[发明专利]抗硫化氢应力腐蚀高强度钢及其制备方法

说明书

本发明公开了一种抗硫化氢应力腐蚀高强度钢及其制备方法，采用低碳低锰成分体系以减少成分偏析，添加Cr、Mo、V等合金利用其固溶强化和析出强化提高强度，添加Nb元素以提高再结晶温度、细化晶粒，提高钢的抗硫化氢应力腐蚀性能，另外添加B，利用其对晶界的强化作用，使晶界自由能降低，阻碍使晶界脆化的氢化物的形成；添加Ti元素来固定N，抑制晶界上脆性相BN的形成，提高钢的抗硫化氢性能指标。本发明能制备不低于90ksi级的低碳抗硫化氢应力腐蚀钢，本发明钢具有低成本、较高钢级和良好的抗硫化氢应力腐蚀开裂性能，可用于抗硫化氢应力腐蚀油套管和管线管生产，满足具有抗硫化氢应力腐蚀要求的油气开发和输送的需要。

技术领域

本发明涉及一种低碳高强度钢及其制备方法，特别是涉及一种耐腐蚀高强度钢及其制备方法，应用于油气开发和输送的油套管和管线管用钢及其制备工艺技术领域。

背景技术

近年来，世界石油的需求量增加迅猛，年增长量达到1.6％，目前我国油气田的腐蚀介质含量越来越多，腐蚀介质主要有二氧化碳和硫化氢，如川东地区的油田中，硫化氢含量达到10％以上。钢的腐蚀问题是制约我国石油工业安全稳定生产的主要障碍之一，硫化氢等腐蚀介质不仅能够对管体表面进行均匀腐蚀，还能同时生成氢原子。而当氢原子进入管材内部后，将导致管材发生应力腐蚀断裂，即钢管在极短的时间内失效，从而带来极大的经济损失和安全隐患。油田中使用的钢管主要有油套管和管线管，油套管用于油气资源的开发，而管线管用于油气资源的输送，其中油套管和管线管因硫化氢应力腐蚀导致管材失效所带来的爆炸、燃烧等安全问题比较严重。近年来，在采用高钢级管线管进行油气资源高压输送的发展趋势下，高压输送将导致管线管内硫化氢分压的提高，这将使管线管可能产生更严重的硫化氢应力腐蚀。因此，近期针对高钢级管线钢的抗硫化氢腐蚀性能的研究越来越多。另外油气开发用油套管在使用过程中，在硫化氢作用下也易发生腐蚀，并导致套管瞬时断裂，这将给油田造成重大的经济损失，而且这也易产生严重的安全事故，由此可见，开发具有良好抗硫化氢应力腐蚀性能的钢及其管材产品具有重要的意义和应用价值。

现有技术中抗硫化氢腐蚀管较多采用中碳成分体系的钢，如CN1924068A，CN1969053A等专利都采用加入Cr、Mo、V、Ni、Cu、Nb等一种或几种合金元素的钢种，并通过热处理来生产抗硫化氢应力腐蚀的管材，由此需要增加热处理成本，工序较长。

专利CN102373383A提供了一种抗硫化氢腐蚀的管线管，采用低碳成分体系加微合金化的设计，但是其强度只达到70ksi级。由于钢的强度较低，不能满足实际生产的需求。

表1.原有专利钢的主要化学成分、产品钢级表

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种抗硫化氢应力腐蚀高强度钢及其制备方法，能制备屈服强度不低于621MPa的低碳抗硫化氢应力腐蚀钢，本发明钢具有低成本、较高钢级和良好的抗硫化氢应力腐蚀开裂性能，可用于抗硫化氢应力腐蚀油套管和管线管生产，满足具有抗硫化氢应力腐蚀要求的油气开发和输送的需要。

为达到上述目的，本发明创造采用如下发明构思：

采用低碳低锰成分体系以减少成分偏析，添加Cr、Mo、V等合金利用其固溶强化和析出强化提高强度，添加Nb元素以提高再结晶温度、细化晶粒，提高钢的抗硫化氢应力腐蚀性能，另外添加B，利用其对晶界的强化作用，使晶界自由能降低，阻碍使晶界脆化的氢化物的形成；利用B元素提高淬透性的作用弥补了合金元素较少所带来的淬透性不足的问题，保证了热轧态贝氏体组织的含量，提高材料强度；另外添加Ti元素，通过Ti固定N的作用，抑制晶界上脆性相BN的形成，提高钢的抗硫化氢性能指标。

根据上述发明构思，本发明采用如下技术方案：