CN108677094B

CN108677094B - 一种炼化重整装置工艺管道用钢板及其生产方法

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Publication number: CN108677094B
Application number: CN201810892055.6A
Authority: CN
Inventors: 王储; 艾芳芳; 胡昕明; 段江涛; 欧阳鑫; 李广龙; 孙殿东
Original assignee: Angang Steel Co Ltd
Current assignee: Angang Steel Co Ltd
Priority date: 2018-08-07
Filing date: 2018-08-07
Publication date: 2020-02-18
Anticipated expiration: 2038-08-07
Also published as: CN108677094A

Abstract

本发明提供了一种炼化重整装置工艺管道用钢板及其生产方法,该钢板成分按重量百分比计:C 0.08％～0.12％、Si 0.10～0.30％、Mn 0.40％～0.60％、P≤0.010％、S≤0.002％、Cr 1.65％～1.95％、Mo 1.20％～2.00％、V 0.10％～0.20％、W 0.05％～0.15％、Als 0.015％～0.050％、Sn≤0.01％，余量为Fe及不可避免夹杂，并且其中的P和Sn满足(P+Sn)≤0.014％和抗回火脆化系数：J＝(Si+Mn)(P+Sn)×10⁴≤80。生产方法包括铁水预处理、转炉冶炼、炉外精炼、连铸、铸坯加热、控制轧制、热处理；采用本发明生产的钢板具有良好的强韧配比、常温及高温强度和塑韧性，而且组织稳定，抗回火脆化能力强，制管后能够极大地提高钢管在高温、高压及氢腐蚀环境下等苛刻环境下的使用寿命。

Description

一种炼化重整装置工艺管道用钢板及其生产方法

技术领域

本发明属于金属材料领域，尤其涉及一种炼化重整装置工艺管道用钢板及其生产方法。

背景技术

石油炼化的目的就是将原油转变为成品油及化工用品，炼化能力的高低体现了一个国家石油炼化行业的发展水平，并直接影响着国民经济的发展和国家能源安全。而炼化装备的发展水平又决定了炼化行业的发展，在整个炼化厂区中，除了众多关键设备外，纵横交错的工艺管道作为整个石油炼化系统的配套部分，像人体的动脉血管一样，将各个工序紧密地链接在一起并时刻输送着各种成品或半成品介质，其中配套连续重整装置的工艺管道是众多管道中应用环境比较苛刻的一种，该部分管道长期处于介质裂解或转化高温(400～600℃)、高压、氢腐蚀和放空常温、常压交替环境，因此需要管道及制管钢板具有足够的常温和高温强度、塑韧性、抗回火脆性及耐氢腐蚀性，才能保证炼化设备的安全性和长寿命，在此之前，一些炼化项目的管道由于采用了强度低、韧性差、抗回火脆性差及抗氢腐蚀性差的钢板制造，导致管道经过一段时间使用后，出现裂纹、破裂等严重影响生产进度及安全的重大事故。

发明《一种耐氯离子腐蚀的管道用钢及其制备方法》(公开号：CN 103469094B)涉及的腐蚀介质为含氯离子环境，用于地下管道工程，其所含化学成分及含量如下：C0.008％～0.02％、Si 0.05～0.15％、Mn 0.50％～0.85％、P≤0.01％、S≤0.010％、Mo0.8％～2.0％、Als 0.015％～0.050％、Ni 0.50％～1.2％、W 0.02～0.08％，余量为Cr和Fe及不可避免杂质构成，钢板最终状态为控制控冷，该钢板成分工艺虽然满足地下管道的氯离子腐蚀环境要求，但无法满足炼化环境的使用要求。

因此，为解决上述问题，本发明意在提供一种炼化重整装置工艺管道用钢板及其生产方法，专门解决因管道性能和抗氢腐蚀性差等原因引起的管道破裂导致的重大生产安全事故，提供用于制造管道的钢板，不仅具有优良的强韧配比及高温强度，而且抗硫化氢腐蚀性能良好，能强有力地支撑我国炼化装备的发展。

发明内容

本发明的目的在于克服上述问题和不足而提供一种用以解决连炼化重整装置的工艺管道在长期高压、高温、抗氢腐蚀环境引起的寿命降低的问题，确保管道安全生产运营的炼化重整装置工艺管道用钢板及其生产方法。

一种炼化重整装置工艺管道用钢板，其特征在于；该钢板的成分按重量百分比计如下:C 0.08％～0.12％、Si 0.10％～0.30％、Mn 0.40％～0.60％、P≤0.010％、S≤0.002％、Cr 1.65％～1.95％、Mo 1.20％～2.00％、V 0.10％～0.20％、W 0.05％～0.15％、Als 0.015％～0.050％、Sn≤0.01％，余量为Fe及不可避免夹杂，并且其中的P和Sn满足(P+Sn)≤0.014％和抗回火脆化系数：J＝(Si+Mn)(P+Sn)×10⁴≤80。

本发明钢板显微组织为75％～85％的板条贝氏体B和15％～25％板条马氏体M，晶内伴有大量位错亚结构，板条宽度约为150～250nm，均匀平行排列精细组织结构。

本发明成分设计理由如下：

C：钢中的必不可少的强化元素，在固溶强化和析出强化过程中起到提高强度的作用，但过高的C含量对塑韧性和焊接不利，因此本发明将C含量范围设定在0.08％～0.12％。

Si：在炼钢过程中用作还原剂和脱氧剂。硅能显著提高钢的弹性极限、屈服强度和抗拉强度，硅和其他合金元素如钼、铬、钨等结合，有提高钢抗腐蚀和抗高温氧化的作用，因此本发明将Si含量范围设定在0.10％～0.30％。

Mn：良好的脱氧剂和脱硫剂。这种含锰量较高的碳素钢的力学性能，要比一般含锰量的好得多，不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，能提高钢的淬透性，改善钢的热加工性能。但锰过量的能使钢的抗腐蚀能减弱，对钢的焊接性能也有不利的影响,因此本发明将Mn含量范围设定在0.40％～0.60％。

P、S：是钢中不可避免的杂质元素，尽量越低越好，但出于成本考虑，又不能无限制的低，因此本发明将P、S含量上限分别设定为0.010％、0.002％。

Cr：在低碳合金中，铬基本上处于Fe₃C内。在Fe₃C内的铬，保证了碳化物在较高温度下不容易出现结构变化，分解难度大，同时能够大大降低碳在钢中的扩散能力，降低生成甲烷的概率，进一步抵抗氢腐蚀能力，因此本发明将Cr含量范围设定在1.65％～1.95％。

Mo：提高钢的淬透性和热强性，可以固溶强化铁素体，在温度较高、压力加大的条件下，提高其抵抗氢腐蚀的能力，因此本发明将Mo含量范围设定在1.20％～2.00％。

V：与C、N、O的结合能力大，在钢材内，生成的碳化物(V4C3)和氮化物(V4N3)的结构十分稳定。因为它们的存在，在温度较高时，钢结构已经是晶粒状，大幅度提高了高温高压情况下的抗氢腐蚀能力，因此本发明将V含量范围设定在0.10％～0.20％。

W：能增加钢的回火稳定性，热硬性和热强性，钨能耐高压氢气的侵入，还能提高钢在高温下的蠕变抗力，当与钼复合应用时，效果更加显著,因此本发明将W含量范围设定在0.05％～0.15％。

Als：炼钢时的脱氧定氮剂，并且能细化钢的晶粒，铝和铬、硅复合应用，可以显著提高钢的高温不起皮性和耐高温腐蚀能力。铝会影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能,因此本发明将Als含量范围设定在0.015％～0.050％。

Sn：是钢中不可避免的有害元素，尽量越低越好，考虑回火脆性问题，本发明将Sn含量上限分别设定为≤0.01％。

本发明技术方案之二是提供一种炼化重整装置工艺管道用钢板的生产方法，包括铁水预处理、转炉冶炼、炉外精炼、连铸、铸坯加热、控制轧制、热处理；

(1)铸坯加热：板坯加热温度1150～1250℃，保温时间控制为5～15min/cm；

(2)控制轧制：结晶区控制轧制开始温度1000～1150℃，再结晶区控制轧制终止温度950～1100℃，中间坯厚度为3～4倍成品厚度t，总变形量45％～65％，单道次变形量10％～25％；未再结晶区控制轧制开始温度830～900℃，未再结晶区控制轧制终止温度780～830℃，未再结晶区累积变形量≥60％，完成成品轧制，厚度规格t:10～50mm。采用两阶段控制轧制工艺主要是使钢在再结晶区充分变形，原始晶粒形核细化，然后采用较低未再结晶区域轧制，使细化的晶粒得到保留，获得原始精细组织。

(3)热处理：淬火温度930～960℃，净保温(1.0～2.0)t min，淬火时采用淬火机组进行高低压段分段式冷却进行水冷，回火温度725～755℃，净保温(2.0～3.0)t min。

进一步，其中高压段水压控制在10～12bar，水量2600～3000m³/h，上下水比1:(3～5)，辊速0.5～1.0m/s；低压段水冷时，水压控制在6～8bar，水量2000～2500m³/h，上下水比1:(3～5)，低压区摆动浇水，辊速0.5～1.0m/s。

为了获得各项性能优异的精细组织，即钢板组织为75％～85％的板条贝氏体B和15％～25％板条马氏体M,晶内伴有大量位错亚结构，板条宽度约为150～250nm，均匀平行排列精细组织结构，钢板采用淬火+高温回火处理。

采用上述成分设计、轧制及热处理工艺参数的设置能够使钢板全断面获得精细组织，通过该工艺获得的精细组织不仅具有良好的强韧配比、常温强度、塑韧性及高温强度性能优异，而且组织稳定，抗回火脆化能力强，制管后能够极大地提高钢管在高温、高压及氢腐蚀环境下等苛刻环境下的使用寿命。

本发明的有益效果在于：通过全新的化学成分设计和生产工艺路线制造炼化重整装置工艺管道用钢板。其优异的力学性能体现在常温Rel≥400MPa，Rm≥570MPa，(-30℃)KV₂≥100J、400℃的Rel≥300MPa、500℃的Rel≥290MPa、600℃的Rel≥280Mpa以及良好的抗HIC性能。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步的说明。

本发明实施例根据技术方案的分组配比，进行铁水预处理、转炉冶炼、炉外精炼、连铸、铸坯加热、控制轧制、热处理。

(2)控制轧制：结晶区控制轧制开始温度1000～1150℃，再结晶区控制轧制终止温度950～1100℃，中间坯厚度为3～4倍成品厚度，总变形量45％～65％，单道次变形量10％～25％；未再结晶区控制轧制开始温度830～900℃，未再结晶区控制轧制终止温度780～830℃，未再结晶区累积变形量≥60％，完成成品轧制，厚度规格10～50mm。

(3)热处理：淬火温度930～960℃，净保温(1.0～2.0)t min，淬火时采用淬火机组进行高低压段分段式冷却进行水冷，其中高压段水压控制在10～12bar，水量2600～3000m³/h，上下水比1:(3～5)，辊速0.5～1.0m/s；低压段水冷时，水压控制在6～8bar，水量2000～2500m³/h，上下水比1:(3～5)，低压区摆动浇水，辊速0.5～1.0m/s；回火温度725～755℃，净保温(2.0～3.0)t min。

本发明实施例钢的成分见表1。本发明实施例钢的主要工艺参数见表2。本发明实施例钢的热处理工艺参数见表3。本发明实施例钢的性能及组织构成见表4。本发明实施例钢高温高压下抗SSCC试验结果见表5。

表1本发明实施例钢的成分(wt％)

表2本发明实施例钢的主要工艺参数

表3本发明实施例钢的热处理工艺参数

表4本发明实施例钢的性能

表5本发明实施例钢抗高温高压下抗SSCC试验结果

实施例	在温度为250℃、压力为0.8MPa的试验条件下，试验720小时
		1	未断裂
2	未断裂
		3	未断裂
4	未断裂
		5	未断裂
6	未断裂

注：试验方法执行GBT4157-2006《金属在硫化氢环境中抗特殊形式环境开裂实验室试验》

据以上结果可以得出，本发明提供的工艺管道钢板常温Rel≥400MPa，Rm≥570MPa，-30℃KV₂≥100J；400℃的Rel≥300MPa、500℃的Rel≥270MPa、600℃的Rel≥240MPa，常温、高温性能、抗回火脆性及抗氢腐蚀性能。

为了表述本发明，在上述中通过实施例对本发明恰当且充分地进行了说明，以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims

1.一种炼化重整装置工艺管道用钢板，其特征在于；该钢板的成分按重量百分比计如下:C 0.08％～0.12％、Si 0.10％～0.30％、Mn 0.40％～0.60％、P≤0.010％、S≤0.002％、Cr 1.65％～1.95％、Mo 1.20％～2.00％、V 0.10％～0.20％、W 0.05％～0.15％、Als 0.015％～0.050％、Sn≤0.01％，余量为Fe及不可避免夹杂，并且其中的P和Sn满足(P+Sn)≤0.014％和抗回火脆化系数：J＝(Si+Mn)(P+Sn)×10⁴≤80；

所述炼化重整装置工艺管道用钢板的生产方法，包括铁水预处理、转炉冶炼、炉外精炼、连铸、铸坯加热、控制轧制、热处理，

(1)铸坯加热：板坯加热温度1150℃～1250℃，保温时间控制为5～15min/cm；

(2)控制轧制：结晶区控制轧制开始温度1000℃～1150℃，再结晶区控制轧制终止温度950℃～1100℃，中间坯厚度为3～4倍成品厚度t，总变形量45％～65％，单道次变形量10％～25％；未再结晶区控制轧制开始温度830℃～900℃，未再结晶区控制轧制终止温度780℃～830℃，未再结晶区累积变形量≥60％，完成成品轧制，厚度规格10～50mm；

(3)热处理：淬火温度930℃～960℃，净保温(1.0～2.0)t min，回火温度725℃～755℃，净保温(2.0～3.0)t min。

2.根据权利要求1所述的一种炼化重整装置工艺管道用钢板，其特征在于；所述炼化重整装置工艺管道用钢板组织为75～85％的板条B和15～25％板条M，板条宽度为150～250nm,均匀平行排列精细组织结构。

3.根据权利要求1所述的一种炼化重整装置工艺管道用钢板的生产方法，其特征在于，步骤(3)中，淬火时采用淬火机组进行高低压段分段式冷却进行水冷，其中高压段水压控制在10～12bar，水量2600～3000m³/h，上下水比1:(3～5)，辊速0.5～1.0m/s；低压段水冷时，水压控制在6～8bar，水量2000～2500m³/h，上下水比1:(3～5)，低压区摆动浇水，辊速0.5～1.0m/s。