CN102732783B - 抗h2s腐蚀钢及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种厚度大于25mm的抗H2S腐蚀钢及其制备方法。所述方法包括步骤：冶炼钢水，得到按重量百分比计由0.10～0.14％的C、0.17～0.37％的Si、1.35～1.55％的Mn、0.03～0.05％的Nb、0.02～0.05％的Al、0.0008～0.0020％的B、不大于0.015％的P、不大于0.005％的S、不大于0.010％的N以及余量的Fe和不可避免的杂质组成的目标钢水；浇注以形成铸坯；轧制铸坯形成轧制件；对轧制件进行淬火和回火处理，其中，淬火介质为水，淬火温度为900～920℃，回火温度为640～680℃。本发明的抗H2S腐蚀钢具有良好的力学性能和抗H2S腐蚀性能，能够适应H2S含量高的油气运输的要求；本发明的厚度大于25mm的抗H2S腐蚀钢的制备方法能够确保产品内外部性能的一致性，并且能够降低生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及抗H2S腐蚀钢，更具体地讲，涉及一种厚度大于25mm的抗H2S腐蚀钢及其制备方法。
背景技术
通常，抗H2S腐蚀钢(例如，抗H2S腐蚀无缝管线钢)具有抗H2S腐蚀的性能，其广泛应用于石油、天然气的开采和运输领域以及其它存在H2S的环境或介质中。
以石油、天然气领域为例，随着石油天然气资源的不断开采，酸性油气田不断增加，油气中的H2S含量越来越高。H2S不仅导致金属材料突发性的硫化物应力开裂，而且其毒性也威胁着人身安全。因此，对抗H2S腐蚀钢性能的要求亦越来越高。
在现有技术中，对于壁厚大于25mm的抗H2S腐蚀管线钢而言，由于受碳当量的限制，淬火时冷却能力受限，难已保证充分均匀淬透而造成心部组织与外表面不一致，从而造成管线钢的诸如强度、抗腐蚀性和/或冲击韧性等性能不符合要求。此外，在现有技术中，通常会采用向钢中添加Mo等高价格合金元素以提高淬透性，然而，这也导致成本的增加。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题中的一个或多个，提出本发明。本发明可以广泛应用于高酸性油气田领域，解决高H2S腐蚀的油气输送厚壁无缝管线钢问题。
本发明的一方面提供了一种厚度大于25mm的抗H2S腐蚀钢的制备方法，所述方法包括以下步骤：冶炼钢水，得到按重量百分比计由0.10～0.14％的C、0.17～0.37％的Si、1.35～1.55％的Mn、0.03～0.05％的Nb、0.02～0.05％的Al、0.0008～0.0020％的B、不大于0.015％的P、不大于0.005％的S、不大于0.010％的N以及余量的Fe和不可避免的杂质组成的目标钢水；浇注以形成铸 坯；轧制铸坯形成轧制件；对轧制件进行淬火和回火处理，其中，淬火介质为水，淬火温度为900～920℃，回火温度为640～680℃。
本发明的另一方面提供了一种厚度大于25mm的抗H2S腐蚀钢的制备方法，所述方法包括以下步骤：冶炼钢水，得到按重量百分比计由0.10～0.14％的C、0.17～0.37％的Si、1.35～1.55％的Mn、0.03～0.05％的Nb、0.02～0.05％的Al、0.0008～0.0020％的B、不大于0.015％的P、不大于0.005％的S、不大于0.010％的N、不大于0.20％的Cu、不大于0.30％的Ni、不大于0.30％的Cr、不大于0.10％的Mo、不大于0.03％的V、不大于0.06％的Ti以及余量的Fe和不可避免的杂质组成的目标钢水，并且所述目标钢水中的各元素含量满足Pcm＝C+Si/30+(Mn+Cr+Cu)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B≤0.24％及CEV＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15≤0.43％；浇注以形成铸坯；轧制铸坯形成轧制件；对轧制件进行淬火和回火处理，其中，淬火介质为水，淬火温度为900～920℃，回火温度为640～680℃。
在本发明的抗H2S腐蚀钢的制备方法的一个示例性实施例，所述轧制步骤依次包括加热、穿孔和终轧工序，所述终轧工序的温度为850～950℃。
在本发明的抗H2S腐蚀钢的制备方法的一个示例性实施例，所述冶炼钢水步骤包括初步冶炼和二次精炼工序，其中，所述初步冶炼工序通过电炉或转炉实现，所述二次精炼工序通过钢包精炼炉和真空脱气炉实现。
在本发明的抗H2S腐蚀钢的制备方法的一个示例性实施例，在所述初步冶炼工序中，将冶炼终点时钢水成分中的C和P按重量百分比计分别控制为C≥0.05％、P≤0.010％；在所述二次精炼工序中，将钢水成分中的Al按重量百分比计控制为0.02～0.05％并使用Ca-Si线对钢水进行钙处理。
本发明的另一方面提供了一种厚度大于25mm的抗H2S腐蚀钢，所述抗H2S腐蚀钢按重量百分比计由0.10～0.14％的C、0.17～0.37％的Si、1.35～1.55％的Mn、0.03～0.05％的Nb、0.02～0.05％的Al、0.0008～0.0020％的B、不大于0.015％的P、不大于0.005％的S、不大于0.010％的N以及余量的Fe和不可避免的杂质组成。
本发明的另一方面提供了一种厚度大于25mm的抗H2S腐蚀钢，所述抗H2S腐蚀钢按重量百分比计由0.10～0.14％的C、0.17～0.37％的Si、1.35～1.55％的Mn、0.03～0.05％的Nb、0.02～0.05％的Al、0.0008～0.0020％的B、不大于0.015％的P、不大于0.005％的S、不大于0.010％的N、不大于0.20％的Cu、 不大于0.30％的Ni、不大于0.30％的Cr、不大于0.10％的Mo、不大于0.03％的V、不大于0.06％的Ti以及余量的Fe和不可避免的杂质组成，并且所述抗H2S腐蚀钢中的各元素含量满足Pcm＝C+Si/30+(Mn+Cr+Cu)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B≤0.24％及CEV＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15≤0.43％。
在本发明的厚度大于25mm的抗H2S腐蚀钢的一个示例性实施例中，所述抗H2S腐蚀钢为无缝管线钢。
在本发明的厚度大于25mm的抗H2S腐蚀钢的一个示例性实施例中，所述抗H2S腐蚀钢的厚度小于40mm。
与现有技术相比，本发明的厚度大于25mm的抗H2S腐蚀钢具有良好的力学性能和抗H2S腐蚀性能，能够适应H2S含量高的油气运输的要求；本发明的厚度大于25mm的抗H2S腐蚀钢的制备方法能够确保产品内外部性能的一致性，并且能够降低生产成本。
具体实施方式
在下文中，将通过示例性的描述来对本发明的厚度大于25mm的抗H2S腐蚀钢及其制备方法进行详细的解释和说明。
在本发明的一个示例性实施例中，厚度大于25mm的抗H2S腐蚀钢按重量百分比计由0.10～0.14％的C、0.17～0.37％的Si、1.35～1.55％的Mn、0.03～0.05％的Nb、0.02～0.05％的Al、0.0008～0.0020％的B、不大于0.015％的P、不大于0.005％的S、不大于0.010％的N以及余量的Fe和不可避免的杂质组成。
在本发明的另一个示例性实施例中，厚度大于25mm的抗H2S腐蚀钢按重量百分比计由0.10～0.14％的C、0.17～0.37％的Si、1.35～1.55％的Mn、0.03～0.05％的Nb、0.02～0.05％的Al、0.0008～0.0020％的B、不大于0.015％的P、不大于0.005％的S、不大于0.010％的N、不大于0.20％的Cu、不大于0.30％的Ni、不大于0.30％的Cr、不大于0.10％的Mo、不大于0.03％的V、不大于0.06％的Ti以及余量的Fe和不可避免的杂质组成，并且所述抗H2S腐蚀钢中的各元素含量满足式1和式2，其中，式1为：冷裂纹系数Pcm＝C+Si/30+(Mn+Cr+Cu)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B≤0.24％；式2为：碳当量CEV＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15≤0.43％。
此外，所述抗H2S腐蚀钢可以为无缝管线钢。
优选地，所述抗H2S腐蚀钢的厚度小于40mm。
在本发明的一个示例性实施例中，制备厚度大于25mm的抗H2S腐蚀钢的方法包括以下步骤：冶炼钢水，得到按重量百分比计由0.10～0.14％的C、0.17～0.37％的Si、1.35～1.55％的Mn、0.03～0.05％的Nb、0.02～0.05％的Al、0.0008～0.0020％的B、不大于0.015％的P、不大于0.005％的S、不大于0.010％的N以及余量的Fe和不可避免的杂质组成的目标钢水；浇注以形成铸坯；轧制铸坯形成轧制件；对轧制件进行淬火和回火处理，其中，淬火介质为水，淬火温度为900～920℃，回火温度为640～680℃。
在本发明的另一个示例性实施例中，制备厚度大于25mm的抗H2S腐蚀钢的方法包括以下步骤：冶炼钢水，得到按重量百分比计由0.10～0.14％的C、0.17～0.37％的Si、1.35～1.55％的Mn、0.03～0.05％的Nb、0.02～0.05％的Al、0.0008～0.0020％的B、不大于0.015％的P、不大于0.005％的S、不大于0.010％的N、不大于0.20％的Cu、不大于0.30％的Ni、不大于0.30％的Cr、不大于0.10％的Mo、不大于0.03％的V、不大于0.06％的Ti以及余量的Fe和不可避免的杂质组成的目标钢水，并且所述目标钢水中的各元素含量满足Pcm＝C+Si/30+(Mn+Cr+Cu)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B≤0.24％及CEV＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15≤0.43％；浇注以形成铸坯；轧制铸坯形成轧制件；对轧制件进行淬火和回火处理，其中，淬火介质为水，淬火温度为900～920℃，回火温度为640～680℃。
此外，为了制备无缝管线钢，在本发明的抗H2S腐蚀钢的制备方法的实施例中，所述轧制步骤还可以依次包括加热、穿孔和终轧工序，并且所述终轧工序的温度为850～950℃。
此外，在本发明的抗H2S腐蚀钢的制备方法的一个实施例中，所述冶炼钢水步骤可以包括初步冶炼和二次精炼工序，其中，所述初步冶炼工序通过电炉或转炉实现，所述二次精炼工序通过钢包精炼炉和真空脱气炉实现。优选地，在所述初步冶炼工序中，将冶炼终点时钢水成分中的C和P按重量百分比计分别控制为C≥0.05％、P≤0.010％；在所述二次精炼工序中，将钢水成分中的Al按重量百分比计控制为0.02～0.05％并使用Ca-Si线(即，钙硅合金线)对钢水进行钙处理。
以下，将描述按照本发明的抗H2S腐蚀钢的制备方法的一个示例性实施 例来生产Φ168.30×28.00mm L360QCS管线钢的过程，以对本发明进行示例性描述。
具体来讲，使用本发明的抗H2S腐蚀钢的制备方法的一个示例性实施例来生产Φ168.30×28.00mm L360QCS管线钢的过程包括以下步骤：
①制坯
电炉或转炉冶炼，钢水终点控制C≥0.05％、P≤0.010％；LF精炼炉精炼和VD真空处理，将成品中Al含量控制在规定范围内(0.02～0.05％)，喂Ca-Si丝0.5～0.7kg/t，出钢温度1595～1610℃，连铸机浇注，中间包温度：1530～1555℃；连铸坯清理。最终得到钢种成分符合要求的连铸园坯，其直径为Φ220mm。本发明的方法不限于此，其它能够得到本发明所需的目标钢水成分的冶炼和精炼工艺均可。
表1中示出了示例1至3的钢坯成分。
表1示例1至3的钢坯化学成分
示例1的钢坯中，Pcm＝0.205，CEV＝0.381。
示例2的钢坯中，Pcm＝0.215，CEV＝0.381。
示例3的钢坯中，Pcm＝0.234，CEV＝0.393。
②轧管
合格连铸坯经环形炉加热、穿孔和终轧制管。
具体来讲，将合格定尺Φ220mm连铸坯在环型加热炉加热，经过穿孔后在入再加热炉加热，最后轧制、定径、精整和包装，连铸坯出环形炉时的温度可以为1220～1250℃，其终轧温度为850～950℃。
③热处理
采用淬火与回火结合的热处理工艺，淬火介质为水，淬火温度为900～920℃，回火温度为640～680℃。
示例1至3的管线钢产品的的规格为Φ168.30×28.00mm，其性能检测结果如表2-4所示。
表2示出了示例1至3的管线钢产品的力学性能。
表2示例1至3的管线钢产品的力学性能
其中，Rt0.5-屈服强度、Rm-抗拉强度、Rt/Rm-曲强比、-50℃10×10横冲--50℃全尺寸横向冲击功、-50℃10×10纵冲--50℃全尺寸纵向冲击功。
硫化物应力腐蚀破裂性能(SSC)检测可以反映钢材产品的抗H2S腐蚀性能。表3示出了示例1至3的管线钢产品的硫化物应力腐蚀破裂性能检测结果。
表3示例1至3的管线钢产品的SSC检测结果
表4的示出了示例1至3的管线钢产品的抗氢致开裂性能(HIC)检测结果。
表4示例1至3的管线钢产品的HIC检测结果
其中，CLR-裂纹长度百分比、CTR-裂纹厚度百分比、CSR-裂纹敏感百分比。
由此可见，本发明的抗H2S腐蚀钢的性能可以达到如下指标：屈服强度：≥390Mpa，抗拉强度：≥450Mpa，屈强比：≤0.90；抗H2S腐蚀性能：HIC：CLR＝0，CTR＝0，CSR＝0；SSC：加载名义屈服强度72％，720h无开裂；夏比V型冲击韧性：-50℃横向全尺寸夏比冲击功≥220J，-50℃纵向全尺寸夏比冲击功≥260J。
综上所述，本发明的厚度大于25mm的抗H2S腐蚀钢具有良好的力学性能和抗H2S腐蚀性能，能够适应H2S含量高的油气运输的要求；本发明的厚度大于25mm的抗H2S腐蚀钢的制备方法能够确保产品内外部性能的一致性，并且能够降低生产成本。本发明的抗H2S腐蚀钢尤其适合作为高酸性油气田用钢或钢管使用，而且具有经济性好、焊接性能优良的特点。
尽管上面已经结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术大员应该清楚，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可以对上述示例性实施例作出各种修改。
Claims (9)
1.一种厚度大于25mm的抗H2S腐蚀钢的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
冶炼钢水，得到按重量百分比计由0.10～0.14％的C、0.17～0.37％的Si、1.35～1.55％的Mn、0.03～0.05％的Nb、0.02～0.05％的Al、0.0008～0.0020％的B、不大于0.015％的P、不大于0.005％的S、不大于0.010％的N以及余量的Fe和不可避免的杂质组成的目标钢水；
浇注以形成铸坯；
轧制铸坯形成轧制件；
对轧制件进行淬火和回火处理，其中，淬火介质为水，淬火温度为900～920℃，回火温度为640～680℃。
2.一种厚度大于25mm的抗H2S腐蚀钢的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
冶炼钢水，得到按重量百分比计由0.10～0.14％的C、0.17～0.37％的Si、1.35～1.55％的Mn、0.03～0.05％的Nb、0.02～0.05％的Al、0.0008～0.0020％的B、不大于0.015％的P、不大于0.005％的S、不大于0.010％的N、不大于0.20％的Cu、不大于0.30％的Ni、不大于0.30％的Cr、不大于0.10％的Mo、不大于0.03％的V、不大于0.06％的Ti以及余量的Fe和不可避免的杂质组成的目标钢水，并且所述目标钢水中的各元素含量满足Pcm＝C+Si/30+(Mn+Cr+Cu)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B≤0.24％及CEV＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15≤0.43％；
浇注以形成铸坯；
轧制铸坯形成轧制件；
对轧制件进行淬火和回火处理，其中，淬火介质为水，淬火温度为900～920℃，回火温度为640～680℃。
3.根据权利要求1或2所述的厚度大于25mm的抗H2S腐蚀钢的制备方法，其特征在于，所述轧制步骤依次包括加热、穿孔和终轧工序，所述终轧工序的温度为850～950℃。
4.根据权利要求1或2所述的厚度大于25mm的抗H2S腐蚀钢的制备方法，其特征在于，所述冶炼钢水步骤包括初步冶炼和二次精炼工序，其中，所述初步冶炼工序通过电炉或转炉实现，所述二次精炼工序通过钢包精炼炉和真空脱气炉实现。
5.根据权利要求4所述的厚度大于25mm的抗H2S腐蚀钢的制备方法，其特征在于，
在所述初步冶炼工序中，将冶炼终点时钢水成分中的C和P按重量百分比计分别控制为C≥0.05％、P≤0.010％；
在所述二次精炼工序中，将钢水成分中的Al按重量百分比计控制为0.02～0.05％并使用Ca-Si线对钢水进行钙处理。
6.一种厚度大于25mm的抗H2S腐蚀钢，其特征在于，所述抗H2S腐蚀钢按重量百分比计由0.10～0.14％的C、0.17～0.37％的Si、1.35～1.55％的Mn、0.03～0.05％的Nb、0.02～0.05％的Al、0.0008～0.0020％的B、不大于0.015％的P、不大于0.005％的S、不大于0.010％的N以及余量的Fe和不可避免的杂质组成。
7.一种厚度大于25mm的抗H2S腐蚀钢，其特征在于，所述抗H2S腐蚀钢按重量百分比计由0.10～0.14％的C、0.17～0.37％的Si、1.35～1.55％的Mn、0.03～0.05％的Nb、0.02～0.05％的Al、0.0008～0.0020％的B、不大于0.015％的P、不大于0.005％的S、不大于0.010％的N、不大于0.20％的Cu、不大于0.30％的Ni、不大于0.30％的Cr、不大于0.10％的Mo、不大于0.03％的V、不大于0.06％的Ti以及余量的Fe和不可避免的杂质组成，并且所述抗H2S腐蚀钢中的各元素含量满足Pcm＝C+Si/30+(Mn+Cr+Cu)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B≤0.24％及CEV＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15≤0.43％。
8.根据权利要求6或7所述的厚度大于25mm的抗H2S腐蚀钢，其特征在于，所述抗H2S腐蚀钢为无缝管线钢。
9.根据权利要求6或7所述的厚度大于25mm的抗H2S腐蚀钢，其特征在于，所述抗H2S腐蚀钢的厚度小于40mm。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |