CN103060695A

CN103060695A - 一种石油炼化用合金无缝钢管的生产方法

Info

Publication number: CN103060695A
Application number: CN2013100126611A
Authority: CN
Inventors: 胡茂会; 郭元蓉; 詹勇; 邹友富; 吴红; 杨文明; 苏卫; 鄢勇
Original assignee: Pangang Group Chengdu Steel and Vanadium Co Ltd
Current assignee: Pangang Group Chengdu Steel and Vanadium Co Ltd
Priority date: 2013-01-14
Filing date: 2013-01-14
Publication date: 2013-04-24
Anticipated expiration: 2033-01-14
Also published as: CN103060695B

Abstract

本发明提供了一种外径在140mm以上的石油炼化用合金无缝钢管的生产方法，所述生产方法包括：将管坯制成钢管后，进行正火加回火热处理，其中，所述管坯的化学成分按重量百分比计为：C：0.09～0.13%、Si：0.35～0.50%、Mn：0.35～0.50%、P：0～0.015%、S：0～0.005%、Cr：8.60～9.2%、Mo：0.94～1.05%、Cu≤0.10%、Al≤0.02%、Ni≤0.20%以及余量的Fe和不可避免的杂质；所述热处理过程中正火温度为980±10℃，正火保温时间为50~70min，回火温度为795±10℃，回火保温时间为220~260min，回火保温后先在热处理炉内以40~55/小时的降温速度降温至675~685℃，然后出炉空冷。采用本发明方法制备得到的石油炼化用合金无缝钢管在具有高强度的同时具有良好的冲击韧性、合适硬度和700℃高温拉伸性能，可长期在高温高压及临氢环境下运行。

Description

一种石油炼化用合金无缝钢管的生产方法

技术领域

本发明涉及无缝钢管生产技术领域，更具体地讲，涉及一种抗腐蚀以及具有高强度、高韧性且硬度不大于210HB的石油炼化用合金无缝钢管的生产方法。

背景技术

随着我国石化工业的飞速发展，石油炼化开始大量采用进口高硫原油进行加工，例如中东原油，其平均硫含量达到2.0%以上。为满足环保要求，石油制品必需低硫化，因此需采用高温高压的脱硫工艺，以获得低硫的石油制品。而石油炼化设备（例如，加氢裂化、加氢精制、制氢、重整、催化、乙烯、焦化等装置）及其配套的管道长期在高温高压及临氢条件下运行，会出现材质劣化使其性能下降以及被氢和硫化氢腐蚀的问题（例如，氢腐蚀、氢脆、硫化氢腐蚀致壁厚减薄等）。因此需要选用具有更高抗氢、抗H2S腐蚀和耐高温氧化性能的管材。

在现有技术中，通常选用1Cr5Mo作为原材料，然而，其抗氧化性以及抗腐蚀性以及高温持久强度、抗蠕变性能等方面不足以满足长期在高温高压及临氢环境下运行的要求，如果仅增加其含铬量，虽然可以一定程度改善上述不足，但仍难以满足石油炼化用无缝钢管的相关要求（例如，不仅具有高的抗腐蚀性能、较高强度和冲击韧性，且其硬度不大于210HB，在700℃下的屈服强度≥55Mpa，抗拉强度≥97Mpa）。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术的不足，而提供一种满足石油炼化用合金无缝钢管相关要求的无缝钢管的生产方法。

本发明提供了一种石油炼化用合金无缝钢管的生产方法，所述合金无缝钢管的外径在140mm以上，所述生产方法包括将管坯制成钢管后，进行正火加回火热处理，其中，所述管坯的化学成分按重量百分比计为：C：0.09～0.13%、Si：0.35～0.50%、Mn：0.35～0.50%、P：0～0.015%、S：0～0.005%、Cr：8.60～9.2%、Mo：0.94～1.05%、Cu≤0.10%、Al≤0.02%、Ni≤0.20%以及余量的Fe和不可避免的杂质；所述热处理过程中，正火温度为980±10℃，正火保温时间为50~70min，回火温度为795±10℃，回火保温时间为220~260min，回火保温后先在热处理炉内以40~55℃/小时的降温速度降温至675~685℃，然后出炉空冷。

根据本发明的石油炼化用合金无缝钢管的一个实施例，所述管坯的化学成分按重量百分比计优选为：C：0.11~0.12%、Si：0.35~0.40%、Mn：0.40~0.45%、P≤0.013%、S≤0.004%、Cr：8.80~9.0%、Mo：0.96~1.02%、Cu≤0.10%、Al≤0.02%。

与现有技术相比，本发明的石油炼化用合金无缝钢管的生产方法制备的无缝钢管在具有高强度的同时具有良好的冲击韧性、合适的硬度和700℃高温拉伸性能，可以长期在高温高压及临氢环境下运行。

具体实施方式

以下，将结合示例性实施例来描述本发明的石油炼化用合金无缝钢管的生产方法。

根据标准对石油炼化用合金无缝钢管的性能要求，采用完全或等温退火的热处理工艺，其金相组织为铁素体加碳化物，不能满足高硫原油炼化装置的高温强度要求；而采用一般的正火加回火热处理工艺，其金相组织为回火马氏体，高温性能满足要求，但硬度大于210HB，既不利于焊接，也不利于抗腐蚀。因而，本发明的方法主要通过控制无缝钢管的化学成分同时配合使用合理的热处理制度，兼顾高强度、合适的硬度（硬度不大于210HB）、高抗腐蚀的综合性能，以获得石油炼化用合金无缝钢管。

在本发明方法生产外径在140mm以上的石油炼化用合金无缝钢管的一个示例中，生产工艺流程包括：电弧炉冶炼→LF炉精炼→真空脱气→轧制/锻制管坯→轧管→热处理→精整→探伤、检查→钢管成品。

其中，控制管坯的化学成分按重量百分比计为：C：0.09～0.13%、Si：0.35～0.50%、Mn：0.35～0.50%、P：0～0.015%、S：0～0.005%、Cr：8.60～9.2%、Mo：0.94～1.05%、Cu≤0.10%、Al≤0.02%、Ni≤0.20%以及余量的Fe和不可避免的杂质。

控制管坯的化学成分在上述范围内的原因是：若C含量过高，正火加回火热处理后，将显著提高合金钢管的硬度，其硬度值高于210HB，并且过高的C含量会导致焊接性能和高温塑性降低，因此将C含量控制在0.09～0.13%范围内；加入Cr能够显著提高钢的抗氧化性能和抗腐蚀性能，提高钢的持久强度，但Cr含量过高不仅增加成本，而且会增加钢管的硬度，因此将Cr含量控制在8.60~9.2%；将Mo含量控制在0.94～1.05%可以提高钢的耐热性能和高温强度，同时也提高钢的常温强度和硬度；若S含量高于0.005%，将损害钢的抗腐蚀性能使钢表面产生坑蚀，另外，S与金属形成的硫化物熔点较低，在钢液凝固时形成连续的或不完全连续的网状组织，在锻轧加工加热时容易过热和过烧，同时在焊接过程中，硫易于氧化，产生SO₂气体逸出，以致在焊接金属中产生很多气孔和疏松，导致焊缝的热裂，因此S含量控制在0.005%以下。

优选地，管坯的化学成分按重量百分比计为：C：0.11~0.12%、Si：0.35~0.40%、Mn：0.40~0.45%、P≤0.013%、S≤0.004%、Cr：8.80~9.0%、Mo：0.96~1.02%、Cu≤0.10%、Al≤0.02%。

上述热处理为正火加回火，正火温度为980±10℃，正火保温时间为50~70min，回火温度为795±10℃，回火保温时间为220~260min，回火保温后先在热处理炉内以40~55℃/小时的降温速度降温至675~685℃，然后出炉空冷。

由于该合金钢管的合金含量较高，AC₃在935℃左右，因此将正火温度控制在AC₃以上的970~990℃范围内，有利于合金元素固溶和扩散、均匀地分布在奥氏体内，以弥散均匀的碳化物析出，达到强韧化效果，保证拉伸强度和良好的冲击韧性。若正火温度过低，不利于充分奥氏体化和合金元素扩散均匀，影响正火效果；若温度过高，易发生过热、晶粒粗大的问题，对钢管性能产生不良影响。正火处理后宜采用高温回火得到回火马氏体，以满足较高的强度和良好的塑韧性能要求。但高温回火的温度不能超过AC₁（AC₁在902℃），因此，将回火温度控制在785~805℃。若回火温度过高，将出现加热温度超过AC₁相变点发生“过温回火”问题；若温度过低，则达不到高温回火的工艺要求，不能满足产品的组织和性能要求。

下面结合示例对本发明的示例性实施例进行进一步说明。

示例1

采用本发明的方法生产外径为141mm的石油炼化用合金无缝钢管。首先，通过冶炼和轧制/锻制得到管坯，管坯的化学成分按重量百分比计为：C：0.12%、Si：0.35%、Mn：0.35%、P：0.010%、S：0.003%、Cr：8.80%、Ni：0.09%、Cu：0.06%、Mo：0.97%以及余量的Fe和不可避免的杂质。

将管坯制成钢管后进行正火加回火热处理，其中，正火温度为970℃，正火保温时间为70min，回火温度为785℃，回火保温时间为260min，回火保温后先在热处理炉内以55℃/小时的降温速度降温至675℃，然后出炉空冷。

热处理后的无缝钢管的性能检测结果见表1～表3。

示例2

采用本发明的方法生产外径为219mm的石油炼化用合金无缝钢管。首先，通过冶炼和轧制/锻制得到管坯，管坯的化学成分按重量百分比计为：C：0.09%、Si：0.42%、Mn：0.42%、P：0.009%、S：0.002%、Cr：9.00%、Ni：0.08%、Cu：0.05%、Mo：0.99%以及余量的Fe和不可避免的杂质。

将管坯制成钢管后进行正火加回火热处理，其中，正火温度为980℃，正火保温时间为60min，回火温度为795℃，回火保温时间为240min，回火保温后先在热处理炉内以50℃/小时的降温速度降温至680℃，然后出炉空冷。

热处理后的无缝钢管的性能检测结果见表1～表3。

示例3

采用本发明的方法生产外径为406mm的石油炼化用合金无缝钢管。首先，通过冶炼和轧制/锻制得到管坯，管坯的化学成分按重量百分比计为：C：0.13%、Si：0.50%、Mn：0.50%、P：0.014%、S：0.004%、Cr：8.90%、Ni：0.07%、Cu：0.07%、Mo：1.02%以及余量的Fe和不可避免的杂质。

将管坯制成钢管后进行正火加回火热处理，其中，正火温度为990℃，正火保温时间为50min，回火温度为805℃，回火保温时间为220min，回火保温后先在热处理炉内以40℃/小时的降温速度降温至685℃，然后出炉空冷。

热处理后的无缝钢管的性能检测结果见表1～表3。

表1示例1～3的无缝钢管的常温拉伸性能、常温冲击性能、硬度

示例	屈服强度/MPa	抗拉强度/MPa	延伸率/%	20℃冲击功/J	硬度/HB
						1	547	637	34.9	145	201
2	530	654	31.9	193	198
						3	495	677	32.4	213	192

表2示例1～3的无缝钢管的在700℃条件下的高温拉伸性能

示例	屈服强度/MPa	抗拉强度/MPa	延伸率/%
				1	84	196	46.7
2	86	201	46.1
				3	89	203	45.8

表3示例1～3的无缝钢管稳定的非金属夹杂检验结果

从表1～表3可以看出，本发明的石油炼化用合金无缝钢管生产方法制备的合金无缝钢管钢质纯净，在常温下的屈服强度不小于490MPa、抗拉强度不小于630MPa、延伸率不小于31%、20℃的冲击功不小于140J、硬度在190~205HB，并且，在700℃下的屈服强度不小于80MPa、抗拉强度不小于190MPa、延伸率不小于40%。即在具有高强度的基础上，同时具有良好的冲击韧性和700℃高温拉伸性能，完全满足石油炼化用合金无缝钢管的相关要求，可长期在高温高压及临氢环境下运行。

与常规无缝钢管的生产方法相比，本发明的石油炼化用合金无缝钢管的生产方法主要通过控制石油炼化用合金无缝钢管的化学成分，以及结合采用正火加回火的热处理工艺进行生产，获得可以在高温高压以及临氢的环境下适用的合金无缝钢管。其中，除上述调整化学成分和采用特殊的热处理外，其余步骤可与常规无缝钢管的生产方法相同。

综上所述，本发明石油炼化用合金无缝钢管的常温力学性能、常温冲击性能和700℃高温拉伸性能以及钢质纯净度，完全满足石油炼化装置高抗腐蚀、良好的高温性能和合适的硬度等特殊质量要求，可广泛应用于炼油及石油化工行业在高温高压及临氢环境下工作的设备及管道，具有广阔的应用前景。

尽管上面已经结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改。

Claims

1.一种石油炼化用合金无缝钢管的生产方法，所述合金无缝钢管的外径在140mm以上，其特征在于，所述生产方法包括将管坯制成钢管后，进行正火加回火热处理，

其中，所述管坯的化学成分按重量百分比计为：C：0.09～0.13%、Si：0.35～0.50%、Mn：0.35～0.50%、P：0～0.015%、S：0～0.005%、Cr：8.60～9.2%、Mo：0.94～1.05%、Cu≤0.10%、Al≤0.02%、Ni≤0.20%以及余量的Fe和不可避免的杂质；

所述热处理过程中，正火温度为980±10℃，正火保温时间为50~70min，回火温度为795±10℃，回火保温时间为220~260min，回火保温后先在热处理炉内以40~55℃/小时的降温速度降温至675~685℃，然后出炉空冷。

2.根据权利要求1所述的石油炼化用合金无缝钢管的生产方法，其特征在于，所述管坯的化学成分按重量百分比计为：C：0.11~0.12%、Si：0.35~0.40%、Mn：0.40~0.45%、P≤0.013%、S≤0.004%、Cr：8.80~9.0%、Mo：0.96~1.02%、Cu≤0.10%、Al≤0.02%。