[发明专利]高压加氢装置用无缝钢管及其生产方法

说明书

技术领域

本发明属于无缝钢管技术领域，特别涉及一种高压加氢装置用无缝钢管及其生产方法。

背景技术

目前，高压加氢装置需要在湿硫化氢腐蚀环境中使用，尤其是高压空冷注水之后及循环氢脱硫系统的高压管道,该部分的工艺管道容易产生由湿硫化氢导致的氢鼓泡(HB)、硫化物应力开裂(SSC)、氢诱发裂纹(HIC)和应力导向氢诱发裂纹(SOHIC)等腐蚀。

随着环保法规的日益严格，生产清洁油品已经成为炼油行业的重要任务，加氢技术的发展越来越得到重视。

但是，防止硫化物应力腐蚀开裂是一个世界性难题，这是因为实际的生产过程中腐蚀环境的条件是多变的，而且这样的失效型式又是多个条件耦合的结果，造成了硫化物应力腐蚀开裂的多发性和难以预防性，选用的材料很难涵盖工程装置多变的工况条件，在实际的工程设计中，还不能解决工况多变的实际问题。湿硫化物腐蚀环境工况条件较多，有温度的差别，有硫化物浓度的差别，有同时存在其它介质的差别。不同的介质环境条件，能够引起硫化物应力腐蚀开裂的敏感性有很大的差别。但到目前为止，没有人将其进行分类，并有针对性的对材料提出要求。由于没有实验数据参考，国内材料生产商也经常被不同的材料要求所困扰，不断改变冶炼、加工、热处理等以满足工程千变万化的技术要求，而没有具体的实验数据作支持，在设计选材、制造、应用上都带有一定的盲目性和经验性。因此必须针对湿硫化氢环境设计选材、制造、应用的实际情况，对高压加氢耐湿硫化氢腐蚀用无缝钢管进行研究，以满足高压加氢装置耐湿硫化氢环境用无缝钢管的使用需求。

发明内容

【要解决的技术问题】

本发明的目的是提供一种高压加氢装置用无缝钢管及其生产方法，该无缝钢管应用于耐湿硫化氢腐蚀环境，该生产方法用于生产钢管直径在以上、壁厚大于45mm的高压加氢装置用无缝钢管。

【技术方案】

本发明是通过以下技术方案实现的。

本发明首先涉及一种高压加氢装置用无缝钢管，其化学成分按重量百分比计为：C0.18～0.21％、Si0.12～0.25％、Mn0.90～1.08％、Ni≤0.04％、Cu0.09～0.13％、余量为Fe和不可避免的杂质。需要说明，由于碳是稳定奥氏体的元素，随着碳含量增加容易出现碳化物偏析，造成偏析区的硬度与周围组织出现差异，导致氢诱发裂纹腐蚀；随着材料的强度增高，应力腐蚀破裂的敏感性也增加，即强度越高，越容易腐蚀开裂，但是碳低材料的强度低，因此将碳设定为0.18～0.21％。而锰的偏析容易在焊缝及热影响区产生马氏体和贝氏体等高强度、低韧性的显微金相组织，表现出极高硬度，增加焊后组织开裂倾向，对抗SSCC性能极为不利。因此Mn含量高的钢不宜用于制造湿硫化氢环境的管道，本发明中Mn设定为0.90～1.08％。另外，硅含量偏高时，焊缝及热影响区的硬度无法控制，同时Si元素易偏析于晶粒边界，会助长晶间裂纹的形成，因此本发明中Si设定为0.12～0.25％。另外，铜能加速氢原子的再结合速度，进而减少氢的活动性，提高材料在酸性介质中的耐腐蚀性，但是若铜含量太高，钢管轧制时容易产生铜裂缺陷，因此本发明中Cu设定为0.09～0.13％。另外，Ni与H2S水溶液生成一种特殊的硫化物，该硫化物组织疏松、极易使氢渗透而出现裂纹，因此本发明中设定Ni≤0.04％。

作为一种优选的实施方式，其化学成分按重量百分比计为：C0.20％、Si0.18％、Mn0.98％、Cu0.11％、P0.005％、S0.002％、余量为Fe和不可避免的杂质。

作为另一种优选的实施方式，所述不可避免的杂质包括P和S，所述不可避免的杂质按重量百分比计为：P≤0.006％、S≤0.004％。需要说明，磷含量即使很低时，裂纹也能在MnS上形核，但尺寸很小，但是如果磷高，即使很低(S为0.001％)，裂纹也能在氧化物夹杂以及晶界上形核并扩展，因此本发明设定P≤0.006％。最后，硫在钢中形成MnS的带状分布和FeS非金属夹杂物，致使局部显微组织疏松，增加湿硫化氢环境下HIC或SOHIC的敏感性，因此设定S≤0.004％。

本发明还涉及一种高压加氢装置用无缝钢管的生产方法，包括步骤：

A、冶炼管坯：冶炼管坯，其中管坯的化学成分按重量百分比计为：C0.18～0.21％、Si0.12～0.25％、Mn0.90～1.08％、Ni≤0.04％、Cu0.09～0.13％、余量为Fe和不可避免的杂质；

B、钢管轧制：将管坯轧制成无缝钢管，所述管坯轧制时的出炉温度为1240～1260℃、终轧温度为850～890℃；