CN105624575A - 一种临氢设备用钢 - Google Patents
一种临氢设备用钢 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105624575A CN105624575A CN201410715541.2A CN201410715541A CN105624575A CN 105624575 A CN105624575 A CN 105624575A CN 201410715541 A CN201410715541 A CN 201410715541A CN 105624575 A CN105624575 A CN 105624575A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- steel
- hydrogen
- equipment
- equal
- less
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 72
- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims abstract description 72
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 6
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 abstract description 18
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 abstract description 18
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 16
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 abstract description 3
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005496 tempering Methods 0.000 abstract description 2
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 abstract 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 9
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 6
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 3
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 208000037656 Respiratory Sounds Diseases 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 2
- 238000009749 continuous casting Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 239000010813 municipal solid waste Substances 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 2
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 238000009628 steelmaking Methods 0.000 description 2
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 241001417490 Sillaginidae Species 0.000 description 1
- 241001062472 Stokellia anisodon Species 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003556 assay Methods 0.000 description 1
- 229910001563 bainite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005587 bubbling Effects 0.000 description 1
- 229910052729 chemical element Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000036425 denaturation Effects 0.000 description 1
- 238000004925 denaturation Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000005242 forging Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 238000005984 hydrogenation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000005204 segregation Methods 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 1
Landscapes
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Abstract
本发明提供一种临氢设备用钢，其特征在于，其化学成分重量百分比含量为：C：0.07～0.10％、Si≤0.10％、Mn：0.30～0.50％、Cr：2.00～2.50％、Mo：0.90～1.10％、V：0.02～0.05％、Ti：0.10～0.30％、P≤0.007％、S≤0.003％，Als：0.02～0.04％、RE：0.06～0.20％，其余为Fe及不可避免的杂质。本发明临氢设备用钢中可形成弥散分布碳化物，可极大消除钢中有害杂质元素，采用本发明临氢设备用钢生产的钢板具有较低的回火脆性，在碳含量相对较低的情况下，依然具有较好的常规和高温力学性能，并具有优异的抗氢脆和抗氢蚀性能。
Description
技术领域
本发明属于冶金工艺技术领域，尤其涉及一种专门用于制造临氢设备的用钢。
背景技术
石油、化工、煤炭液化等行业主要生产设施有容器和管道，此类容器内主要为含氢的气态或液态介质，这些介质在高温、高压下完成合成或裂解等化学反应，这类容器通常称为临氢设备，而这些设备的制造材料均选用Cr-Mo钢。
目前，最常用的临氢设备用Cr-Mo钢主要是2.25Cr-1Mo，即12Cr2Mo1R钢。通过对12Cr2Mo1R钢的专利检索，目前相类似的专利共有7个。其申请号分别为201310060113.6、201110095308.5、200710046655.2、201010598263.9、201010289116.3、201110190491.7和201310083418.9。这些专利都是对现有12Cr2Mo1R钢的化学成分进行细微调整，其抗拉强度均在520～680MPa范围内。而其最高温度极限也只有454℃，当超过该温度后其高温强度大幅下降。特别是在更高温度和压力的氢介质下超长时间运行时，由于钢中缺少有效的捕氢手段，使得运行环境中的氢与钢中的碳发生反应产生甲烷，此类气泡在钢的晶界上形核、长大，彼此聚集形成裂纹，从而导致钢板性能恶化，容易引发生产安全事故。此外，在使用过程中容易产生的另一个问题就是回火脆化，即钢板在长期处于375～575℃温度范围内工作或在该温度缓慢通过时，钢板出现的低温冲击韧性下降的现象。特别是随着世界石油工业设备向自动化大型化的方向发展，所用关键设备—加氢反应器设备的尺寸也愈来愈大，如果还采用原有的12Cr2Mo1R钢板，由于其强度相对较低，使设备壁厚尺寸较大、重量较重，也给制造运输吊装带来困难，且性能不能完全满足要求。
为此，亟需开发出具有更高强度(最大抗拉强度可达800MPa)、更高使用温度(450℃以上)、良好抗回火脆性和抗氢蚀性能的新型2.25Cr-1Mo钢，用于解决上述问题，确保石油、化工、煤炭液化等国家重要能源行业生产的顺利进行。
发明内容
本发明旨在提供一种具有较高常温及高温强度、优异耐氢腐蚀性和极低回火脆性的新型临氢设备用钢。为达此目的，本发明采取了如下解决方案：
一种临氢设备用钢，其特征在于，其化学成分重量百分比含量为：C：0.07～0.10％、Si≤0.10％、Mn：0.30～0.50％、Cr：2.00～2.50％、Mo：0.90～1.10％、V：0.02～0.05％、Ti：0.10～0.30％、P≤0.007％、S≤0.003％，Als：0.02～0.04％、RE：0.06～0.20％，其余为Fe及不可避免的杂质。
上述化学元素的作用分析如下：
C在钢中常与其他合金元素形成碳化物，在室温或高温下能起到强化作用，从保证钢板强度的角度，希望C含量保持在较高的水平上。但较高的C含量则不利于钢板的低温韧性，同时增大了焊接热影响区的硬度和焊缝金属冷裂的敏感性及焊后再加热开裂的敏感性。因此，将C含量限定在0.07～0.10％。
Si在钢中是促进脆化的元素，其在钢中含量的减少不仅可以提高钢板的高温抗拉强度，同时也是降低脆化的有力措施。因此，将Si含量控制在0.10％以下。
Mn在钢中也是促进脆化的元素，但由于其对淬透性有较大的影响，为提高厚规格钢板的淬透性、防止钢中大量产生铁素体，需要在钢中保留一定量，因此将Mn限定在0.30～0.50％。
Cr是保证钢板高温抗氧化性、高温耐腐蚀性和高温强度必不可少的元素。通过适当的热处理可以使Cr-Mo钢具有较高的强度和综合力学性能。因此将Cr限定在2.00～2.50％。
Mo是提供高温强度的最重要元素之一，同时还能强烈抑制珠光体转变，使钢极易获得贝氏体组织，因而提高了Cr-Mo钢的综合力学性能。此外，Mo还能改善钢的回火稳定性，减弱和消除含Cr钢的回火脆化。因此将Mo限定在0.90～1.10％。
V在钢中是微合金元素，具有良好的强化效果。其细晶强化和第二相强化作用能够弥补由于降C对钢板强度造成的损害。特别是当钢中加入适当的Ti后，由于Ti的存在对V的回溶有拖拽作用，提高了V的碳氮化物的热稳定性，使得钢板的高温拉伸得到明显提高，因此将V限定在0.02～0.05％。
Ti在钢中主要是通过细微弥散分布析出TiC的不可逆氢陷阱作用和细化晶粒作用，来改善钢板的抗氢脆性能。一般来说，金属或合金中都存在位错、晶界、夹杂物界面、碳化物界面等缺陷，通常称为氢陷阱。这些陷阱可将氢吸收到自己的周围，防止足够的氢向易萌生裂纹的潜在危险部位集中。而TiC是钢中陷阱能最高的析出物，其很稳定，不易分解，特别是其在钢中呈弥散分布，增大了碳化物晶界，使得氢陷阱数量增多，降低了钢板的氢脆敏感性。此外，侵入钢中的H和C反应生产甲烷气泡，聚集于晶界空穴和非金属夹杂物附近，形成了很高的局部应力，从而诱发晶界断裂，甚至产生龟裂、裂纹或鼓泡，导致钢板性能恶化。而钢中加入大量的Ti，能在晶界及晶内析出稳定的碳化物，不但有效的抑制了甲烷的形成，而且遏制了气泡的形核、生成速率、密度和大小。另外，其弥散分布在晶界和晶内的碳化物使晶界没有形成枯竭带，强化并提高了晶界强度，改善了抗氢蚀性能。
P是钢中的脆化元素，随着其含量的增加，钢板回火脆化的倾向增大，故其含量越低越好。但考虑到成本因素和满足使用需求，因此P的含量控制在0.007％以下。
S作为钢中有害夹杂对钢的低温韧性具有很大的损害，但考虑到炼钢可操作性、炼钢成本等因素，因此S含量控制在0.003％以下。
Al作为钢中脱氧元素，在钢中形成AlN可有效细化晶粒。因此Al含量控制在0.02～0.04％。
RE作为钢中的净化元素，能够与钢液中的O、S、As、Sn、Sb等有害元素反应生产化合物，作为夹杂物从钢液中排出，极大的净化了钢质，最大限度的减轻了钢板的回火脆化倾向。它的变性作用还能减轻或消除元素偏析和组织不均匀及细化晶粒。另外，稀土的加入还能提高钢板的抗氧化性、高温强度及蠕变强度。因此RE含量控制在0.06～0.20％。
本发明采用电炉或氧气转炉冶炼，浇注成钢锭或钢坯，然后进行锻造或轧制成成品钢板。
本发明的有益效果为：
1、本发明可极大消除钢中有害杂质元素，采用本发明临氢设备用钢生产的钢板具有较低的回火脆性。
2、本发明在碳含量相对较低的情况下，依然具有较好的常规和高温力学性能。
3、本发明临氢设备用钢中可形成弥散分布碳化物，使成型后钢板具有优异的抗氢脆和抗氢蚀性能。
具体实施方式
本发明的新型临氢设备用钢，其化学成分重量百分比含量为：C：0.07～0.10％、Si≤0.10％、Mn：0.30～0.50％、Cr：2.00～2.50％、Mo：0.90～1.10％、V：0.02～0.05％、Ti：0.10～0.30％、P≤0.007％、S≤0.003％，Als：0.02～0.04％、RE：0.06～0.20％，其余为Fe及不可避免的杂质。
根据本发明所设计的化学成分范围进行配料，在氧气转炉上冶炼出300mm断面的连铸坯。为了对比，在同设备同样条件下还冶炼了1炉300mm断面的12Cr2Mo1R连铸坯作为对比例，其具体的化学成分如表1～3所示。随后在5500mm宽厚板轧机轧制成100mm厚度规格的钢板，通过正火+回火热处理后分别进行各项力学性能试验，其检验结果分别列入表4～7。
表1实施例与对比例钢的化学成分wt％
表2实施例与对比例钢中有害元素wt％
表3实施例与对比例钢中气体含量
表4实施例与对比例钢板厚度1/2处常规力学性能
表5实施例与对比例钢板高温拉伸性能
表6实施例与对比例钢板回火脆性评定
表7实施例与对比例钢板应力腐蚀结果
。
Claims (1)
1.一种临氢设备用钢，其特征在于，其化学成分重量百分比含量为：
C：0.07～0.10％、Si≤0.10％、Mn：0.30～0.50％、Cr：2.00～2.50％、Mo：0.90～1.10％、V：0.02～0.05％、Ti：0.10～0.30％、P≤0.007％、S≤0.003％，Als：0.02～0.04％、RE：0.06～0.20％，其余为Fe及不可避免的杂质。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410715541.2A CN105624575A (zh) | 2014-12-01 | 2014-12-01 | 一种临氢设备用钢 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410715541.2A CN105624575A (zh) | 2014-12-01 | 2014-12-01 | 一种临氢设备用钢 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105624575A true CN105624575A (zh) | 2016-06-01 |
Family
ID=56039915
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201410715541.2A Pending CN105624575A (zh) | 2014-12-01 | 2014-12-01 | 一种临氢设备用钢 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105624575A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109825675A (zh) * | 2019-04-04 | 2019-05-31 | 中国原子能科学研究院 | 用于快堆蒸汽发生器的换热管及其制备方法 |
| WO2022179560A1 (zh) * | 2021-02-25 | 2022-09-01 | 宝山钢铁股份有限公司 | 一种高温设备用钢板及其制造方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000212680A (ja) * | 1999-01-19 | 2000-08-02 | Kawasaki Steel Corp | バウシンガ―効果による降伏応力低下が少ない非調質高張力鋼板およびその製造方法 |
| CN103643127A (zh) * | 2013-10-22 | 2014-03-19 | 内蒙古包钢钢联股份有限公司 | 500MPa级临氢设备用厚钢板及其生产方法 |
| WO2014156187A1 (ja) * | 2013-03-29 | 2014-10-02 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 鋼材および水素用容器ならびにそれらの製造方法 |
-
2014
- 2014-12-01 CN CN201410715541.2A patent/CN105624575A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000212680A (ja) * | 1999-01-19 | 2000-08-02 | Kawasaki Steel Corp | バウシンガ―効果による降伏応力低下が少ない非調質高張力鋼板およびその製造方法 |
| WO2014156187A1 (ja) * | 2013-03-29 | 2014-10-02 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 鋼材および水素用容器ならびにそれらの製造方法 |
| CN103643127A (zh) * | 2013-10-22 | 2014-03-19 | 内蒙古包钢钢联股份有限公司 | 500MPa级临氢设备用厚钢板及其生产方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 重庆钢铁股份有限公司等起草: "锅炉和压力容器用钢板，GB713-2008", 《中华人民共和国国家标准》 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109825675A (zh) * | 2019-04-04 | 2019-05-31 | 中国原子能科学研究院 | 用于快堆蒸汽发生器的换热管及其制备方法 |
| WO2022179560A1 (zh) * | 2021-02-25 | 2022-09-01 | 宝山钢铁股份有限公司 | 一种高温设备用钢板及其制造方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103667953B (zh) | 一种低环境裂纹敏感性超高强韧性海洋系泊链钢及其制造方法 | |
| AU2013302197B2 (en) | Method for producing molten steel having high wear resistance and steel having said characteristics | |
| AU2014294080B2 (en) | High-strength steel material for oil well and oil well pipes | |
| CN108950432B (zh) | 一种高强度、高韧性低合金耐磨钢的制造方法 | |
| CN103266278A (zh) | 一种调质型管线钢板及其生产方法 | |
| CN104264072B (zh) | 一种600hb级耐磨钢板及其制备方法 | |
| CN104357742B (zh) | 420MPa级海洋工程用大厚度热轧钢板及其生产方法 | |
| CN107988558B (zh) | 一种厚壁调质深海管线用平板及其生产方法 | |
| CN102294554A (zh) | -40℃具有良好冲击性能的80Kg级气体保护焊丝及盘条 | |
| CA2830155A1 (en) | Carburization resistant metal material | |
| CN104928602A (zh) | 一种耐h2s腐蚀的管线钢宽厚板及其生产方法 | |
| CN101006192A (zh) | 焊接性和韧性均优异的抗拉强度为550MPa级以上的高强度钢材及其制造方法 | |
| CN102230134B (zh) | 一种大规格高性能四级海洋系泊链钢的加工工艺 | |
| JP2013534563A (ja) | 高降伏強度及び高硫化物誘導性応力亀裂耐性を有する低合金鋼 | |
| CN106435396B (zh) | 一种耐高温抗硫化氢腐蚀的压力容器用钢板及其制造方法 | |
| CN102400062B (zh) | 低屈强比超高强度x130管线钢 | |
| EP2803741B1 (en) | Method of post weld heat treatment of a low alloy steel pipe | |
| CN101984124A (zh) | 耐腐蚀抗挤套管 | |
| CA3032502C (en) | Sucker rod steel and manufacturing method thereof | |
| CN102676925A (zh) | 一种大壁厚海底管线钢板及其生产方法 | |
| CN105624575A (zh) | 一种临氢设备用钢 | |
| WO2019179354A1 (zh) | 一种耐低温高强高韧油套管及其制造方法 | |
| CN102839333B (zh) | 一种钢材、包括其的抽油杆、及钢材的应用 | |
| CN115572905A (zh) | 一种690MPa级耐回火低温调质钢及其制造方法 | |
| CN109055869B (zh) | 一种炼化加热炉炉管用宽规格耐热钢板及其生产方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20160601 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |