專利名稱：一種大厚度新型抗硫化氫用鋼及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種大厚度新型抗硫化氫用鋼，尤其涉及一種130mm新型抗 硫化氫腐蝕用SA516Gr70N鋼板，同時(shí)，還涉及一種該大厚度新型抗硫化氫用 鋼板的生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
石油天然氣是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要組成部分，是社會(huì)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，世界 油氣田中大約1/3含有硫化氫氣體，普通鋼材在用于含硫化氫的油氣資源開(kāi)采 時(shí)，鋼材在使用應(yīng)力和硫化氫氣體的作用下，往往會(huì)在受力遠(yuǎn)低于其本身屈 服強(qiáng)度時(shí)突然發(fā)生脆斷(即硫化氫應(yīng)力腐蝕)，輕者造成鋼板或整口井報(bào)廢， 重者會(huì)造成井噴，使硫化氫隨油氣一同外溢，造成整臺(tái)鉆機(jī)及周圍生態(tài)環(huán)境 的巨大破壞，因此在開(kāi)采硫化氫的油氣資源時(shí)必須使用抗硫化氫鋼管?？沽?化氫鋼是高技術(shù)含量的產(chǎn)品，其生產(chǎn)技術(shù)在世界范圍內(nèi)被視為頂尖技術(shù)而嚴(yán) 格保密，目前，我國(guó)的抗硫化氫用鋼板還完全依賴進(jìn)口，進(jìn)口價(jià)格昂貴。經(jīng) 過(guò)科技査新，在國(guó)外如日本、美國(guó)，有多個(gè)企業(yè)能夠生產(chǎn)厚度在120mm以下 的鋼板，但很少有企業(yè)能夠生產(chǎn)出厚度為130mm、最大單重26噸左右的濕硫 化氫環(huán)境專用鋼板，即使能夠生產(chǎn)其產(chǎn)量有限，且交貨期偏長(zhǎng)、價(jià)格很高， 不能滿足我國(guó)石化行業(yè)的需求。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種大厚度新型抗硫化氫用鋼， 以提高其抗硫化氫腐蝕性能，降低生產(chǎn)成本。
同時(shí)，本發(fā)明的目的還在于提供了一種大厚度新型抗硫化氫用鋼的生產(chǎn) 方法，以達(dá)到冷加工性能良好、焊前不預(yù)熱、焊后不需熱處理、滿足抗硫化 氫腐蝕工藝條件的要求。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案采用了一種大厚度新型抗硫化氫用鋼，由以下重量百分含量的化學(xué)成分組成C 0. 17 0. 20%， Si 0. 30 0. 40%， Mn 1. 10 1. 20%， P《0. 0080/o, S《0.003%， Ni 0. 020 0. 030%， Nb 0. 025 0.35%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
同時(shí)，本發(fā)明的技術(shù)方案還采用了一種大厚度新型抗硫化氫用鋼的生產(chǎn) 方法，包括以下步驟
(1) 冶煉將含有以上化學(xué)成分的鋼水先經(jīng)電爐冶煉，送入LF精煉爐
精煉，采用增加渣量和多次流渣，以利于脫P(yáng)，大包溫度^158(TC時(shí)，吊包 VD爐真空處理，真空前每噸鋼水中加入SiCa塊100—150kg，真空度0.5乇， 真空保持時(shí)間^20分鐘時(shí)破壞真空，解決了鋼水單靠A1線脫氧、鋼中非金屬
夾雜物含量較高的現(xiàn)象，保證了鋼質(zhì)的純凈度；
(2) 澆鑄保真空破壞后，溫度在1545—1549'C，然后采用27. 6T扁錠
模進(jìn)行澆鑄，以保證大厚度、大單重鋼板有足夠的壓下量和成材原料；
(3) 加熱為了避免低合金高強(qiáng)度鋼錠表面出現(xiàn)炸裂，鋼錠實(shí)現(xiàn)溫送、 溫清、溫裝，裝鋼前晾爐30分鐘以上，燜鋼l小時(shí)；為保證合金元素充分固 溶、r晶粒細(xì)小，采用低速燒鋼，100(TC以下升溫速度《12(TC/h，最高加熱 溫度125CTC;
(4) 軋制采用II型控軋工藝，第一階段為奧氏體再結(jié)晶階段，約在 950—115(TC之間，此階段大多數(shù)道次壓下量為8—25%，累計(jì)壓下率》70%，
使奧氏體發(fā)生完全再結(jié)晶，以細(xì)化奧氏體晶粒；第二階段為奧氏體非再結(jié)晶 階段，開(kāi)軋溫度《920'C，終軋溫度《900'C，在這一階段內(nèi)，奧氏體晶粒被 拉長(zhǎng)，在伸長(zhǎng)而未再結(jié)晶的奧氏體內(nèi)形成高密度形變孿晶和形變帶，同時(shí)微 合金碳、氮化物因形變誘導(dǎo)析出，因而增加了鐵素體的形核位置，細(xì)化了鐵 素體晶粒，此階段壓下率應(yīng)盡量大，累計(jì)壓下率>50%;
(5) 水冷經(jīng)軋制后的鋼板在ACC快速冷卻裝置進(jìn)行在線冷卻，返紅溫 度為650 70(TC;鋼板下線后堆垛緩冷24小時(shí)，防止鋼板內(nèi)應(yīng)力來(lái)不及釋放 而形成內(nèi)裂紋；
(6) 熱處理對(duì)鋼板進(jìn)行正火處理，正火溫度為890—910'C，總加熱時(shí)間為1.8min/mm，正火后進(jìn)行水冷，鋼板返紅溫度《70(TC。
本發(fā)明的鋼中化學(xué)成分C主要與其他元素形成碳化物，起組織強(qiáng)化和析 出強(qiáng)化的作用，以增加鋼板強(qiáng)度；Mn主要起固溶強(qiáng)化和降低相變溫度，以提 高鋼板強(qiáng)度的作用；Si不僅是脫氧劑，也能提高鋼的強(qiáng)度；P、 S是雜質(zhì)元 素，為提高其韌性和耐腐蝕性，要盡量降低其含量，本發(fā)明中的P、 S含量低; 為有效通過(guò)控軋工藝實(shí)現(xiàn)鋼板細(xì)晶強(qiáng)化，須加入Nb元素，以達(dá)到提高鋼板再 結(jié)晶溫度，加熱固溶Nb阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大，冷卻時(shí)高溫析出Nb的C、 N化 物；Ni主要作用是增大奧氏體的過(guò)冷度，從而細(xì)化組織，取得強(qiáng)化效果。實(shí) 驗(yàn)證明本發(fā)明的鋼板符合抗硫化氫腐蝕用鋼板的設(shè)計(jì)要求，本發(fā)明采用正 火工藝生產(chǎn)，縮短生產(chǎn)周期，適合大批量生產(chǎn)。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)(l)具有鋼質(zhì)更純凈，P《0.008%， S《0.003%; (2) 抗層狀撕裂性能良好，全厚度方向Z^36呢；(4) -5(TC低溫韌性良好；(5)鋼 板最大厚度可達(dá)到130mm。
試驗(yàn)結(jié)果表明采用本發(fā)明的方法所生產(chǎn)的鋼板具有純凈度較高、成分 均勻、內(nèi)部致密的特點(diǎn)，鋼的冶金水平較高，性能完全滿足新型抗硫化氫腐 蝕用鋼板。
本發(fā)明的方法生產(chǎn)的鋼材的主要特點(diǎn)在于(1)厚度達(dá)到130mm; (2) 沖擊試驗(yàn)溫度最低(-50°C)的低溫韌性良好，保證了抗疲勞性能；(3)抗層 狀撕裂最高的級(jí)別Z25性能，保證安全性能；(5)鋼板表面硬度120 200HB， 全厚度硬度在145 182HB。


圖1為鋼板的宏觀組織圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1
本實(shí)施例的新型抗硫化氫腐蝕用鋼(SA516Gr70N)的實(shí)際成分(按重量 百分比)為CO. 17%， Si 0. 30%， Mn 1. 10%， P 0. 008%， S 0. 003%， Ni 0. 020 %， Nb 0.025%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。軋成130mm鋼板。其力學(xué)性能(位置表面下1.6腿處)屈服強(qiáng)度340MPa，抗拉強(qiáng)度495MPa， S 5=35%， -50。C沖擊功AKV (縱向)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。 本實(shí)施例的鋼的生產(chǎn)方法如下
(1) 冶煉將含上述化學(xué)成份的鋼水先經(jīng)電爐冶煉，送入LF精煉爐精 煉，采用增加渣量和多次流渣，以利于脫P(yáng)，大包溫度為158(TC時(shí)吊包VD爐 真空處理，真空前每噸鋼水中加入SiCa塊100kg，真空度0.5乇，真空保持 時(shí)間30分鐘時(shí)破壞真空，解決了鋼水單靠A1線脫氧、鋼中非金屬夾雜物含 量較高的現(xiàn)象，保證了鋼質(zhì)的純凈度；
(2) 澆鑄保真空破壞后溫度在1545°C，然后采用27. 6T扁錠模進(jìn)行澆 鑄，保證大厚度、大單重鋼板有足夠的壓下量和成材原料；
(3) 加熱為了避免低合金高強(qiáng)度鋼錠表面出現(xiàn)炸裂，鋼錠實(shí)現(xiàn)溫送、 溫清、溫裝，裝鋼前晾爐40分鐘，燜鋼l小時(shí)；為保證合金元素充分固溶、 r晶粒細(xì)小，采用低速燒鋼，1000。C以下升溫速度《12CrC/h，最高加熱溫度 125(TC;
(4) 軋制采用II型控軋工藝，第一階段為奧氏體再結(jié)晶階段，約在
105(TC之間，此階段大多數(shù)道次壓下量為8 25%，累計(jì)壓下率>70%，使奧 氏體發(fā)生完全再結(jié)晶，以細(xì)化奧氏體晶粒；第二階段為奧氏體非再結(jié)晶階段， 開(kāi)軋溫度為92(TC，終軋溫度為90(TC，在這一階段內(nèi)，奧氏體晶粒被拉長(zhǎng)， 在伸長(zhǎng)而未再結(jié)晶的奧氏體內(nèi)形成高密度形變孿晶和形變帶，同時(shí)微合金碳、 氮化物因形變誘導(dǎo)析出，因而增加了鐵素體的形核位置，細(xì)化了鐵素體晶粒， 此階段壓下率應(yīng)盡量大，累，壓下率》50%;
(5) 水冷經(jīng)軋制后的鋼板在ACC快速冷卻裝置進(jìn)行在線冷卻，返紅溫 度為670'C;鋼板下線后堆垛緩冷24小時(shí)，防止鋼板內(nèi)應(yīng)力來(lái)不及釋放而形 成內(nèi)裂紋；
(6)熱處理對(duì)鋼板進(jìn)行正火處理，正火溫度為90(TC，總加熱時(shí)間為 1.8min/mm，正火后進(jìn)行水冷，鋼板返紅溫度為680°C。實(shí)施例2
本發(fā)明的新型抗硫化氫腐蝕用鋼的實(shí)際成分(按重量百分比)為C
0. 18%， Si 0. 34%， Mnl. 15%， P 0. 005%， S 0. 003%， Ni 0. 029%， Nb 0. 028%, 其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。軋成130mm鋼板。其力學(xué)性能(板厚1/2處): 屈服強(qiáng)度349MPa，抗拉強(qiáng)度500MPa， S 5=33%， -50。C沖擊功AKV (縱向) 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。
本發(fā)明的生產(chǎn)方法如下(l)冶煉工藝鋼水先經(jīng)電爐冶煉，送入LF精煉 爐精煉，采用增加渣量和多次流渣，以利于脫P(yáng)，大包溫度》158(TC時(shí)吊包 VD爐真空處理，真空前加入SiCa塊100 150kg，真空度0.5乇，真空保持 時(shí)間^20分鐘時(shí)破壞真空，解決了鋼水單靠A1線脫氧、鋼中非金屬夾雜物含 量較高的現(xiàn)象，保證了鋼質(zhì)的純凈度。
(2) 澆鑄工藝保真空破壞后溫度在1545 1549。C，然后采用27. 6T扁 錠模進(jìn)行澆鑄，保證大厚度、大單重鋼板有足夠的壓下量和成材原料。
(3) 加熱工藝為了避免低合金高強(qiáng)度鋼錠表面出現(xiàn)炸裂，鋼錠實(shí)現(xiàn)溫送、 溫清、溫裝，裝鋼前晾爐30分鐘以上，燜鋼l小時(shí)；為保證合金元素充分固 溶、r晶粒細(xì)小，采用低速燒鋼，1000。C以下升溫速度《12(TC/h，最高加熱 溫度1250°C。
(4) 軋制工藝采用II型控軋工藝，第一階段為奧氏體再結(jié)晶階段，約 在950 115(TC之間，此階段大多數(shù)道次壓下量為8 25%，累計(jì)壓下率^70 %，使奧氏體發(fā)生完全再結(jié)晶，以細(xì)化奧氏體晶粒；第二階段為奧氏體非再 結(jié)晶階段，開(kāi)軋溫度《92(TC，終軋溫度《90(TC，在這一階段內(nèi)，奧氏體晶 粒被拉長(zhǎng)，在伸長(zhǎng)而未再結(jié)晶的奧氏體內(nèi)形成高密度形變孿晶和形變帶，同 時(shí)微合金碳、氮化物因形變誘導(dǎo)析出，因而增加了鐵素體的形核位置，細(xì)化 了鐵素體晶粒，此階段壓下率應(yīng)盡量大，累計(jì)壓下率》50%;
(5) 水冷工藝經(jīng)軋制后的鋼板在ACC快速冷卻裝置進(jìn)行在線冷卻，返紅溫度為650 70(TC;鋼板下線后堆垛緩冷24小時(shí)，防止鋼板內(nèi)應(yīng)力來(lái)不及釋 放而形成內(nèi)裂紋；
(6)熱處理工藝對(duì)鋼板進(jìn)行正火處理，正火溫度為900士1(TC，總加熱 時(shí)間為1.8min/mm，正火后進(jìn)行水冷，鋼板返紅溫度《700。C 。
實(shí)驗(yàn)證明本發(fā)明的鋼板抗硫化氫腐蝕用鋼板的設(shè)計(jì)要求，本發(fā)明采用 火工藝生產(chǎn)，縮短生產(chǎn)周期，適合大批量生產(chǎn)。
最后所應(yīng)說(shuō)明的是以J:實(shí)施例僅用以說(shuō)明而非限制本發(fā)明的技術(shù)方案， 盡管參照上述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)
理解依然可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明的精神和
范圍的任何修改或局部替換，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
實(shí)施例3
本發(fā)明的新型抗硫化氫腐蝕用鋼的實(shí)際成分(按重量百分比)為C
0.20%, SiO. 34%， Mnl.20%， P 0. 0060/0， S 0. 003%， Ni 0. 030%， Nb 0. 032%， 其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。軋成130mm鋼板。其力學(xué)性能(板厚1/2處) 屈服強(qiáng)度345MPa，抗拉強(qiáng)度505MPa， S 5=36. 5%， -50。C沖擊功AKV (縱向) 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。
本發(fā)明的生產(chǎn)方法如下(l)冶煉工藝鋼水先經(jīng)電爐冶煉，送入LF精煉 爐精煉，采用增加渣量和多次流渣，以利于脫P(yáng)，大包溫度^1580。C時(shí)吊包 VD爐真空處理，真空前加入SiCa塊100 150kg，真空度0. 5乇，真空保持 時(shí)間^20分鐘時(shí)破壞真空，解決了鋼水單靠A1線脫氧、鋼中非金屬夾雜物含 量較高的現(xiàn)象，保證了鋼質(zhì)的純凈度。
(2) 澆鑄工藝保真空破壞后溫度在1545 1549。C，然后采用27. 6T扁 錠模進(jìn)行澆鑄，保證大厚度、大單重鋼板有足夠的壓下量和成材原料。
(3) 加熱工藝為了避免低合金高強(qiáng)度鋼錠表面出現(xiàn)炸裂，鋼錠實(shí)現(xiàn)溫送、 溫清、溫裝，裝鋼前晾爐30分鐘以上，燜鋼l小時(shí)；為保證合金元素充分固溶、r晶粒細(xì)小，采用低速燒鋼，100(TC以下升溫速度《12(TC/h，最高加熱 溫度1250°C。
(4) 軋制工藝采用II型控軋工藝，第一階段為奧氏體再結(jié)晶階段，約 在950 115(TC之間，此階段大多數(shù)道次壓下量為8 25%，累計(jì)壓下率》70 %，使奧氏體發(fā)生完全再結(jié)晶，以細(xì)化奧氏體晶粒；第二階段為奧氏體非再 結(jié)晶階段，開(kāi)軋溫度《92(TC，終軋溫度《90(TC，在這一階段內(nèi)，奧氏體晶 粒被拉長(zhǎng)，在伸長(zhǎng)而未再結(jié)晶的奧氏體內(nèi)形成高密度形變孿晶和形變帶，同 時(shí)微合金碳、氮化物因形變誘導(dǎo)析出，因而增加了鐵素體的形核位置，細(xì)化 了鐵素體晶粒，此階段壓下率應(yīng)盡量大，累計(jì)壓下率>50%;
(5) 水冷工藝經(jīng)軋制后的鋼板在ACC快速冷卻裝置進(jìn)行在線冷卻，返紅 溫度為650 700'C;鋼板下線后堆垛緩冷24小時(shí)，防止鋼板內(nèi)應(yīng)力來(lái)不及釋 放而形成內(nèi)裂紋；
(6) 熱處理工藝對(duì)鋼板進(jìn)行正火處理，正火溫度為900士10。C，總加熱 時(shí)間為1.8min/mm，正火后進(jìn)行水冷，鋼板返紅溫度《70(TC 。
實(shí)驗(yàn)證明本發(fā)明的鋼板抗硫化氫腐蝕用鋼板的設(shè)計(jì)要求，本發(fā)明采用 火工藝生產(chǎn)，縮短生產(chǎn)周期，適合大批量生產(chǎn)。
最后所應(yīng)說(shuō)明的是以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明而非限制本發(fā)明的技術(shù)方案， 盡管參照上述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng) 理解依然可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)療修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明的精神和
范圍的任何修改或局部替換，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1、一種大厚度新型抗硫化氫用鋼，其特征在于由以下重量百分含量的化學(xué)成分組成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％，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
2、 一種如權(quán)利要求1所述的大厚度新型抗硫化氫用鋼的生產(chǎn)方法，其特 征在于包括以下步驟(1) 冶煉將含有以上化學(xué)成分的鋼水先經(jīng)電爐冶煉，送入LF精煉爐 精煉，大包溫度^158(TC時(shí)，吊包VD爐真空處理；(2) 澆鑄保真空破壞后溫度在1545 1549°C，然后進(jìn)行澆鑄；(3) 加熱鋼錠實(shí)現(xiàn)溫送、溫清、溫裝，裝鋼前晾爐30分鐘以上，燜 鋼1小時(shí)；(4) 軋制采用II型控軋工藝，第一階段為奧氏體再結(jié)晶階段，約在950 115(TC之間；第二階段為奧氏體非再結(jié)晶階段，開(kāi)軋溫度《92(TC，終 軋溫度《900。C;(5) 水冷經(jīng)軋制后的鋼板在進(jìn)行在線冷卻，返紅溫度為650 70(TC;(6) 熱處理對(duì)鋼板進(jìn)行正火處理，正火溫度為890—910"C，總加熱時(shí) 間為1.8min/mm，正火后進(jìn)行水冷，鋼板返紅溫度《700。C。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的大厚度新型抗硫化氫用鋼的生產(chǎn)方法，其特征 在于所述的步驟(1)中在真空前每噸鋼水中加入SiCa塊100—150kg，真 空度為0.5乇，真空保持時(shí)間》20分鐘時(shí)破壞真空。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的大厚度新型抗硫化氫用鋼的生產(chǎn)方法，其特征 在于所述的步驟(2)中的澆鑄是采用27.6T扁錠模進(jìn)行澆鑄。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的大厚度新型抗硫化氫用鋼的生產(chǎn)方法，其特征 在于所述的步驟(3)中的加熱過(guò)程中采用低速燒鋼，IOO(TC以下升溫速度 《120°C/h，最高加熱溫度為1250°C。
6、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的大厚度新型抗硫化氫用鋼的生產(chǎn)方法，其特征 在于所述的步驟(4)中第一階段大多數(shù)道次壓下量為8—25%，累計(jì)壓下率
7、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的大厚度新型抗硫化氫用鋼的生產(chǎn)方法，其特征 在于所述的步驟(4)中第二階段壓下率應(yīng)盡量大，累計(jì)壓下率》50%。
8、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的大厚度新型抗硫化氫用鋼的生產(chǎn)方法，其特征 在于所述的步驟(5)中鋼板經(jīng)冷卻下線后需要堆垛緩冷24小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種大厚度新型抗硫化氫用鋼及其生產(chǎn)方法，由以下重量百分含量的化學(xué)成分組成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％，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)具有鋼質(zhì)更純凈，P≤0.008％，S≤0.003％；(2)抗層狀撕裂性能良好，全厚度方向Z≥36％；(4)-50℃低溫韌性良好；(5)鋼板最大厚度可達(dá)到130mm。試驗(yàn)結(jié)果表明采用本發(fā)明的方法所生產(chǎn)的鋼板具有純凈度較高、成分均勻、內(nèi)部致密的特點(diǎn)，鋼的冶金水平較高，性能完全滿足新型抗硫化氫腐蝕用鋼板。
文檔編號(hào)C22C38/12GK101451214SQ20071019303
公開(kāi)日2009年6月10日 申請(qǐng)日期2007年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月4日
發(fā)明者任軍奎, 何廣霞, 寧康康, 宋向前, 李經(jīng)濤, 羅君高, 莫德敏, 趙全卿, 陳俊奇, 燕 齊 申請(qǐng)人:舞陽(yáng)鋼鐵有限責(zé)任公司