用于石油化工的高合金低硬度無縫鋼管的熱處理方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及用于石油化工、能源等設備所使用的煉化和裂化等的爐管的成分設計 及熱處理工藝，特別是一種用于石油化工的高合金低硬度無縫鋼管的熱處理方法。
【背景技術】
[0002] 石油化工行業作為石油開采后必不可少的工序，通過石油化工，將石油原油變為 汽油、柴油、石蠟等與民眾密切相關的能源。
[0003] 但石油化工過程一般是在高溫高壓下進行，對鋼管提出了嚴苛要求。含9% Crl% Mo的高合金P9石油裂化管由于具有耐高溫腐蝕及耐高溫高壓等優點而得到廣泛應用。但 由于該鋼的合金含量高，因此硬度高，正火+回火工藝熱處理后，往往硬度在230HBW以上， 導致裂紋敏感性高，抗應力腐蝕能力差，往往導致早期失效。因此如何在成分保持基本不變 的情況下，降低鋼管硬度成為了一大難題。
[0004] 通常采用退火工藝能夠達到降低硬度的目的，但該工藝熱處理時間長，熱處理一 爐的生產周期至少要10小時以上，且熱處理后鋼管易彎，不利于規模化生產。因此尋找 一種通過化學成分設計，采用正火+回火工藝，該工藝有利于規模化生產，從而提高生產效 率，能夠將該鋼種硬度降低到用戶使用要求范圍內的方法迫在眉睫。

【發明內容】

[0005] 為解決上述技術中存在的問題，本發明提供一種用于石油化工的高合金低硬度無 縫鋼管的成分設計和熱處理方法，采用該方法能夠實現工業化規模生產，提高生產效率，同 時使產品性能達到用戶要求。
[0006] 為實現上述目的，本發明采用的技術方案是提供一種用于石油化工的高合金低硬 度無縫鋼管的熱處理方法，該方法步驟包括有：
[0007] 1)所述用于石油化工的高合金低硬度無縫鋼管的成分為：按重量％為C 0. 05~ 0· 15%、Si 0· 25 ~L 00%、Mn 0· 30 ~0· 60%、P 0 ~0· 020%，S 0 ~0· 010%、Ni 0 ~ 0. 20%、Cr 8. 00 ~10. 00%、Mo 0.90 ~1. 10%、Al 0.005 ~0.045%、Cu 0 ~0.20%、V 0~0. 02%、Nb 0~0. 02%，余量為Fe，按所述成分配料制成無縫鋼管；
[0008] 2)熱處理：
[0009] 將步驟1)的無縫鋼管進行正火+回火熱處理，由于所述無縫鋼管的鋼種為高 Cr含Mo鋼，因硬度高，導致裂紋敏感性高，同時不利高溫抗腐蝕，不利于室溫加工，故采用 980°C~1060°C高溫正火，750°C~790°C高溫回火的熱處理工藝，能夠抑制Al元素的細晶 強化作用，并降低高合金鋼硬度；
[0010] 經熱處理后的無縫鋼管常溫下的屈服強度彡205MPa ;抗拉強度彡415MPa ;硬度 < 2IOHBW0
[0011] 本發明的效果是：
[0012] 1、通過添加適量的Al元素，降低鋼的淬透性（該特性往往被專業技術人員忽略）， 從而降低成品管的硬度。而過多Al元素的加入則會導致鋼的高溫持久強度下降，影響使用 安全。
[0013] 2、為消除Al元素的加入而引起的細晶強化效果（該效果能引起硬度提高），將正 火溫度定為980°C~1060°C，同時適當延長保溫時間，從而抑制晶粒細化，降低最終產品硬 度。
[0014] 3、通過以上措施，達到如下效果：
[0015] A、降低成品管硬度，使之符合用戶要求。采用未添加 Al元素的鋼，同時采用正常 正火+回火熱處理，硬度往往在230HBW左右，達不到硬度< 210HBW的要求，而采用本發明 專利的產品，硬度值能在200HBW左右。
[0016] B、大大提高生產效率。一般為降低該P9鋼的硬度，只能采用退火工藝來達到用戶 要求的性能，但該生產工藝需要保溫時間長，因而生產效率低，往往熱處理一爐鋼管需要10 小時以上的時間。而采用本發明的產品，熱處理一爐鋼管最多需要5小時的時間，生產效率 相對提高50%以上。
【具體實施方式】
[0017] 結合實施例對本發明的用于石油化工的高合金低硬度無縫鋼管的熱處理方法加 以說明。
[0018] 本發明的用于石油化工的高合金低硬度無縫鋼管的熱處理方法設計思想是基于： 為實現生產高合金低硬度無縫鋼管目的，首先在ASME SA-335M《高溫用無縫鐵素體合金鋼 公稱管》標準對P9化學成分要求的基礎上添加了 Al。該元素一直被認為是細晶元素，能夠 細化晶粒，從而提高鋼的強度和韌性，但其對淬透性的影響往往被人忽略。
[0019] Al元素能夠顯著降低鋼的淬透性，從而在晶粒度保持不變的情況下，可以降低鋼 的強度和硬度。因此本發明在P9化學成分的基礎上添加了 0. 005%~0. 045%的A1，從而 降低鋼的淬透性。為了保證鋼在添加 Al后的晶粒度不發生細化，同時保證鋼中碳化物充分 固溶，將鋼的正火溫度定為980°C~1060°C;鋼在回火時，能夠消除正火時帶來的相變應力， 同時消減位錯密度，從而降低鋼的硬度，但過高的回火溫度又有可能使鋼進入兩相區，反而 使硬度升高，因此采用750°C~790°C進行高溫回火。
[0020] 本發明的用于石油化工的高合金低硬度無縫鋼管的熱處理方法，該方法步驟包括 有：
[0021] 1)所述用于石油化工的高合金低硬度無縫鋼管的成分為：按重量％為C 0. 05~ 0· 15%、Si 0· 25 ~L 00%、Mn 0· 30 ~0· 60%、P 0 ~0· 020%，S 0 ~0· 010%、Ni 0 ~ 0. 20%、Cr 8. 00 ~10. 00%、Mo 0.90 ~1. 10%、Al 0.005 ~0.045%、Cu 0 ~0.20%、V 0~0. 02%、Nb 0~0. 02%，余量為Fe，按所述成分配料制成無縫鋼管；
[0022] 2)熱處理：
[0023] 將步驟1)的無縫鋼管進行正火+回火，由于該無縫鋼管鋼種為高Cr含Mo鋼，常 溫下的硬度高，裂紋敏感性高，室溫下加工對于高溫抗腐蝕有影響的因素，采用退火熱處理 工藝，能夠達到降低高合金鋼硬度，并抑制Al元素的細晶強化作用，熱處理時采用980°C~ 1060°C正火，回火采用750°C~790°C進行高溫回火；
[0024] 經熱處理后的無縫鋼管常溫下的屈服強度彡205MPa ;抗拉強度彡415MPa ;硬度 < 210HBI
[0025] 本發明的石油化工用無縫鋼管及其熱處理方法是基于如下的分析：
[0026] ①化學成分配比
[0027] C含量過高，可使該鋼的室溫強度和硬度顯著提高，最終將會導致通過正火+回火 后，硬度高于上限要求，同時過高的C含量可使焊接性能降低，同時降低高溫塑性。因此將 C含量控制在〇. 10%左右。
[0028] S和S化物在晶界偏析，削弱晶界，形成孔洞，從而引起晶界脆化和懦變脆化，因此 要嚴格控制，我公司生產的P9將S含量控制在0. 010%以下。
[0029] P在鋼中的存在能夠增加鋼的脆性，同時造成合金元素嚴重偏析，因此要嚴格控制 P的含量，將P含量控制在0.020%以下。
[0030] Cr的加入能夠顯著提高鋼的抗氧化性能和抗腐蝕性能，同時在鋼中以Cr3 (C、N)或 Cr23C6的形式存在，提高了鋼的持久強度。但是過高含量的Cr不僅增加成本，而且使室溫拉 伸強度和硬度顯著升高，因此將Cr的含量控制在8. 5%左右。
[0031] Si作為強的脫氧劑，鋼中的含量不能太少，同時Si提高鋼的高溫強度，但當Si含 量尚時，容易引起鋼在長期運彳丁后碳的石墨化，因此將鋼中的Si控制在0. 40%左右。
[0032] Mn具有脫氧的作用，提高鋼的純凈度，并且提高鋼的塑性，但含量過高時，則顯著 增加鋼的室溫強度和硬度，因此將Mn的含量控制在0. 35~0. 45%之間。
[0033] Mo提高鋼的耐熱性能和高溫強度，但同時也提高鋼室溫的強度和硬度，因此將Mo 控制在0.90~1.00%之間。
[0034] Al元素在標準中沒有要求。該元素的加入能夠降低鋼的淬透性，從而獲得較低的 硬度。但同時該元素能夠細晶強化的作用，從而提高強度和硬度，與本方法要求相左，不過 通過熱處理工藝的設計能夠避免因 Al的加入而帶來晶粒細小的效果。經過大量試驗摸索， 將Al含量定在0.005~0.045 %之間。
[0035] ②熱處理工藝
[0036] 對熱軋后的P9鋼管進行正火及回火的熱處理工藝，經過測定P9的AC3在870°C~ 900°C之間，為保證合金元素充分固溶，將正火溫度定為980°C~1060°C，保溫時間上，除考 慮鋼完全奧氏體化和合金元素完全固溶外，還要考慮由于細晶導致強度和硬度過高，需要 消除加入Al所帶來的細晶效果，因此將保溫時間定為不少于30分鐘；回火則采用高溫回 火，以保證鋼管的室溫強度和硬度在標準和用戶要求范圍內，具體要求如實施例3,但不能 超過ACl溫度約820°C，因此將回火溫度定為750~790°C，保溫時間需要適當延長以降低 室溫強度和硬度，保溫時間不少于120分鐘。
[0037] 該無縫鋼管采用ASME SA-335M標準以及用戶要求，其性能指標為：
[0038] 該無縫鋼管常溫下的屈服強度彡205MPa ;抗拉強度彡415MPa ;硬度彡210HBW。
[0039] 實施例1 :
[0040] 用于石油化工用無縫鋼管的化學成分為見下表（wt% ):
[0041]
【主權項】
1. 一種用于石油化工的高合金低硬度無縫鋼管的熱處理方法，該方法步驟包括有： 1) 所述用于石油化工的高合金低硬度無縫鋼管的成分為：按重量％為C 0.05~ 0? 15%、Si 0? 25 ~L 00%、Mn 0? 30 ~0? 60%、P 0 ~0? 020%，S 0 ~0? 010%、Ni 0 ~ 0. 20%、Cr 8. 00 ~10. 00%、Mo 0.90 ~1. 10%、Al 0.005 ~0.045%、Cu 0 ~0.20%、V 0~0. 02%、Nb 0~0. 02%，余量為Fe，按所述成分配料制成無縫鋼管； 2) 熱處理： 將步驟1)的無縫鋼管進行正火+回火熱處理，由于所述無縫鋼管的鋼種為高Cr含Mo 鋼，因硬度高，導致裂紋敏感性高，同時不利高溫抗腐蝕，不利于室溫加工，故采用980°C~ 1060°C高溫正火，750°C~790°C高溫回火的熱處理工藝，能夠抑制Al元素的細晶強化作 用，并降低高合金鋼硬度； 經熱處理后的無縫鋼管常溫下的屈服強度彡205MPa;抗拉強度彡415MPa;硬度 < 2IOHBW0
【專利摘要】本發明提供一種用于石油化工的高合金低硬度無縫鋼管的熱處理方法，該方法步驟：該鋼管的成份：按重量％為C 0.05～0.15％、Si 0.25～1.00％、Mn 0.30～0.60％、P 0～0.020％、S 0～0.010％、Ni 0～0.20％、Cr 8.00～10.00％、Mo 0.90～1.10％、Al 0.005～0.045％、Cu 0～0.20％、V 0～0.02％、Nb 0～0.02％，余量為Fe；經熱處理后的無縫鋼管常溫下的屈服強度≥205MPa；抗拉強度≥415MPa；硬度≤210HBW。本發明的效果是降低成品管硬度值能在200HBW左右，使之符合用戶要求。提高生產效率，由原來熱處理一爐鋼管需要10小時以上的時間，采用該方法熱處理一爐鋼管最多需要5小時的時間，生產效率相對提高50％以上。
【IPC分類】C22C38-48, C21D1-28, C21D9-08
【公開號】CN104862603
【申請號】CN201510268050
【發明人】何彪, 肖功業, 王國亮, 趙慶權, 許磊磊, 張俊萍, 王 華, 王豐產, 秦利波
【申請人】天津鋼管集團股份有限公司
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2015年5月25日