钢材、制备方法及其应用技术

本发明专利技术提供了一种钢材、制备方法及其应用。包括：按以下化学成分配料，得到原料：按重量百分含量计，原料包括C 0.08～0.30％，Si≤0.5％，Mn≤1.0％，Cu 0.5～2.0％，Al≤1.0％，Ce 0.01～0.2％，Cr 0.5～1.5％，Mo 0.5～1.5％，V≤0.3％，N≤0.005％，O≤0.005％，S≤0.005％，P≤0.005％，余量为Fe；将原料依次进行熔炼、浇注及后处理，得到钢材，当反应产物体系中的O和S元素含量均不大于0.005wt％时，向反应产物体系中加入Ce元素。制得钢材具有高强度、高韧性、抗硫化物应力腐蚀及耐微生物腐蚀等优点，实现了结构功能一体化。

【技术实现步骤摘要】
钢材、制备方法及其应用
本专利技术涉及合金钢制造领域，具体而言，涉及一种钢材、制备方法及其应用。
技术介绍
管道腐蚀是油气开采、集输和输送过程中面临的一个严重问题。硫化氢(H2S)造成的硫化物应力腐蚀(SSC)和微生物腐蚀(MIC)是管道腐蚀的两种重要形式。MIC主要以局部腐蚀(点蚀)为主，腐蚀的发生、发展具有不可预见性，腐蚀部位也没有规律可循。近年来，由于MIC导致的管道破漏事故频发，给油气产业造成了巨大经济损失。同时，MIC造成的点蚀又是SSC开裂的裂纹源，二者相互促进，为腐蚀防护带来巨大挑战。除了耐腐蚀性能外，还需要提高钢的强度和韧性来解决管道因薄壁化、细长化而使成本增加的问题。然而，随着钢的强度提高，SSC敏感性增大，开发高强度，尤其是强度高于862MPa(125ksi级)的抗SSC管道用钢更加困难。钢的强度、韧性和抗SSC性能是一种此消彼长的矛盾关系，平衡三者的矛盾关系是能否获得高强、高韧和抗SSC性能的关键。因此，开发一种高强度、高韧性、抗SSC和耐MIC的管道用钢是当前冶金行业亟待解决的技术难题。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种钢材、制备方法及其应用，以解决现有的钢材无法同时满足高强度、高韧性、抗硫化物应力腐蚀(SSC)及耐微生物腐蚀(MIC)的问题。为了实现上述目的，本专利技术一方面提供了一种钢材的制造方法，该制造方法包括：按以下化学成分配料，得到原料：按重量百分含量计，原料包括C0.08～0.30％，Si≤0.5％，Mn≤1.0％，Cu0.5～2.0％，Al≤1.0％，Ce0.01～0.2％，Cr0.5～1.5％，Mo0.5～1.5％，V≤0.3％，N≤0.005％，O≤0.005％，S≤0.005％，P≤0.005％，余量为Fe；将原料依次进行熔炼、浇注及后处理，得到钢材，且在熔炼过程中，当反应产物体系中的O元素和S元素含量均不大于0.005wt％时，向反应产物体系中加入Ce元素。进一步地，原料中，Cu元素的含量为0.5～2.0wt％，Al元素的含量为0.1～0.6wt％，Ce的含量为0.01～0.2wt％，Cr含量为0.5～1.5wt％，Mo含量为0.5～1.5wt％，V含量为0.005～0.25wt％，N含量应≤0.005wt％，O和S含量应≤0.005wt％；优选地，将反应产物体系中Cu元素、Al元素和Ce元素的重量百分含量之和记为a，且1.0％≤a≤2.0％。进一步地，配料步骤中，原料还包括Nb元素、Ti元素、Ca元素和B元素组成的组中的一种或多种，且各元素的重量百分含量均不高于0.1％。进一步地，熔炼过程为将原料进行真空感应炉冶炼的过程，或将原料依次经过电炉初炼和炉外精炼的步骤，或将原料依次经过高炉初炼和炉外精炼的步骤。进一步地，后处理步骤包括：将浇注步骤得到的钢锭在奥氏体单相区进行加热锻造，其中，加热锻造过程的初锻温度为1000～1100℃，终锻温度不低于930℃，且钢锭的第一次锻打变形量＜10％，总的锻造比＞6；使经加热锻造后的钢锭进行水冷至550～650℃后，进行保温，保温时间为30～90min，最后空冷至室温，得到钢材。进一步地，后处理步骤包括：将浇注步骤得到的钢锭进行均匀化处理，其中均匀化处理的温度为1130～1170℃，处理时间为2～4h；将经均匀化处理得到的钢锭进行热轧制，其中热轧制步骤的初轧温度为1000～1100℃，终轧温度为≥930℃，且第一次轧制变形量<10％，热轧累积压下量达到90％以上；使进行热轧制处理后的钢锭水冷至550～650℃，然后在550～650℃下保温，保温时间为30～90min，最后空冷至室温，得到钢材。本申请的另一方面还提供了一种钢材，钢材采用本申请提供的上述制造方法制得。进一步地，钢材的微观组织为单一马氏体组织，室温屈服强度≥700MPa，抗拉强度≥770MPa，0℃条件下，全尺寸V型缺口冲击功≥120J。本申请的又一方面还提供了一种本申请提供的上述钢材在石油和/或天然气领域中的应用。应用本专利技术的技术方案，以上述化学成分为原料依次进行熔炼、浇注及后处理得到钢材，通过Cu、Al、Ce、Mo和V以及其它合金元素的复合发挥协同作用，使其制得的钢材具有高强度、高韧性、抗硫化物应力腐蚀及耐微生物腐蚀等优点，实现了结构功能一体化。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为实施例2钢在570℃保温后的微观组织形貌图。图2为实施例4钢在570℃保温后的钢表面氧化膜形貌图。图3为实施例1钢在650℃保温后组织中析出的纳米尺寸氢陷阱形貌图。图4为实施例4钢的点蚀坑形貌图。图5为对比例1钢地点蚀坑形貌图。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本专利技术。正如
技术介绍
所描述的，现有的钢材无法同时满足高强度、高韧性、抗硫化物应力腐蚀(SSC)及耐微生物腐蚀(MIC)的问题。为了解决上述技术问题，本申请提供了一种钢材的制造方法，该制造方法包括：按以下化学成分配料，得到原料：按重量百分含量计，原料包括C0.08～0.30％，Si≤0.5％，Mn≤1.0％，Cu0.5～～2.0％，Al≤1.0％，Ce0.01～0.2％，Cr0.5～1.5％，Mo0.5～1.5％，V≤0.3％，N≤0.005％，O≤0.005％，S≤0.005％，P≤0.005％，余量为Fe；将原料依次进行熔炼、浇注及后处理，得到钢材，且在熔炼过程中，当反应产物体系中的O元素和S元素含量均不大于0.005wt％时，向反应产物体系中加入Ce元素。Cu元素是钢中奥氏体的形成元素，在铁素体中的溶解度较小，并随着温度的下降，溶解度急剧降低，室温时Cu几乎不溶于α-Fe。因而经时效处理后，Cu元素会以第二相的形式析出，从而对钢起到强化作用。Cu的加入不仅能够促进钢表面保护膜的形成，减少H原子进入钢的基体，而且在时效过程中析出的纳米尺寸富Cu相还可以起到捕氢而充当有益氢陷阱作用。Cu在钢中的这两种作用均可大幅减少H对钢的有害作用。钢中Cu还具有耐微生物腐蚀性能，当Cu含量较低时，基体中析出的富Cu相不足，耐微生物腐蚀作用较小；当Cu含量相对过高时，会对冲击韧性及热加工性能产生不利影响。Al元素是钢中脱氧的有效合金元素，因此它与氧(O)具有非常强的结合力，这也使得氧化铝膜层非常稳定和致密，从而具有较好的阻碍氢(H)扩散的能力。本专利技术钢中添加不大于1.0wt％的Al，从H2S腐蚀的源头考虑，即：充分利用钢中Al形成氧化膜来阻碍H的进入，降低钢中H的含量，有效降低发生SSC的可能性，并配合钢中纳米尺寸富Cu相和Ce具有有益氢陷阱的作用，达到更优异的耐SSC性能。稀土在钢中素有“工业维生素”之称。钢中加入适量的稀土具有多重有益作用，如：可以净化钢液、优本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钢材的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括：/n按以下化学成分配料，得到原料：/n按重量百分含量计，所述原料包括C 0.08～0.30％，Si≤0.5％，Mn≤1.0％，Cu 0.5～2.0％，Al≤1.0％，Ce 0.01～0.2％，Cr 0.5～1.5％，Mo 0.5～1.5％，V≤0.3％，N≤0.005％，O≤0.005％，S≤0.005％，P≤0.005％，余量为Fe；/n将所述原料依次进行熔炼、浇注及后处理，得到所述钢材，且在所述熔炼过程中，当反应产物体系中的O元素和S元素含量均不大于0.005wt％时，向所述反应产物体系中加入Ce元素。/n

【技术特征摘要】
1.一种钢材的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括：
按以下化学成分配料，得到原料：
按重量百分含量计，所述原料包括C0.08～0.30％，Si≤0.5％，Mn≤1.0％，Cu0.5～2.0％，Al≤1.0％，Ce0.01～0.2％，Cr0.5～1.5％，Mo0.5～1.5％，V≤0.3％，N≤0.005％，O≤0.005％，S≤0.005％，P≤0.005％，余量为Fe；
将所述原料依次进行熔炼、浇注及后处理，得到所述钢材，且在所述熔炼过程中，当反应产物体系中的O元素和S元素含量均不大于0.005wt％时，向所述反应产物体系中加入Ce元素。


2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述原料中，Cu元素的含量为0.5～2.0wt％，Al元素的含量为0.1～0.6wt％，Ce的含量为0.01～0.2wt％，Cr含量为0.5～1.5wt％，Mo含量为0.5～1.5wt％，V含量为0.005～0.25wt％，N含量应≤0.005wt％，O和S含量应≤0.005wt％。


3.根据权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，将所述反应产物体系中Cu元素、Al元素和Ce元素的重量百分含量之和记为a，且1.0％≤a≤2.0％。


4.根据权利要求2或3所述的制造方法，其特征在于，所述配料步骤中，所述原料还包括Nb元素、Ti元素、Ca元素和B元素组成的组中的一种或多种，且各元素的重量百分含量均不高于0.1％。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的制造方法，其特征在于，所述熔炼过程为将所述原料进行真空感应炉冶炼的过...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹喜洋，史显波，田研，严伟，周正平，杨柯，李端正，单以银，曾天翼，
申请(专利权)人：衡阳华菱钢管有限公司，中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：湖南;43