本发明专利技术公开了一种抗CO2腐蚀的低合金钢材料及其制备方法与应用。该低合金钢材包括以下按质量百分比计的组分：C 0.03‑0.15％，Si 0.15‑0.6％，Mn 0.6‑1.3％，Cr 0.7‑2％，Mo 0.2‑0.9％，Al 0.01‑0.04％，P≤0.01，S≤0.005％，其余为Fe，微观组织为回火马氏体。制备方法为：冶炼及连铸；连铸后钢坯再次加热至1000～1200℃，并在此温度保温40‑70min；采用高速线材热轧生产工艺制备中间坯料；热轧后坯料采用冷成型方法获得断面异型钢；采用调质热处理工艺改善材料性能。本发明专利技术低合金钢呈现出良好的抗CO2腐蚀性能，成本低廉，且易于制备。
A Low Alloy Steel Material Resistant to CO2 Corrosion and Its Preparation Method and Application
The invention discloses a low alloy steel material resistant to CO2 corrosion, a preparation method and application thereof. The low alloy steel consists of the following components by mass percentage: C 0.03 0.15%, Si 0.15 0.6%, Mn 0.6 1.3%, Cr 0.7 2%, Mo 0.2 0.9%, Al 0.01 0.04%, P < 0.01, S < 0.005%, the rest are Fe, and the microstructure is tempered martensite. The preparation methods are as follows: smelting and continuous casting; reheating billet to 1000-1200 C after continuous casting and holding it for 40-70 minutes; preparing intermediate billet by hot rolling process of high-speed wire rod; obtaining cross-section profiled steel by cold forming method after hot rolling; and improving material properties by quenching and tempering heat treatment process. The low alloy steel of the invention has good CO2 corrosion resistance, low cost and easy preparation.
【技术实现步骤摘要】
一种抗CO2腐蚀的低合金钢材料及其制备方法与应用
本专利技术属于冶金和化学工程
，具体涉及一种抗CO2腐蚀的低合金钢材料及其制备方法与应用。
技术介绍
随着人类大量燃烧化石燃料，产生的CO2气体排放至空气中，并引发全球气候变暖。在当今人类未广泛成功使用新能源的境遇下，使用化石燃料仍然是人类获取能源的主要手段。如何消除燃烧化石燃料产生CO2气体引起的负面效应，是当今重要的研究课题。碳捕获和封存技术将工况企业燃烧化石燃料产生的CO2气体，通过吸收分离法、吸附分离法、膜法、化学链燃烧技术等，将CO2气体进行捕获，然后通过管道运输至地下盐水层、枯竭油气层等贮存点，从而达到将废气CO2进行封存的目的。但在运输高温高压CO2气体过程中，钢铁材料构成的管道容易遭受CO2腐蚀，并诱发断裂失效问题。集输过程中根据材料服役环境不同可形成水饱和CO2环境与CO2饱和水环境两种腐蚀环境，两种不同腐蚀环境对钢铁材料腐蚀性能提出更高要求。为了满足对抗高温高压CO2腐蚀性能的苛刻要求，当今应用于碳捕获和封存技术中集输管道的钢铁材料中Cr和Mo元素含量较高，如42CrMo4(AISI4140)、X46Cr13(AISI420C)等，这些材料的成本高，制造过程复杂。碳捕获和封存技术中一个重要封存点是海底的地质水中，而上述的高含量Cr和Mo元素的钢铁材料不能满足海洋环境中对材料的要求，主要受限于耐海洋腐蚀和材料柔性差。海洋软管作为一种新型的海洋用集输管道，具有上述高含量Cr和Mo元素无法具有的巨大优势，如容易安装、抗腐蚀性能良好、柔韧性好等。海洋软管是由高分子及钢铁材料构成的多层复合结构，外层由高分子材料组成，中间层由低合金钢带相互缠绕而成，内层是由经济型的不锈钢构成。海洋软管独特的结构保证其具有优异的耐海水腐蚀性能，同时可承受集输过程中的高压力和高温。目前常规的高Cr和高Mo钢铁材料已经不能满足碳捕获和封存技术中将多余高温高压CO2气体运输至海底贮存点的要求，且高Cr和高Mo材料价格昂贵，也限制了其广泛应用。海洋软管是理想的将碳捕获和封存技术中CO2气体运输至海底贮存点的材料，而海洋软管的铠装层材料是核心部件，主要承受集输油气过程中压力，并面临高温高压CO2腐蚀的威胁。长期遭受两种高温高压CO2腐蚀侵蚀，并引发断裂事件。因此，研发抗两种高温高压CO2腐蚀的低合金钢，并应用于铠装层，对碳捕获和封存技术中安全输送高温高压CO2气体具有重要作用。
技术实现思路
针对碳捕获和封存技术中集输管道抗CO2腐蚀性能差的问题，本专利技术的目的在于提供一种抗CO2腐蚀的低合金钢材料及其制备方法与应用，该低合金钢适合用于制作海洋软管铠装层，以及集输石油天然气或者碳捕获和封存技术中的高温高压CO2气体，具有抗CO2腐蚀性能。一种抗CO2腐蚀的低合金钢材料，包括以下按质量百分比计的组分：C0.03-0.15％，Si0.15-0.6％，Mn0.6-1.3％，Cr0.7-2％，Mo0.2-0.9％，Al0.01-0.04％，P≤0.01，S≤0.005％，其余为Fe，微观组织为回火马氏体。作为改进的是，上述抗CO2腐蚀的低合金钢材料，包括以下按质量百分比计的组分：C0.07,Si0.24,Mn0.84,Cr1.1,Mo0.27，Al0.02，P0.002，S0.001，其余为Fe。上述抗CO2腐蚀的低合金钢材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1，按质量百分比组分冶炼并连铸，获得原始坯料；步骤2，连铸后坯料再次加热至1000～1200℃，保温40～70min，加热过程中需保证坯料内外温差小于40℃；步骤3，再次加热后坯料进行高速线材热轧生产，开始轧制温度为1050～1130℃，终止轧制温度为880～980℃，热轧结束后用水加速冷却至820～860℃，再用空气快速冷却至200～400℃，冷却速度为1-5℃/s，获得断面形状为圆形的线材，尺寸为Φ8～12mm；步骤4，对线材进行去除氧化铁皮处理，冷成型获得断面异型钢；步骤5，对断面异型钢进行热处理，加热至850～910℃，保温20-40min，淬火，回火温度为550-700℃，保温30-60分钟，即可。上述抗CO2腐蚀的低合金钢材料在制备碳捕获/封存产品上的应用。作为改进的是，上述产品为海洋软管。作为改进的是，所述腐蚀环境为水饱和CO2环境或CO2饱和水环境。有益效果：与现有技术相比，本专利技术抗CO2腐蚀的低合金钢材料生产成本低，制备过程简单，水饱和CO2环境及CO2饱和水环境下抗腐蚀效果好。附图说明图1为本专利技术实施例1中热轧后的线材微观组织图；图2为本专利技术实施例1中热处理后低合金钢微观组织图；图3为本专利技术实施例1中经水饱和CO2环境或CO2饱和水环境腐蚀后，表面形貌图，其中(a)水饱和CO2环境、(b)CO2饱和水环境。具体实施方式下面结合具体实例对本专利技术的专利技术方法进行详细描述和说明。其内容是对本专利技术的解释而非限定本专利技术的保护范围。实施例1一种抗CO2腐蚀的低合金钢材料，包括以下按质量百分比计的组分：C0.07,Si0.24,Mn0.84,Cr1.1,Mo0.27，Al0.02，P0.002，S0.001，其余为Fe，微观组织为回火马氏体。将连铸坯加热至1200℃，均热60min，控制材料内部和外部温差小于30℃。加热后低合金钢经过高速线材工艺完成热轧生产过程，开始轧制温度为1125℃，终止轧制温度为970℃。热轧后低合金钢经过水进行加速冷却，最终水冷温度为845℃。随后使用斯太尔摩冷却控制线进行冷却，并采用加速空气进行冷却，冷却速率为1.3℃/s，最终加速空气冷却后温度为325℃，热轧后微观组织由铁素体、贝氏体和珠光体组成。将高速线材热轧后线材使用机械方法去除氧化铁皮，进行冷拔成型过程，冷拔道次为6道次，获得断面异型钢。随后将断面异型钢进行调质热处理，先加热至900℃，保温30min，然后使用水进行冷淬火，再次进行回火过程，回火温度为580℃，保温时间为60min。微观组织为回火马氏体。将上述低合金钢材料制成海洋软管，输送高温高压CO2，进行验证。采用高温高压CO2腐蚀实验，模拟碳捕获和封存技术中水饱和CO2环境及CO2饱和水环境，设定腐蚀周期为20年时，水饱和CO2环境及CO2饱和水环境最终腐蚀速率分别为0.025mm/y和0.086mm/y。实施例2一种抗CO2腐蚀的低合金钢材料，包括以下按质量百分比计的组分：C0.03％，Si0.5％，Mn1％，Cr0.7％，Mo0.25％，Al0.04％，P0.009，S0.005％，其余为Fe，微观组织为回火马氏体。将连铸坯加热至1100℃，均热40min，控制材料内部和外部温差小于40℃。加热后低合金钢经过高速线材工艺完成热轧生产过程，开始轧制温度为1050℃，终止轧制温度为980℃。热轧后低合金钢经过水进行加速冷却，最终水冷温度为820℃。随后使用斯太尔摩冷却控制线进行冷却，并采用加速空气进行冷却，冷却速率为1℃/s，最终加速空气冷却后温度为400℃，热轧后微观组织由铁素体、贝氏体和珠光体组成。将高速线材热轧后材料使用机械方法去除氧化铁皮，进行冷拔成型过程，冷拔道次为6道次，获得断面异型钢。随后将断面异型钢进行调质热处理，先加热至850℃，保温40min，然后使用本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种抗CO2腐蚀的低合金钢材料，其特征在于，包括以下按质量百分比计的组分：C 0.03‑0.15％，Si 0.15‑0.6％，Mn 0.6‑1.3％，Cr 0.7‑2％，Mo 0.2‑0.9％，Al 0.01‑0.04％，P≤0.01，S≤0.005％，其余为Fe，微观组织为回火马氏体。
【技术特征摘要】
1.一种抗CO2腐蚀的低合金钢材料，其特征在于，包括以下按质量百分比计的组分：C0.03-0.15％，Si0.15-0.6％，Mn0.6-1.3％，Cr0.7-2％，Mo0.2-0.9％，Al0.01-0.04％，P≤0.01，S≤0.005％，其余为Fe，微观组织为回火马氏体。2.根据权利要求1所述的一种抗CO2腐蚀的低合金钢材料，其特征在于，包括以下按质量百分比计的组分：C0.07,Si0.24,Mn0.84,Cr1.1,Mo0.27，Al0.02，P0.002，S0.001，其余为Fe。3.基于权利要求1所述的抗CO2腐蚀的低合金钢材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，按质量百分比组分冶炼并连铸，获得初级坯料；步骤2，连铸后坯料再次加热至1000～1200℃，保温40～70min，加热过程中需...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘珍光，顾子豪，王俭辛，王宇鑫，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。