CN101451214B - 一种大厚度新型抗硫化氢用钢及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大厚度新型抗硫化氢用钢及其生产方法，由以下重量百分含量的化学成分组成：C 0.17～0.20％，Si 0.30～0.40％，Mn 1.10～1.20％，P≤0.008％，S≤0.003％，Ni 0.020～0.030％，Nb 0.025～0.35％，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明具有以下优点：(1)具有钢质更纯净，P≤0.008％，S≤0.003％；(2)抗层状撕裂性能良好，全厚度方向Z≥36％；(3)-50℃低温韧性良好；(4)钢板最大厚度可达到130mm。试验结果表明：采用本发明的方法所生产的钢板具有纯净度较高、成分均匀、内部致密的特点，钢的冶金水平较高，性能完全满足新型抗硫化氢腐蚀用钢板。

Description

一种大厚度新型抗硫化氢用钢及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种大厚度新型抗硫化氢用钢，尤其涉及一种130mm新型抗硫化氢腐蚀用SA516Gr70N钢板，同时，还涉及一种该大厚度新型抗硫化氢用钢板的生产方法。

背景技术

石油天然气是国民经济的重要组成部分，是社会发展的物质基础，世界油气田中大约1/3含有硫化氢气体，普通钢材在用于含硫化氢的油气资源开采时，钢材在使用应力和硫化氢气体的作用下，往往会在受力远低于其本身屈服强度时突然发生脆断(即硫化氢应力腐蚀)，轻者造成钢板或整口井报废，重者会造成井喷，使硫化氢随油气一同外溢，造成整台钻机及周围生态环境的巨大破坏，因此在开采硫化氢的油气资源时必须使用抗硫化氢钢管。抗硫化氢钢是高技术含量的产品，其生产技术在世界范围内被视为顶尖技术而严格保密，目前，我国的抗硫化氢用钢板还完全依赖进口，进口价格昂贵。经过科技查新，在国外如日本、美国，有多个企业能够生产厚度在120mm以下的钢板，但很少有企业能够生产出厚度为130mm、最大单重26吨左右的湿硫化氢环境专用钢板，即使能够生产其产量有限，且交货期偏长、价格很高，不能满足我国石化行业的需求。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种大厚度新型抗硫化氢用钢，以提高其抗硫化氢腐蚀性能，降低生产成本。

同时，本发明的目的还在于提供了一种大厚度新型抗硫化氢用钢的生产方法，以达到冷加工性能良好、焊前不预热、焊后不需热处理、满足抗硫化氢腐蚀工艺条件的要求。

为了实现上述目的，本发明的技术方案采用了一种大厚度新型抗硫化氢用钢，由以下重量百分含量的化学成分组成：C 0.17～0.20％，Si 0.30～0.40％，Mn 1.10～1.20％，P≤0.008％，S≤0.003％，Ni 0.020～0.030％，Nb 0.025～0.35％，其余为Fe和不可避免的杂质。

同时，本发明的技术方案还采用了一种大厚度新型抗硫化氢用钢的生产方法，包括以下步骤：

(1)冶炼：将含有以上化学成分的钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，采用增加渣量和多次流渣，以利于脱P，大包温度≥1580℃时，吊包VD炉真空处理，真空前每吨钢水中加入SiCa块100-150kg，真空度0.5乇，真空保持时间≥20分钟时破坏真空，解决了钢水单靠Al线脱氧、钢中非金属夹杂物含量较高的现象，保证了钢质的纯净度；

(2)浇铸：保真空破坏后，温度在1545-1549℃，然后采用27.6T扁锭模进行浇铸，以保证大厚度、大单重钢板有足够的压下量和成材原料；

(3)加热：为了避免低合金高强度钢锭表面出现炸裂，钢锭实现温送、温清、温装，装钢前晾炉30分钟以上，焖钢1小时；为保证合金元素充分固溶、r晶粒细小，采用低速烧钢，1000℃以下升温速度≤120℃/h，最高加热温度1250℃；

(4)轧制：采用II型控轧工艺，第一阶段为奥氏体再结晶阶段，约在950-1150℃之间，此阶段大多数道次压下量为8-25％，累计压下率≥70％，使奥氏体发生完全再结晶，以细化奥氏体晶粒；第二阶段为奥氏体非再结晶阶段，开轧温度≤920℃，终轧温度≤900℃，在这一阶段内，奥氏体晶粒被拉长，在伸长而未再结晶的奥氏体内形成高密度形变孪晶和形变带，同时微合金碳、氮化物因形变诱导析出，因而增加了铁素体的形核位置，细化了铁素体晶粒，此阶段压下率应尽量大，累计压下率≥50％；

(5)水冷：经轧制后的钢板在ACC快速冷却装置进行在线冷却，返红温度为650～700℃；钢板下线后堆垛缓冷24小时，防止钢板内应力来不及释放而形成内裂纹；

(6)热处理：对钢板进行正火处理，正火温度为890-910℃，总加热时间为1.8min/mm，正火后进行水冷，钢板返红温度≤700℃。

本发明的钢中化学成分C主要与其他元素形成碳化物，起组织强化和析出强化的作用，以增加钢板强度；Mn主要起固溶强化和降低相变温度，以提高钢板强度的作用；Si不仅是脱氧剂，也能提高钢的强度；P、S是杂质元素，为提高其韧性和耐腐蚀性，要尽量降低其含量，本发明中的P、S含量低；为有效通过控轧工艺实现钢板细晶强化，须加入Nb元素，以达到提高钢板再结晶温度，加热固溶Nb阻止奥氏体晶粒长大，冷却时高温析出Nb的C、N化物；Ni主要作用是增大奥氏体的过冷度，从而细化组织，取得强化效果。实验证明：本发明的钢板符合抗硫化氢腐蚀用钢板的设计要求，本发明采用正火工艺生产，缩短生产周期，适合大批量生产。

本发明具有以下优点：(1)具有钢质更纯净，P≤0.008％，S≤0.003％；(2)抗层状撕裂性能良好，全厚度方向Z≥36％；(4)-50℃低温韧性良好；(5)钢板最大厚度可达到130mm。

试验结果表明：采用本发明的方法所生产的钢板具有纯净度较高、成分均匀、内部致密的特点，钢的冶金水平较高，性能完全满足新型抗硫化氢腐蚀用钢板。

本发明的方法生产的钢材的主要特点在于：(1)厚度达到130mm；(2)冲击试验温度最低(-50℃)的低温韧性良好，保证了抗疲劳性能；(3)抗层状撕裂最高的级别Z25性能，保证安全性能；(5)钢板表面硬度120～200HB，全厚度硬度在145～182HB。

附图说明

图1为钢板的宏观组织图。

具体实施方式

实施例1

本实施例的新型抗硫化氢腐蚀用钢(SA516Gr70N)的实际成分(按重量百分比)为：C 0.17％，Si 0.30％，Mn 1.10％，P 0.008％，S 0.003％，Ni 0.020％，Nb 0.025％，其余为Fe和不可避免的杂质。轧成130mm钢板。其力学性能(位置表面下1.6mm处)：屈服强度340MPa，抗拉强度：495MPa，δ5＝35％，-50℃冲击功AKV(纵向)108、142、120J，Z向：36、48、44％，全厚度硬度179、169、168、167、174HB。表面硬度197、188、179、192、178HB。

本实施例的钢的生产方法如下：

(1)冶炼：将含上述化学成份的钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，采用增加渣量和多次流渣，以利于脱P，大包温度为1580℃时吊包VD炉真空处理，真空前每吨钢水中加入SiCa块100kg，真空度0.5乇，真空保持时间30分钟时破坏真空，解决了钢水单靠Al线脱氧、钢中非金属夹杂物含量较高的现象，保证了钢质的纯净度；

(2)浇铸：保真空破坏后温度在1545℃，然后采用27.6T扁锭模进行浇铸，保证大厚度、大单重钢板有足够的压下量和成材原料；

(3)加热：为了避免低合金高强度钢锭表面出现炸裂，钢锭实现温送、温清、温装，装钢前晾炉40分钟，焖钢1小时；为保证合金元素充分固溶、r晶粒细小，采用低速烧钢，1000℃以下升温速度≤120℃/h，最高加热温度1250℃；

(4)轧制：采用II型控轧工艺，第一阶段为奥氏体再结晶阶段，约在1050℃之间，此阶段大多数道次压下量为8～25％，累计压下率≥70％，使奥氏体发生完全再结晶，以细化奥氏体晶粒；第二阶段为奥氏体非再结晶阶段，开轧温度为920℃，终轧温度为900℃，在这一阶段内，奥氏体晶粒被拉长，在伸长而未再结晶的奥氏体内形成高密度形变孪晶和形变带，同时微合金碳、氮化物因形变诱导析出，因而增加了铁素体的形核位置，细化了铁素体晶粒，此阶段压下率应尽量大，累计压下率≥50％；

(5)水冷：经轧制后的钢板在ACC快速冷却装置进行在线冷却，返红温度为670℃；钢板下线后堆垛缓冷24小时，防止钢板内应力来不及释放而形成内裂纹；

(6)热处理：对钢板进行正火处理，正火温度为900℃，总加热时间为1.8min/mm，正火后进行水冷，钢板返红温度为680℃。

实施例2

本发明的新型抗硫化氢腐蚀用钢的实际成分(按重量百分比)为：C0.18％，Si 0.34％，Mn 1.15％，P 0.005％，S 0.003％，Ni 0.029％，Nb 0.028％，其余为Fe和不可避免的杂质。轧成130mm钢板。其力学性能(板厚1/2处)：屈服强度349MPa，抗拉强度：500MPa，δ5＝33％，-50℃冲击功AKV(纵向)78、92、107J，Z向：37、35、39％，全厚度硬度172、160、158、167、172HB。表面硬度195、186、183、190、183HB。

本发明的生产方法如下：(1)冶炼工艺：钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，采用增加渣量和多次流渣，以利于脱P，大包温度≥1580℃时吊包VD炉真空处理，真空前加入SiCa块100～150kg，真空度0.5乇，真空保持时间≥20分钟时破坏真空，解决了钢水单靠Al线脱氧、钢中非金属夹杂物含量较高的现象，保证了钢质的纯净度。

(2)浇铸工艺：保真空破坏后温度在1545～1549℃，然后采用27.6T扁锭模进行浇铸，保证大厚度、大单重钢板有足够的压下量和成材原料。

(3)加热工艺：为了避免低合金高强度钢锭表面出现炸裂，钢锭实现温送、温清、温装，装钢前晾炉30分钟以上，焖钢1小时；为保证合金元素充分固溶、r晶粒细小，采用低速烧钢，1000℃以下升温速度≤120℃/h，最高加热温度1250℃。

(4)轧制工艺：采用II型控轧工艺，第一阶段为奥氏体再结晶阶段，约在950～1150℃之间，此阶段大多数道次压下量为8～25％，累计压下率≥70％，使奥氏体发生完全再结晶，以细化奥氏体晶粒；第二阶段为奥氏体非再结晶阶段，开轧温度≤920℃，终轧温度≤900℃，在这一阶段内，奥氏体晶粒被拉长，在伸长而未再结晶的奥氏体内形成高密度形变孪晶和形变带，同时微合金碳、氮化物因形变诱导析出，因而增加了铁素体的形核位置，细化了铁素体晶粒，此阶段压下率应尽量大，累计压下率≥50％；

(5)水冷工艺：经轧制后的钢板在ACC快速冷却装置进行在线冷却，返红温度为650～700℃；钢板下线后堆垛缓冷24小时，防止钢板内应力来不及释放而形成内裂纹；

(6)热处理工艺：对钢板进行正火处理，正火温度为900±10℃，总加热时间为1.8min/mm，正火后进行水冷，钢板返红温度≤700℃。

实验证明：本发明的钢板抗硫化氢腐蚀用钢板的设计要求，本发明采用火工艺生产，缩短生产周期，适合大批量生产。

最后所应说明的是：以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

实施例3

本发明的新型抗硫化氢腐蚀用钢的实际成分(按重量百分比)为：C0.20％，Si 0.34％，Mn 1.20％，P 0.006％，S 0.003％，Ni 0.030％，Nb 0.032％，其余为Fe和不可避免的杂质。轧成130mm钢板。其力学性能(板厚1/2处)：屈服强度345MPa，抗拉强度：505MPa，δ5＝36.5％，-50℃冲击功AKV(纵向)88、94、97J，Z向：37、35、43％，全厚度硬度178、165、158、173、179HB。表面硬度182、190、189、183、189HB。

本发明的生产方法如下：(1)冶炼工艺：钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，采用增加渣量和多次流渣，以利于脱P，大包温度≥1580℃时吊包VD炉真空处理，真空前加入SiCa块100～150kg，真空度0.5乇，真空保持时间≥20分钟时破坏真空，解决了钢水单靠Al线脱氧、钢中非金属夹杂物含量较高的现象，保证了钢质的纯净度。

(2)浇铸工艺：保真空破坏后温度在1545～1549℃，然后采用27.6T扁锭模进行浇铸，保证大厚度、大单重钢板有足够的压下量和成材原料。

(3)加热工艺：为了避免低合金高强度钢锭表面出现炸裂，钢锭实现温送、温清、温装，装钢前晾炉30分钟以上，焖钢1小时；为保证合金元素充分固溶、r晶粒细小，采用低速烧钢，1000℃以下升温速度≤120℃/h，最高加热温度1250℃。

(4)轧制工艺：采用II型控轧工艺，第一阶段为奥氏体再结晶阶段，约在950～1150℃之间，此阶段大多数道次压下量为8～25％，累计压下率≥70％，使奥氏体发生完全再结晶，以细化奥氏体晶粒；第二阶段为奥氏体非再结晶阶段，开轧温度≤920℃，终轧温度≤900℃，在这一阶段内，奥氏体晶粒被拉长，在伸长而未再结晶的奥氏体内形成高密度形变孪晶和形变带，同时微合金碳、氮化物因形变诱导析出，因而增加了铁素体的形核位置，细化了铁素体晶粒，此阶段压下率应尽量大，累计压下率≥50％；

(5)水冷工艺：经轧制后的钢板在ACC快速冷却装置进行在线冷却，返红温度为650～700℃；钢板下线后堆垛缓冷24小时，防止钢板内应力来不及释放而形成内裂纹；

(6)热处理工艺：对钢板进行正火处理，正火温度为900±10℃，总加热时间为1.8min/mm，正火后进行水冷，钢板返红温度≤700℃。

实验证明：本发明的钢板抗硫化氢腐蚀用钢板的设计要求，本发明采用火工艺生产，缩短生产周期，适合大批量生产。

最后所应说明的是：以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种大厚度抗硫化氢用钢，其特征在于：由以下重量百分含量的化学成分组成：C 0.17～0.20％，Si 0.30～0.40％，Mn 1.10～1.20％，P≤0.008％，S≤0.003％，Ni 0.020～0.030％，Nb 0.025～0.032％，其余为Fe和不可避免的杂质。

2.一种如权利要求1所述的大厚度抗硫化氢用钢的生产方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)冶炼：将含有以上化学成分的钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，大包温度≥1580℃时，吊包VD炉真空处理；在真空前每吨钢水中加入SiCa块100-150kg，真空度为0.5乇，真空保持时间≥20分钟时破坏真空；

(2)浇铸：保真空破坏后温度在1545～1549℃，然后采用27.6T扁锭模进行浇铸；

(3)加热：钢锭实现温送、温清、温装，装钢前晾炉30分钟以上，焖钢1小时；加热过程中采用低速烧钢，1000℃以下升温速度≤120℃/h，最高加热温度为1250℃；

(4)轧制：采用II型控轧工艺，第一阶段为奥氏体再结晶阶段，在950～1150℃之间，第一阶段大多数道次压下量为8-25％，累计压下率≥70％；第二阶段为奥氏体非再结晶阶段，压下率应尽量大，累计压下率≥50％，开轧温度≤920℃，终轧温度≤900℃；

(5)水冷：经轧制后的钢板再进行在线冷却，返红温度为650～700℃；钢板经冷却下线后需要堆垛缓冷24小时；

(6)热处理：对钢板进行正火处理，正火温度为890-910℃，总加热时间为1.8min/mm，正火后进行水冷，钢板返红温度≤700℃。

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