CN114086083B - 一种1100MPa级抗硫高压气瓶钢、高压气瓶及其制造方法 - Google Patents

一种1100MPa级抗硫高压气瓶钢、高压气瓶及其制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114086083B
CN114086083B CN202010864117.XA CN202010864117A CN114086083B CN 114086083 B CN114086083 B CN 114086083B CN 202010864117 A CN202010864117 A CN 202010864117A CN 114086083 B CN114086083 B CN 114086083B
Authority
CN
China
Prior art keywords
steel
gas cylinder
pressure gas
sulfur
resistant high
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.)
Active
Application number
CN202010864117.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN114086083A (zh
Inventor
马燕楠
刘耀恒
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Original Assignee
Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Baoshan Iron and Steel Co Ltd filed Critical Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority to CN202010864117.XA priority Critical patent/CN114086083B/zh
Publication of CN114086083A publication Critical patent/CN114086083A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114086083B publication Critical patent/CN114086083B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/32—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with boron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/18—Hardening; Quenching with or without subsequent tempering
    • C21D1/19—Hardening; Quenching with or without subsequent tempering by interrupted quenching
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/08—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for tubular bodies or pipes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/08—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for tubular bodies or pipes
    • C21D9/085—Cooling or quenching
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/02—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/04—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/06—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/22—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with molybdenum or tungsten
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/28—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with titanium or zirconium
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/32—Hydrogen storage

Abstract

本发明公开了一种1100MPa级抗硫高压气瓶钢，其除了Fe以外还含有质量百分含量如下的下述各化学元素：C：0.25％～0.4％，Si：0.1％～0.4％，Mn：0.6％～1.2％，Cr：0.9～1.3％，Mo：0.4％～0.75％，Al：0.01％～0.04％，Ti：0.01％～0.03％，B：0.0015％～0.003％，0＜N≤0.007％。此外，本发明还公开了一种由上述1100MPa级抗硫高压气瓶钢制得的高压气瓶以及高压气瓶的制造方法，该制造方法包括步骤：(1)制得管坯；(2)基于管坯制得钢瓶；(3)快速加热：将冷态钢瓶以80‑150℃/s的加热速度加热至T1，其中T1＝890‑920℃；(4)控制冷却：以10‑15℃/s的速度将钢瓶冷却至550‑600℃；(5)将带温的钢瓶重新加热到T2，然后以50‑70℃/s的冷速淬火至180℃以下，其中T2＝T1‑20℃；(6)回火。

Description

一种1100MPa级抗硫高压气瓶钢、高压气瓶及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种钢种、高压气瓶及其制造方法，尤其涉及一种抗硫高压气瓶钢、高压气瓶及其制造方法。
背景技术
高压气瓶在工矿企业、消防、医疗领域的运用非常广泛，其主要是作为气体介质的储存、释放的设备和媒介。
近年来，为提高气瓶运输能力并保证高压气瓶的安全使用，对气瓶提出了严格的要求，主要技术要求包括容重比低、表面质量好、壁厚均匀、瓶体轻等。为保证制成的高压气瓶的安全性，对气瓶管钢种具有如下要求：1、高强度：以保证气瓶高的抗内压能力及低的容重比；2、高的低温韧性：以防止气瓶在使用过程中发生脆性开裂，保证安全；3、性能稳定。
近年来，高压气瓶所使用环境的日趋复杂，介质日趋复杂化，其中对气瓶危害最大的是易引发高强钢应力腐蚀开裂的H2S气体，因此，市场需要开发相应的高强度抗硫化氢腐蚀气瓶钢种。
现有技术中有关于高强度气瓶管产品开发的相关公开专利文献较少。
例如：公开号为CN106756500A，公开日为2017年5月31日，名称为“高强度高韧性气瓶用无缝钢管及生产方法”的中国专利文献提供了一种高强度高韧性气瓶用无缝钢管。该无缝钢管的成分按重量百分比为：C：0.30％～0.40％，Si：0.17％～0.37％，Mn：0.60％～0.80％，Cr：0.85％～1.20％，Mo：0.20％～0.30％，Al：0.005％～0.05％，Ni：0.1％～0.4％，W：0％～0.01％，P：0％～0.020％，S：0％～0.010％，Cu：0～0.25％，Nb：0～0.015％，Ti：0～0.05％，V：0～0.2％，其余为Fe。该专利文献中气瓶管达到的性能特征是：屈服强度≥970MPa、抗拉强度1100～1260MPa、-50℃横向冲击功AKv≥60J/cm2。
需要指出的是，上述专利文献所公开的气瓶管具有较高的强度及低温冲击韧性，其合金化思路主要是通过在传统气瓶管钢种34CrMo4的基础上添加0.1％-0.4％Ni，利用Ni强化铁素体与降低韧脆转变温度的作用，在增强钢的强度的同时，提高其低温韧性。但需要注意的是，该钢种并非为了在含有易引发高强钢应力腐蚀开裂的H2S气体环境中的使用而设计，因此未涉及抗硫化氢腐蚀性能，无法保证在含H2S气体环境中的安全使用。
基于此，期望获得一种兼具高强度与抗硫化氢应力腐蚀性能的高压气瓶钢，其可以用于制得高压气瓶，保证高压气瓶的强度与抗硫化氢应力腐蚀性能。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种1100MPa级抗硫高压气瓶钢，该抗硫高压气瓶钢在保证超高强度的同时还具有优良的低温冲击韧性以及一定的抗硫化物应力腐蚀开裂性能，其抗拉强度≥1100MPa，且-50℃横向冲击功AKv≥70J/cm2，具有良好的使用前景和应用价值。
为了实现上述目的，本发明提出了一种1100MPa级抗硫高压气瓶钢，其除了Fe以外还含有质量百分含量如下的下述各化学元素：
C：0.25％～0.4％，Si：0.1％～0.4％，Mn：0.6％～1.2％，Cr：0.9～1.3％，Mo：0.4％～0.75％，Al：0.01％～0.04％，Ti：0.01％～0.03％，B：0.0015％～0.003％，0＜N≤0.007％。
进一步地，在本发明所述的1100MPa级抗硫高压气瓶钢中，其各化学元素质量百分含量为：
C：0.25％～0.4％，Si：0.1％～0.4％，Mn：0.6％～1.2％，Cr：0.9～1.3％，Mo：0.4％～0.75％，Al：0.01％～0.04％，Ti：0.01％～0.03％，B：0.0015％～0.003％，0＜N≤0.007％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。
在本发明所述的技术方案中，本发明所述的1100MPa级抗硫高压气瓶钢在中碳钢的基础上通过适当添加较高含量的抗硫化物应力腐蚀开裂主体合金元素Cr、Mo，从而提高材料的强度与耐硫化物应力腐蚀开裂性能。此外，在钢的化学成分设计中，还复合添加了Ti和B元素，一方面可以形成TiN微合金粒子钉扎奥氏体晶界，细化晶粒以提高韧性，另一方面还能进一步的提高本发明所述钢的淬透性。
此外，需要说明的是，在本发明所述1100MPa级抗硫高压气瓶钢中，其通过形成TiN微合金粒子来细化晶粒，从而达到提高冲击韧性的效果，而非通过添加昂贵的Ni元素实现。
在本发明所述的1100MPa级抗硫高压气瓶钢中，各化学元素的设计原理具体如下所述：
C：在本发明所述的1100MPa级抗硫高压气瓶钢中，C是保证钢强度的主要元素，其可以有效保证钢的强度。随着钢中C元素含量的增加，钢的强度也会相应升高。但是，需要注意的是，钢中添加过量的C不仅会损害钢的韧性，同时还会对钢的抗硫性能不利。基于此，在本发明所述的1100MPa级抗硫高压气瓶钢中控制C元素的质量百分含量在0.25％～0.4％之间。
在一些优选的实施方式中，为了得到更好的实施效果，钢中C元素的质量百分含量可以控制在0.3％～0.4％之间。
Si：在本发明所述的1100MPa级抗硫高压气瓶钢中，Si元素是由脱氧剂带入的元素，钢中添加适量的Si元素可以有效保证钢的脱氧效果，且可以提高钢的弹性极限和屈服强度。但需要注意的是，若钢中Si元素含量过高，则会影响钢的变形加工性能，且对变形量较大的薄壁气瓶管的轧制过程影响更大。基于此，在本发明所述的1100MPa级抗硫高压气瓶钢中控制Si元素的质量百分含量在0.1％～0.4％之间。
在一些优选的实施方式中，为了得到更好的实施效果，钢中Si元素的质量百分含量可以控制在0.2％～0.3％之间。
Mn：在本发明所述的1100MPa级抗硫高压气瓶钢中，Mn元素能够与Fe元素形成固溶体，从而可以在提高强度的同时还能改善钢的韧性。此外钢中加入适量的Mn也有利于提高钢的淬透性。但需要注意的是，钢中Mn元素含量不宜过高，过量的Mn会增大形成偏析带的倾向，造成材料组织及硬度的不均匀，进而对钢的抗硫性能产生不利影响。基于此，在本发明所述的1100MPa级抗硫高压气瓶钢中控制Mn元素的质量百分含量在0.6％～1.2％之间。
在一些优选的实施方式中，为了得到更好的实施效果，钢中Mn元素的质量百分含量可以控制在0.7％～1.0％之间。
Cr：在本发明所述的1100MPa级抗硫高压气瓶钢中，Cr元素能够有效提高钢的淬透性、淬硬性及耐蚀性，其是保证气瓶管抗硫化物应力腐蚀开裂性能的主要元素。因此，在本发明所述的1100MPa级抗硫高压气瓶钢中控制Cr元素的质量百分含量在0.9～1.3％之间。
在一些优选的实施方式中，为了得到更好的实施效果，钢中Cr元素的质量百分含量可以控制在1.1～1.3％之间。
Mo：在本发明所述的1100MPa级抗硫高压气瓶钢中，Mo元素具有防止材料的点蚀及硫化物应力腐蚀的作用。此外，Mo还可以溶入铁素体中起到固溶强化的作用。基于此，在本发明所述的1100MPa级抗硫高压气瓶钢中控制Mo元素的质量百分含量在0.4％～0.75％之间。
在一些优选的实施方式中，为了得到更好的实施效果，钢中Mo元素的质量百分含量可以控制在0.4％～0.55％之间。
Al：在本发明所述的1100MPa级抗硫高压气瓶钢中，由于Ti元素的化学活性很大，其很容易和O元素结合，从而形成化合物。因此在本发明的抗硫高压气瓶钢中，需要先使用Al元素充分脱氧后，才加入Ti元素。此外，需要说明的是，钢中添加适量的Al元素，也有利于细化晶粒。基于此，在本发明所述的1100MPa级抗硫高压气瓶钢中控制Al元素质量百分含量在0.01％～0.04％之间。
Ti：在本发明所述的1100MPa级抗硫高压气瓶钢中，Ti元素在钢中可以形成高温下非常稳定的TiN粒子，通过钉扎奥氏体晶界从而起到细化晶粒的作用，进而有效改善材料综合性能。需要说明的是，若钢中Ti元素的含量过低，则将不能得到足够体积分数的TiN来有效细化晶粒；而若钢中Ti元素含量过高，超过一定范围时，钢中的TiN粒子会显著粗化，同样会减弱TiN的晶粒细化作用。基于此，在本发明所述的1100MPa级抗硫高压气瓶钢中控制Ti元素的质量百分含量在0.01％～0.03％之间。
B：在本发明所述的1100MPa级抗硫高压气瓶钢中，钢中添加了微量的B元素，可以有效提高钢的淬透性，保证材料的组织及性能的均匀性。因此，在本发明所述的1100MPa级抗硫高压气瓶钢中控制B元素质量百分含量在0.0015％～0.003％之间。
N：在本发明所述的1100MPa级抗硫高压气瓶钢中，N元素可以在钢中与Ti元素形成高温下非常稳定的TiN粒子，通过钉扎奥氏体晶界从而起到细化晶粒，进而能够有效改善材料综合性能。为了与限定范围内的Ti元素形成足够体积分数且细小的TiN粒子，在本发明所述的1100MPa级抗硫高压气瓶钢中控制N元素的质量百分含量为0＜N≤0.007％。
进一步地，在本发明所述的1100MPa级抗硫高压气瓶钢中，其各化学元素的质量百分比含量满足下列各项的至少其中之一：
C：0.3％～0.4％，
Si：0.2％～0.3％，
Mn：0.7％～1.0％，
Cr：1.1～1.3％，
Mo：0.4％～0.55％。
进一步地，在本发明所述的1100MPa级抗硫高压气瓶钢中，还含有下列各元素的至少其中之一：
0＜V≤0.10％，0＜Nb≤0.05％，0＜Ca≤0.005％。
在本发明所述的技术方案中，上述的V、Nb以及Ca元素均可以进一步提高本发明所述的1100MPa级抗硫高压气瓶钢的性能。但需要注意的是，上述元素的加入会增加材料的成本，综合考虑到性能与成本控制，在本发明所述的技术方案中，可以优选地添加上述元素的至少其中之一。
进一步地，在本发明所述的1100MPa级抗硫高压气瓶钢中，在其他不可避免的杂质中：P≤0.012％，S≤0.002％，O≤0.004％。
上述方案中，在本发明所述的1100MPa级抗硫高压气瓶钢中，P、S和O元素均为钢中不可避免的杂质元素，在钢中杂质元素的含量越低越好。
进一步地，在本发明所述的1100MPa级抗硫高压气瓶钢中，其微观组织为均匀的回火索氏体。
进一步地，在本发明所述的1100MPa级抗硫高压气瓶钢中，其抗拉强度≥1100MPa，-50℃横向冲击功AKv≥70J/cm2。
相应地，本发明的另一目的在于提供一种高压气瓶，该高压气瓶性能优良，不仅具备高强度高韧性的特点，同时还具备一定的抗硫化物应力腐蚀开裂性能，具有良好的使用前景和应用价值。
为了实现上述目的，本发明提出了一种高压气瓶，其由上述的1100MPa级抗硫高压气瓶钢制得。
进一步的，在本发明所述的高压气瓶中，根据《NACE TM0177-2016金属在硫化氢环境中抗硫化物应力腐蚀开裂的实验室试验》，采用恒载荷法进行抗硫化物应力腐蚀开裂性能检验，在气体组成为1％H2S+99％N2、B溶液、60％名义屈服强度加载的条件下，该高压气瓶可满足470h持续加载时间不断裂要求(即A法抗硫持续时间＞470h)。
此外，本发明的又一目的在于提供上述的高压气瓶的制造方法，该制造方法通过采用“感应加热+控制冷却+降温淬火+回火”的热处理工艺路线，可以起到细化奥氏体晶粒1-2级的作用，采用该制造方法可以将本发明所述的1100MPa级抗硫高压气瓶钢制成性能优良的高压气瓶，制得的高压气瓶不仅具备高强度高韧性的特点，还具备一定的抗硫化物应力腐蚀开裂性能。
为了实现上述目的，本发明提出了上述高压气瓶的制造方法，其包括步骤：
(1)制得管坯；
(2)基于管坯制得钢瓶；
(3)快速加热：将冷态钢瓶以80-150℃/s的加热速度加热至T1，其中T1＝890-920℃；
(4)控制冷却：以10-15℃/s的速度将钢瓶冷却至550-600℃；
(5)将带温的钢瓶重新加热到T2，然后以50-70℃/s的冷速淬火至180℃以下，其中T2＝T1-20℃；
(6)回火。
在本发明所述的技术方案中，本发明所述的高压气瓶通过利用上述1100MPa级抗硫高压气瓶钢制得管坯，并最终制得高压气瓶。需要说明的是，本技术方案的核心是对制成的钢瓶的热处理工艺，本技术方案通过对成品气瓶采用“快速加热+控制冷却+降温淬火+回火”的热处理工艺路线，可以有效细化奥氏体晶粒1-2级。
在上述技术方案中，在步骤(3)和步骤(4)中，需要将冷态钢瓶快速以80-150℃/s的加热速度加热至T1，奥氏体化后以以10-15℃/s的速度将钢瓶冷却至550-600℃温度区间。这是因为：通过实验室研究发现，通过将该钢种奥氏体化后以10-15℃/s的速度冷却至550℃-600℃可以形成细小的非平衡态贝氏体组织。非平衡态贝氏体组织在重新加热奥氏体化时可以提供更加丰富的形核点，从而起到细化晶粒的作用，对保证气瓶的强韧性与抗硫性能有利。
相应地，在步骤(5)中，带温钢瓶在重新加热淬火时，加热温度需比冷态钢瓶感应加热时低20℃，控制T2＝T1-20℃。这是因为通过实验室研究发现，只有淬火加热温度T2比冷态钢瓶快速加热温度T1低20℃才能保证细化奥氏体晶粒的效果，如果淬火加热温度T2与快速加热温度T1相等甚至略高，则有可能产生变相延长奥氏体化时间的效应，反而造成奥氏体晶粒粗化。
此外，需要说明的是，在步骤(2)中，本发明所述的1100MPa级别抗硫高压气瓶将原料制成管坯、轧制成管、乃至制成成品气瓶的步骤没有特别限定的具体工艺，只要能够满足本技术方案限定的各成分组成，采用常规的如转炉、电炉、真空感应炉等熔炼方法，用连铸，铸锭初轧等方法均可以制造管坯。当然在一些其他的实施方式中，也可以采用常规的热轧、穿孔+冷拔/冷轧、热扩、旋压等制管方式制成钢管。当然，在某些实施方式中，还能通过常规的冷拔冷轧、冲压和旋压等方式均制成钢瓶。
进一步地，在本发明所述的制造方法中，在步骤(6)中，回火温度为580-610℃，回火保温时间T回与高压气瓶的壁厚t之间需满足如下关系式：T回＝18+2.5×t，其中T回的单位参量为min，t的单位参量为mm。
在上述技术方案中，在步骤(6)的回火步骤中，为了在淬火马氏体的基体上充分析出细小的碳化物颗粒，淬火后的钢瓶可以在回火温度为580-610℃之间进行回火，回火保温时间T回(min)与钢瓶壁厚t(mm)之间可以满足如下关系式：T回＝18+2.5×t。经回火步骤后的微观组织为回火索氏体组织，该微观组织能够使该高压气瓶具有较高的强度、较好的韧性以及优良的抗硫化物应力腐蚀开裂性能。
进一步地，在本发明所述的制造方法中，在步骤(3)中，采用感应线圈对冷态钢瓶进行快速加热。
本发明所述的1100MPa级抗硫高压气瓶钢、高压气瓶及其制造方法相较于现有技术具有如下所述的优点以及有益效果：
本发明所述的1100MPa级抗硫高压气瓶钢在保证超高强度的同时还具有优良的低温冲击韧性以及一定的抗硫化物应力腐蚀开裂性能，其抗拉强度≥1100MPa，且-50℃横向冲击功AKv≥70J/cm2，具有良好的使用前景和应用价值。
相应地，本发明所述的制造方法通过采用“感应加热+控制冷却+降温淬火+回火”的热处理工艺路线，可起到有效细化奥氏体晶粒1-2级的作用，采用本发明所述钢种及制造工艺生产制得的高强度抗硫化氢腐蚀高压气瓶性能优良，不仅具备高强度高韧性的特点，同时还具备一定的抗硫化物应力腐蚀开裂性能。
此外，需要说明的是，根据《NACE TM0177-2016金属在硫化氢环境中抗硫化物应力腐蚀开裂的实验室试验》，采用恒载荷法进行抗硫化物应力腐蚀开裂性能检验，在气体组成为1％H2S+99％N2、B溶液、60％名义屈服强度加载的条件下，本发明所述的高压气瓶可满足470h持续加载时间不断裂的要求，其性能优良，适合于在各类气瓶厂家推广应用。
附图说明
图1为实施例2的1100MPa级抗硫高压气瓶钢的金相组织照片。
具体实施方式
下面将结合说明书附图以及具体的实施例对本发明所述的1100MPa级抗硫高压气瓶钢、高压气瓶及其制造方法做进一步的解释和说明，然而该解释和说明并不对本发明的技术方案构成不当限定。
实施例1-6以及对比例1-4
实施例1-6的1100MPa级抗硫高压气瓶和对比例1-4的高压气瓶均采用以下步骤制得：
(1)制得管坯：按照表1所列举的各化学成分配比冶炼并将铸锭锻造成φ300mm的圆管坯。
(2)基于管坯制得钢瓶：将管坯加热并保温，经穿孔、连轧、定径得到尺寸为356mm×11.5mm的钢管，其中，管坯加热温度为1150-1300℃，保温时间为1-4h。将得到的钢管经锯切、旋压封口、冷拔、旋压收口工序制得成品钢瓶，钢瓶规格314mm×3mm。
(3)快速加热：采用感应线圈对冷态钢瓶进行快速加热，将冷态钢瓶以80-150℃/s的加热速度加热至T1，其中T1＝890-920℃。
(4)控制冷却：以10-15℃/s的速度将钢瓶冷却至550-600℃。
(5)将带温的钢瓶重新加热到T2，然后以50-70℃/s的冷速淬火至180℃以下，其中T2＝T1-20℃，淬火采用油淬或水淬。
(6)回火：回火温度为580-610℃，回火保温时间T回与高压气瓶的壁厚t之间需满足如下关系式：T回＝18+2.5×t，其中T回的单位参量为min，t的单位参量为mm。
需要说明的是，实施例1-6的1100MPa级抗硫高压气瓶钢的化学成分以及其制得高压气瓶的相关工艺参数均满足本发明设计规范控制要求。而对比例1-4钢的化学成分均存在未能满足本发明设计的要求的参数。
表1列出了实施例1-6的1100MPa级抗硫高压气瓶钢和对比例1-4的高压气瓶钢的各化学元素的质量百分配比。
表1.(wt％，余量为Fe和除了P、S以及O以外的其他不可避免的杂质)
Figure BDA0002649164070000091
表2-1和表2-2列出了实施例1-6的1100MPa级抗硫高压气瓶钢以及对比例1-4的对比钢分别制得高压气瓶的具体工艺参数。
表2-1.
Figure BDA0002649164070000092
表2-2.
Figure BDA0002649164070000101
注：上表中回火保温时间T回与高压气瓶的壁厚t之间满足如下关系式：T回＝18+2.5×t，其中T回的单位参量为min，t的单位参量为mm。
对上述实施例1-6得到的1100MPa级抗硫高压气瓶和对比例1-4的高压气瓶取样后，对各实施例和对比例的高压气瓶钢进行包括力学性能、抗硫性能在内的各项测试，将测得的相关数据列于表3中。
相关具体测试方式如下：
(1)强度测试：将各实施例和对比例的气瓶加工成ASTM标准拉伸试样，按ASTM标准检验后取平均数所得数据。
(2)-50℃全尺寸冲击功测试：在各实施例和对比例的气瓶上取截面积为7.5mm×10mm×55mm的3/4尺寸V型冲击试样，按GB/T229标准检验后取平均数并乘以换算系数所得。
(3)A法抗硫持续时间检测：A法抗硫检验持续时间按照《NACE TM0177-2016金属在硫化氢环境中抗硫化物应力腐蚀开裂的实验室试验》，采用恒载荷法进行测试。
表3列出了实施例1-6的1100MPa级抗硫高压气瓶以及对比例1-4的高压气瓶的性能测试结果。
表3.
Figure BDA0002649164070000102
Figure BDA0002649164070000111
由表3可以看出，本案实施例1-6的1100MPa级抗硫高压气瓶钢在保证强度的同时，还具有优良的低温冲击韧性以及一定的抗硫化物应力腐蚀开裂性能。采用本发明所述的1100MPa级抗硫高压气瓶钢制得的高压气瓶钢同样也具有上述优点及有益效果。实施例1-6的1100MPa级抗硫高压气瓶钢的屈服强度Rp0.2均≥1022MPa，抗拉强度Rm均≥1121MPa，-50℃全尺寸冲击功均＞70J，A法抗硫持续时间均＞470h。
而在对比例1-4中，对比例1在化学成分设计过程中，由于钢中Mn元素含量较低，不符合本发明设计规范控制要求，固溶强化效应不足，从而导致最终钢的强度偏低。相应地，对比例2和对比例3由于钢中Cr、Mo元素含量较低，不符合本发明设计规范控制要求，强化效应及抗腐蚀性能均有所下降，对比例2和对比例3最终制得高压气瓶明显无法满足强度及A法抗硫持续时间要求。对比例4在化学成分设计过程中，由于钢中未添加Ti和B元素，其晶粒明显粗大，从而导致钢的冲击韧性及强度均较低，也无法满足抗硫性能要求。
图1为实施例2的1100MPa级抗硫高压气瓶钢的金相组织照片。
图1所示的金相是从样管上取全壁厚试样打磨抛光后，使用4％硝酸酒精腐蚀后在金相显微镜下观察得到，由图1可看出，本发明中的实施例2的1100MPa级抗硫高压气瓶钢的微观组织为均匀的回火索氏体组织。
需要说明的是，本案中各技术特征的组合方式并不限本案权利要求中所记载的组合方式或是具体实施例所记载的组合方式，本案记载的所有技术特征可以以任何方式进行自由组合或结合，除非相互之间产生矛盾。
还需要注意的是，以上所列举的实施例仅为本发明的具体实施例。显然本发明不局限于以上实施例，随之做出的类似变化或变形是本领域技术人员能从本发明公开的内容直接得出或者很容易便联想到的，均应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种1100MPa级抗硫高压气瓶钢，其特征在于，其各化学元素质量百分含量为：
C：0.25％～0.4％，Si：0.1％～0.4％，Mn：0.6％～1.2％，Cr：0.9～1.3％，Mo：0.4％～0.75％，Al：0.01％～0.04％，Ti：0.01％～0.03％，B：0.0015％～0.003％，0＜N≤0.007％，余量为Fe和其他不可避免的杂质；
所述1100MPa级抗硫高压气瓶钢的微观组织为均匀的回火索氏体；
其抗拉强度≥1100MPa，-50℃横向冲击功AKv≥70J/cm2。
2.如权利要求1所述的1100MPa级抗硫高压气瓶钢，其特征在于，其各化学元素的质量百分比含量满足下列各项的至少其中之一：
C：0.3％～0.4％，
Si：0.2％～0.3％，
Mn：0.7％～1.0％，
Cr：1.1～1.3％，
Mo：0.4％～0.55％。
3.如权利要求1所述的1100MPa级抗硫高压气瓶钢，其特征在于，还含有下列各元素的至少其中之一：
0＜V≤0.10％，0＜Nb≤0.05％，0＜Ca≤0.005％。
4.如权利要求1所述的1100MPa级抗硫高压气瓶钢，其特征在于，在其他不可避免的杂质中：P≤0.012％，S≤0.002％，O≤0.004％。
5.一种采用如权利要求1-4中任意一项所述的1100MPa级抗硫高压气瓶钢制得的高压气瓶。
6.如权利要求5所述的高压气瓶，其特征在于，其A法抗硫持续时间＞470h。
7.如权利要求5或6中所述的高压气瓶的制造方法，其特征在于，其包括步骤：
(1)制得管坯；
(2)基于管坯制得钢瓶；
(3)快速加热：将冷态钢瓶以80-150℃/s的加热速度加热至T1，其中T1＝890-920℃；
(4)控制冷却：以10-15℃/s的速度将钢瓶冷却至550-600℃；
(5)将带温的钢瓶重新加热到T2，然后以50-70℃/s的冷速淬火至180℃以下，其中T2＝T1-20℃；
(6)回火。
8.如权利要求7所述的制造方法，其特征在于，在步骤(6)中，回火温度为580-610℃，回火保温时间T回与高压气瓶的壁厚t之间需满足如下关系式：T回＝18+2.5×t，其中T回的单位参量为min，t的单位参量为mm。
9.如权利要求7所述的制造方法，其特征在于，在步骤(3)中，采用感应线圈对冷态钢瓶进行快速加热。
CN202010864117.XA 2020-08-25 2020-08-25 一种1100MPa级抗硫高压气瓶钢、高压气瓶及其制造方法 Active CN114086083B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010864117.XA CN114086083B (zh) 2020-08-25 2020-08-25 一种1100MPa级抗硫高压气瓶钢、高压气瓶及其制造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010864117.XA CN114086083B (zh) 2020-08-25 2020-08-25 一种1100MPa级抗硫高压气瓶钢、高压气瓶及其制造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114086083A CN114086083A (zh) 2022-02-25
CN114086083B true CN114086083B (zh) 2023-01-20

Family

ID=80294850

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010864117.XA Active CN114086083B (zh) 2020-08-25 2020-08-25 一种1100MPa级抗硫高压气瓶钢、高压气瓶及其制造方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114086083B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115058646B (zh) * 2022-05-23 2023-09-26 江阴兴澄特种钢铁有限公司 一种高强度、耐低温、耐腐蚀车载气瓶用钢及其制造方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102409242A (zh) * 2011-11-25 2012-04-11 宝山钢铁股份有限公司 一种高强度气瓶用合金钢、气瓶及其制备方法
CN102605242A (zh) * 2012-03-05 2012-07-25 宝山钢铁股份有限公司 一种抗氢致开裂压力容器用钢及其制造方法
JP2019112679A (ja) * 2017-12-25 2019-07-11 日本製鉄株式会社 鋼材、油井用鋼管、及び、鋼材の製造方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5728836B2 (ja) * 2009-06-24 2015-06-03 Ｊｆｅスチール株式会社 耐硫化物応力割れ性に優れた油井用高強度継目無鋼管の製造方法
WO2016038809A1 (ja) * 2014-09-08 2016-03-17 Ｊｆｅスチール株式会社 油井用高強度継目無鋼管およびその製造方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102409242A (zh) * 2011-11-25 2012-04-11 宝山钢铁股份有限公司 一种高强度气瓶用合金钢、气瓶及其制备方法
CN102605242A (zh) * 2012-03-05 2012-07-25 宝山钢铁股份有限公司 一种抗氢致开裂压力容器用钢及其制造方法
JP2019112679A (ja) * 2017-12-25 2019-07-11 日本製鉄株式会社 鋼材、油井用鋼管、及び、鋼材の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN114086083A (zh) 2022-02-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102263332B1 (ko) 고경도 열간압연된 강 제품 및 이를 제조하는 방법
US10597760B2 (en) High-strength steel material for oil well and oil well pipes
KR102364473B1 (ko) 저온 압력 용기용 강 및 그 제조 방법
US11085098B2 (en) Grade 550MPA high-temperature resistant pipeline steel and method of manufacturing same
MX2008016193A (es) Productos tubulares para campo petrolero de acero sin costura, con acero de baja aleacion y metodo para producir un tubo de acero sin costura.
JPWO2010061882A1 (ja) 継目無鋼管およびその製造方法
US10988819B2 (en) High-strength steel material and production method therefor
CN111074148B (zh) 一种800MPa级热冲压桥壳钢及其制造方法
CN109136779B (zh) 一种马氏体基体1100MPa级稀土Q&P钢制备方法
CN102851587A (zh) 抗变形x80-x100管线钢板及其制造方法
WO2017117885A1 (zh) 高强度、低热处理敏感性的 r5 级系泊链钢及其制造方法
CN102560284A (zh) 高强度高韧性x100管线钢热轧钢带及其制造方法
CN111996449A (zh) 一种塑韧性优异的管线用厚板及其生产方法
WO2021218932A1 (zh) 一种高强度耐高温腐蚀马氏体不锈钢及其制造方法
WO2017150251A1 (ja) 鋼材及び油井用鋼管
WO2021208181A1 (zh) 一种低温高韧高温高强及高淬透性热模钢及制备技术
CN111893386A (zh) 基于塑变和抗压溃性设计深水管线用厚板及其生产方法
JP5668547B2 (ja) 継目無鋼管の製造方法
CN114134431B (zh) 一种方坯连铸连轧2000Mpa级高强高韧高淬透性弹簧钢及其制造方法
CN114086083B (zh) 一种1100MPa级抗硫高压气瓶钢、高压气瓶及其制造方法
CN112011735A (zh) 一种经济型耐腐蚀性能良好的低温钢管及其制造方法
CN115386808A (zh) 一种耐腐蚀油套管及其制备方法与应用
CN114277310B (zh) 一种抗h2s腐蚀的油套管及其制造方法
JP3589066B2 (ja) 高強度高靱性継目無鋼管の製造方法
JP7458685B2 (ja) 高強度の抗崩壊オイルケーシングおよびその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant