一种高温高压耐氢腐蚀厚钢板及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种高温高压耐氢腐蚀厚钢板，其含有Fe和不可避免的杂质，其还含有质量百分含量如下的下述各化学元素：C：0.09～0.18％，Si：0.20～0.60％，Mn：0.35～0.75％，Cr：2.35～3.15％，Mo：0.50～1.20％，Al(s)：0.005～0.015％，Nb：0.020～0.050％，Ti：0.015～0.030％,B：0.0005～0.0020％，O：0.0025～0.0040％。此外，本发明专利技术还公开了上述高温高压耐氢腐蚀厚钢板的制造方法，其包括步骤：(1)冶炼和铸造：钢液冶炼过程中加入脱氧剂Si、Mn、Ti、Al；其中在钢水浇铸前，按照Si、Mn和Ti的顺序进行预脱氧，控制浇铸钢水的氧位为0.0045～0.0085％；然后采用Al进行终脱氧，控制钢液中Al的质量百分含量为0.005～0.015％；(2)轧制；(3)淬火+回火。(3)淬火+回火。

【技术实现步骤摘要】
一种高温高压耐氢腐蚀厚钢板及其制造方法


[0001]本专利技术涉及一种金属材料及其制造方法，尤其涉及一种厚钢板及其制造方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着原油品质朝着重质化、高硫化和高酸化方向发展的趋势愈来愈明显，市场对于优质原油的需求也变得越来越高。
[0003]在现有技术中，通过在高温高压条件下的加氢处理、加氢裂化、加氢脱硫、加氢脱氮等加工工艺，可以将品质较差的原油处理得到优质原油。这种技术手段同时也是提高原油利用率，节约能源使用量的重要技术手段。
[0004]但是，这一技术方案需要劣质原油在高温、高压、高氢气分压等极端工艺条件下进行加工；此时，则需要制造加氢反应容器所使用的钢材具有耐高温、耐高压的优越性能，尤其是需要具备优良的耐氢腐蚀性能。
[0005]众所周知，在高温高压的反应条件下，当反应容器中存在着大量的氢时，这些原子半径极小的氢极容易进入金属材料的内部，进而降低材料的断裂抵抗能力和延展性能，甚至会在金属材料的内部形成氢致裂纹，导致材料的氢腐蚀损伤，造成设备失效，引发生产事故。
[0006]目前，高温氢腐蚀的表现形式主要有两种：第一种是材料的表面产生脱碳；第二种是材料的内部产生脱碳和开裂。
[0007]当材料的表面受到氢腐蚀后，会在表面产生脱碳现象，但是脱碳层深度较浅，一般在1
‑
2μm，会造成材料局部表面的强度和硬度下降，同时材料的延性提高，但表面脱碳一般不会导致材料表面裂纹的产生。当材料的内部受到氢腐蚀时，不但会产生脱碳现象，同时还会形成裂纹。因为材料内部的氢腐蚀是由于氢原子进入金属材料内部与钢中的碳元素发生了化学反应形成了甲烷气体，当形成大量的甲烷气体聚集在晶界的空穴或者尖锐的夹杂物附近，会在材料内部形成很大的局部应力，使得材料产生龟裂、小裂纹或者鼓包，并导致材料的强度和韧性显著劣化。由于材料的这种损伤是化学反应的结果，具有不可逆的性质，所以这种氢腐蚀是一种永久性的损伤，其会对设备的安全运行会带来巨大的事故隐患。
[0008]因此，为了防止氢原子进入到钢材内部，避免造成永久性的氢腐蚀损伤，现有技术中已有部分研究人员进行了大量的研究，并采用了各种方法来阻止氢原子进入到容器材料。
[0009]例如：公开号为CN204051658U，公开日为2014年12月31日，名称为“一种加氢反应器”的中国专利文献，公开了一种加氢反应器。该专利中反应容器的筒体及上下封头结构的内壁均堆焊了一层不锈钢防腐层，用于阻断容器内部氢原子进入到容器的筒体及封头材料内部，从而减少或者避免进入材料中的氢与碳元素结合生成甲烷的反应，以提高容器的耐氢腐蚀性能。
[0010]又例如：公开号为JPS60200914(A)，名称为“MANUFACTURE OF STEEL SUPERIOR IN HYDROGEN CORROSION CRACKING RESISTANCE”的日本专利文献，公开了另一种技术方案，其
通过将钢加热到Ac3
±
70℃范围内，并在冷却过程中，控制600～400℃范围内的冷却速率不大于1℃/s，以得到钢的组织为极细的珠光体组织，进而同时提高钢板的强度和抗氢腐蚀性能
[0011]再例如：公开号为JPS5923849(A)，名称为“LOW ALLOY STEEL RESISTANT TO HYDROGEN CORROSION”的日本专利文献，该专利通过向钢中添加一定量的La元素，使得La与钢中的残余有害元素结合，从而提升材料的抗氢腐蚀性能。
[0012]对于上述已有的抗氢腐蚀钢专利进行分析，我们不难发现，当前现有技术中经常使用的容器材料的抗氢腐蚀方法主要有以下三种：
[0013]第一种：通过在容器材料表面增加一层保护层，阻止氢原子向容器材料内部扩散，当然容器材料表面的保护层可以使搪瓷、不锈钢以及各种化学涂层。这一方法在一定程度上可以减少氢原子向材料内部的扩散，提升材料的抗氢腐蚀性能，但是由于需要对材料的表面进行多次的加工和处理，必然增加了材料的生产成本，同时也会增加容器的生产周期。
[0014]第二种：通过控制钢的合金化学成分，例如加入La等元素固定钢中的有害的残余元素，来提高钢的稳定性，这种方法可以有效的抑制钢中残余的As、Sn、Sb等元素造成的回火脆化问题。
[0015]第三种，通过控制低合金钢的热处理工艺，得到特定的相变组织，以形成特定的组织类型(例如细小、弥散分布的珠光体)来增加钢的组织稳定性，对抗氢腐蚀。但是当承受较高的温度和压力时，必须控制材料的组织类型为贝氏体组织，以提高钢的屈服强度。
[0016]分析可知，上述现有技术均难以获得很好的实施效果，不同于上述现有技术中所采用的技术方案，专利技术人研究采用了一种全新的设计思路，从另一种角度出发，大幅度提升钢材的抗高温氢腐蚀性能，进而获得一种具有优良应用前景的高温高压耐氢腐蚀厚钢板。

技术实现思路

[0017]本专利技术的目的之一在于提供一种高温高压耐氢腐蚀厚钢板，该高温高压耐氢腐蚀厚钢板钢中具有大量细小弥散分布的Ti2O3+Al2O3+MnS复合夹杂物，利用这些复合夹杂物可以吸附因扩散而进入钢中的H元素，降低H原子与C原子在钢中偏聚的浓度，减少或者避免甲烷气体的形成，从而提高钢材的抗高温氢腐蚀能力。
[0018]本专利技术所述的高温高压耐氢腐蚀厚钢板具有十分优异的抗高温氢腐蚀能力，其具有十分良好的推广前景和应用价值；采用该钢材可以有效制得承压设备，其可以确保承压设备的稳定安全运行，避免因氢腐蚀而引发生产事故。
[0019]为了实现上述目的，本专利技术提供了一种高温高压耐氢腐蚀厚钢板，其含有Fe和不可避免的杂质，其还含有质量百分含量如下的下述各化学元素：
[0020]C：0.09～0.18％，Si：0.20～0.60％，Mn：0.35～0.75％，Cr：2.35～3.15％，Mo：0.50～1.20％，Al(s)：0.005～0.015％，Nb：0.020～0.050％，Ti：0.015～0.030％,B：0.0005～0.0020％，O：0.0025～0.0040％。
[0021]进一步地，在本专利技术所述的高温高压耐氢腐蚀厚钢板中，其各化学元素质量百分含量为：
[0022]C：0.09～0.18％，Si：0.20～0.60％，Mn：0.35～0.75％，Cr：2.35～3.15％，Mo：0.50～1.20％，Al(s)：0.005～0.015％，Nb：0.020～0.050％，Ti：0.015～0.030％,B：
0.0005～0.0020％，O：0.0025～0.0040％；余量为Fe和不可避免的杂质。
[0023]在本专利技术所述的高温高压耐氢腐蚀厚钢板中，采取了合理的化学成分设计并结合优化制造工艺，可以使钢中具有大量细小弥散分布的Ti2O3+Al2O3+MnS复合夹杂物。这些细小、球形或者接近球形的复合夹杂物，可以在厚钢板制造的高温设备工作过程中作为“氢陷阱”吸收进入钢中的氢原子，避免本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高温高压耐氢腐蚀厚钢板，其含有Fe和不可避免的杂质，其特征在于，其还含有质量百分含量如下的下述各化学元素：C：0.09～0.18％，Si：0.20～0.60％，Mn：0.35～0.75％，Cr：2.35～3.15％，Mo：0.50～1.20％，Al(s)：0.005～0.015％，Nb：0.020～0.050％，Ti：0.015～0.030％,B：0.0005～0.0020％，O：0.0025～0.0040％。2.如权利要求1所述的高温高压耐氢腐蚀厚钢板，其特征在于，其各化学元素质量百分含量为：C：0.09～0.18％，Si：0.20～0.60％，Mn：0.35～0.75％，Cr：2.35～3.15％，Mo：0.50～1.20％，Al(s)：0.005～0.015％，Nb：0.020～0.050％，Ti：0.015～0.030％,B：0.0005～0.0020％，O：0.0025～0.0040％；余量为Fe和不可避免的杂质。3.如权利要求1或2所述的高温高压耐氢腐蚀厚钢板，其特征在于，其还含有下述各化学元素的至少其中之一：0＜Cu≤0.30％；0＜Ni≤0.30％。4.如权利要求1或2所述的高温高压耐氢腐蚀厚钢板，其特征在于，在其他不可避免的杂质中：P≤0.010％,S≤0.010％,N≤0.0050％。5.如权利要求1或2所述的高温高压耐氢腐蚀厚钢板，其特征在于，其具有细小、弥散分布的球形的Al2O3+Ti2O3+MnS复合夹杂物。6.如权利要求5所述的高温高压耐氢腐蚀厚钢板，其特征在于，其中粒径小于3μm的Al2O3+Ti2O3+MnS复合夹杂物占所有Al2O3+Ti2O3+MnS复合夹杂物的比例大于60％。7.如权利要求1或2所述的高温高压耐氢腐蚀厚钢...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘自立，张汉谦，陈超，丁建华，刘慧斌，徐国栋，石云峰，赖万晓，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：