CN114717472B - 低硬度合金无缝钢管及热处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及低硬度合金无缝钢管，包括如下重量百分比的各组分：C：0.05～0.15％；Si：0.20～0.40％；Mn：0.30～0.60％；P：0～0.020％；S：0～0.010％；Cr：2.00～3.00％；Mo：1.00～1.50％；Al：0.005～0.045％；N：0.002～0.020％；余量为Fe；本发明有利于规模化生产，提高生产效率，得到合理的强度和较低的钢管硬度，增强钢管抗腐蚀性能。
Description
技术领域
本发明属于石油化工管材技术领域，尤其涉及低硬度合金无缝钢管及热处理方法。
背景技术
石油化工行业作为石油开采后必不可少的工序，通过石油化工，将石油原油变为汽油、柴油、石蜡等与民众密切相关的能源。但石油化工生产过程一般是在高温高压下进行，对钢管提出了严苛要求。
2Cr1Mo合金石油裂化管由于具有耐高温腐蚀及耐高温高压等优点而得到广泛应用，但由于2Cr1Mo钢热处理后的硬度高，导致裂纹敏感性高，抗应力腐蚀能力差，往往导致早期失效。因此在研究开发2Cr1Mo 合金石油裂化管时，考虑在不大量损失强度的情况下，降低钢管硬度成为了一大难题。
目前，2Cr1Mo合金石油裂化管在制备时通常采用正火+回火工艺，但短时的回火硬度无法降低，长时间回火和完全退火工艺能够达到降低硬度的目的，但热处理时间长，不利于规模化生产，且金相组织易产生珠光体球化现象。
发明内容
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
低硬度合金无缝钢管，所述钢管包括如下重量百分比的各组分：
C：0.05～0.15％；
Si：0.20～0.40％；
Mn：0.30～0.60％；
P：0～0.020％；
S：0～0.010％；
Cr：2.00～3.00％；
Mo：1.00～1.50％；
Al：0.005～0.045％；
N：0.002～0.020％；
余量为Fe。
进一步的，还包括如下重量百分比的各组分：
Ni：0～0.20％；
Cu：0～0.20％；
V：0～0.02％；
Nb：0～0.02％。
进一步的，在对所述无缝钢管进行热处理时，加热温度为920℃～970℃，保温时间不少于10分钟，退火时采用740℃～790℃的等温退火，退火保温时间不少于30分钟。
进一步的，经热处理后的无缝钢管常温下的屈服强度≥300MPa，抗拉强度≥450MPa，硬度≤150HBW。
本发明的优点和积极效果是：
(1)、本发明降低成品管硬度，使之符合用户要求：采用未添加 Al元素的钢，同时采用正常正火+回火热处理，硬度往往在180HBW左右，而采用本发明专利的热处理工艺处理，硬度值能在150HBW以下；
(2)、常规情况下，为降低该合金钢的硬度，正火+回火的热处理工艺硬度指标合格率很低，只能采用完全退火工艺来达到要求，但该生产工艺需要保温时间长，因而生产效率低，往往热处理一炉钢管需要10 小时以上的时间；而采用本发明专利的产品，热处理一炉钢管最多需要5小时的时间，生产效率相对提高50％以上，该工艺有利于规模化生产，提高生产效率，得到合理的强度和较低的钢管硬度，增强钢管抗腐蚀性能。
具体实施方式
首先，需要说明的是，以下将以示例方式来具体说明本发明的具体结构、特点和优点等，然而所有的描述仅是用来进行说明的，而不应将其理解为对本发明形成任何限制。此外，在本文所提及各实施例中予以描述或隐含的任意单个技术特征，仍然可在这些技术特征(或其等同物) 之间继续进行任意组合或删减，从而获得可能未在本文中直接提及的本发明的更多其他实施例。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1
本实施例提供的低硬度合金无缝钢管，所述钢管包括如下重量百分比的各组分：
C：0.05～0.15％；
Si：0.20～0.40％；
Mn：0.30～0.60％；
P：0～0.020％；
S：0～0.010％；
Cr：2.00～3.00％；
Mo：1.00～1.50％；
Al：0.005～0.045％；
N：0.002～0.020％；
Ni：0～0.20％；
Cu：0～0.20％；
V：0～0.02％；
Nb：0～0.02％。
余量为Fe。
需要说明的是，C含量过高，可使该钢的室温强度和硬度显著提高，最终将会导致硬度高于上限要求，同时过高的C含量可使焊接性能降低，同时降低高温塑性，因此将C含量控制在0.05～0.15％之间；
S和硫化物在晶界偏析，削弱晶界，形成孔洞，从而引起晶界脆化和蠕变脆化，因此要严格控制，将该产品的S含量控制在0.010％以下；
P在钢中的存在能够增加钢的脆性，同时造成合金元素严重偏析，因此要严格控制P的含量，将P含量控制在0.020％以下；
Cr的加入能够显著提高钢的抗氧化性能和抗腐蚀性能，同时在钢中以Cr3(C、N)或Cr23C6的形式存在，提高了钢的持久强度。但是过高含量的Cr不仅增加成本，而且使室温拉伸强度和硬度显著升高，因此将Cr的含量控制在2.00～3.00％之间；
Si作为强的脱氧剂，钢中的含量不能太少，同时Si提高钢的高温强度，但当Si含量高时，容易引起钢在长期运行后碳的石墨化，因此将钢中的Si控制在0.20～0.40％之间；
Mn具有脱氧的作用，提高钢的纯净度，并且提高钢的塑性，但含量过高时，则显著增加钢的室温强度和硬度，因此将Mn的含量控制在 0.30～0.60％之间；
Mo提高钢的耐热性能和高温强度，但同时也提高钢室温的强度和硬度，因此将Mo控制在1.00～1.50％之间；
Al元素的加入能够降低钢的淬透性，从而获得较低的硬度，但同时该元素能够细晶强化的作用，从而提高强度和硬度，与本方法要求相左，不过通过热处理工艺的设计能够避免因Al的加入而带来晶粒细小的效果，经过大量试验摸索，将Al含量定在0.005～0.045％之间；
N元素能与钢中的残余V形成VN，VN为细小碳化物，起到强化作用，提升强度，通过本专利的热处理工艺，可使VN在一定程度上长大，从而削弱其强化作用，但过多的N可导致钢的催化，所以将N含量控制在0.002～0.020％之间；
在对所述无缝钢管进行热处理时，加热温度为920℃～970℃，保温时间不少于10分钟，退火时采用740℃～790℃的等温退火，回火保温时间不少于30分钟；具体的，对热轧后的钢管进行等温退火的热处理工艺，经过测定该钢种的AC3在870℃～900℃之间，为保证合金元素充分固溶，将加热温度定为920℃～970℃，保温时间上，除考虑钢完全奥氏体化和合金元素完全固溶外，还要考虑由于细晶导致强度和硬度过高，需要消除加入Al所带来的细晶效果，将钢管加热温度定为920℃～970℃，同时适当延长保温时间，从而使晶粒粗化，降低最终产品硬度，因此将保温时间定为不少于10分钟；退火则采用等温退火，以保证钢管的室温强度和硬度在标准和用户要求范围内，但不能超过AC1温度约810℃，因此将退火保温温度定为740～790℃，保温时间需要适当延长以降低室温强度和硬度，保温时间不少于30分钟；经热处理后的无缝钢管常温下的屈服强度≥300MPa，抗拉强度≥450MPa，硬度≤150HBW。
实施例2
根据实施例中的无缝钢管成分制备的用于石油化工和电站锅炉的无缝钢管，其具体的化学成分(wt％)见表1：
表1
对表1对应的化学成分的无缝钢管，按表2中热处理工艺进行热处理：
表2
将上述得到的无缝钢管进行力学性能测试，其拉伸和硬度性能均满足设计要求，具体如表3：
表3
| 钢管规格 | 下屈服强度(MPa) | 抗拉强度(MPa) | 硬度(HBW) |
| 1 | 340 | 470 | 141 |
| 2 | 340 | 475 | 139 |
| 3 | 330 | 465 | 139 |
| 4 | 335 | 470 | 140 |
| 5 | 340 | 470 | 138 |
| 6 | 320 | 460 | 135 |
| 7 | 350 | 485 | 147 |
| 8 | 355 | 495 | 146 |
| 9 | 370 | 510 | 150 |
| 10 | 345 | 480 | 142 |
| 11 | 365 | 500 | 148 |
| 12 | 310 | 455 | 130 |
以上实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (3)
1.低硬度合金无缝钢管的热处理方法，其特征在于：所述低硬度合金无缝钢管包括如下重量百分比的各组分：
C：0.05～0.15％；
Si：0.20～0.40％；
Mn：0.30～0.60％；
P：0～0.020％；
S：0～0.010％；
Cr：2.00～3.00％；
Mo：1.00～1.50％；
Al：0.005～0.045％；
N：0.002～0.020％；
余量为Fe；
在对所述无缝钢管进行热处理时，加热温度为920℃～970℃，保温时间不少于10分钟，退火时采用740℃～790℃的等温退火，退火保温时间不少于30分钟。
2.根据权利要求1所述的低硬度合金无缝钢管的热处理方法，其特征在于：所述低硬度合金无缝钢管还包括如下重量百分比的各组分：
Ni：0～0.20％；
Cu：0～0.20％；
V：0～0.02％；
Nb：0～0.02％。
3.根据权利要求1所述的低硬度合金无缝钢管的热处理方法，其特征在于：经热处理后的无缝钢管常温下的屈服强度≥300MPa，抗拉强度≥450MPa，硬度≤150HBW。
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| CN114717472A (zh) | 2022-07-08 |
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