本发明专利技术公开了一种高强防腐钢材,包括如下重量百分比的组分:<0.02%的碳、<0.5%的硅、0.4‑0.6%的锰、≤0.015%的磷、≤0.01%的硫、9.5‑10.5%的铬、0.35‑0.5%的镍、0.2‑0.35%的钼、≤0.65%的铜、≤0.007%的铝、≤0.15%的钛、≤0.04%的钒、≤0.12%的铌、≤0.02%的锌、≤0.07%的钨、≤0.03%的钴、≤0.04%的锡、≤0.02%的铅,余量为铁。本发明专利技术的有益效果:降低碳和硫含量,细化钢组织,提高钢的分子结构密度达到抗磨蚀性能和机械性。由于钢的组织充分,钢原子的扩散速度得到提高,金相组织中晶内和晶界的铬容易达到平衡,从而起到防止晶界腐蚀的作用。同时,以整体平面均匀微小腐蚀来代替点腐蚀,延缓腐蚀速度。钼、镍和铜等合金的加入,形成金属间化合物,强化基体组织。铌、钒和钛的加入能够细化晶粒,进一步提高材料的韧性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及钢材领域,特别涉及一种高强防腐钢材及其制备方法和应用。
技术介绍
含有H2S的原油、天然气等的油井和气井(以下,将油井和气井总称为“油井”)有在湿润硫化氢环境下的钢因硫化物应力裂纹(以下,称为“SSC”)的问题,因此抗SSC性优异的油井管成为必需。抗SSC性伴随着钢的强度上升而急剧地下降。因此,以往,在一般的评价条件下即在包含1barH2S的NACE溶液A(NACETM0177-2005)的环境下能够确保抗SSC性的不过是110ksi级(屈服强度:758~862MPa)的钢材。并且,在多数情况下,更高强度的125ksi级(屈服强度:862~965MPa)、140ksi级(屈服强度:965~1069MPa)的钢材也只能在有限的H2S分压下(例如,0.1bar以下)才能够确保抗SSC性。考虑到由于油井的高深度带来的腐蚀环境的严苛化在今后愈发严峻,因此具有更高强度且高耐蚀性的油井管用钢材的开发是必需的。SSC是在腐蚀环境中由于钢材表面产生的氢向钢中扩散并且与钢材所负荷的应力的协同效果而导致断裂的氢脆化的一种。SSC的敏感性高的钢材在与钢材的屈服强度相比低的负荷应力下容易产生裂纹。20CrMo是一种经典的合金结构钢,由于其组份中含有一定量的Cr与Mo,因而具有良好的综合机械性能。20CrMo的抗拉强度一般在885Mpa/mm2以上,屈服强度一般在685Mpa/mm2以上,延伸率大于12%,断面收缩率大于50%,冲击功大于78J。但由于20CrMo组份配伍的特点,基本不具备抗腐蚀性能,因而只能在无防腐要求的普通车辆、机床的零部件中作为一般的结构件使用,不适宜于在沿海油井中含有K+、Na+、Ca2+、Mg2+等碱土金属离子及Cl-、SO42-离子液体的恶劣环境中使用,有待改进。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高强防腐钢材。该高强防腐钢材不仅具有优良的结构强度,还具有优良的防腐性能。本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的:一种高强防腐钢材,包括如下重量百分比的组分:<0.02%的碳、<0.5%的硅、0.4-0.6%的锰、≤0.015%的磷、≤0.01%的硫、9.5-10.5%的铬、0.35-0.5%的镍、0.2-0.35%的钼、≤0.65%的铜、≤0.007%的铝、≤0.15%的钛、≤0.04%的钒、≤0.12%的铌、≤0.02%的锌、≤0.07%的钨、≤0.03%的钴、≤0.04%的锡、≤0.02%的铅,余量为铁。通过采用上述技术方案,碳的重量百分比小于0.03%,再加入铬,得到低碳马氏体组织,提高耐腐蚀性,增强韧性。铬的含量在9.5-10.5%,有利于钝化膜的形成,增强耐腐蚀性。钼、镍和铜等合金的加入,形成金属间化合物,强化基体组织。铌、钒和钛的加入能够细化晶粒,进一步提高材料的韧性。降低材料的碳和硫含量,细化钢组织,提高钢的分子结构密度达到抗磨蚀性能和机械性。由于钢的组织充分,钢原子的扩散速度得到提高,金相组织中晶内和晶界的铬容易达到平衡,从而起到防止晶界腐蚀的作用。同时,以整体平面均匀微小腐蚀来代替点腐蚀,延缓腐蚀速度。此外,材料的抗硫化氢抗二氧化碳应力腐蚀能力强。其中,可承受的二氧化碳分压可达3.0Mpa,硫化氢分压可达0.15MPa。本专利技术的另一专利技术目的在于提供一种高强防腐钢材的制备方法,包括如下制备步骤:步骤1:将炉料加入到电弧炉中进行熔炼;步骤2:进入AOD炉进行精炼;步骤3:进入LF炉进行精炼;步骤4:连铸连轧;步骤5:控温控轧;步骤6:热处理;步骤7:机加工;所述电弧炉、AOD炉和LF炉中均加入造渣剂,所述造渣剂包括如下重量份数的组分:石灰65-80份氧化钠5-10份氧化亚铁0.3-1份二氧化锰0.3-0.8份二氧化钛5-15份氧化镁1-3份氮化铝0.9-1.5份碳化钨0.6-1.4份。通过采用上述技术方案,炉料包括生铁和合金。其中,生铁组分(质量分数):3.376-3.379%的碳、≤0.054%的硅、0.043-0.066%的锰、0.0965%的磷、0.0193%的硫、≤0.0076%的铝、≤0.022%的锌、≤0.077%的钨、≤0.033%的钴、≤0.044%的锡、≤0.022%的铅,95.65-95.86%的铁。合金组分(质量分数):9.5-10.5%的铬、0.35-0.5%的镍、0.2-0.35%的钼、≤0.05%的铜、≤0.15%的钛、≤0.04%的钒、≤0.12%的铌。石灰和氧化钠用来提高炉渣的碱度,增强与二氧化硫和二氧化碳的结合能力,从而降低二氧化硫和二氧化碳的分压,促进硫和碳进一步氧化生成二氧化硫和二氧化碳。氧化亚铁和二氧化锰能够降低炉渣的粘度,改善炉渣对石灰的润湿程度和提高炉渣在石灰空隙中的渗透能力,减少石灰表面生成2CaO·SiO2壳层的生成,从而促进石灰熔化速度。二氧化钛的加入能够提高对于碳和硫的吸附能力,降低碳和硫含量。氧化镁是增加炉渣中氧化镁含量,减少炉渣对炉衬的侵蚀,提高炉衬的寿命。炉渣的密度低于钢液,通常覆盖在钢液表面。而浮在钢液的表面的炉渣起到对钢水的保护作用,阻止炉气和大气中的N2、O2和H2向钢液传递。氮化铝和碳化钨的复配使用,增加炉渣的脱碳和脱硫能力。本专利技术进一步设置为:所述热处理为退火。通过采用上述技术方案,控温控轧后,钢材冷却较快,或者回复再结晶较慢,或者热轧的轧制比较大,导致热轧后钢材沿轧制方向的常温力学性能(甚至是金相组织)与垂直于轧制的方向上有较大的差异,存在应力,因此需要进行退火处理,使钢材各向同性,消除应力。本专利技术进一步设置为:所述电弧炉、AOD炉和LF炉的炉体的底部均设置有第一通气枪,所述电弧炉、AOD炉和LF炉的炉体的顶部均设置有第二通气枪,所述电弧炉、AOD炉和LF炉的炉体的侧部均设置有第三通气枪。通过采用上述技术方案,第一通气枪、第二通气枪和第三通气枪的设置实现电弧炉、AOD炉和LF炉中氧气和惰性气体的通入。本专利技术进一步设置为:所述第一通气枪通入惰性气体,所述第二通气枪和第三通气枪均通入氧气。通过采用上述技术方案,第一通气孔位于底部,惰性气体从底部通入,起到对钢液充分搅动的作用,增强钢液与氧气以及造渣剂的混合效果。第三通气孔位于侧部,主要起到供氧作用。第二通气枪位于顶部,起到辅助供氧的作用,提高供氧强度、缩短冶炼时间的作用。本专利技术进一步设置为:所述惰性气体为氩气。通过采用上述技术方案,氩气作为常用惰性气体,能够降低生产成本,增强钢液搅动效果,同时不会对钢液性能造成影响。本专利技术进一步设置为:所述第一通气枪设置在电弧炉、AOD炉和LF炉的炉体的底部中心处,所述第一通气枪的枪口竖直朝向炉体的顶部,所述第二通气枪在电弧炉、AOD炉和LF炉的炉体的顶部均设置有多根,多根所述第二通气枪位于炉体的顶部的边缘处,每根所述第二通气枪倾斜朝向炉体的底部且垂直于钢液的转动方向。通过采用上述技术方案,惰性气体从底部向顶部运动,带动与惰性气体接触较近的钢液部分从底部向顶部运动。而第二通气枪从顶部朝底部通气,从而带动与第二通气枪释放的氧气较近的钢液部分从顶部向底部运动,从而使钢液形成环流。由于氩气是从底部的中心处喷出,而第二通气枪从顶部的边缘处朝底部释放氧气且第二通气枪设置有多根,从而使钢液形成多个环流,增强氧气和造渣本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高强防腐钢材,其特征是:包括如下重量百分比的组分:<0.02%的碳、<0.5%的硅、0.4‑0.6%的锰、≤0.015%的磷、≤0.01%的硫、9.5‑10.5%的铬、0.35‑0.5%的镍、0.2‑0.35%的钼、≤0.65%的铜、≤0.007%的铝、≤0.15%的钛、≤0.04%的钒、≤0.12%的铌、≤0.02%的锌、≤0.07%的钨、≤0.03%的钴、≤0.04%的锡、≤0.02%的铅,余量为铁。
【技术特征摘要】
1.一种高强防腐钢材,其特征是:包括如下重量百分比的组分:<0.02%的碳、<0.5%的硅、0.4-0.6%的锰、≤0.015%的磷、≤0.01%的硫、9.5-10.5%的铬、0.35-0.5%的镍、0.2-0.35%的钼、≤0.65%的铜、≤0.007%的铝、≤0.15%的钛、≤0.04%的钒、≤0.12%的铌、≤0.02%的锌、≤0.07%的钨、≤0.03%的钴、≤0.04%的锡、≤0.02%的铅,余量为铁。2.一种如权利要求1所述的高强防腐钢材的制备方法,其特征是:包括如下制备步骤:步骤1:将炉料加入到电弧炉中进行熔炼;步骤2:进入AOD炉进行精炼;步骤3:进入LF炉进行精炼;步骤4:连铸连轧;步骤5:控温控轧;步骤6:热处理;步骤7:机加工;所述电弧炉、AOD炉和LF炉中均加入造渣剂,所述造渣剂包括如下重量份数的组分:石灰65-80份氧化钠5-10份氧化亚铁0.3-1份二氧化锰0.3-0.8份二氧化钛5-15份氧化镁1-3份氮化铝0.9-1.5份碳化钨0.6-1.4份。3.根据权利要求2所述的高强防腐钢材的制备方法,其特征是:所述热处理为退火。4.根据权利要求2所述的高强防腐钢材的制备方法,其特征是:所述电弧炉、AOD炉和LF炉的炉体(1)的底部均设置有第一通气枪(2),所述电弧炉、AOD炉和LF炉的炉体(1)的顶部均设置有第...
【专利技术属性】
技术研发人员:李永安,刘清友,姜东,高光亮,何光辉,张金中,
申请(专利权)人:睿智钢业有限公司,
类型:发明
国别省市:上海;31
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