围区域为阴极区，阳极的面积非常小时，阳极的电流密度很大，活性溶解加速，遂成为许多针状小孔，成为“孔蚀”。含有CO₂、Cl₂的油气，孔蚀点附近会发生较强烈的Cl^-吸附和金属的较快溶解，当金属表面上有O₂吸附的点被Cl^-取代时孔蚀即会发展。由于O₂和Cl^-的可逆竞相吸附产生Cl^-的络合离子而破坏钝化膜，此络合物水解以后又生成络合离子和Cl^-。在酸性油气中，蚀孔内pH值降低，也引起金属离子的加速溶解。

另外，常用的不锈钢在拉伸应力作用下，位错沿着滑移面运动至金属表面，使表面钝化膜产生局部破坏，在有钝化膜和无钝化膜的金属间形成微电池，作为阳极的裸金属产生阳极溶解从而发生“应力腐蚀”破坏。一般用在60℃以上中性氯化物溶液中的铬18-镍8型奥氏体不锈钢容易发生应力腐蚀破坏。

随着油气开采工业和化工行业的发展，急切需要一些耐腐蚀的管材。如中国在四川川东地区发现了世界级大气田，但天然气中含大量的H₂S、CO₂、SO₂、Cl₂等气体，对钢材的腐蚀非常严重，曾发生因钢管腐蚀而泄漏，造成多人死亡的事故。因304L(00Cr19Ni9)、316L(00Cr18Ni14Mo2)等不锈钢都不能承受H₂S、CO₂、SO₂、Cl₂气体的腐蚀，急需开发出高耐蚀的不锈钢无缝钢管，以适应油气开采工业和化工行业的发展需要。

随着海洋石油的开采，在海水中铺设油气管道越来越多。由于海水中含有大量的Cl^-离子，对钢管的腐蚀性很大，304L(00Cr19Ni9)、316L(00Cr18Ni14Mo2)等不锈钢都不能承受Cl^-离子腐蚀，也需开发出高耐蚀的不锈钢无缝钢管，以适应海洋石油开采的需要。

发明内容

本发明的目的，在于解决现有技术存在的上述问题，提供一种能承受H₂S、CO₂、SO₂、Cl₂等气体的腐蚀，能承受Cl^-离子的腐蚀，能降低“孔蚀”、“应力腐蚀”倾向的铬23镍6铁素体-奥氏体不锈钢管及其制造工艺。

本发明的目的是这样实现的：一种铬23镍6铁素体-奥氏体不锈钢管，由含有以下组份及重量百分含量的不锈钢材料制造而成：

铬        22％～24％；

镍        5％～7％；

钼        3～4％；

氮        0.15％～0.25％；

碳        ≤0.03％；

锰        1～2％

其余为铁。

所述的不锈钢管中的铁素体相和奥氏体相的比例为45～55∶55～45。

上述铬23镍6铁素体-奥氏体不锈钢管的制造工艺，以铬23镍6铁素体-奥氏体不锈钢钢坯为原料，主要包括热穿孔、润滑烘干、冷拔/冷轧、热处理、酸洗等工序，其特点是：

所述的热穿孔工序中，热穿孔温度控制在1150-1200℃，顶头前压缩量控制在5％，辊腰压下量控制在12％，椭圆度控制在1.08～1.11；

所述的润滑烘干工序中，润滑剂由1.5重量份的3号工业脂和10重量份的石灰配制而成；

所述的冷拔/冷轧工序中，冷变形量控制在50％以下；

所述的热处理工序中，制品固溶温度控制在1080℃～1100℃，成品固溶温度控制在1050℃～1100℃；

所述的酸洗工序中，酸洗液配方为：氢氟酸6％～8％重量，硝酸12％～15％重量，余量为水。

本发明的铬23镍6铁素体-奥氏体不锈钢管是资源节约型绿色环保产品，其具有以下优点和特点：

①良好的耐氯化物应力腐蚀性能；

②良好的耐点蚀性能；

③较高的抗拉强度和屈服强度；

④良好的耐腐蚀疲劳和磨损腐蚀性能；

⑤可焊性。

本发明的铬23镍6铁素体-奥氏体不锈钢管是典型的工程用材，在石油工业、化学工业、造纸工业、制盐工业、天然气工业、能源环保工业、轻工机械食品工业，海洋船舶等领域得到广泛使用。

具体实施方式

提高不锈钢中铬的含量，可以提高不锈钢的耐应力腐蚀、耐点蚀、耐缝隙腐蚀的性能。本发明的铬23镍6铁素体-奥氏体不锈钢管材料在冶炼过程中，控制铬含量为22％～24％。

双相不锈钢是在它的固溶体组织中铁素体相与奥氏体相约各占一半，将奥氏体不锈钢所具有的韧性和可焊接性与铁素体不锈钢所具有的高强度和耐氯化物应力腐蚀性能结合在一起，使双相不锈钢兼有铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢的优点。本发明的铬23镍6铁素体-奥氏体不锈钢管材料在冶炼过程中，控制镍含量为5％～7％，这样可使铁素体相和奥氏体相的比例控制在45～55∶55～45。

含钼双相不锈钢具有很好的耐孔蚀性能，钼又富集在靠近基体的钝化膜中，提高了钝化膜的稳定性。本发明的铬23镍6铁素体-奥氏体不锈钢管材料在冶炼过程中，控制钼含量为3.0～4.0％。

钢中的氮溶解后，消耗点蚀小孔或缝隙溶液中的H⁺形成NH⁴⁺，阻止小孔内pH值的降低，促使小孔扩展前钝化，从而提高了钢的耐蚀性。本发明的铬23镍6铁素体-奥氏体不锈钢管材料在冶炼过程中，控制氮含量为0.15～0.25％。

为避免碳在晶界中析出，避免碳与铬形成碳化铬，避免晶界部位铬含量贫化，造成晶间腐蚀。本发明的铬23镍6铁素体-奥氏体不锈钢管材在冶炼过程中，控制碳含量≤0.03％。

本发明中的铬23镍6铁素体-奥氏体不锈钢管的制造工艺，是以铬23镍6铁素体-奥氏体不锈钢钢坯为原料，通过热穿孔、润滑烘干、冷拔/冷轧、热处理、酸洗等主要工序制造而成，并采取了以下合适的工艺条件：

试验发现，铬23镍6铁素体-奥氏体不锈钢的高温变形抗力随着温度的升高而降低，因此，本发明铬23镍6铁素体-奥氏体不锈钢管在热穿孔工序中，将热穿孔温度控制在1150-1200℃。

为改善铁素体-奥氏体两相钢中不均匀的应力和应变分布，适应铁素体-奥氏体两相不同的传热系数，在热穿孔加热时，在800℃以下缓慢加热，在800℃以上加速升温加热，并保温足够时间，使管坯内外温度几乎一致。

热穿孔过程中顶头前压缩量愈大则变形不均匀程度愈大，导致管坯中心区的切应力和拉应力增加，引起内折缺陷。因此，本发明铬23镍6铁素体-奥氏体不锈钢管在热穿孔工序中，采用了最合适的顶头前压缩量为5％。

减小穿孔辊腰压下量，可使不均匀变形减小，引起内折缺陷的可能性减小，穿孔变得容易。因此，本发明铬23镍6铁素体-奥氏体不锈钢管在热穿孔工序中，将辊腰压下量控制在12％。

穿孔椭园度大，穿孔过程中变形大，穿孔快；但椭园度过大，易产生外裂和内裂。因此，本发明铬23镍6铁素体-奥氏体不锈钢管在热穿孔工序中，控制椭园度为1.08～1.11。

在冷变形过程中管坯外表面必须涂润滑剂，涂润滑剂后必须烘干。因此，本发明铬23镍6铁素体-奥氏体不锈钢管在润滑烘干工序中，采用了最合适的润滑剂配方为：1.5重量份的3号工业脂配10重量份的石灰。

由于铬23镍6铁素体-奥氏体不锈钢内存在铁素体和奥氏体二个相组织，冷变形抗力较大。因此，本发明铬23镍6铁素体-奥氏体不锈钢管在冷拔/冷轧工序中，将冷变形量控制在50％以下。

不锈钢管在穿孔冷变形后，必须经过加热保温和快速冷却，把碳原子固溶到晶格内，才能获得好的机械性能成品。因此，本发明铬23镍6铁素体-奥氏体不锈钢管在热处理工序中，将制品固溶温度控制在1080℃～1100℃，将成品固溶温度控制在1050℃～1100℃。

在冷变形和固溶处理后，需酸洗去除钢管表面的氧化皮，本发明在酸洗工序中采用了最合适的酸洗配方为：氢氟酸6％～8％重量，硝酸12％～15％重量，余量为水。

由于采用了以上配方及制造工艺，保证了本发明铬23镍6铁素体-奥氏体不锈钢管具有能承受H₂S、CO₂、SO₂、Cl₂等气体的腐蚀，能承受Cl^-离子的腐蚀，能降低“孔蚀”、“应力腐蚀”倾向等多项优异功能，可广泛应用于石油工业、化学工业、造纸工业、制盐工业、天然气工业、能源环保工业、轻工机械食品工业和海洋船舶等领域。

Claims (4)

1、一种铬23镍6铁素体-奥氏体不锈钢管，其特征在于：由含有以下组份及重量百分含量的不锈钢材料制造而成：

铬        22％～24％；

镍        5％～7％；

钼        3～4％；

氮        0.15％～0.25％；

碳        ≤0.03％；

锰        1～2％

其余为铁。

2、如权利要求1所述的铬23镍6铁素体-奥氏体不锈钢管，其特征在于：所述的不锈钢管中的铁素体相和奥氏体相的比例为45～55∶55～45。

3、如权利要求1所述的铬23镍6铁素体-奥氏体不锈钢管的制造工艺，以铬23镍6铁素体-奥氏体不锈钢钢坯为原料，主要包括热穿孔、润滑烘干、冷拔/冷轧、热处理、酸洗等工序，其特征在于：

所述的热穿孔工序中，热穿孔温度控制在1150-1200℃，顶头前压缩量控制在5％，辊腰压下量控制在12％，椭圆度控制在1.08～1.11；

所述的润滑烘干工序中，润滑剂由1.5重量份的3号工业脂和10重量份的石灰配制而成；

所述的冷拔/冷轧工序中，冷变形量控制在50％以下；

所述的热处理工序中，制品固溶温度控制在1080℃～1100℃，成品固溶温度控制在1050℃～1100℃；

所述的酸洗工序中，酸洗液配方为：氢氟酸6％～8％重量，硝酸12％～15％重量，余量为水。

4、如权利要求3所述的铬23镍6铁素体-奥氏体不锈钢管的制造工艺，其特征在于：在热穿孔前，先对管坯进行预热，预热时，先缓慢加热到800℃，然后加速升温到1150-1200℃，并保温足够时间，使管坯内外温度几乎一致，再进行热穿孔。