[發明專利]鋼材、制備方法及其應用

有效

• 申請號: 202010911376.3
• 申請日: 2020-09-02
• 公開（公告）號: CN111961976B
• 公開（公告）日: 2022-01-04
• 發明（設計）人: 鄒喜洋;史顯波;田研;嚴偉;周正平;楊柯;李端正;單以銀;曾天翼
• 申請（專利權）人: 衡陽華菱鋼管有限公司;中國科學院金屬研究所
• 主分類號: C22C38/02
• 分類號: C22C38/02;C22C38/04;C22C38/06;C22C38/20;C22C38/22;C22C38/24;C21D8/00;C21D1/18
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 張美月

本發明提供了一種鋼材、制備方法及其應用。包括：按以下化學成分配料，得到原料：按重量百分含量計，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％，余量為Fe；將原料依次進行熔煉、澆注及后處理，得到鋼材，當反應產物體系中的O和S元素含量均不大于0.005wt％時，向反應產物體系中加入Ce元素。制得鋼材具有高強度、高韌性、抗硫化物應力腐蝕及耐微生物腐蝕等優點，實現了結構功能一體化。

技術領域

本發明涉及合金鋼制造領域，具體而言，涉及一種鋼材、制備方法及其應用。

背景技術

管道腐蝕是油氣開采、集輸和輸送過程中面臨的一個嚴重問題。硫化氫(H₂S)造成的硫化物應力腐蝕(SSC)和微生物腐蝕(MIC)是管道腐蝕的兩種重要形式。MIC主要以局部腐蝕(點蝕)為主，腐蝕的發生、發展具有不可預見性，腐蝕部位也沒有規律可循。近年來，由于MIC導致的管道破漏事故頻發，給油氣產業造成了巨大經濟損失。同時，MIC造成的點蝕又是SSC開裂的裂紋源，二者相互促進，為腐蝕防護帶來巨大挑戰。除了耐腐蝕性能外，還需要提高鋼的強度和韌性來解決管道因薄壁化、細長化而使成本增加的問題。然而，隨著鋼的強度提高，SSC敏感性增大，開發高強度，尤其是強度高于862MPa(125ksi級)的抗SSC管道用鋼更加困難。鋼的強度、韌性和抗SSC性能是一種此消彼長的矛盾關系，平衡三者的矛盾關系是能否獲得高強、高韌和抗SSC性能的關鍵。因此，開發一種高強度、高韌性、抗SSC和耐MIC的管道用鋼是當前冶金行業亟待解決的技術難題。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種鋼材、制備方法及其應用，以解決現有的鋼材無法同時滿足高強度、高韌性、抗硫化物應力腐蝕(SSC)及耐微生物腐蝕(MIC)的問題。

為了實現上述目的，本發明一方面提供了一種鋼材的制造方法，該制造方法包括：按以下化學成分配料，得到原料：按重量百分含量計，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％，余量為Fe；將原料依次進行熔煉、澆注及后處理，得到鋼材，且在熔煉過程中，當反應產物體系中的O元素和S元素含量均不大于0.005wt％時，向反應產物體系中加入Ce元素。

進一步地，原料中，Cu元素的含量為0.5～2.0wt％，Al元素的含量為0.1～0.6wt％，Ce的含量為0.01～0.2wt％，Cr含量為0.5～1.5wt％，Mo含量為0.5～1.5wt％，V含量為0.005～0.25wt％，N含量應≤0.005wt％，O和S含量應≤0.005wt％；優選地，將反應產物體系中Cu元素、Al元素和Ce元素的重量百分含量之和記為a，且1.0％≤a≤2.0％。

進一步地，配料步驟中，原料還包括Nb元素、Ti元素、Ca元素和B元素組成的組中的一種或多種，且各元素的重量百分含量均不高于0.1％。

進一步地，熔煉過程為將原料進行真空感應爐冶煉的過程，或將原料依次經過電爐初煉和爐外精煉的步驟，或將原料依次經過高爐初煉和爐外精煉的步驟。

進一步地，后處理步驟包括：將澆注步驟得到的鋼錠在奧氏體單相區進行加熱鍛造，其中，加熱鍛造過程的初鍛溫度為1000～1100℃，終鍛溫度不低于930℃，且鋼錠的第一次鍛打變形量＜10％，總的鍛造比＞6；使經加熱鍛造后的鋼錠進行水冷至550～650℃后，進行保溫，保溫時間為30～90min，最后空冷至室溫，得到鋼材。