專利名稱：一種天然氣輸送管道用耐腐蝕鋼棒材的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋼鐵材料領(lǐng)域，特別涉及一種用于天然氣輸送管道的耐腐蝕鋼棒材的制備方法。
背景技術(shù)：
腐蝕是油氣工業(yè)中一種常見現(xiàn)象，往往給油氣田造成重大經(jīng)濟(jì)損失并嚴(yán)重污染環(huán)境。在酸性油氣田上常見的腐蝕破壞通常分為兩種類型一類為電化學(xué)反應(yīng)過程陽極鐵溶解導(dǎo)致的均勻腐蝕和局部腐蝕，表現(xiàn)為金屬設(shè)施與日俱增的壁厚減薄和點(diǎn)蝕穿孔等局部腐蝕破壞；另一類為電化學(xué)反應(yīng)過程陰極析出氫原子，進(jìn)入鋼中后，導(dǎo)致金屬構(gòu)件兩種不同類型的開裂，即硫化物應(yīng)力開裂(Sulfide Stress Cracking, SSC)和氫誘發(fā)裂紋(Hydrogen Induced Cracking，HIC)，HIC 常伴隨著鋼表面的氫鼓泡(Hydrogen Blistering，HB)。HIC 是一組平行于軋制面，沿著軋制方向的裂紋。HIC在鋼內(nèi)可以是單個(gè)直裂紋，也可以是階梯狀裂紋，還包括鋼表面的氫鼓泡。HIC極易起源于呈梭形、兩端尖銳的MnS夾雜，并沿著碳、 錳和磷元素偏析的異常組織擴(kuò)展，也可以產(chǎn)生于帶狀珠光體，沿帶狀珠光體和鐵素體間的相界擴(kuò)展。隨著能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整、天然氣需求的增加，極大地促進(jìn)了高壓輸氣管線的發(fā)展，輸送天然氣管線用鋼與輸送石油等液體管線用鋼的最大不同在于，輸送天然氣管線用鋼不僅對鋼材的強(qiáng)度提出要求；在輸送含有酸性硫化氫介質(zhì)的天然氣環(huán)境下，為防止硫化氫對管線引起的破壞，則要求管線管具有抗HIC性能要求。在NACE中用H2S的臨界分壓Ph2s = 0. 0348MPa來區(qū)分氣體腐蝕性強(qiáng)弱。當(dāng)Pies < 0. 0348MPa時(shí)，稱之為非酸性氣(Sweet Gas)； 而當(dāng)Ph2s > 0. 0348MPa時(shí)，稱之謂酸性氣體(Sour Gas)。我國天然氣的含硫量一般都比較低，在輸氣壓力低的情況下，可通過脫硫后作為甜氣使用。當(dāng)輸氣壓力提高時(shí)，要使硫化氫的分壓不大于臨界分壓，則必須降低硫化氫的輸入濃度，這樣給脫硫處理帶來極大的困難。 發(fā)展抗硫化氫腐蝕的管線管是勢在必行，特別對含硫量很高或海底開采的氣田來說更為必要。因此，耐腐蝕酸性環(huán)境使用的高強(qiáng)度管線鋼管是天然氣工業(yè)急需的輸送管材。中國公開號(hào)CN1811002A、CN1351189所公開的抗硫化氫管線鋼，均為熱軋板卷鋼。無縫管在厚壁、高強(qiáng)度、中高合金、耐腐蝕、小批量生產(chǎn)上是強(qiáng)項(xiàng)領(lǐng)域，優(yōu)于焊接鋼管。 CN1811002A中C含量低，未加入V元素微合金化處理，對P、S含量要求不高，未提供新技術(shù)解決解決P、S引起的負(fù)面影響。CN1351189所公開的高韌性抗硫化氫用輸氣管線鋼，P、S含量要求很低，制造成本高，目前的工業(yè)化生產(chǎn)還難以實(shí)現(xiàn)。CN01U6611.2公開了“一種低碳合金鋼及所制管材”，該發(fā)明涉及一種低碳低合金鋼及所制管材，所要解決的技術(shù)問題是增加合金鋼的強(qiáng)韌性及提高淬透性和焊接性能，沖擊性能不是很理想，添加了多種貴重金屬， 生產(chǎn)成本高，而且未考慮耐腐蝕性能合金元素優(yōu)異配比，不具備良好的抗HIC性能，由此制造的管材不具備輸送酸性介質(zhì)的要求
發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種天然氣輸送管道用耐腐蝕鋼棒材的制備方法，以提供滿足天然氣輸送管道用鋼的需求。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下—種天然氣輸送管道用耐腐蝕鋼棒材的制備方法，所述鋼以重量百分比計(jì)由下列組份組成:C :0. 10 0. 14, Si 0. 5 0. 8, Mn 1. 30 1. 50, P 彡 0. 008, S 彡 0. 003, Cr 1. 3 1. 5、Ni 0. 3 0. 7、Nb :0. 25 0. 45、B :0. 005 0. 01、Cu 彡 0. 15、Al :0. 020 0. 050、N 0. 030 0. 10，V :0. 05 0. 10、其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)，所述制備方法為原料為廢鋼和海綿鐵以及上述成分要求的各種合金原料，采用電弧爐進(jìn)行冶煉， 通過向鋼水中加入CaO-Al2O3造泡沫渣，包底吹A(chǔ)r氣攪拌，充分吸附鋼水中的有害元素P、S， 使P、S含量降低；使用偏心爐底出鋼，再采用鋼包爐精煉、調(diào)整合金成分符合上述要求后， 喂入Al絲進(jìn)行脫氧處理，然后再喂入Si-Ca絲改變夾雜物形態(tài)，使長條狀的MnS夾雜轉(zhuǎn)變成Ca的球形復(fù)合夾雜物，從而改善鋼的韌性、各向異性性能、降低殘余應(yīng)力，提高抗腐蝕性能，CaSi喂入量250 ^Om/爐，喂絲后弱攪時(shí)間10 15min，最后再喂入VN合金絲，需采用小流量氬氣進(jìn)行攪拌并靜置5 8min，使VN合金均勻化并保留鋼水中的N含量，待溫度為1530 1550°C時(shí)進(jìn)行連鑄，連鑄采用帶有Ar氣密封的保護(hù)，中包加覆蓋劑，采用浸入式水口和結(jié)晶器保護(hù)渣進(jìn)行保護(hù)澆鑄，防止鋼水在澆鑄過程中的二次氧化，鑄成圓坯。本發(fā)明的鋼的合金元素設(shè)計(jì)理由如下C:是鋼中最經(jīng)濟(jì)、最基本的強(qiáng)化元素，通過固溶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化的作用對提高鋼的強(qiáng)度有明顯的作用。Si =Si是脫氧所必要的元素，也能提高鋼的強(qiáng)度，但加入大量的硅會(huì)降低韌性和耐蝕性，所以將其含量限止在0. 5 0. 8%范圍內(nèi)。Mn =Mn是作為脫氧材料在煉鋼上所必需的元素，適量的Mn可提高鋼的韌性和耐腐蝕性。P、S :P和S是雜質(zhì)元素。為提高韌性和耐蝕性，要盡量降低其含量。Al =Al是脫氧劑，其含量低于0.005%時(shí)不能達(dá)到這種效果，但含量過高時(shí)，易導(dǎo)致夾雜物增多，產(chǎn)生發(fā)紋，降低韌性和加工性能。Cu 銅對進(jìn)一步改善低碳鋼耐點(diǎn)蝕性有效，可以抑制δ -鐵素體的生成。Ni =Ni能提高鋼的熱力學(xué)穩(wěn)定性和鋼的韌性。還可以改善Cu在鋼中引起的熱脆性。Nb =Nb是加入的微合金化元素，對晶粒度細(xì)化的作用十分明顯。通過熱軋過程中 NbC的應(yīng)變誘導(dǎo)析出阻礙形變奧氏體的回復(fù)、再結(jié)晶，經(jīng)控制軋制和控制冷卻是精軋階段非再結(jié)晶區(qū)軋制的形變奧氏體組織在相變時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小的相變產(chǎn)物，使鋼具有高的強(qiáng)度和高的韌性。V :V具有較高的析出強(qiáng)化作用和晶粒細(xì)化作用，在Nb、V微合金元素復(fù)合使用時(shí)， V是同通過鐵素體中以VC析出強(qiáng)化來提高鋼的強(qiáng)度。Cr 在結(jié)構(gòu)鋼和工具鋼中，鉻能顯著提高強(qiáng)度、硬度和耐磨性，但同時(shí)降低塑性和韌性。鉻又能提高鋼的抗氧化性和耐腐蝕性。B:鋼中加入微量的硼就可改善鋼的致密性和熱軋性能，提高強(qiáng)度。N:氮能提高鋼的強(qiáng)度，低溫韌性和焊接性，增加時(shí)效敏感性。
本發(fā)明的有益效果為(1)本發(fā)明通過優(yōu)化鋼的成分設(shè)計(jì)，使得各合金化元素之間產(chǎn)生協(xié)同，提高鋼的耐腐蝕性，同時(shí)提高鋼的強(qiáng)度。(2)本發(fā)明采用的熔煉澆注參數(shù)針對所設(shè)計(jì)的鋼的成分進(jìn)行優(yōu)化，在大量實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上選擇出上述工藝參數(shù)的窗口值，使得制備的鋼達(dá)到預(yù)期性能。(3)本發(fā)明的天然氣輸送管道用耐腐蝕鋼可達(dá)到下述性能指標(biāo)①拉伸性能屈服強(qiáng)度582 607MPa、抗拉強(qiáng)度683 712MPa ；②沖擊功試驗(yàn)溫度0°C，橫向，全尺寸下比沖擊功彡230J，剪切面積100% ；③耐腐蝕性能按NACE TM0284-96標(biāo)準(zhǔn)，分別在A溶液和B溶液試驗(yàn)條件下浸泡 96小時(shí)檢驗(yàn)試樣，均未出現(xiàn)裂紋，具有優(yōu)異的抗HI C性能，完全滿足酸性條件下對輸送管的耐腐蝕性能要求?？箲?yīng)力腐蝕開裂性能依據(jù)NACE-0177-2005標(biāo)準(zhǔn)采用應(yīng)力環(huán)進(jìn)行測試，其抗硫化氫應(yīng)力腐蝕開裂性能滿足NACE-0177-2005標(biāo)準(zhǔn)要求。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一一種天然氣輸送管道用耐腐蝕鋼，所述鋼以重量百分比計(jì)由下列組份組成C: 0. 10, Si :0. 8, Mn :1. 30, P 彡 0. 008, S 彡 0. 003, Cr 1. 5, Ni 0. 3, Nb 0. 45, B 0. 005, Cu ^ 0. 15, Al 0. 050、N :0. 030，V :0. 10、其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)；所述制備方法為原料為廢鋼和海綿鐵以及上述成分要求的各種合金原料，采用電弧爐進(jìn)行冶煉， 通過向鋼水中加入CaO-Al2O3造泡沫渣，包底吹A(chǔ)r氣攪拌，充分吸附鋼水中的有害元素P、S， 使P、S含量降低；使用偏心爐底出鋼，再采用鋼包爐精煉、調(diào)整合金成分符合上述要求后， 喂入Al絲進(jìn)行脫氧處理，然后再喂入Si-Ca絲改變夾雜物形態(tài)，使長條狀的MnS夾雜轉(zhuǎn)變成Ca的球形復(fù)合夾雜物，從而改善鋼的韌性、各向異性性能、降低殘余應(yīng)力，提高抗腐蝕性能，CaSi喂入量250m/爐，喂絲后弱攪時(shí)間15min，最后再喂入VN合金絲，需采用小流量氬氣進(jìn)行攪拌并靜置5min，使VN合金均勻化并保留鋼水中的N含量，待溫度為1550°C時(shí)進(jìn)行連鑄，連鑄采用帶有Ar氣密封的保護(hù)，中包加覆蓋劑，采用浸入式水口和結(jié)晶器保護(hù)渣進(jìn)行保護(hù)澆鑄，防止鋼水在澆鑄過程中的二次氧化，鑄成圓坯。實(shí)施例二一種天然氣輸送管道用耐腐蝕鋼，所述鋼以重量百分比計(jì)由下列組份組成C: 0. 14、Si :0. 5、Mn :1. 50、P 彡 0. 008、S 彡 0. 003、Cr :1. 3、Ni :0. 7、Nb :0. 25、B :0. OUCu (0. 15、Al 0. 020、N :0. 10，V :0. 05、其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)；所述制備方法為原料為廢鋼和海綿鐵以及上述成分要求的各種合金原料，采用電弧爐進(jìn)行冶煉， 通過向鋼水中加入CaO-Al2O3造泡沫渣，包底吹A(chǔ)r氣攪拌，充分吸附鋼水中的有害元素P、S， 使P、S含量降低；使用偏心爐底出鋼，再采用鋼包爐精煉、調(diào)整合金成分符合上述要求后， 喂入Al絲進(jìn)行脫氧處理，然后再喂入Si-Ca絲改變夾雜物形態(tài)，使長條狀的MnS夾雜轉(zhuǎn)變成Ca的球形復(fù)合夾雜物，從而改善鋼的韌性、各向異性性能、降低殘余應(yīng)力，提高抗腐蝕性能，CaSi喂入量^Om/爐，喂絲后弱攪時(shí)間lOmin，最后再喂入VN合金絲，需采用小流量氬氣進(jìn)行攪拌并靜置8min，使VN合金均勻化并保留鋼水中的N含量，待溫度為1530°C時(shí)進(jìn)行連鑄，連鑄采用帶有Ar氣密封的保護(hù)，中包加覆蓋劑，采用浸入式水口和結(jié)晶器保護(hù)渣進(jìn)行保護(hù)澆鑄，防止鋼水在澆鑄過程中的二次氧化，鑄成圓坯。實(shí)施例三一種天然氣輸送管道用耐腐蝕鋼，所述鋼以重量百分比計(jì)由下列組份組成C: 0. 12, Si :0. 65, Mn :1. 4、P 彡 0. 008, S 彡 0. 003, Cr :1. 4, Ni :0. 5, Nb :0. 35, B :0. 008, Cu ^ 0. 15, Al 0. 035、N :0. 07，V :0. 08、其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)；所述制備方法為原料為廢鋼和海綿鐵以及上述成分要求的各種合金原料，采用電弧爐進(jìn)行冶煉， 通過向鋼水中加入CaO-Al2O3造泡沫渣，包底吹A(chǔ)r氣攪拌，充分吸附鋼水中的有害元素P、S， 使P、S含量降低；使用偏心爐底出鋼，再采用鋼包爐精煉、調(diào)整合金成分符合上述要求后， 喂入Al絲進(jìn)行脫氧處理，然后再喂入Si-Ca絲改變夾雜物形態(tài)，使長條狀的MnS夾雜轉(zhuǎn)變成Ca的球形復(fù)合夾雜物，從而改善鋼的韌性、各向異性性能、降低殘余應(yīng)力，提高抗腐蝕性能，CaSi喂入量爐，喂絲后弱攪時(shí)間12min，最后再喂入VN合金絲，需采用小流量氬氣進(jìn)行攪拌并靜置7min，使VN合金均勻化并保留鋼水中的N含量，待溫度為1540°C時(shí)進(jìn)行連鑄，連鑄采用帶有Ar氣密封的保護(hù)，中包加覆蓋劑，采用浸入式水口和結(jié)晶器保護(hù)渣進(jìn)行保護(hù)澆鑄，防止鋼水在澆鑄過程中的二次氧化，鑄成圓坯。申請人:聲明，本發(fā)明通過上述實(shí)施例來說明本發(fā)明的詳細(xì)工藝設(shè)備和工藝流程， 但本發(fā)明并不局限于上述詳細(xì)工藝設(shè)備和工藝流程，即不意味著本發(fā)明必須依賴上述詳細(xì)工藝設(shè)備和工藝流程才能實(shí)施。所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明了，對本發(fā)明的任何改進(jìn)， 對本發(fā)明產(chǎn)品各原料的等效替換及輔助成分的添加、具體方式的選擇等，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍和公開范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種天然氣輸送管道用耐腐蝕鋼棒材的制備方法，其特征在于，所述鋼以重量百分比計(jì)由下列組份組成:C :0. 10 0. 14、Si 0. 5 0. 8、Mn :1. 30 1. 50、P 彡 0. 008、S 彡 0. 003、Cr 1. 3 1. 5、Ni 0. 3 0. 7、Nb 0. 25 0. 45、B 0. 005 0. 01、Cu 彡 0. 15、 Al 0. 020 0. 050、N :0. 030 0. 10，V :0. 05 0. 10、其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)，所述制備方法為原料為廢鋼和海綿鐵以及上述成分要求的各種合金原料，采用電弧爐進(jìn)行冶煉，通過向鋼水中加入CaO-Al2O3造泡沫渣，包底吹A(chǔ)r氣攪拌，充分吸附鋼水中的有害元素P、S，使 P、S含量降低；使用偏心爐底出鋼，再采用鋼包爐精煉、調(diào)整合金成分符合上述要求后，喂入Al絲進(jìn)行脫氧處理，然后再喂入S i-Ca絲改變夾雜物形態(tài)，使長條狀的MnS夾雜轉(zhuǎn)變成 Ca的球形復(fù)合夾雜物，從而改善鋼的韌性、各向異性性能、降低殘余應(yīng)力，提高抗腐蝕性能， CaSi喂入量250 ^Om/爐，喂絲后弱攪時(shí)間10 15min，最后再喂入VN合金絲，需采用小流量氬氣進(jìn)行攪拌并靜置5 8min，使VN合金均勻化并保留鋼水中的N含量，待溫度為 1530 1550°C時(shí)進(jìn)行連鑄，連鑄采用帶有Ar氣密封的保護(hù)，中包加覆蓋劑，采用浸入式水口和結(jié)晶器保護(hù)渣進(jìn)行保護(hù)澆鑄，防止鋼水在澆鑄過程中的二次氧化，鑄成圓坯。
2.如權(quán)利要求1所述的一種天然氣輸送管道用耐腐蝕鋼棒材的制備方法，其特征在于，所述鋼以重量百分比計(jì)由下列組份組成=C 0. 12、Si 0. 65、Mn :1. 4、P 彡0. 008、S 彡 0. 003, Cr 1. 4, Ni 0. 5, Nb 0. 35, B 0. 008, Cu 彡 0. 15, Al 0. 035、N :0· 07，V 0. 08、其余為！^和不可避免的雜質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種天然氣輸送管道用耐腐蝕鋼的棒材的制備方法，所述鋼以重量百分比計(jì)由下列組份組成C0.10～0.14、Si0.5～0.8、Mn1.30～1.50、P≤0.008、S≤0.003、Cr1.3～1.5、Ni0.3～0.7、Nb0.25～0.45、B0.005～0.01、Cu≤0.15、Al0.020～0.050、N0.030～0.10，V0.05～0.10、其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)，所述制備方法采用的熔煉澆注參數(shù)針對所設(shè)計(jì)的鋼的成分進(jìn)行優(yōu)化，在大量實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上選擇出適合的工藝參數(shù)的窗口值，使得制備的棒材性能優(yōu)異，適宜作為天然氣輸送管道用鋼管的坯料。
文檔編號(hào)C21C5/52GK102560277SQ20121002040
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月19日
發(fā)明者朱育盼 申請人:朱育盼