[發明專利]抗硫化氫應力腐蝕高強度鋼及其制備方法

有效

• 申請號: 201810145615.1
• 申請日: 2018-02-12
• 公開（公告）號: CN108374116B
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發明（設計）人: 陳業新;董曉明
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: C22C38/02
• 分類號: C22C38/02;C22C38/04;C22C38/22;C22C38/26;C22C38/24;C22C38/28;C22C38/32;C22C38/06;C21D8/02
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

本發明公開了一種抗硫化氫應力腐蝕高強度鋼及其制備方法，采用低碳低錳成分體系以減少成分偏析，添加Cr、Mo、V等合金利用其固溶強化和析出強化提高強度，添加Nb元素以提高再結晶溫度、細化晶粒，提高鋼的抗硫化氫應力腐蝕性能，另外添加B，利用其對晶界的強化作用，使晶界自由能降低，阻礙使晶界脆化的氫化物的形成；添加Ti元素來固定N，抑制晶界上脆性相BN的形成，提高鋼的抗硫化氫性能指標。本發明能制備不低于90ksi級的低碳抗硫化氫應力腐蝕鋼，本發明鋼具有低成本、較高鋼級和良好的抗硫化氫應力腐蝕開裂性能，可用于抗硫化氫應力腐蝕油套管和管線管生產，滿足具有抗硫化氫應力腐蝕要求的油氣開發和輸送的需要。

技術領域

本發明涉及一種低碳高強度鋼及其制備方法，特別是涉及一種耐腐蝕高強度鋼及其制備方法，應用于油氣開發和輸送的油套管和管線管用鋼及其制備工藝技術領域。

背景技術

近年來，世界石油的需求量增加迅猛，年增長量達到1.6％，目前我國油氣田的腐蝕介質含量越來越多，腐蝕介質主要有二氧化碳和硫化氫，如川東地區的油田中，硫化氫含量達到10％以上。鋼的腐蝕問題是制約我國石油工業安全穩定生產的主要障礙之一，硫化氫等腐蝕介質不僅能夠對管體表面進行均勻腐蝕，還能同時生成氫原子。而當氫原子進入管材內部后，將導致管材發生應力腐蝕斷裂，即鋼管在極短的時間內失效，從而帶來極大的經濟損失和安全隱患。油田中使用的鋼管主要有油套管和管線管，油套管用于油氣資源的開發，而管線管用于油氣資源的輸送，其中油套管和管線管因硫化氫應力腐蝕導致管材失效所帶來的爆炸、燃燒等安全問題比較嚴重。近年來，在采用高鋼級管線管進行油氣資源高壓輸送的發展趨勢下，高壓輸送將導致管線管內硫化氫分壓的提高，這將使管線管可能產生更嚴重的硫化氫應力腐蝕。因此，近期針對高鋼級管線鋼的抗硫化氫腐蝕性能的研究越來越多。另外油氣開發用油套管在使用過程中，在硫化氫作用下也易發生腐蝕，并導致套管瞬時斷裂，這將給油田造成重大的經濟損失，而且這也易產生嚴重的安全事故，由此可見，開發具有良好抗硫化氫應力腐蝕性能的鋼及其管材產品具有重要的意義和應用價值。

現有技術中抗硫化氫腐蝕管較多采用中碳成分體系的鋼，如CN1924068A，CN1969053A等專利都采用加入Cr、Mo、V、Ni、Cu、Nb等一種或幾種合金元素的鋼種，并通過熱處理來生產抗硫化氫應力腐蝕的管材，由此需要增加熱處理成本，工序較長。

專利CN102373383A提供了一種抗硫化氫腐蝕的管線管，采用低碳成分體系加微合金化的設計，但是其強度只達到70ksi級。由于鋼的強度較低，不能滿足實際生產的需求。

表1.原有專利鋼的主要化學成分、產品鋼級表

發明內容

為了解決現有技術問題，本發明的目的在于克服已有技術存在的不足，提供一種抗硫化氫應力腐蝕高強度鋼及其制備方法，能制備屈服強度不低于621MPa的低碳抗硫化氫應力腐蝕鋼，本發明鋼具有低成本、較高鋼級和良好的抗硫化氫應力腐蝕開裂性能，可用于抗硫化氫應力腐蝕油套管和管線管生產，滿足具有抗硫化氫應力腐蝕要求的油氣開發和輸送的需要。

為達到上述目的，本發明創造采用如下發明構思：

采用低碳低錳成分體系以減少成分偏析，添加Cr、Mo、V等合金利用其固溶強化和析出強化提高強度，添加Nb元素以提高再結晶溫度、細化晶粒，提高鋼的抗硫化氫應力腐蝕性能，另外添加B，利用其對晶界的強化作用，使晶界自由能降低，阻礙使晶界脆化的氫化物的形成；利用B元素提高淬透性的作用彌補了合金元素較少所帶來的淬透性不足的問題，保證了熱軋態貝氏體組織的含量，提高材料強度；另外添加Ti元素，通過Ti固定N的作用，抑制晶界上脆性相BN的形成，提高鋼的抗硫化氫性能指標。

根據上述發明構思，本發明采用如下技術方案：