CN111206180A - 一种高低温韧性抗酸性腐蚀输气管道稀土法兰用钢及其生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高低温韧性抗酸性腐蚀输气管道稀土法兰用钢，包括C：0.12‑0.14％、Si：0.15‑0.30％、Mn：1.30‑1.45％、P≤0.008％、S≤0.002％、Nb：0.035‑0.050％、V≥0.050％、Cr：0.15‑0.25％、Mo：0.05‑0.10％、Ti：0.010‑0.020％、Al：0.020‑0.050％、Ca：0.0015‑0.0035％、Ce≤0.0012％、Ca/S≥1.5、Alt/N≥3.0、H≤1.5ppm、O≤25ppm、N≤40ppm。还公布了其生产工艺。本发明的目的是提供一种高低温韧性、抗酸性腐蚀、综合性能优良的稀土法兰用钢。

Description

一种高低温韧性抗酸性腐蚀输气管道稀土法兰用钢及其生产 工艺

技术领域

本发明涉及钢铁冶金领域，尤其涉及一种高低温韧性抗酸性腐蚀输气管道稀土法兰用钢及其生产工艺。

背景技术

法兰是一种连接件，是轴与轴之间相互连接的零件，用于管端之间的连接，通常是盘状，主要用来连接管路。由于法兰具有良好的综合性能，法兰作为大型成套装置中重要组成部分，被广泛用于电站、化工、石油、长输管线、造船、核工业、各种低温工程等。

天然气是国民经济的重要战略和储备物资，随着国民经济的高速发展，对于天然气等能源的需求量越来越大，能源需求的不断增长、结构调整和优化，带动了天然气工业的全面发展。为了满足未来天然气需求，含H2S油气田的开发数量同过去相比大大增加，酸性服役用管线钢的需求也随之增加，与此同时对管道连接法兰提出很高要求。H2S是天然气中最具有腐蚀作用的有害介质之一，法兰暴露在含有湿H2S的流体介质中时，容易发生H2S酸性腐蚀，若管道连接件不符合要求会引起燃料气泄露。同时大部分油气田建设在自然条件艰苦的无人区和交通不便的地区，要经受高寒、高湿度、风沙等恶劣的运行环境，最低温度可达到-60℃，要求管道连接法兰其具有高低温韧性、抗酸性腐蚀，满足不同于常规法兰的性能要求，对原料有很高的要求。

稀土元素因其独特的外层电子结构而具有极强的化学活性、价态可变和大原子尺寸等特性，成为钢的深度净化剂、夹杂物的变质剂和高附加值钢铁材料重要的微合金元素。稀土的加入可深度降低钢中氧和硫的含量，降低磷、硫、氢等低熔点元素的有害作用，改变夹杂物的性质、形态和分布，改善铸坯质量，细化试验钢组织，有效改善钢的低温韧性和抗酸性腐蚀性能，提高钢的综合性能。

专利公开号CN 103589947 A公布了一种抗H2S法兰管件用钢的冶炼工艺，采用电炉冶炼及钢锭模浇铸，该工艺主要包括电弧炉钢水冶炼、钢包精炼炉精炼、真空精炼炉精炼、浇注。该发明中提到该工艺可降低有害元素含量，但并未提供具体的化学成分及抗酸性腐蚀性能，且采用钢锭模浇铸，生产效率较低。

专利公开号CN 106957990 A公布了一种抗氢钢材质的法兰锻件及其生产工艺，其化学成分为C：0.13-0.20％，Si：0.20-0.60％，Mn：1.20-1.60％，P：≤0.030％，S：≤0.030％，Cr：≤0.25％，Cu：≤0.0001％，Ni：≤0.002％。在冶炼过程中采用电渣重熔，提高材料纯净度，热处理过程中采用正火+回火工艺将强度和硬度控制到标准值下限附近，有效提升材料抗氢性能。但该发明中有害元素S含量控制较高，不利于抗氢性能，采用电渣重熔，生产效率较低。且该发明实例中法兰用钢与本发明中的输气管道稀土法兰用钢不同。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种高低温韧性抗酸性腐蚀输气管道稀土法兰用钢及其生产工艺。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种高低温韧性抗酸性腐蚀输气管道稀土法兰用钢，包括如下质量百分比的化学成分：C：0.12-0.14％、Si：0.15-0.30％、Mn：1.30-1.45％、P：≤0.008％、S：≤0.002％、Nb：0.035-0.050％、V：≥0.050％、Cr：0.15-0.25％、Mo：0.05-0.10％、Ti：0.010-0.020％、Alt：0.020-0.050％、Ca：0.0015-0.0035％、Ce：≤0.0012％、Ca/S：≥1.5、Alt/N：≥3.0、H：≤1.5ppm、O：≤25ppm、N：≤40ppm，余量为Fe和不可避免的杂质。

进一步的，包括如下质量百分比的化学成分：C：0.13％、Si：0.22％、Mn：1.33％、P：0.008％、S：0.001％、Nb：0.042％、V：0.055％、Cr：0.20％、Mo：0.06％、Ti：0.012％、Alt：0.030％、Ca：0.0026％、Ce：0.0010％、H：0.00010％、O：0.0021％、N：0.0033％，Ca/S：2.6、Alt/N：9.0，余量为Fe和不可避免的杂质。

进一步的，包括如下质量百分比的化学成分：C：0.13％、Si：0.26％、Mn：1.39％、P：0.006％、S：0.001％、Nb：0.040％、V：0.062％、Cr：0.17％、Mo：0.07％、Ti：0.016％、Alt：0.036％、Ca：0.0022％、Ce：0.0008％、H：0.00011％、O：0.0018％、N：0.0029％，Ca/S：2.2、Alt/N：12.4，余量为Fe和不可避免的杂质。

进一步的，包括如下质量百分比的化学成分：C：0.14％、Si：0.20％、Mn：1.40％、P：0.007％、S：0.001％、Nb：0.036％、V：0.058％、Cr：0.23％、Mo：0.09％、Ti：0.014％、Alt：0.042％、Ca：0.0025％、Ce：0.0007％、H：0.00009％、O：0.0020％、N：0.0035％，Ca/S：2.5、Alt/N：12.0，余量为Fe和不可避免的杂质。

一种的高低温韧性抗酸性腐蚀输气管道稀土法兰用钢的生产工艺，包括：

1)、冶炼

冶炼过程采用KR法脱硫铁水，入转炉铁水硫含量≤0.002％；转炉冶炼时，采用自产低硫废钢，前期造渣脱磷倒渣，出钢温度≥1620℃；LF精炼和RH真空处理保证钢水洁净度，LF精炼采用大渣量进行造渣脱硫，保证S≤0.002％，精炼过程加入铌铁、铬铁、钼铁；RH真空处理时间大于20min，真空处理前期加入钒铁、钛铁，真空处理15min时添加稀土铈铁合金，加入量≤30ppm；RH真空处理保证钢水深真空循环时间，真空处理后进行钙处理，喂丝后钢水Ca含量为0.0020-0.0040％，保证Ca/S≥1.5、Alt/N≥3.0，氩气软吹时间大于12min，使夹杂物充分变性和上浮；

2、连铸

板坯连铸时全程保护浇注，过热度控制在15-25℃，拉速为0.75-0.95m/min，并采用动态轻压下等技术，减少连铸坯中心偏析，中心偏析控制在C3.0以内。

进一步的，所述稀土铈铁合金Ce的含量为10％-30％。

与现有技术相比，本发明的有益技术效果：

本发明通过合理的成分设计，添加微量的稀土合金，可有效改善铸坯组织和夹杂物形态，铸坯组织晶粒边缘圆滑均匀，夹杂物为球形的稀土复合夹杂物，铸坯经锻造热处理后得到细化均匀的组织，大大提高钢的低温韧性和抗酸性腐蚀性能，改善钢的综合性能，从而可以得到一种高低温韧性、抗酸性腐蚀、综合性能优良的稀土法兰。

附图说明

下面结合附图说明对本发明作进一步说明。

图1为本发明实施例中试验钢HIC试验试样表面以及三个式样的截面示意图。

图2为本发明实施例中试验钢SSCC试验试样表面示意图。

具体实施方式

以下用实施例对本发明作更详细的描述。这些实施例仅仅是对本发明最佳实施方式的描述，并不对本发明的范围有任何限制。

铸坯的化学成分重量百分比见表1。

铁水预处理工艺：采用KR法铁水预处理，铁水脱硫后保证足够的扒渣率，入转炉铁水硫含量≤0.002％。

转炉冶炼工艺：转炉冶炼时，采用自产低硫废钢，要求铁水温度＞1300℃，前期低温造渣脱磷倒渣，后期高温脱碳，转炉终点一次命中或补吹次数不超过一次，出钢温度≥1620℃，出钢过程加入优质硅铁、锰铁，采用自动下渣检测。

LF精炼工艺：精炼过程中全程吹氩，根据钢水中氧含量加入适量造渣剂进行造渣，保证S≤0.002％，LF精炼处理时加入铌铁、铬铁、钼铁进行成分调整，根据实际情况调节加热电流和吹氩量。

RH真空处理工艺：RH真空处理时间保证大于20min，真空处理前期加入钒铁、钛铁，真空处理结束前5min添加稀土Fe-Ce合金，元素Ce含量为10％-30％之间，加入量≤30ppm。RH真空处理保证钢水深真空循环时间，真空处理后进行钙处理，调整气体流量使钢水处于软吹状态，喂入Si-Ca线进行钙处理，喂丝后钢水Ca为0.0020～0.0040％，喂丝后保证软吹时间不小于12min，使夹杂物充分变性和上浮。RH真空处理测H，取O、N样，其中[H]≤1.5ppm、[O]≤25ppm、[N]≤40ppm、Ca/S≥1.5、Alt/N≥3.0。

连铸工艺：板坯连铸时全程保护浇注，过热度控制为20±5℃，保持稳定的拉速，拉速为0.75-0.95m/min，并采用动态轻压下等技术，以减少连铸坯中心偏析，中心偏析不大于C 3.0级。铸坯气体含量要求[H]≤1.5ppm、[O]≤25ppm、[N]≤40ppm、Ca/S≥1.5、Alt/N≥3.0。稀土Ce收得率为40％左右，稀土Ce含量≤12ppm。

铸坯经过锻造、热处理，最后加工即可得到所述稀土法兰。

表1本发明实施例化学成分(wt％)

对本发明实施例试验钢经锻造热处理后进行力学性能检验，检验结果见表2。

表2本发明实施例试验钢的力学性能

对本发明实施例1试验钢按要求进行氢致开裂(HIC)腐蚀试验，试验标准：NACETM0284，试验结果见表3。

表3本发明实施例1钢带氢致开裂(HIC)试验

对本发明实施例1试验钢按要求进行硫化氢应力(SSCC)腐蚀试验，试验标准：NACETM0177，试验结果见表4。各实施例中试验钢HIC试验试样表面以及三个式样的截面如图1所示，实施例中试验钢SSCC试验试样表面如图2所示。

表4本发明实施例1钢带硫化氢应力(SSCC)腐蚀试验

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种高低温韧性抗酸性腐蚀输气管道稀土法兰用钢，其特征在于，包括如下质量百分比的化学成分：C：0.12-0.14％、Si：0.15-0.30％、Mn：1.30-1.45％、P：≤0.008％、S：≤0.002％、Nb：0.035-0.050％、V：≥0.050％、Cr：0.15-0.25％、Mo：0.05-0.10％、Ti：0.010-0.020％、Alt：0.020-0.050％、Ca：0.0015-0.0035％、Ce：≤0.0012％、Ca/S：≥1.5、Alt/N：≥3.0、H：≤1.5ppm、O：≤25ppm、N：≤40ppm，余量为Fe和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的高低温韧性抗酸性腐蚀输气管道稀土法兰用钢，其特征在于，包括如下质量百分比的化学成分：C：0.13％、Si：0.22％、Mn：1.33％、P：0.008％、S：0.001％、Nb：0.042％、V：0.055％、Cr：0.20％、Mo：0.06％、Ti：0.012％、Alt：0.030％、Ca：0.0026％、Ce：0.0010％、H：0.00010％、O：0.0021％、N：0.0033％，Ca/S：2.6、Alt/N：9.0，余量为Fe和不可避免的杂质。

3.根据权利要求1所述的高低温韧性抗酸性腐蚀输气管道稀土法兰用钢，其特征在于，包括如下质量百分比的化学成分：C：0.13％、Si：0.26％、Mn：1.39％、P：0.006％、S：0.001％、Nb：0.040％、V：0.062％、Cr：0.17％、Mo：0.07％、Ti：0.016％、Alt：0.036％、Ca：0.0022％、Ce：0.0008％、H：0.00011％、O：0.0018％、N：0.0029％，Ca/S：2.2、Alt/N：12.4，余量为Fe和不可避免的杂质。

4.根据权利要求1所述的高低温韧性抗酸性腐蚀输气管道稀土法兰用钢，其特征在于，包括如下质量百分比的化学成分：C：0.14％、Si：0.20％、Mn：1.40％、P：0.007％、S：0.001％、Nb：0.036％、V：0.058％、Cr：0.23％、Mo：0.09％、Ti：0.014％、Alt：0.042％、Ca：0.0025％、Ce：0.0007％、H：0.00009％、O：0.0020％、N：0.0035％，Ca/S：2.5、Alt/N：12.0，余量为Fe和不可避免的杂质。

5.根据权利要求1-4任一项所述的高低温韧性抗酸性腐蚀输气管道稀土法兰用钢的生产工艺，其特征在于，包括：

1)、冶炼

冶炼过程采用KR法脱硫铁水，入转炉铁水硫含量≤0.002％；转炉冶炼时，采用自产低硫废钢，前期造渣脱磷倒渣，出钢温度≥1620℃；LF精炼和RH真空处理保证钢水洁净度，LF精炼采用大渣量进行造渣脱硫，保证S≤0.002％，精炼过程加入铌铁、铬铁、钼铁；RH真空处理时间大于20min，真空处理前期加入钒铁、钛铁，真空处理15min时添加稀土铈铁合金，加入量≤30ppm；RH真空处理保证钢水深真空循环时间，真空处理后进行钙处理，喂丝后钢水Ca含量为0.0020-0.0040％，保证Ca/S≥1.5、Alt/N≥3.0，氩气软吹时间大于12min，使夹杂物充分变性和上浮；

2)、连铸

板坯连铸时全程保护浇注，过热度控制在15-25℃，拉速为0.75-0.95m/min，并采用动态轻压下等技术，减少连铸坯中心偏析，中心偏析控制在C3.0以内。

6.根据权利要求5所述的生产工艺，其特征在于，所述稀土铈铁合金的Ce含量为10％-30％。

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