一种高耐蚀高韧性经济型钢及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高耐蚀高韧性经济型钢及其制备方法，属于耐蚀钢技术领域，解决了现有技术中耐蚀钢合金元素含量较高、韧性较低、成本较高的问题。高耐蚀高韧性经济型钢的组分以质量百分比计包括：C：≤0.03％、Cr：18.0％～20.0％、Mo：0.5％～3.0％、Ni：1.0％～2.8％、Mn：1.0％～4％、Si：0.1％～0.5％、N：0.1％～0.25％、P：≤0.03％、S：≤0.01％，余量为Fe及不可避免的杂质。本发明专利技术的高耐蚀高韧性经济型钢具有高强度、良好的塑韧性以及优异的耐腐蚀性能。能。能。

【技术实现步骤摘要】
一种高耐蚀高韧性经济型钢及其制备方法


[0001]本专利技术涉及耐蚀钢
，特别涉及一种高耐蚀高韧性经济型钢及其制备方法。

技术介绍

[0002]油井管是石油、天然气勘探开发过程中的重要耗材，占油气工业用钢总量的40％左右，是石油、天然气开采设备中的重要组成部分。作为一种重要的石油装备物资，油井管在整个建井成本中平均占20％～30％。因此，整个石油工程能否顺利进行，与油井管材质量密不可分。油井管置于套管之中，用于采集油气。由于油井管内腐蚀性液体的流动，故须根据腐蚀情况选用各种抗腐蚀产品。目前抗CO2腐蚀的油井管用材料以13Cr马氏体不锈钢为主，但马氏体钢不能在含H2S的环境使用。尽管选用更高合金含量的22Cr(或25Cr、27Cr，Cr含量越高耐蚀性越好)型双相不锈钢可以满足油井管使用要求，但是材料成本高，不适合油气开采场景的大批量工业应用。
[0003]针对上述材料选择问题，以Mn、N代替Ni充当奥氏体稳定元素的经济型双相不锈钢(例如2101、2304等)成为兼顾原材料低成本和高性能的选择之一。但是较高的Mn、N含量一方面增大材料铸造缺陷、恶化热加工性能从而降低材料成材率，另一方面提高了析出相最高析出温度，缩小了热加工温度区间，不利于工业生产。低成材率造成产品实际生产成本依旧居高不下，同时较窄的热加工窗口使材料加工生产面临困难。此外，工业实际生产中通常以PREN(耐点蚀当量)值衡量不锈钢的耐腐蚀性能，Mn元素的加入则会降低不锈钢PREN值，即降低其耐腐蚀性能。现有经济型不锈钢通常添加了较高的Mn元素(≥5)，其耐腐蚀性能必定受到不利影响。上述原因共同导致经济型双相不锈钢虽然在较低的原料成本下具有较好的力学性能，却依旧难以大规模生产应用。
[0004]目前针对该领域的不锈钢品种和相应工艺流程已经有很多专利，但大多存在成本过高或工艺复杂等问题而无法满足大量生产和实际应用的需要。

技术实现思路

[0005]鉴于上述情况，本专利技术旨在提供一种高耐蚀高韧性经济型钢及其制备方法，用于解决现有耐蚀钢合金元素含量较高、韧性较低、成本较高的问题。
[0006]本专利技术的目的主要是通过以下技术方案实现的：
[0007]一方面，本专利技术提供了一种高耐蚀高韧性经济型钢，高耐蚀高韧性经济型钢的组分以质量百分比计包括：C：≤0.03％、Cr：18.0％～20.0％、Mo：0.5％～3.0％、Ni：1.0％～2.8％、Mn：1.0％～4％、Si：0.1％～0.5％、N：0.1％～0.25％、P：≤0.03％、S：≤0.01％，余量为Fe及不可避免的杂质。
[0008]进一步的，高耐蚀高韧性经济型钢的组分中，Cr+3.3Mo+30N
‑
Mn≥26。
[0009]进一步的，高耐蚀高韧性经济型钢的组分中，30Ni+17Mn
‑
12Mo
‑
800N≤0。
[0010]进一步的，高耐蚀高韧性经济型钢的组分以质量百分比计包括：C：0.02％～
0.03％、Cr：18.5％～19.5％、Mo：1.0％～2.5％、Ni：1.0％～1.5％、Mn：1.5％～2.8％、Si：0.3％～0.5％、N：0.15％～0.25％、P：≤0.03％、S：≤0.01％，余量为Fe及不可避免的杂质。
[0011]进一步的，高耐蚀高韧性经济型钢的组分中，Cr+3.3Mo+30N
‑
Mn≥28。
[0012]进一步的，高耐蚀高韧性经济型钢的微观组织为铁素体+奥氏体+马氏体的混合组织。
[0013]进一步的，高耐蚀高韧性经济型钢的微观组织中，奥氏体的体积百分含量为30％～50％，马氏体的体积百分含量为5％～15％。
[0014]另一方面，本专利技术还提供了一种高耐蚀高韧性经济型钢的制备方法，用于制备上述高耐蚀高韧性经济型钢，包括：
[0015]步骤1：将金属原材料熔炼成钢水；
[0016]步骤2：采用连铸或模铸的方法将钢水冶炼成连铸坯或铸锭；
[0017]步骤3：将连铸坯或铸锭加热并保温，进行锻造开坯，制成锻坯；
[0018]步骤4：将锻坯经多道次热轧成板；
[0019]步骤5：将热轧板进行固溶处理，得到高耐蚀高韧性经济型钢。
[0020]进一步的，步骤3中，锻造开坯温度为1150～1250℃。
[0021]进一步的，步骤5中，固溶处理的温度为1000～1150℃。
[0022]与现有技术相比，本专利技术有益效果如下：
[0023]a)本专利技术的高耐蚀高韧性经济型钢精确控制钢中Cr、Ni、Mn、Mo、N元素的质量百分比，结合热变形后固溶热处理工艺，能够获得铁素体+奥氏体+马氏体的混合组织，大幅度提高了钢的耐蚀性及韧性。由于本专利技术的三相不锈钢材料中具有超细马氏体相，使材料的抗拉强度优于更高Cr含量的双相不锈钢，实现利用较低Cr含量获得高强度。与现有技术的马氏体不锈钢比，本专利技术不锈钢中引入铁素体相以及奥氏体相，获得更优良的耐晶间腐蚀性能以及抗H2S应力腐蚀性能。本专利技术三相不锈钢中奥氏体相的含量远高于马氏体不锈钢，马氏体不锈钢很难在保持强度不降低的同时获得大于20％体积含量的奥氏体相，因此本专利技术三相不锈钢材料具有更好的抗H2S应力腐蚀能力。
[0024]b)传统的析出强化、沉淀硬化都是以金属间化合物、析出相为主，可以提高强度，但是导致材料耐腐蚀性能下降较大。本专利技术的钢，以细小的马氏体颗粒作为第三相强化，通过调控奥氏体稳定性，在奥氏体内析出弥散的细小的马氏体颗粒。这些马氏体颗粒以两种形式分布在于奥氏体相中：首先以细小颗粒均匀弥散的分布在奥氏体晶粒中，另一种则以不连续、不规则颗粒状分布在奥氏体晶粒中。马氏体相作为强化相其与基体成分相同，相较于金属间化合物不易成为点蚀萌生处，更不易成为塑性变形的开裂源，因此本专利技术的钢在兼具高强度、优良耐蚀性能的同时，塑性极佳。
[0025]c)本专利技术的高耐蚀高韧性经济型钢为三相组织，本专利技术的钢具有低Cr、低合金元素含量获得更高强度的特点，可同时具备高强度、耐晶间腐蚀、应力腐蚀以及高韧性及良好的焊接性能等特点，具备优异的综合性能。同时马氏体奥氏体的复合结构可以提高组织中的界面密度，从而获得优于传统双相不锈钢的高强度力学性能。其在常规热加工温度区间内(900
‑
1180℃)均衡的相比例带来极佳的热加工性能，固溶处理后多相复合的组织形式在保证一定冷加工性能的同时拥有优于单相马氏体不锈钢的耐蚀性能。
[0026]d)本专利技术的钢不仅保证了高强度、良好的塑韧性以及优异的耐腐蚀性能，可以保
证本专利技术钢的屈服强度大于480MPa(例如481～510MPa)，抗拉强度大于800MPa(例如806～850MPa)，伸长率大于45％(例如46.0％～56％)。(180℃)CO2腐蚀速率0.021g/m2h以下(例如0.0167～0.0205g/m2h)；(200℃)CO2腐蚀速率0.08g/m2h以下(例如0.045～0.076g本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高耐蚀高韧性经济型钢，其特征在于，所述高耐蚀高韧性经济型钢的组分以质量百分比计包括：C：≤0.03％、Cr：18.0％～20.0％、Mo：0.5％～3.0％、Ni：1.0％～2.8％、Mn：1.0％～4％、Si：0.1％～0.5％、N：0.1％～0.25％、P：≤0.03％、S：≤0.01％，余量为Fe及不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的高耐蚀高韧性经济型钢，其特征在于，所述高耐蚀高韧性经济型钢的组分中，Cr+3.3Mo+30N
‑
Mn≥26。3.根据权利要求1所述的高耐蚀高韧性经济型钢，其特征在于，所述高耐蚀高韧性经济型钢的组分中，30Ni+17Mn
‑
12Mo
‑
800N≤0。4.根据权利要求1所述的高耐蚀高韧性经济型钢，其特征在于，所述高耐蚀高韧性经济型钢的组分以质量百分比计包括：C：0.02％～0.03％、Cr：18.5％～19.5％、Mo：1.0％～2.5％、Ni：1.0％～1.5％、Mn：1.5％～2.8％、Si：0.3％～0.5％、N：0.15％～0.25％、P：≤0.03％、S：≤0.01％，余量为Fe及不可避免的杂质。5.根据权利要求4...

【专利技术属性】
技术研发人员：何建国，丰涵，宋志刚，朱玉亮，郑文杰，吕杰晟，
申请(专利权)人：钢铁研究总院有限公司，
类型：发明
国别省市：