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CN105755393A - 石油管道专用钢材及其制备方法 - Google Patents

石油管道专用钢材及其制备方法 Download PDF

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CN105755393A CN201610348581.7A CN201610348581A CN105755393A CN 105755393 A CN105755393 A CN 105755393A CN 201610348581 A CN201610348581 A CN 201610348581A CN 105755393 A CN105755393 A CN 105755393A
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Abstract

本发明所提供的石油管道专用钢材，其成分质量百分比为：含有碳0.01～0.03％，铬13～17％，镍4～8％，铜0.1～0.12％，锰0.4～0.5％，其余为铁。本发明增加了合金材料类别、调整了各种材料元素的比例成分，在制备钢丝的材料中增加镍、铬、铜、锰等，使得不锈钢成品中含有合理配比的镍、铬、铜、锰等元素，大大增加不锈钢材的耐磨及抗腐蚀性能，可以作为石油管道的专用钢材。

Description

石油管道专用钢材及其制备方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，涉及一种专用钢材，具体涉及一种石油管道专用钢材及其制备方法。
背景技术
目前的石油管道的材质一般为低碳钢，如APIB-X70、X80等钢级，但是随着未来腐蚀性油气以及海洋油气的开发，一般碳钢无法满足其耐蚀性要求，如果继续使用一般管线钢会带来较大的质量风险。采用不锈钢与碳钢复合板为腐蚀性油气输送材质有着显著的优势，其既具有不锈钢材料耐腐蚀性，又具有一般管线钢材料的强度和韧性，可以大大降低管道腐蚀开裂的风险。使用不锈钢复合板的钢管是以不锈钢做内衬(多为300系列奥氏体不锈钢)，以碳钢为基材，钢管兼具不锈钢和碳钢的优点，在综合性能上(尤其是耐蚀性和强度)大大优于单一的不锈钢或碳钢，具有很好的应用前景。
发明内容
发明目的：针对现有技术中石油管道的特殊要求，本发明提供了一种石油管道专用钢材。
技术方案：本发明所提供的石油管道专用钢材，成份以铁为主，其特征在于控制碳含量小于0.03％，所述石油管道专用钢材还含有铬、镍、铜、锰。
具体的，所述专用钢材，其成分质量百分比为：含有碳0.01～0.03％，铬13～17％，镍4～8％，铜0.1～0.12％，锰0.4～0.5％，其余为铁。
我们研究发现在普通的碳素钢中，加入铬能够有效地提高钢材的淬火性和回火阻抗性，提高钢材的强度，并且铬还可以降低碳的活度，提高钢材的浸碳性，并形成微细碳化物，可降低加热、轧制和热处理过程中的钢材表面脱碳和石墨化倾向，提高韧性和耐磨损性；但是，铬含量过高时，反而大量形成铬的碳化物，恶化钢材的弹减性能和韧性。因此，在本发明中，控制不锈钢材中铬的含量为13～17％(重量百分比)，最优含量为16％。
同时，加入少量的镍，可耐各种酸腐蚀和应力腐蚀，而且性坚韧，有磁性和良好的可塑性，焊接性能也好；在650～1000℃高温下有较高的强度和抗氧化、抗燃气腐蚀能力。在本发明中，控制在钢材中镍的含量为4％～8％，最优含量为7％。
此外，我们还发现加入微量的铜可以提高钢材耐大气腐蚀的性能。微量的锰可以提高钢材的强度，从而保证其力学性能不降低。
本发明的一个优选方案为：所述不锈钢材成分质量百分比为：含有碳0.01～0.03％，铬16％，镍7％，铜0.1％，锰0.4％，其余为铁。
更进一步的，我们发现如果在上述技术方案中加入微量的铌，可以增强钢材的耐腐蚀性，研究发现，原因在于本发明在进行热处理时，呈现奥氏体+碳化物的组织，碳化物的存在，对钢的耐蚀性有很大影响，奥氏体在450～850℃下加热，由于晶界析出铬的碳化物Cr23C6，使得晶界附近的含铬量降低，引起晶间腐蚀。因此，我们在其中加入微量的铌，使之优先与碳结合形成NbC，其稳定性高，使得铬保留在基体中，避免晶界贫铬，从而减轻刚的晶界腐蚀倾向。此外，NbC在晶内析出呈弥散分布，且高温下不易长大，可以提高本发明的高温强度。对于本发明来说，铌的含量为0.3～0.8％时，最为合适，优选0.37％。
本发明含铬的一个优选方案为：所述不锈钢材成分质量百分比为：含有碳0.01～0.03％，铬16％，镍7％，铜0.1％，锰0.4％，铌0.37％，其余为铁。
本发明还公开了上述专用钢材获得的方法，包括以下步骤：下料、锻造、正火、加工、渗碳、预冷淬火、低温回火、表面处理。
所述的锻造，其温度为1530～1580℃，热处理扩散退火温度1100～1150℃，4～6小时，固溶处理温度1050～1150℃，2小时，时效处理为560℃。
所述的正火温度为950℃～970℃。
所述的渗碳，渗碳温度为920℃，时间为6～8h，以丙酮为渗碳剂。
所述的预冷淬火为，预冷至870～880℃，然后进行油冷，冷却至室温。
所述的回火是在200℃时回火2～3h。
有益效果：本发明增加了合金材料类别、调整了各种材料元素的比例成分，在制备钢丝的材料中增加镍、铬、铜、锰等，使得不锈钢成品中含有合理配比的镍、铬、铜、锰等元素，大大增加不锈钢材的耐磨及抗腐蚀性能，可以作为石油管道的专用钢材。
具体实施方式：
实施例1
特种钢的成为：含有碳0.01～0.03％，铬13％，镍4％，铜0.1～0.12％，钨0.4～0.5％，其余为铁。
按照上述比例，进行原料配比，混合，下料。
锻造温度为1530～1580℃，热处理扩散退火温度1100～1150℃，4小时，固溶处理温度1050～1150℃，2小时。
正火温度为950℃～970℃。加工，然后渗碳，渗碳温度为920℃，时间为6h，以丙酮为渗碳剂。
预冷至870～880℃，然后进行油冷淬火，至室温。最后在200℃时回火2h。表面处理后得到产品。硬度216HBW。
实施例2
特种钢的成为：含有碳0.01～0.03％，铬17％，镍8％，铜0.1～0.12％，钨0.4～0.5％，其余为铁。
按照上述比例，进行原料配比，混合，下料。
锻造温度为1530～1580℃，热处理扩散退火温度1100～1150℃，6小时，固溶处理温度1050～1150℃，2小时。
正火温度为950℃～970℃。加工，然后渗碳，渗碳温度为920℃，时间为8h，以丙酮为渗碳剂。
预冷至870～880℃，然后进行油冷淬火，至室温。最后在200℃时回火3h。表面处理后得到产品。硬度215HBW。
实施例3
特种钢的成为：含有碳0.01～0.03％，铬16％，镍7％，铜0.1～0.12％，钨0.4～0.5％，其余为铁。
按照上述比例，进行原料配比，混合，下料。
锻造温度为1530～1580℃，热处理扩散退火温度1100～1150℃，6小时，固溶处理温度1050～1150℃，2小时。
正火温度为950℃～970℃。加工，然后渗碳，渗碳温度为920℃，时间为6h，以丙酮为渗碳剂。
预冷至870～880℃，然后进行油冷淬火，至室温。最后在200℃时回火3h。表面处理后得到产品。硬度217HBW。
实施例4
特种钢的成为：含有碳0.01～0.03％，铬13％，镍4％，铜0.1～0.12％，钨0.4～0.5％，铌0.3～0.8％，其余为铁。
按照上述比例，进行原料配比，混合，下料。
锻造温度为1530～1580℃，热处理扩散退火温度1100～1150℃，4小时，固溶处理温度1050～1150℃，2小时。
正火温度为950℃～970℃。加工，然后渗碳，渗碳温度为920℃，时间为6h，以丙酮为渗碳剂。
预冷至870～880℃，然后进行油冷淬火，至室温。最后在200℃时回火2h。表面处理后得到产品。硬度218HBW。
实施例5
特种钢的成为：含有碳0.01～0.03％，铬17％，镍8％，铜0.1～0.12％，钨0.4～0.5％，铌0.3～0.8％，其余为铁。
按照上述比例，进行原料配比，混合，下料。
锻造温度为1530～1580℃，热处理扩散退火温度1100～1150℃，6小时，固溶处理温度1050～1150℃，2小时。
正火温度为950℃～970℃。加工，然后渗碳，渗碳温度为920℃，时间为8h，以丙酮为渗碳剂。
预冷至870～880℃，然后进行油冷淬火，至室温。最后在200℃时回火3h。表面处理后得到产品。硬度217HBW。
实施例6
特种钢的成为：含有碳0.01～0.03％，铬16％，镍7％，铜0.1％，钨0.4％，铌0.37％，其余为铁。
按照上述比例，进行原料配比，混合，下料。
锻造温度为1530～1580℃，热处理扩散退火温度1100～1150℃，6小时，固溶处理温度1050～1150℃，2小时。
正火温度为950℃～970℃。加工，然后渗碳，渗碳温度为920℃，时间为6h，以丙酮为渗碳剂。
预冷至870～880℃，然后进行油冷淬火，至室温。最后在200℃时回火3h。表面处理后得到产品。硬度219HBW。
实施例7
将上述所得到的钢材进行耐腐蚀测试，分别置于含有CO2、H2S、水蒸气的密闭压力容器中，于70℃，恒温48个小时后。所得结果如下：(表中数值质量减少百分比)
CO2 H2S
常规的碳素钢 0.9 1.2
常规的不锈钢 0.1 0.2
实施例1 0 0
实施例2 0 0
实施例3 0 0
实施例4 0 0
实施例5 0 0
实施例6 0 0

Claims (10)

1.一种石油管道专用钢材，成份以铁为主，其特征在于控制碳含量小于0.03％，所述石油管道专用钢材还含有铬、镍、铜、锰。
2.根据权利要求1所述的专用钢材，其特征在于所述专用钢材各成分质量百分比为：
碳0.01～0.03％，
铬13～17％，
镍4～8％，
铜0.1～0.12％，
锰0.4～0.5％，
铁余量。
3.根据权利要求1所述的专用钢材，其特征在于所述专用钢材各成分质量百分比为：
碳0.01～0.03％，
铬16％，
镍7％，
铜0.1％，
锰0.4％，
铁余量。
4.根据权利要求1所述的专用钢材，其特征在于其成分中还含有铌0.3～0.8％。
5.权利要求1所述的专用钢材的制备方法，其特征在于包括以下步骤：下料、锻造、正火、加工、渗碳、预冷淬火、低温回火、表面处理。
6.根据权利要求4所述的专用钢材的制备方法，其特征在于锻造时，其温度为1530～1580℃，热处理扩散退火温度1100～1150℃，4～6小时，固溶处理温度1050～1150℃，2小时。
7.根据权利要求4所述的专用钢材的制备方法，其特征在于正火温度为950℃～970℃。
8.根据权利要求4所述的专用钢材的制备方法，其特征在于所述的渗碳，渗碳温度为920℃，时间为6～8h，以丙酮为渗碳剂。
9.根据权利要求4所述的专用钢材的制备方法，其特征在于所述的预冷淬火为，预冷至870～880℃，然后进行油冷，冷却至室温。
10.根据权利要求4所述的专用钢材的制备方法，其特征在于所述的回火是在200℃时回火2～3h。
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