CN1077230A - 含铬13％的可焊高硬结构钢 - Google Patents

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Abstract

公开了一种无缝钢管或管或容器用扁平产品的 制造方法，这些管或容器确定用来提升、输送或加工 气态或液态的碳氢化合物。所述管或容器具有耐应 力裂缝腐蚀性并有良好的可焊性，其0.2％屈服点至 少为450N/mm2，并使用一种含Ni钢。

Description

本发明涉及一种无缝钢管或者管或容器用扁平产品（带或板）的制造方法，这些管或容器用于提升、输送或加工碳氢化合物。其中，在输送或加工的介质中存在CO2和水以及有时还会有少量H2S时，还会出现腐蚀性条件。
为了在腐蚀性条件下得到碳氢化合物，通常采用有钝态防腐保护（阻化）的低合金钢管或高合金耐腐蚀钢管，以满足对于耐腐蚀性尤其是耐应力裂缝腐蚀的高要求。    一种合适的钢例如可由    DE2616599C2得到。由于贵合金元素的含量高（例如22%Cr，5%Ni，3%Mo），上述应用场合所用这类钢管和容器的造价极高。这些比较高硬的双联钢的C含量通常很低，因此很容易焊接。
用于油田的钢也已公知，它们含0.18-0.22%C和12.5-14%Cr（材料AISI420）。这种材料在潮湿的CO2-环境中具有很高的耐腐蚀性。由于由这种材料制成的管在建筑工地条件下实际上是不能焊接的，因而在连接管子时只能采用螺旋式联接。所以，人们只用这种钢管作输送管，而不作导管。只要在由该管输送的碳氢化合物中含有微量H2S，就可能出现应力裂缝腐蚀造成的损伤，因为这种材料对于这类腐蚀仅有较低的耐腐蚀性。
另外，用于制造钢管的13%铬钢也已公知，这种钢是可焊接的。这里的一个例子是材料AISI410（材料号1.4006），它含有0.08-0.12%C，最多1.0%Mn和12.0-14.0%Cr。由于碳含量低，这种钢的可焊性得到了保证。但非常成问题的是由此所制轧材的热处理，因为这常常导致不均匀的结构，由此造成这种钢在H2S存在时极差的耐应力裂缝腐蚀性。基于这种原因，这种视为防锈耐酸的材料虽可用于泵管、换热器和类似场合，但不能用于碳氢化合物的输送;它只是作为铸造成锻造产品用于钻孔头范围的附件。文献中关于损伤事件的报导已经充分记载了其很低的耐腐蚀性。
最后，JP57-5849公开了一种用制造无缝钢管的钢，其组成如下：
最多    0.015%    C
0.10-0.80%    Si
0.10-2.00%    Mn
最多    0.025%    P
最多    0.010%    S
11.0-17.0%    Cr
0.10-3.00%    Ni
最多    0.015%    N
0.01-0.05%    Nb
0.01-0.10%    Al
其余为铁和常见杂质。
这种钢被描述成可焊接、抗拉伸、有韧性和耐腐蚀性。由它制成的无缝钢管热处理后的屈服极限范围为428-502N/mm2。确保耐腐蚀性的关键在于保持C的上限不超过0.015%和N的上限不超过0.015%。Mo在这种钢中根本不存在。
与此相反，本发明发现，一种具有权利要求1所述组成的钢不仅具有同样优越的耐腐蚀性能、良好的可焊性和韧性，而且可能达到甚至0.2%的屈服点，这明显超过了JP57-5849公开的数值。这归功于一个特别意外的认识，即在已知钢中可多至3.0%的Ni含量的界限必须保持最大值为0.25%。在这种前提下，在权利要求1对其它合金元素所述的数值范围内，可允许C的含量范围为0.015%至0.035%和N的含量范围为0.002至0.02%;由此在机械性能方面开辟了新的可能性。与已知钢的区别在于，本发明所用钢还含有Mo，范围为0.01%至1.2%;优选限定该含量最大值为0.2至0.3%。Mn的最低含量为1.0%，而在已知钢中允许直到0.1%的更低的Mn含量;其上限为2.0%。Cr含量应在12.0至13.8%范围内。添加Nb时，特别优选的数值范围为0.02-0.04%;但允许范围为0.01-0.05%。由于C含量限定为0.015-0.035%，这些钢具有良好的焊接性质。Si的含量为0.15-0.50%，Mn含量为1.0-2.0%。P和S的杂质必须限定最多0.020%及0.003%。
基本上就像本发明确切保持各合金元素预定的含量范围那样，JP57-5849中表示其发明所述钢的比较例具有以下组成：
0.020%    C
0.30%    Si
0.52%    Mn
0.009%    P
0.004%    S
0.73%    Ni
13.1%    Cr
0.026%    Nb
0.025%    Al
0.011%    N
其余为铁和常见杂质。
这种钢被证明是不耐腐蚀的，它与本发明的钢在Mn、Mo和Ni含量上最多约差半个百分点。
在轧制技术加工方面，本发明应用的钢有多种可能性。例如在制造容器或焊接管用板材时，应将原材料加热到1100-1250℃，然后在温度高于1000℃的第一轧制阶段预轧，接着在温度为850-750℃的第二轧制阶段进行最终轧制，其最少变形为30%。
优选使第二轧制阶段这样进行，从大于或等于850℃的终轧温度开始，以至少5K/S的冷却速率加快冷却到200℃以下。进一步的冷却可由空气完成。接着建议进行退火，但并不是强制性需要的。
在本发明另一种优选的工艺变化中，从大于或等于850℃的终轧温度以0.5至2K/S的冷却速率冷却至环境温度。
为了有目的地在窄的范围内调节强度值（例如15    KSi），可在一个特殊的工艺步骤以已知方式对其进行热处理。
下面借助于对比例和试验结果进一步说明本发明。图1和2表示各种钢在不同条件下磨损腐蚀的测量结果。
表1中列出了三种不同的13%铬钢的化学组成，这三种钢名称为410、411和413。钢410相当于本发明，而其它两种钢可视为对比例。钢411与本发明的区别在于Ni含量为2.09%，钢413的区别Mn含量低到0.57%和Ni含量高到4.19%。表2反映了在不同轧制和热处理条件下制得的扁平产品和管子的机械工艺性能。一种用TM-轧制法在1140℃装料并在800℃终轧而成的板不经回火处理就达到了表中第1行操作号410A后所列出的优越机械性能值。将终轧温度降低到750℃（操作号410B），强度值还可进一步提高，但韧性略有下降。由表2下部（操作号410.1至410.5）表示的试验结果说明在不同的条件和相同的轧制条件下淬火和回火对热处理的影响。人们可以清楚地看到所达到的强度和韧性的明显提高。
表3表明，本发明的钢410在耐应力裂缝腐蚀方面明显地优于已知钢411和4B。只有在非常极端的检验条件下（0.01巴H2S和5%NaCl），钢410在90%Rp0.2负荷下1000小时后可能会损失圆拉试样。对比钢则在相当温和的检验条件下就已出现试样损失。
由图1和2可得到本发明的钢在不同条件下的耐磨损腐蚀性与钢411和413以及一种钢X20Cr13的对比情况。参考表1的分析数据可以得出，提高Ni特别是Mo的含量可以降低磨损腐蚀的腐蚀率。如特别是与钢X20Cr13的对比所示，本发明钢的耐腐蚀性能相当好。由表3可知，对比钢411和413的耐磨损腐蚀性虽然较好，但在Ni或Mo含量提高时的耐应力裂缝腐蚀性却明显低于本发明的钢。出人意料的是，本发明成功的原因在于强烈地限制Ni和Mo的含量。对于耐应力裂缝腐蚀性能比耐磨损腐蚀性重要得多的场合，甚至应将Mo含量限制在0.2%以下。
Figure 921148151_IMG1
                表3：应用裂缝腐蚀试验结果
在不变负荷时的圆拉试样
负荷：90%Rp0.2
试验时间：1000h
载气：CO2常压下
符号O：没有鉴定值;X：样品损头
n.g.：未检测

Claims (8)

1、无缝钢管或者管或容器用扁平产品(带或板)的制造方法，这些管或容器确定用来提升、输送或加工气态或液态的碳氢化合物，该化合物中含有CO2和水以及必要时少量的H2S，上述管或容器具有耐应力裂缝腐蚀性并有良好的可焊性，其0.2%屈服点至少为450N/mm2，其中，使用一种其组成如下(重量%)的含Ni钢：
最少  0.015%       C
      0.15-0.50%   Si
最多  2.00%        Mn
最多  0.020%       P
最多  0.003%       S
      12.0-13.8%   Cr
      0.002-0.02%  N
      0.01-0.05%   Nb
其余为铁和常见杂质
其特征在于，
Ni含量最多限定为0.25%，
Mn含量至少为1.0%，
C含量限为0.035%，和
作为附加合金成分还含有0.01-1.2%Mo。
2、权利要求1所述的方法，其特征是，Mo含量限定为最多0.20%。
3、权利要求1或2所述的方法，其特征是，Nb含量限定到0.20%至0.04%之间的一个数值。
4、权利要求1至3中之一所述制造扁平产品的方法，其特征是，将原料加热到1100至1250℃，然后在温度最高为1000℃的第一轧制阶段预轧，接着在温度范围为850-700℃且最小变形为30%的第二轧制阶段进行最终轧制。
5、权利要求1至3中之一所述的方法，其特征是，由至少850℃的终轧温度开始，以至少5K/S的冷却速率加速冷却到200℃以下。
6、权利要求5所述的方法，其特征是，加速冷却后另行回火。
7、权利要求1至3中之一所述的方法，其特征是，由至少850℃的终轧温度开始，以0.5至2K/S的冷却速率冷却到环境温度。
8、权利要求1至4中之一或7所述的方法，其特征是，为了调节到所需强度，使轧制品进行特殊的热处理。
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