一種煉油用爐管與工藝管道用鋼及其製造方法

2023-06-15 20:43:36 1

專利名稱：：一種煉油用爐管與工藝管道用鋼及其製造方法
技術領域：
：本發明涉及冶金鋼鐵領域，特別屬於一種長期工作壁溫介於288625°C、短時溫度《795。C、管內工作壓力《10MPa且在油品(氣)中含有高溫硫、氫氣等腐蝕介質條件下的管式爐爐管或工藝管道用無縫鋼管及其製造方法
背景技術：
：目前國內各煉油廠主要採用國產原油和進口原油混合煉製的規則，在煉油過程中經常遇到硫腐蝕問題，特別是在加工勝利原油和中東原油的過程中，因硫腐蝕造成管線、設備洩漏事故頻頻發生，是制約煉油廠長周期安全運行的重要因素之一。因此，為確保設備35年長周期安全運行，降低設備檢修成本，在原油變重，高硫、高金屬原油數量增多，環保對汽、柴油的質量要求日益嚴格的情況下，煉油工業在加強防腐工藝的前提下，因T9/P9具有優良的高溫強度和抗高溫氧化及抗氫腐蝕性能，石化領域在改造和新建煉油裝置的常減壓爐、延遲焦化爐和催化重整爐的對流段、輻射段、過熱蒸汽段有採用T9/P9替代T5/P5和碳鋼的材質升級趨勢，以減緩因腐蝕造成的設備管壁減薄和剌穿，提高抗氫腐蝕能力並降低高溫氧化腐蝕程度。P9爐管外壁接觸明火，最高溫度達850'C，當爐管經過長時間加熱後，金屬的FeO層、Fe304層及Fe203層與Cr203反應形成混合尖晶石(Feix、Crx)203,在金屬表面形成與基體結合緊密、不疏鬆、不易剝落的連續完整的合金氧化膜，阻礙原子或離子擴散，使金屬的氧化速度被限制，氧化膜對金屬基體起保護作用，提高鋼的高溫抗氧化性，並提高材料的再結晶溫度，提高高溫強度。Cr、Mo與鋼中的C生成穩定的碳化物，在高溫下抑制C與爐內介質氫發生反應形成甲烷，使鋼具有抗氫腐蝕的性能。但是，T9/P9因Cr含量達9。/。左右，冶煉時鋼水粘度大，氧化物夾雜不易上浮，不易排除，純淨度控制難度大；材料本身存在位錯、晶界、夾雜物界面等缺陷，在氫介質環境下，侵入鋼中的氫可能會和碳反應生成甲烷氣泡，並聚集在晶界空穴和夾雜物附近，形成較高的局部應力，從而誘發鼓泡，導致材質劣化。同時，因Cr含量較高，在鋼錠澆鑄結束後的冷卻過程中，其內外層奧氏體分解不同時進行，外層冷卻速度比內層大，奧氏體的分解首先開始，隨之繼續冷卻。與其相鄰的內層，發生奧氏體向貝氏體轉變，因奧氏體比容小，貝氏體比容大，引起金屬體積增大，內層相應產生膨脹，使外層金屬產生相變應力。當金屬的塑性不足以抵抗內層金屬應力時，就會產生相變應力裂紋。鋼錠切割、澆道時，金屬的局部溫度過熱，鋼錠上會造成極大的溫差，容易產生熱應力裂紋。通過檢索，查到專利公開號為JP55110758A的專利，其鋼的化學成分配比見表l。該專利主要用於熱交換器，是通過加入0.52.5。/。的Mo和0.0150.1%N，採用正火+回火熱處理方式，提高鋼的高溫強度和耐蝕性；同時通過添加少量Nb、Ti(Ti、Zr、Nb、Ta總量小於O.5%)，細化晶粒，提高鋼的強度。表1(wt%)專利號CSiMnCrMoVTiNbAlNJP5510.02《《50.50.010.01510758A110.22132.50.50.
發明內容本發明的目的是通過提供一種煉油用爐管與工藝管道用鋼及其製造方法，使生產出的無縫鋼管在長期工作壁溫介於288625°C、短時溫度《795'C、管內工作壓力《10MPa且在油品(氣)中含有高溫硫、氫氣等腐蝕介質的條件下，能夠具備良好的力學性能和抗腐蝕性能。本發明的技術方案為一種煉油用爐管與工藝管道用鋼，其特徵在於包括如下重量百分配比的化學元素C:0.050.15%,Si:0.251.00%,Mn:0.300.60%，Cr:8.010.00%，Mo:0.901.10%，Al:0.0050.040%，N《0.014%，Ca/S》l，其餘為Fe和不可避免的雜質。優選地，還包括如下元素中的至少兩種Nb:0.0050.20%，Ti:0.0050.030%，V:0.010.20%，上述百分配比為重量百分配比。C:0.050.15%(wt%，以下各元素相同)，是擴大奧氏體區域的元素，能提高鋼的強度和硬度，降低塑性和韌性。降低碳含量能明顯改善鋼管的製造工藝性，增加C含量，使鋼的電阻增加，導熱係數下降，裂紋傾向增大，鋼坯切割及鋼管焊接性能惡化，但能改善鋼水的流動性、吸氣性，因此，C含量不易過低，也不能太高。Si:0.251.00%，是奧氏體形成元素，主要是通過固溶強化提高鋼的強度，使鋼表面鈍化膜緻密，提高鋼的高溫抗氧化性。Mn:0.300.60%,是奧氏體形成元素，可提高鋼的強度，含量小於0.30%時作用不明顯，含量超過0.60%時，組織偏析傾向加重，氫腐蝕可在偏析帶中碳化物上形核，裂紋有沿低溫轉變產物(馬氏體或貝氏體)擴展的趨勢。Cr:8.010.00%，是強烈的碳化物形成元素，它與鋼中的C生成穩定的碳化物，使C固定在碳化物內，使其在高溫下不能與介質氫形成甲烷，使鋼具有抗氫腐蝕的性能。Mo:0.901.10%，強碳化物形成元素，提高鋼的抗氫腐蝕性能。同時因其質點很細小，不易聚集長大，由此造成的沉澱強化使鋼保持較高的蠕變強度，並阻止a相的再結晶，起固溶強化的作用。V:0.0100.20%，主要起沉澱強化作用，並能夠細化晶粒，形成碳化物，釩的碳化物在奧氏體相區內析出，與奧氏體相保持共格關係。析出物以相界為析出源，隨沉澱相的密度增加和間距減小，提高鋼的綜合性能。Ti:0.0050.030%，阻止形變奧氏體再結晶，促進粒狀貝氏體形成。Ti形成高溫下非常穩定的TiN，在高溫區域可抑制奧氏體晶粒長大。Ti含量過低，TiN含量少，不能有效阻止晶粒粗化；Ti含量過高將導致粗大的液析TiN的出現。複合添加Ti和V時，V主要起強化作用，Ti起抑制晶粒長大作用以改善韌性。Nb:0.0050.20%，主要起細晶強化和彌散強化作用，Nb原子易在位錯線上偏聚，對位錯攀移產生較強的拖曳作用，使再結晶形核受到抑制，在再結晶過程中，因NbC、NbN對位錯的釘扎和阻止亞晶界的遷移使再結晶時間延長。當Nb和V複合添加時，因V固溶溫度低，可起沉澱強化作用，提高鋼的強度；而Nb在較低的均熱溫度下大部分不溶解，起細化晶粒的作用，提高鋼的屈服強度、改善鋼的韌性、抗高溫氧化性和抗蠕變強度。Al:0.0050.040%，是奧氏體形成元素，能使鋼表面鈍化膜緻密，提高鋼的抗氧化性，其含量過高影響持久性能；加鋁還起到脫氧作用，提高鋼的純淨度。N《0.014%，N含量太低時在均熱溫度下固溶的Ti量將增大，且TiN的粗化速率增大；而N太高時有可能形成液析TiN，從而略微升高鋼的完全再結晶溫度，要適當控制鋼中的N含量。Ca/S^1，可以使夾雜物球化，提高鋼的韌性。一種煉油用爐管與工藝管道用鋼的製造方法，包括如下步驟-(1)按照下述化學元素重量百分配比冶煉鋼水，C:0.050.15%，Si:0.251.00%,Mn:0.300.60%，Cr:8.010.00%，Mo:0.901.10%,Al:0.0050.040%，N《0.014%，鋼在冶煉中經過轉處理，Ca/S》1，其餘為Fe和不可避免的雜質；(2)模鑄脫模後，溫錠熱裝，均熱，連軋，所得管坯退火剝皮；(3)加熱加熱溫度11801280°C;(4)穿孔，空減、連軋軋管溫度10001280°C;(5)再加熱，保溫加熱溫度850100(TC，保溫時間1030分鐘；(6)張減，張減溫度850980°C(7)軋制後空冷；(8)加熱，使鋼奧氏體化後保溫加熱溫度870920°C，保溫時間》5分鐘；(9)再加熱，保溫後進行等溫退火再加熱溫度為69(TC75(TC，保溫時間》30分鐘。優選地，所述步驟(1)中還按重量百分配比添加Nb:0.0050.20%，Ti:O.0050.030%,V:0.010.20%中的至少兩種。優選地，所述步驟(3)中，加熱時間13小時。本發明與現有技術相比，具有如下有益效果61.本發明在滿足ASTMA335MP9/ASTMA213MT9標準要求的基礎上，添加V、Nb、Ti、Al微量元素，其中在晶內析出的VC型碳化物，有效地抑制甲烷的形成，遏制氣泡成核；加入鈦和鈮起固碳、氮、在晶內和晶界的彌散分布、淨化晶界和改善夾雜物形態的作用，強化並提高了晶界強度，使碳的活性降低，從而有效地提高鋼的抗氫蝕性能。2.本發明中加入的A1元素，在提高鋼的純淨度的同時，可在鋼中生成與基體類似的複雜尖晶石型(mFeOCr203+nFeOA1203)氧化物，因此，可以使鋼獲得良好的抗高溫氧化性能。3.本發明鋼的常溫力學性能穩定，高溫瞬時性能良好。具體實施例方式以下是本發明的煉油用爐管與工藝管道用鋼重量百分配比的化學元素，以及其製造方法步驟實施例。如1#8#是本發明鋼種(熱處理工藝為等溫退火)與^JP55110758A專利鋼(熱處理工藝為正火+回火)、及10"JFE生產的P9無縫鋼管(熱處理工藝為等溫退火)就化學成分、力學性能及硬度進行對比，化學成分對比見表2，本發明的各個實施例的加熱工藝參數見表3，力學性能的對比見表4。7表2鋼的化學成分對比tableseeoriginaldocumentpage8表3各實施例的加熱工藝tableseeoriginaldocumentpage9表4力學性能tableseeoriginaldocumentpage9由上述表格中參數的對比可以看出，本發明鋼種常溫力學性能穩定，高溫瞬時性能良好，同時具有良好的抗氫蝕性能和抗高溫氧化作用。權利要求1.一種煉油用爐管與工藝管道用鋼，其特徵在於包括如下重量百分配比的化學元素C0.05～0.15％，Si0.25～1.00％，Mn0.30～0.60％，Cr8.0～10.00％，Mo0.90～1.10％，Al0.005～0.040％，N≤0.014％，Ca/S≥1，其餘為Fe和不可避免的雜質。2.如權利要求1所述的煉油用爐管與工藝管道用鋼，其特徵在於還包括如下元素中的至少兩種Nb:O.0050.20%,Ti:0,0050.030%，V:0.010.20%，上述百分配比為重量百分配比。3.—種煉油用爐管與工藝管道用鋼的製造方法，其特徵在於包括如下步驟(1)按照下述化學元素重量百分配比冶煉鋼水，C:0.050.15%，Si:0.251.00%，Mn:0.300.60%,Cr:8.010.00%,Mo:0.901.10%，Al:0.0050.040%，N《0.014%，鋼在冶煉中經過轉處理，Ca/S>l，其餘為Fe和不可避免的雜質；(2)模鑄脫模後，溫錠熱裝，均熱，連軋，所得管坯退火剝皮；(3)加熱加熱溫度H80128(TC;(4)穿孔，空減、連軋軋管溫度10001280"C;(5)再加熱，保溫加熱溫度850100(TC，保溫時間1030分鐘；(6)張減，張減溫度850980°C(7)軋制後空冷；(8)加熱，使鋼奧氏體化後保溫加熱溫度87092(TC，保溫時間》5分鐘；(9)再加熱，保溫後進行等溫退火再加熱溫度為690°C750°C，保溫時間》30分鐘。4.如權利要求3所述的煉油用爐管與工藝管道用鋼的製造方法，其特徵在於:所述步驟(1)中還按重量百分配比添加Nb:0.0050.20%，Ti:0,0050.030%，V:0.010.20%中的至少兩種。5.如權利要求4所述的煉油用爐管與工藝管道用鋼的製造方法，其特徵在於，所述步驟(3)中，加熱時間13小時。全文摘要本發明公開了一種煉油用爐管與工藝管道用鋼及其製造方法，該鋼種包括如下重量百分配比的化學元素C0.05～0.15％，Si0.25～1.00％，Mn0.30～0.60％，Cr8.0～10.00％，Mo0.90～1.10％，Al0.005～0.040％，N≤0.014％，Ca/S≥1，其餘為Fe和不可避免的雜質。鋼的製造方法為1)冶煉；2)溫錠熱裝，均熱，連軋，管坯退火剝皮；3)加熱；4)穿孔，軋管；5)再加熱，保溫；6)軋制後空冷；7)加熱，保溫；8)再加熱，保溫後等溫退火。本發明鋼常溫力學性能穩定，具有良好的高溫瞬時性能、抗氫蝕性能和抗高溫氧化作用。文檔編號C22C38/22GK101481775SQ20081003233公開日2009年7月15日申請日期2008年1月7日優先權日2008年1月7日發明者萬化忠,徐海澄,敏李,武冬興,王起江,馬志剛申請人:寶山鋼鐵股份有限公司