CN113737100A - 新型耐蚀低合金无缝钢管 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了新型耐蚀低合金无缝钢管，所述无缝钢管的化学组分的重量百分比为：C：0.001‑0.1%、Si：0.03‑0.5%、Mn：0.01‑0.65%、Cr：0.15‑1.8%、Cu：0.02‑0.8%、Al：0.05‑0.9%、Mo：0.12‑0.78%、Ti：0.003‑0.2%、P：0.001‑0.025%、S：0.0003‑0.007%，其余为Fe，所述无缝钢管的热处理工艺包括如下步骤。本发明的无缝钢管的元素配比采用低碳、超低硫磷、微合金化的设计，并添加少量稀土元素，可改善材料的耐腐蚀性；热处理过程中正火结合回火可有效去除钢管中的残余应力，提高钢管的综合力学性能；在热处理过程中采用二次正火加二次回火处理，能够使得钢管的组织更精细，表面更平整，应力消除更彻底，提高钢管的耐腐蚀性；热处理过程中采用表面沉积处理，能够有效提高钢管的耐腐蚀性和提高钢管的强度及硬度。

Description

新型耐蚀低合金无缝钢管
技术领域：
本发明属于耐腐蚀无缝钢管技术领域，特别涉及新型耐蚀低合金无缝钢管。
背景技术：
热交换器是石油化工装备的心脏，其中的无缝钢管则是心脏中的血管，服役过程中，无缝钢管的外壁接触含有硫化氢的原油蒸汽，而内壁接触含有高浓度氯离子的工业用水，而普通钢管难以满足在长期腐蚀的环境下工作，为了提高合金无缝钢管力学性能，除改善材料本身的性质外，对它进行热处理也是一种非常必要的手段。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容：
本发明的目的在于提供新型新型耐蚀低合金无缝钢管，从而克服上述现有技术中的缺陷。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
新型耐蚀低合金无缝钢管，所述无缝钢管的化学组分的重量百分比为：C：0.001-0.1%、Si：0.03-0.5%、Mn：0.01-0.65%、Cr：0.15-1.8%、Cu：0.02-0.8%、Al：0.05-0.9%、Mo：0.12-0.78%、Ti：0.003-0.2%、P：0.001-0.025%、S：0.0003-0.007%，其余为Fe，所述无缝钢管的热处理工艺包括如下步骤：
（1）正火处理，将钢管放置到加热炉中加热到900-960℃正火处理30-50min，再将钢管放置到空气中冷却90-120min；
（2）回火处理，将经过步骤（1）处理的钢管放置于加热炉中加热到650-750℃回火处理30-50min；
（3）二次正火处理，将经过步骤（2）处理的钢管重新放置到加热炉中加热到865-930℃二次正火处理40-60min；
（4）表面沉积处理，将经过步骤（3）处理的钢管放置于真空加热炉中，往真空加热炉通硅烷气体和氮气N2，其中硅烷气体的重量百分比为50-80%，在钢管表面形成氮化硅膜Si3N4保护层，真空加热炉的温度为920-950℃，表面沉积处理的时间为20-40min；
（5）二次回火处理，将经过步骤（4）处理的钢管放置到加热炉中加热到680-720℃二次回火处理30-40min；
（6）初步降温，将步骤（5）的加热炉在120min内分5次将温度降到150℃，保持该温度5-20min；
（7）自然冷却，将经过步骤（6）处理的钢管放置于空气中自然冷却到室温。
所述无缝钢管的化学组分的重量百分比为：C：0.06%、Si：0.24%、Mn：0.2%、Cr：0.85%、Cu：0.25%、Al：0.3%、Mo：0.35%、Ti：0.04%、P：0.008%、S：0.002%，其余为Fe。
所述步骤（1）正火处理的温度为920℃，处理时间为35min。
所述步骤（2）回火处理的温度为690℃，处理时间为35min。
所述步骤（3）二次正火处理的温度为900℃，处理时间为45min。
所述步骤（4）采用的硅烷气体为甲硅烷SiH4、乙硅烷Si2H6或者甲硅烷SiH4和乙硅烷Si2H6的混合气体，所述硅烷气体的重量百分比为60%。
所述步骤（5）二次回火处理的温度为690℃，处理时间为35min。
采用本发明的技术方案的有益效果是：
本发明的无缝钢管的元素配比采用低碳、超低硫磷、微合金化的设计，并添加少量稀土元素，可改善材料的力学性能和耐腐蚀性；热处理过程中正火结合回火可有效去除钢管中的残余应力，提高钢管的综合力学性能；在热处理过程中采用二次正火加二次回火处理，能够使得钢管的组织更精细，表面更平整，应力消除更彻底，提高钢管的耐腐蚀性；热处理过程中采用表面沉积处理，在钢管避免沉积一层致密的Si3N4保护层，能够有效提高钢管的耐腐蚀性和提高钢管的强度及硬度。
附图说明：
图1为本发明的无缝钢管的热处理工艺流程图。
具体实施方式：
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
新型耐蚀低合金无缝钢管，所述无缝钢管的化学组分的重量百分比为：C：0.06%、Si：0.24%、Mn：0.2%、Cr：0.85%、Cu：0.25%、Al：0.3%、Mo：0.35%、Ti：0.04%、P：0.008%、S：0.002%，其余为Fe，所述无缝钢管的热处理工艺包括如下步骤：
（1）正火处理，将钢管放置到加热炉中加热到920℃正火处理35min，再将钢管放置到空气中冷却90min；
（2）回火处理，将经过步骤（1）处理的钢管放置于加热炉中加热到690℃回火处理35min；
（3）二次正火处理，将经过步骤（2）处理的钢管重新放置到加热炉中加热到900℃二次正火处理45min；
（4）表面沉积处理，将经过步骤（3）处理的钢管放置于真空加热炉中，往真空加热炉通甲硅烷（SiH4）气体和氮气（N2），其中甲硅烷（SiH4）气体的重量百分比为60%，在钢管表面形成氮化硅膜(Si3N4)保护层，真空加热炉的温度为930℃，表面沉积处理的时间为30min；
（5）二次回火处理，将经过步骤（4）处理的钢管放置到加热炉中加热到690℃二次回火处理35min；
（6）初步降温，将步骤（5）的加热炉在120min内分5次将温度降到150℃，保持该温度5min；
（7）自然冷却，将经过步骤（6）处理的钢管放置于空气中自然冷却到室温。
实施例2
新型耐蚀低合金无缝钢管，所述无缝钢管的化学组分的重量百分比为：C：0.05%、Si：0.2%、Mn：0.3%、Cr：1.05%、Cu：0.35%、Al：0.4%、Mo：0.3%、Ti：0.05%、P：0.008%、S：0.001%，其余为Fe，所述无缝钢管的热处理工艺包括如下步骤：
（1）正火处理，将钢管放置到加热炉中加热到900℃正火处理50min，再将钢管放置到空气中冷却110min；
（2）回火处理，将经过步骤（1）处理的钢管放置于加热炉中加热到750℃回火处理30min；
（3）二次正火处理，将经过步骤（2）处理的钢管重新放置到加热炉中加热到850℃二次正火处理40min；
（4）表面沉积处理，将经过步骤（3）处理的钢管放置于真空加热炉中，往真空加热炉通甲硅烷（SiH4）气体和氮气（N2），其中甲硅烷（SiH4）气体的重量百分比为60%，在钢管表面形成氮化硅膜(Si3N4)保护层，真空加热炉的温度为920℃，表面沉积处理的时间为40min；
（5）二次回火处理，将经过步骤（4）处理的钢管放置到加热炉中加热到680℃二次回火处理40min；
（6）初步降温，将步骤（5）的加热炉在120min内分5次将温度降到150℃，保持该温度10min；
（7）自然冷却，将经过步骤（6）处理的钢管放置于空气中自然冷却到室温。
实施例3
新型耐蚀低合金无缝钢管，所述无缝钢管的化学组分的重量百分比为：C：0.05%、Si：0.3%、Mn：0.35%、Cr：0.85%、Cu：0.4%、Al：0.5%、Mo：0.5%、Ti：0.05%、P：0.009%、S：0.005%，其余为Fe，所述无缝钢管的热处理工艺包括如下步骤：
（1）正火处理，将钢管放置到加热炉中加热到950℃正火处理40min，再将钢管放置到空气中冷却110min；
（2）回火处理，将经过步骤（1）处理的钢管放置于加热炉中加热到720℃回火处理36min；
（3）表面沉积处理，将经过步骤（2）处理的钢管放置于真空加热炉中，往真空加热炉通甲硅烷（SiH4）气体和氮气（N2），其中甲硅烷（SiH4）气体的重量百分比为50%，在钢管表面形成氮化硅膜(Si3N4)保护层，真空加热炉的温度为930℃，表面沉积处理的时间为30min；
（4）初步降温，将步骤（3）的加热炉在120min内分5次将温度降到150℃，保持该温度15min；
（5）自然冷却，将经过步骤（4）处理的钢管放置于空气中自然冷却到室温。
实施例4
新型耐蚀低合金无缝钢管，所述无缝钢管的化学组分的重量百分比为：C：0.07%、Si：0.25%、Mn：0.3%、Cr：1.2%、Cu：0.25%、Al：0.35%、Mo：0.2%、Ti：0.03%、P：0.001%、S：0.002%，其余为Fe，所述无缝钢管的热处理工艺包括如下步骤：
（1）正火处理，将钢管放置到加热炉中加热到950℃正火处理40min，再将钢管放置到空气中冷却100min；
（2）回火处理，将经过步骤（1）处理的钢管放置于加热炉中加热到700℃回火处理40min；
（3）二次正火处理，将经过步骤（2）处理的钢管重新放置到加热炉中加热到910℃二次正火处理50min；
（4）表面沉积处理，将经过步骤（3）处理的钢管放置于真空加热炉中，往真空加热炉通甲硅烷（SiH4）气体和氮气（N2），其中甲硅烷（SiH4）气体的重量百分比为60%，在钢管表面形成氮化硅膜(Si3N4)保护层，真空加热炉的温度为930℃，表面沉积处理的时间为30min；
（5）二次回火处理，将经过步骤（4）处理的钢管放置到加热炉中加热到690℃二次回火处理35min；
（6）初步降温，将步骤（5）的加热炉在120min内分5次将温度降到150℃，保持该温度5min；
（7）自然冷却，将经过步骤（6）处理的钢管放置于空气中自然冷却到室温。
实施例5
新型耐蚀低合金无缝钢管，所述无缝钢管的化学组分的重量百分比为：C：0.001%、Si：0.03%、Mn：0.01%、Cr：0.15%、Cu：0.02%、Al：0.05%、Mo：0.12%、Ti：0.003%、P：0.001%、S：0.002%，其余为Fe，所述无缝钢管的热处理工艺包括如下步骤：
（1）正火处理，将钢管放置到加热炉中加热到900℃正火处理30min，再将钢管放置到空气中冷却90min；
（2）回火处理，将经过步骤（1）处理的钢管放置于加热炉中加热到650℃回火处理30min；
（3）二次正火处理，将经过步骤（2）处理的钢管重新放置到加热炉中加热到865℃二次正火处理40min；
（4）表面沉积处理，将经过步骤（3）处理的钢管放置于真空加热炉中，往真空加热炉通甲硅烷（SiH4）气体和氮气（N2），其中甲硅烷（SiH4）气体的重量百分比为50%，在钢管表面形成氮化硅膜(Si3N4)保护层，真空加热炉的温度为920℃，表面沉积处理的时间为20min；
（5）二次回火处理，将经过步骤（4）处理的钢管放置到加热炉中加热到680℃二次回火处理30min；
（6）初步降温，将步骤（5）的加热炉在120min内分5次将温度降到150℃，保持该温度15min；
（7）自然冷却，将经过步骤（6）处理的钢管放置于空气中自然冷却到室温。
实施例6
新型耐蚀低合金无缝钢管，所述无缝钢管的化学组分的重量百分比为：C：0.1%、Si：0.5%、Mn：0.65%、Cr：1.8%、Cu：0.8%、Al：0.9%、Mo：0.78%、Ti：0.2%、P：0.0025%、S：0.007%，其余为Fe，所述无缝钢管的热处理工艺包括如下步骤：
（1）正火处理，将钢管放置到加热炉中加热到960℃正火处理30min，再将钢管放置到空气中冷却50min；
（2）回火处理，将经过步骤（1）处理的钢管放置于加热炉中加热到750℃回火处理50min；
（3）二次正火处理，将经过步骤（2）处理的钢管重新放置到加热炉中加热到930℃二次正火处理60min；
（4）表面沉积处理，将经过步骤（3）处理的钢管放置于真空加热炉中，往真空加热炉通甲硅烷（SiH4）气体和氮气（N2），其中甲硅烷（SiH4）气体的重量百分比为60%，在钢管表面形成氮化硅膜(Si3N4)保护层，真空加热炉的温度为950℃，表面沉积处理的时间为40min；
（5）二次回火处理，将经过步骤（4）处理的钢管放置到加热炉中加热到720℃二次回火处理40min；
（6）初步降温，将步骤（5）的加热炉在120min内分5次将温度降到150℃，保持该温度20min；
（7）自然冷却，将经过步骤（6）处理的钢管放置于空气中自然冷却到室温。
对比实施例
新型耐蚀低合金无缝钢管，所述无缝钢管的化学组分的重量百分比为：C：0.1%、Si：0.05%、Mn：0.01%、Cr：0.5%、Cu：0.6%、Al：0.6%、Ti：0.06%、P：0.0015%、S：0.004%，其余为Fe，所述无缝钢管的热处理工艺包括如下步骤：
（1）正火处理，将钢管放置到加热炉中加热到960℃正火处理30min，再将钢管放置到空气中冷却120min；
（2）回火处理，将经过步骤（1）处理的钢管放置于加热炉中加热到720℃回火处理36min；
（3）初步降温，将步骤（2）的加热炉在120min内分5次将温度降到150℃，保持该温度20min；
（4）自然冷却，将经过步骤（3）处理的钢管放置于空气中自然冷却到室温。
对实施例1-6以及对比实施例的钢管进行力学性能以及耐腐蚀性能进行测试，测试结果如下表：
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6 对比实施例
屈服强度（MPa） 760 730 725 685 650 675 620
抗拉强度（MPa） 432 420 425 405 385 355 385
断后伸长率（%） 45 50 40 40 45 40 40
洛氏硬度（HRB） 80 75 70 72 58 78 58
耐硫化氢腐蚀速率（mg/cm<sup>2</sup>*h） 0.053 0.08 0.1 0.15 0.12 0.15 0.15
耐氯化氢腐蚀速率（mg/cm<sup>2</sup>*h） 2.0 2.3 2.5 3.2 2.6 2.3 4.2
其中耐硫化氢腐蚀速率测试是指在室温条件下，5%浓度的氯化钠+0.5%浓度的冰醋酸水溶液中硫化氢气体通入致饱和状态时将钢管放入液体中进行测试；耐氯化氢腐蚀速率测试是指将钢管放置到5%的氯化氢水溶液中进行测试。
结合以上实验结果可知，本发明的无缝钢管的元素配比采用低碳、超低硫磷、微合金化的设计，并添加少量稀土元素，可改善材料的力学性能和耐腐蚀性；热处理过程中正火结合回火可有效去除钢管中的残余应力，提高钢管的综合力学性能；在热处理过程中采用二次正火加二次回火处理，能够使得钢管的组织更精细，表面更平整，应力消除更彻底，提高钢管的耐腐蚀性；热处理过程中二次正火和二次回火之间在钢管避免沉积一层致密的Si3N4保护层，能够有效提高钢管的耐腐蚀性和提高钢管的强度及硬度。其中采用实施例1的元素配比结合对应的热处理工艺制得的无缝钢管性能最佳。
尽管上述实施例已对本发明的技术方案进行了详细地描述，但是本发明的技术方案并不限于以上实施例，在不脱离本发明的思想和宗旨的情况下，对本发明的技术方案所做的任何改动将落入本发明的权利要求书所限定的范围。

Claims (7)

1.新型耐蚀低合金无缝钢管，其特征在于：所述无缝钢管的化学组分的重量百分比为：C：0.001-0.1%、Si：0.03-0.5%、Mn：0.01-0.65%、Cr：0.15-1.8%、Cu：0.02-0.8%、Al：0.05-0.9%、Mo：0.12-0.78%、Ti：0.003-0.2%、P：0.001-0.025%、S：0.0003-0.007%，其余为Fe，所述无缝钢管的热处理工艺包括如下步骤：
（1）正火处理，将钢管放置到加热炉中加热到900-960℃正火处理30-50min，再将钢管放置到空气中冷却90-120min；
（2）回火处理，将经过步骤（1）处理的钢管放置于加热炉中加热到650-750℃回火处理30-50min；
（3）二次正火处理，将经过步骤（2）处理的钢管重新放置到加热炉中加热到865-930℃二次正火处理40-60min；
（4）表面沉积处理，将经过步骤（3）处理的钢管放置于真空加热炉中，往真空加热炉通硅烷气体和氮气N2，其中硅烷气体的重量百分比为50-80%，在钢管表面形成氮化硅膜Si3N4保护层，真空加热炉的温度为920-950℃，表面沉积处理的时间为20-40min；
（5）二次回火处理，将经过步骤（4）处理的钢管放置到加热炉中加热到680-720℃二次回火处理30-40min；
（6）初步降温，将步骤（5）的加热炉在120min内分5次将温度降到150℃，保持该温度5-20min；
（7）自然冷却，将经过步骤（6）处理的钢管放置于空气中自然冷却到室温。
2.根据权利要求1所述的新型耐蚀低合金无缝钢管，其特征在于：所述无缝钢管的化学组分的重量百分比为：C：0.06%、Si：0.24%、Mn：0.2%、Cr：0.85%、Cu：0.25%、Al：0.3%、Mo：0.35%、Ti：0.04%、P：0.008%、S：0.002%，其余为Fe。
3.根据权利要求1所述的新型耐蚀低合金无缝钢管，其特征在于：所述步骤（1）正火处理的温度为920℃，处理时间为35min。
4.根据权利要求1所述的新型耐蚀低合金无缝钢管，其特征在于：所述步骤（2）回火处理的温度为690℃，处理时间为35min。
5.根据权利要求1所述的新型耐蚀低合金无缝钢管，其特征在于：所述步骤（3）二次正火处理的温度为900℃，处理时间为45min。
6.根据权利要求1所述的新型耐蚀低合金无缝钢管，其特征在于：所述步骤（4）采用的硅烷气体为甲硅烷SiH4、乙硅烷Si2H6或者甲硅烷SiH4和乙硅烷Si2H6的混合气体，所述硅烷气体的重量百分比为60%。
7.根据权利要求1所述的新型耐蚀低合金无缝钢管，其特征在于：所述步骤（5）二次回火处理的温度为690℃，处理时间为35min。
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