CN1580310A - 耐硫化氢应力腐蚀的无缝钢管合金钢及钢管加工工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种合金钢及该钢管加工艺方法。该合金钢的化学成分为C0.05－0.09，Si0.17－0.37，Mn0.20－0.50，Cr2.00－2.50，Al0.30－0.70，Mo0.30－0.40，S≤0.015，P≤0.025，其余为Fe。采用该钢管制造的的无缝钢管，成功的解决了换热器专用无缝钢管耐HS应力腐蚀开裂性能差的问题，同时降低了材料的硬度，和管板可最佳匹配。

Description

耐硫化氢应力腐蚀的无缝钢管合金钢及钢管加工工艺方法

技术领域

本发明涉及一种无缝钢管的加工工艺方法。

背景技术

随着我国经济向市场化转变，并且逐步与国际经济接轨，原油来源及品种扩大。除国产原油外，目前每年需进口4-5千万吨原油，其中大部分是中东的高硫原油。而国内大部分炼油厂在改革开放前炼制的原油主要是低硫原油，即含硫量低于0.5％，而中东进口原油的硫含量高达3.09％，原油硫含量的增加，再加上高品质处理，对设备的耐腐蚀要求提高。而国内原有的12Cr2AlMoV钢冶炼、焊接都存在不少问题，所述材料在生产管子的过程中对裂纹较为敏感，且在与16Mn、12Cr2AlMoV管板匹配中硬度偏高。

发明内容

本发明通过对钢管材料成分的调整及加工工艺方法的改进，提供一种抗腐蚀开裂性能强的无缝钢管的合金钢配方及钢管加工工艺方法。

本发明的目的是这样实现的。

1、耐硫化氢应力腐蚀的无缝钢管合金钢，其特征在于：该钢的化学成份组成(重量％)为C0.05-0.09，Si0.17-0.37，Mn0.20-0.50，Cr2.00-2.50，Al0.30-0.70，Mo0.30-0.40，S≤0.015，P≤0.025，其余为Fe。

本发明的合金钢化学成份的设计依据如下：

碳：一般认为当含碳量在0.08-0.40％时，对硫化物的腐蚀破坏敏感性没有明显的影响。但由于随着含碳量的增加，氢蚀就越容易发生，因此，将钢中碳含量控制在≤0.09％的范围内。

硅：硅对抗硫化氢腐蚀的影响，虽然还有不同的看法，但也有制造者将耐硫化物腐蚀的无缝钢管的低合金钢一般均将硅含量控制在0.30％以下，本发明控制在0.17％-0.37％。

锰：锰是一个弱碳化物形成元素，较多的锰含量可以使钢的抗蚀性能有所改善。由于锰可以生成碳化物，抗氢能力的提高在于合金钢中锰提高了碳化物的稳定性，同时锰也有向晶界偏析的倾向，这一因素对氢蚀裂纹的形成也有一定影响。

铬：铬对钢的耐硫化氢破裂性能的影响尚没有一致的研究结果，曾做出了含铬5％的钢不如含铬1-2％的钢耐硫化物破裂的试验结果。

钼：钼是一种强碳化物形成元素，它与碳的结合能力超过铬，能显著提高抗氢能力和抗硫化氢破裂性能。钼的抗氢效果相当于铬的4倍，当加入少量钼时，其抗氢能力尤其明显。

铝：铝是耐硫化氢应力腐蚀性能低合金钢中常用的元素之一，虽然目前对铝的影响在看法上还有分歧，但目前已开发了不少量铝的耐硫化氢应力腐蚀性能的低合金钢。如日本的CrAlVRE钢，法国的APS10M4C钢等。

硫和磷都是钢中的有害元素，故含量控制的很低。99版的“容规”中对硫和磷进行了严格的要求，规定为S≤0.02％，P≤0.03％。

2、上述耐硫化氢应力腐蚀的无缝钢管加工工艺方法，包括穿孔、冷拔加工、热处理、探伤和检验入库工序；其穿孔工序包括下料和穿孔；其热处理工序包括道次管热处理和成品管热处理，其特征在于：

(1)、所述穿孔工序还包括如下工序

A、料加热穿孔；加热温度为1200-1220℃；加热时间55分钟；管坯加热端部温差不大于20℃；

B、对穿孔后的毛管一端进行带温轧头，轧头要保证毛管中心线与毛管头中心线保持一致，不得有扭转、飞边、歪头现象；

(2)、所述热处理工序的工艺条件如下：

所述道次管热处理的工艺条件是：加热温度750-800℃；保温时间20分钟；空气冷却；

所述成品管热处理的工艺条件是：加热温度正火930-950℃；保温时间30分钟；空气冷却；回火温度690-710℃；保温时间100分钟；空气冷却。

本发明合金钢可称为07Cr2AlMo钢无缝钢管，具有几方面的有益效果：

1、优良的综合力学性能，其供货态和不同温度SR热处理后的强度变化不大，而冲击功有所上升；低温塑性很好，供货态-40℃的冲击韧性还在40J以上，无塑性转变温度为-15℃；

2、07Cr2AlMo钢的焊接性能良好，预热200℃以上均无冷裂纹产生。焊接接头经不同温度的弊害SR应力消除热处理，焊接接头的抗拉强度稍有下降，焊缝金属和焊接热影响区的冲击功基本不变，但冲击韧性相对焊态均有不同程度的提高。焊缝中心焊态-40℃的冲击韧性仍高于标准规定指标；

3、07Cr2AlMo钢及焊接接头具有优良的组织结构，焊接接头的焊缝中心为贝氏体，热影响区为贝氏体；

4、07Cr2AlMo钢及焊接接头的耐硫化氢应力腐蚀性能良好，其恒载荷临界指数σ_th＝0.85σ_s。明显高于美国腐蚀工程师协会NACE TMO177-1996规定的σ_th≥0.45σ_s要求。

5、07Cr2AlMo钢生产的无缝钢管的工艺成熟、稳定，能够满足压力容器的生产使用要求。

6、07Cr2AlMo钢生产的无缝钢管适用于石油化工行业中湿硫化氢腐蚀的换热器等设备，如炼油装置的常减压装置初馏塔的换热器用管和常减压塔的换热器用管；催化系统化分馏塔和吸收稳定塔的换热器用管。能够解决的腐蚀类型有HCN-H₂S-H₂O、CO₂-H₂S-H₂O、H₂S-N₃H-H₂O、HCl-H₂S-H₂O型。耐腐蚀的形式有以下几种：(1)湿硫化氢应力腐蚀；(2)湿硫化氢均匀腐蚀；(3)氢鼓泡、氢致开裂等。

采用本发明合金钢生产制造的无缝钢管，成功的解决了换热器专用无缝钢管耐H₂S应力腐蚀开裂性能差的问题，同时降低了材料的硬度，和管板可最佳匹配。

具体实施方式

实施例1：

合金钢无缝钢管的成份为C0.06，Si0.21，Mn0.28，Cr2.1，Al0.70，Mo0.30，S≤0.015，P≤0.025，其余为Fe。

该钢管的工艺过程包括穿孔、酸洗、磷化、皂化、冷拔加工、热处理、矫直、切割、探伤和检验入库工序；其中穿孔工序包括下料和穿孔工步；其中热处理工序包括道次管热处理和成品管热处理。

其中穿孔工步还包括如下工序：

A、料加热穿孔；加热温度为1200℃；加热时间55分钟；管坯加热端部温差不大于20℃；

B、对穿孔后的毛管一端进行带温轧头，轧头要保证毛管中心线与毛管头中心线保持一致，不得有扭转、飞边、歪头现象；

其中热处理工序的工艺条件如下：

道次管热处理的工艺条件是：加热温度760℃；保温时间20分钟；空气冷却；道次管热处理即毛管冷拔后热处理工序；

成品管热处理的工艺条件是：加热温度正火930℃；保温时间30分钟；空气冷却；回火温度700℃；保温时间100分钟；空气冷却。

实施例2：合金钢无缝钢管的成份为C0.08，Si0.35，Mn0.5，Cr2.5，Al0.65，Mo0.40，S≤0.015，P≤0.025，其余为Fe。

钢管的加工工艺同实施例1。

实施例3：合金钢无缝钢管的成份为C0.07，Si0.30，Mn0.35，Cr2.3，Al0.50，Mo0.35，S≤0.015，P≤0.025，其余为Fe。

钢管的加工工艺同实施例1。

实施例4：合金钢无缝钢管的成份为C0.05，Si0.18，Mn0.26，Cr2.0，Al0.40，Mo0.31，S≤0.01 5，P≤0.025，其余为Fe。

钢管的加工工艺同实施例1。

Claims (2)

1、耐硫化氢应力腐蚀的无缝钢管合金钢，其特征在于：该钢的化学成份组成(重量％)为C0.05-0.09，Si0.17-0.37，Mn0.20-0.50，Cr2.00-2.50，Al0.30-0.70，Mo0.30-0.40，S≤0.015，P≤0.025，其余为Fe。

2、根据权利要求1所述耐硫化氢应力腐蚀的无缝钢管加工工艺方法，包括穿孔、冷拔加工、热处理、探伤和检验入库工序；其穿孔工序包括下料和穿孔；其热处理工序包括道次管热处理和成品管热处理；其特征在于：

(1)、所述穿孔工序还包括如下工序

A、料加热穿孔；加热温度为1200-1220℃；加热时间55分钟；管坯加热端部温差不大于20℃；

B、对穿孔后的毛管一端进行带温轧头，轧头要保证毛管中心线与毛管头中心线保持一致，不得有扭转、飞边、歪头现象；

(2)、所述热处理工序的工艺条件如下：

所述道次管热处理的工艺条件是：加热温度750-800℃；保温时间20分钟；空气冷却；

所述成品管热处理的工艺条件是：加热温度正火930-950℃；保温时间30分钟；空气冷却；回火温度690-710℃；保温时间100分钟；空气冷却。