專利名稱：：一種煉油用爐管與工藝管道用鋼及其制造方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及冶金鋼鐵領域，特別屬于一種長期工作壁溫介于288625°C、短時溫度《795。C、管內(nèi)工作壓力《10MPa且在油品(氣)中含有高溫硫、氫氣等腐蝕介質(zhì)條件下的管式爐爐管或工藝管道用無縫鋼管及其制造方法
背景技術：
：目前國內(nèi)各煉油廠主要采用國產(chǎn)原油和進口原油混合煉制的規(guī)則，在煉油過程中經(jīng)常遇到硫腐蝕問題，特別是在加工勝利原油和中東原油的過程中，因硫腐蝕造成管線、設備泄漏事故頻頻發(fā)生，是制約煉油廠長周期安全運行的重要因素之一。因此，為確保設備35年長周期安全運行，降低設備檢修成本，在原油變重，高硫、高金屬原油數(shù)量增多，環(huán)保對汽、柴油的質(zhì)量要求日益嚴格的情況下，煉油工業(yè)在加強防腐工藝的前提下，因T9/P9具有優(yōu)良的高溫強度和抗高溫氧化及抗氫腐蝕性能，石化領域在改造和新建煉油裝置的常減壓爐、延遲焦化爐和催化重整爐的對流段、輻射段、過熱蒸汽段有采用T9/P9替代T5/P5和碳鋼的材質(zhì)升級趨勢，以減緩因腐蝕造成的設備管壁減薄和剌穿，提高抗氫腐蝕能力并降低高溫氧化腐蝕程度。P9爐管外壁接觸明火，最高溫度達850'C，當爐管經(jīng)過長時間加熱后，金屬的FeO層、Fe304層及Fe203層與Cr203反應形成混合尖晶石(Feix、Crx)203,在金屬表面形成與基體結合緊密、不疏松、不易剝落的連續(xù)完整的合金氧化膜，阻礙原子或離子擴散，使金屬的氧化速度被限制，氧化膜對金屬基體起保護作用，提高鋼的高溫抗氧化性，并提高材料的再結晶溫度，提高高溫強度。Cr、Mo與鋼中的C生成穩(wěn)定的碳化物，在高溫下抑制C與爐內(nèi)介質(zhì)氫發(fā)生反應形成甲烷，使鋼具有抗氫腐蝕的性能。但是，T9/P9因Cr含量達9。/。左右，冶煉時鋼水粘度大，氧化物夾雜不易上浮，不易排除，純凈度控制難度大；材料本身存在位錯、晶界、夾雜物界面等缺陷，在氫介質(zhì)環(huán)境下，侵入鋼中的氫可能會和碳反應生成甲烷氣泡，并聚集在晶界空穴和夾雜物附近，形成較高的局部應力，從而誘發(fā)鼓泡，導致材質(zhì)劣化。同時，因Cr含量較高，在鋼錠澆鑄結束后的冷卻過程中，其內(nèi)外層奧氏體分解不同時進行，外層冷卻速度比內(nèi)層大，奧氏體的分解首先開始，隨之繼續(xù)冷卻。與其相鄰的內(nèi)層，發(fā)生奧氏體向貝氏體轉(zhuǎn)變，因奧氏體比容小，貝氏體比容大，引起金屬體積增大，內(nèi)層相應產(chǎn)生膨脹，使外層金屬產(chǎn)生相變應力。當金屬的塑性不足以抵抗內(nèi)層金屬應力時，就會產(chǎn)生相變應力裂紋。鋼錠切割、澆道時，金屬的局部溫度過熱，鋼錠上會造成極大的溫差，容易產(chǎn)生熱應力裂紋。通過檢索，查到專利公開號為JP55110758A的專利，其鋼的化學成分配比見表l。該專利主要用于熱交換器，是通過加入0.52.5。/。的Mo和0.0150.1%N，采用正火+回火熱處理方式，提高鋼的高溫強度和耐蝕性；同時通過添加少量Nb、Ti(Ti、Zr、Nb、Ta總量小于O.5%)，細化晶粒，提高鋼的強度。表1(wt%)專利號CSiMnCrMoVTiNbAlNJP5510.02《《50.50.010.01510758A110.22132.50.50.
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是通過提供一種煉油用爐管與工藝管道用鋼及其制造方法，使生產(chǎn)出的無縫鋼管在長期工作壁溫介于288625°C、短時溫度《795'C、管內(nèi)工作壓力《10MPa且在油品(氣)中含有高溫硫、氫氣等腐蝕介質(zhì)的條件下，能夠具備良好的力學性能和抗腐蝕性能。本發(fā)明的技術方案為一種煉油用爐管與工藝管道用鋼，其特征在于包括如下重量百分配比的化學元素C:0.050.15%,Si:0.251.00%,Mn:0.300.60%，Cr:8.010.00%，Mo:0.901.10%，Al:0.0050.040%，N《0.014%，Ca/S》l，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。優(yōu)選地，還包括如下元素中的至少兩種Nb:0.0050.20%，Ti:0.0050.030%，V:0.010.20%，上述百分配比為重量百分配比。C:0.050.15%(wt%，以下各元素相同)，是擴大奧氏體區(qū)域的元素，能提高鋼的強度和硬度，降低塑性和韌性。降低碳含量能明顯改善鋼管的制造工藝性，增加C含量，使鋼的電阻增加，導熱系數(shù)下降，裂紋傾向增大，鋼坯切割及鋼管焊接性能惡化，但能改善鋼水的流動性、吸氣性，因此，C含量不易過低，也不能太高。Si:0.251.00%，是奧氏體形成元素，主要是通過固溶強化提高鋼的強度，使鋼表面鈍化膜致密，提高鋼的高溫抗氧化性。Mn:0.300.60%,是奧氏體形成元素，可提高鋼的強度，含量小于0.30%時作用不明顯，含量超過0.60%時，組織偏析傾向加重，氫腐蝕可在偏析帶中碳化物上形核，裂紋有沿低溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物(馬氏體或貝氏體)擴展的趨勢。Cr:8.010.00%，是強烈的碳化物形成元素，它與鋼中的C生成穩(wěn)定的碳化物，使C固定在碳化物內(nèi)，使其在高溫下不能與介質(zhì)氫形成甲烷，使鋼具有抗氫腐蝕的性能。Mo:0.901.10%，強碳化物形成元素，提高鋼的抗氫腐蝕性能。同時因其質(zhì)點很細小，不易聚集長大，由此造成的沉淀強化使鋼保持較高的蠕變強度，并阻止a相的再結晶，起固溶強化的作用。V:0.0100.20%，主要起沉淀強化作用，并能夠細化晶粒，形成碳化物，釩的碳化物在奧氏體相區(qū)內(nèi)析出，與奧氏體相保持共格關系。析出物以相界為析出源，隨沉淀相的密度增加和間距減小，提高鋼的綜合性能。Ti:0.0050.030%，阻止形變奧氏體再結晶，促進粒狀貝氏體形成。Ti形成高溫下非常穩(wěn)定的TiN，在高溫區(qū)域可抑制奧氏體晶粒長大。Ti含量過低，TiN含量少，不能有效阻止晶粒粗化；Ti含量過高將導致粗大的液析TiN的出現(xiàn)。復合添加Ti和V時，V主要起強化作用，Ti起抑制晶粒長大作用以改善韌性。Nb:0.0050.20%，主要起細晶強化和彌散強化作用，Nb原子易在位錯線上偏聚，對位錯攀移產(chǎn)生較強的拖曳作用，使再結晶形核受到抑制，在再結晶過程中，因NbC、NbN對位錯的釘扎和阻止亞晶界的遷移使再結晶時間延長。當Nb和V復合添加時，因V固溶溫度低，可起沉淀強化作用，提高鋼的強度；而Nb在較低的均熱溫度下大部分不溶解，起細化晶粒的作用，提高鋼的屈服強度、改善鋼的韌性、抗高溫氧化性和抗蠕變強度。Al:0.0050.040%，是奧氏體形成元素，能使鋼表面鈍化膜致密，提高鋼的抗氧化性，其含量過高影響持久性能；加鋁還起到脫氧作用，提高鋼的純凈度。N《0.014%，N含量太低時在均熱溫度下固溶的Ti量將增大，且TiN的粗化速率增大；而N太高時有可能形成液析TiN，從而略微升高鋼的完全再結晶溫度，要適當控制鋼中的N含量。Ca/S^1，可以使夾雜物球化，提高鋼的韌性。一種煉油用爐管與工藝管道用鋼的制造方法，包括如下步驟-(1)按照下述化學元素重量百分配比冶煉鋼水，C:0.050.15%，Si:0.251.00%,Mn:0.300.60%，Cr:8.010.00%，Mo:0.901.10%,Al:0.0050.040%，N《0.014%，鋼在冶煉中經(jīng)過轉(zhuǎn)處理，Ca/S》1，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)；(2)模鑄脫模后，溫錠熱裝，均熱，連軋，所得管坯退火剝皮；(3)加熱加熱溫度11801280°C;(4)穿孔，空減、連軋軋管溫度10001280°C;(5)再加熱，保溫加熱溫度850100(TC，保溫時間1030分鐘；(6)張減，張減溫度850980°C(7)軋制后空冷；(8)加熱，使鋼奧氏體化后保溫加熱溫度870920°C，保溫時間》5分鐘；(9)再加熱，保溫后進行等溫退火再加熱溫度為69(TC75(TC，保溫時間》30分鐘。優(yōu)選地，所述步驟(1)中還按重量百分配比添加Nb:0.0050.20%，Ti:O.0050.030%,V:0.010.20%中的至少兩種。優(yōu)選地，所述步驟(3)中，加熱時間13小時。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有如下有益效果61.本發(fā)明在滿足ASTMA335MP9/ASTMA213MT9標準要求的基礎上，添加V、Nb、Ti、Al微量元素，其中在晶內(nèi)析出的VC型碳化物，有效地抑制甲烷的形成，遏制氣泡成核；加入鈦和鈮起固碳、氮、在晶內(nèi)和晶界的彌散分布、凈化晶界和改善夾雜物形態(tài)的作用，強化并提高了晶界強度，使碳的活性降低，從而有效地提高鋼的抗氫蝕性能。2.本發(fā)明中加入的A1元素，在提高鋼的純凈度的同時，可在鋼中生成與基體類似的復雜尖晶石型(mFeOCr203+nFeOA1203)氧化物，因此，可以使鋼獲得良好的抗高溫氧化性能。3.本發(fā)明鋼的常溫力學性能穩(wěn)定，高溫瞬時性能良好。具體實施例方式以下是本發(fā)明的煉油用爐管與工藝管道用鋼重量百分配比的化學元素，以及其制造方法步驟實施例。如1#8#是本發(fā)明鋼種(熱處理工藝為等溫退火)與^JP55110758A專利鋼(熱處理工藝為正火+回火)、及10"JFE生產(chǎn)的P9無縫鋼管(熱處理工藝為等溫退火)就化學成分、力學性能及硬度進行對比，化學成分對比見表2，本發(fā)明的各個實施例的加熱工藝參數(shù)見表3，力學性能的對比見表4。7表2鋼的化學成分對比<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表3各實施例的加熱工藝<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表4力學性能<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>由上述表格中參數(shù)的對比可以看出，本發(fā)明鋼種常溫力學性能穩(wěn)定，高溫瞬時性能良好，同時具有良好的抗氫蝕性能和抗高溫氧化作用。權利要求1.一種煉油用爐管與工藝管道用鋼，其特征在于包括如下重量百分配比的化學元素C0.05～0.15％，Si0.25～1.00％，Mn0.30～0.60％，Cr8.0～10.00％，Mo0.90～1.10％，Al0.005～0.040％，N≤0.014％，Ca/S≥1，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。2.如權利要求1所述的煉油用爐管與工藝管道用鋼，其特征在于還包括如下元素中的至少兩種Nb:O.0050.20%,Ti:0,0050.030%，V:0.010.20%，上述百分配比為重量百分配比。3.—種煉油用爐管與工藝管道用鋼的制造方法，其特征在于包括如下步驟(1)按照下述化學元素重量百分配比冶煉鋼水，C:0.050.15%，Si:0.251.00%，Mn:0.300.60%,Cr:8.010.00%,Mo:0.901.10%，Al:0.0050.040%，N《0.014%，鋼在冶煉中經(jīng)過轉(zhuǎn)處理，Ca/S>l，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)；(2)模鑄脫模后，溫錠熱裝，均熱，連軋，所得管坯退火剝皮；(3)加熱加熱溫度H80128(TC;(4)穿孔，空減、連軋軋管溫度10001280"C;(5)再加熱，保溫加熱溫度850100(TC，保溫時間1030分鐘；(6)張減，張減溫度850980°C(7)軋制后空冷；(8)加熱，使鋼奧氏體化后保溫加熱溫度87092(TC，保溫時間》5分鐘；(9)再加熱，保溫后進行等溫退火再加熱溫度為690°C750°C，保溫時間》30分鐘。4.如權利要求3所述的煉油用爐管與工藝管道用鋼的制造方法，其特征在于:所述步驟(1)中還按重量百分配比添加Nb:0.0050.20%，Ti:0,0050.030%，V:0.010.20%中的至少兩種。5.如權利要求4所述的煉油用爐管與工藝管道用鋼的制造方法，其特征在于，所述步驟(3)中，加熱時間13小時。全文摘要本發(fā)明公開了一種煉油用爐管與工藝管道用鋼及其制造方法，該鋼種包括如下重量百分配比的化學元素C0.05～0.15％，Si0.25～1.00％，Mn0.30～0.60％，Cr8.0～10.00％，Mo0.90～1.10％，Al0.005～0.040％，N≤0.014％，Ca/S≥1，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。鋼的制造方法為1)冶煉；2)溫錠熱裝，均熱，連軋，管坯退火剝皮；3)加熱；4)穿孔，軋管；5)再加熱，保溫；6)軋制后空冷；7)加熱，保溫；8)再加熱，保溫后等溫退火。本發(fā)明鋼常溫力學性能穩(wěn)定，具有良好的高溫瞬時性能、抗氫蝕性能和抗高溫氧化作用。文檔編號C22C38/22GK101481775SQ20081003233公開日2009年7月15日申請日期2008年1月7日優(yōu)先權日2008年1月7日發(fā)明者萬化忠,徐海澄,敏李,武冬興,王起江,馬志剛申請人:寶山鋼鐵股份有限公司