抗硫化氢氯化氢应力腐蚀开裂铬铝钼钢
专利汇可以提供抗硫化氢氯化氢应力腐蚀开裂铬铝钼钢专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供一种抗 硫化氢 氯化氢应 力 腐蚀 开裂热交热器等专用无缝 钢 管、板、锻件及专用焊材,该钢是在铬 铝 钼 钒 钢的 基础 上降 碳 去钒得到的铬铝钼钢－08Cr2AlMo,该钢通过电炉 冶炼 ,炉外精炼, 真空 脱气, 连铸 连轧工艺制造,钢的纯净度高,S≤0.013%,P≤0.018%,[0]≤0.0012%,夹杂物 应力 腐蚀 开裂 性能σth≥0.8σs;同时具有良好的可焊性能和与使用相匹配的硬度等力学性能。，下面是抗硫化氢氯化氢应力腐蚀开裂铬铝钼钢专利的具体信息内容。
1、一种抗硫化氢氯化氢应力腐蚀开裂铬铝钼钢，其特征在于其 化学成分(Wt％)为：C0.05-0.10％，Si0.17-0.40％，Mn0.20-0.50％， S≤0.013％，P≤0.018％，Cr2.00-2.50％，Al0.30-0.70％， Mo0.30-0.40％，Ca0.0010-0.0050％，[O]0.0001-0.0012％， Fe余量；其夹杂物＜1.5级，晶粒度＞7级；其力学性能为： σs≥250MPa，σb400-550MPa，δ5≥25％，HRB≤85。
2、根据权利要求1所述的铬铝钼钢的制造方法，其特征在于其 工艺过程包括：电炉冶炼，炉外精炼，真空脱气，连续浇注和热送 连轧，从300mm方坯一火轧制到Φ60mm棒料，再穿孔、拉拔成材。
3、根据权利要求1所述铬铝钼钢的用途是制造石油化工用热交 换器。
本发明涉及抗硫化氢氯化氢应力腐蚀合金钢领域。特别是涉及 一种制造抗硫化氢氯化氢应力腐蚀的热交换器专用无缝钢管、板、 锻件及专用焊材，即铬铝钼钢—08Cr2AlMo。
随着我国原油来源及品种扩大。除国产原油外，目前每年需进 口大量原油，其中大部分是高硫原油。大部分炼油厂以前炼制的原 油主要是低硫原油(S∠0.5％)，硫含量仅为0.08％，而进口原油的硫 含量高达3.09％。原油硫含量的增加，馏分中的硫含量随着沸点的 升高而增加，再加上高品质处理，使设备腐蚀环境更加苛刻。湿硫 化氢环境下的应力腐蚀开裂(SSCC)及均匀腐蚀是高硫原油炼制过 程中的首要腐蚀问题。在原油的一、二次加工装置温度较低的设备 (＜110℃)介质中除了原油所含的硫化氢外，在石油加氢等过程中 也可使其它的硫化物与氢气反应生成硫化氢。硫化氢一方面使钢管 发生均匀腐蚀，另一方面又是氢离子变成氢原子的催化剂，但又能 阻碍氢原子合成氢分子。特别是在含有水及HCN的情况下，如催化 裂化装置，以硫化氢的应力腐蚀开裂(SSCC)及氢鼓泡为代表的腐 蚀被加速。当显微组织中存在有马氏体或材料硬度＞HRc22(或HB230) 时即可发生开裂，而当硬度较低则可发生氢鼓泡，这类失效事故屡 见不鲜。
为了解决炼油系统中的H2S的应力腐蚀开裂及氢鼓泡的问题， 早在70年代初研究出抗H2S-HCN-H2O系应力腐蚀开裂的铬铝钼钒 钢。该钢具有良好的抗硫化氢应力腐蚀开裂能力，主要用于制造塔 体或塔盘。但由于没有研制专用焊条，在使用过程中也相继发生过 焊缝开裂的问题。另外，若不能严格控制热处理工艺条件，使其抗 H2S应力腐蚀开裂能力明显下降。近几年随着进口原油量的增加， 硫化氢腐蚀又日趋突出，石化系统希望有用于制造在含有H2S、 HCN、H2O等腐蚀介质中使用的热交换器的专用钢，主要是使用管 材(φ25×2.5mm)。热交换器制造过程中管子与管板的焊接或胀 接必须按照GB151-89标准执行，其中要求管子的硬度必须低于管 板，才可有良好的胀接质量。目前的铬铝钼钒钢难于满足这些要求。
本发明目的是提供一种硬度与管板的硬度相匹配，具有良好焊 接性的抗硫化氢氯化氢应力腐蚀开裂交换器等专用无缝钢管、板、 锻件及专用焊材，即铬铝钼钢—08Cr2AlMo。
本发明是这样实现的：众所周知，低合金钢的抗SSCC与钢的 显微组织及钢的纯净度密切相关。由此出发，我们对铬铝钼钒钢进 行了适当的成分调整。同时，采用目前国内最先进的冶炼的设备， 即“电炉——精炼——连铸——连轧”生产工艺，以保证其生产钢 管的质量。本发明钢保留了铬铝铝钒钢的耐腐蚀元素Cr、Al及Mo的含量，降低了钢的碳含量，并不加钒元素，使生产出的钢管既要 满足了热交换器的制造工艺，同时又保持了高的抗硫化氢腐蚀的能 力。因为当钢中Cr/C＜0.14时形成的(FeCr)3C对耐硫化氢腐蚀不 利，所以把钢的碳含量降低到0.10％以下。Al的加入可以提高抗单 质硫腐蚀的能力，并可提高碳的活度。但是Al可使钢的铁素体的脆 性增加而导致钢韧性的降低，特别是焊接时在熔合线处易产生铁素 体带，故通常把Al控制在中下限。Mo和V都是碳化物强烈形成元 素，可以提高铁素体和珠光体钢在室温和高温的强度，而且Mo的 加入可提高钢在水介质中的耐蚀性。V的加入主要是考虑到钢厚板 的淬透性及细化钢的晶粒度，使钢的强度进一步提高，但考虑到与 热交换器管板硬度的匹配和热交换器用钢管壁厚较薄，故在新钢种 中不再添加V，从而保证钢管的硬度低于管板，而满足热交换器的 制造工艺。本发明钢的化学成分(Wt％)为：C0.05--0.10％， Si0.17--0.40％，Mn0.20--0.50％，S≤0.013％，P≤0.018％，Cr2.00--2.50％， Al0.30--0.70％，Mo0.30--0.40％，Ca0.0010-0.0050％， [O]0.0001--0.0012％，Fe余量。本发明钢主要用作热交换器管，其 常用规格为φ19×2mm及φ25×2.5mm，采用冷拔拉管，最后经940 ℃正火+700℃退火处理。其显微组织为铁素体+珠光体(图1与图2)， 晶粒度为8级，非金属夹杂物如硫化物低于0.5级，氧化物低于0.5 级，都远小于1.5级，说明本发明钢具有较高的纯净度。
本发明钢的常规力学性能为：σs≥250MPa，σb400～550Mpa， δ5≥25％，HRB≤85，其硬度比铬铝钼钒钢低40～50HB。按照 GB/T4338-1995标准进行力学拉伸试验。结果如图3所示。从室温 到500℃高温的拉伸力学性能变化不大，σs不低于500MPa，σb大 于400MPa。按照GB/T229-1994标准进行冲击功试验，结果如图4 所示。本发明钢的冲击功随温度的变化无明显的突变点，在-60℃时， 断口晶状百分率为46％，所以确定该钢的脆性转变温度在-60℃以 下。
本发明钢的耐蚀性能：本发明钢主要用于石油化工等中易蚀的 热交换器(换热器、冷却器、蒸发器和重沸器)管束。热交换器介 质是多样的，在评价要发明钢的腐蚀抗力时，在H2S-H2O系中抗应 力腐蚀开裂能力与铬铝钼钒钢、铬钼钢和10#钢相比较，而在循环 水、软化水及盐酸水溶液中的腐蚀抗力则与热交换器常用管材铬钼 钢及10#碳钢进行比较。具体试验结果如下：
抗硫化氢应力腐蚀试验
管材及其同种材料焊缝的C型试样按照ASTM G38标准加工并 予加载80％σs。实验温度、溶液的成分及浓度等按TM-01-77-90标 准执行，即温度为24±3℃，溶液为5％氯化钠+0.5％冰醋酸水溶液， 硫化氢气体通入至饱和，保证初始pH值等于3，实验期间pH值 不超过4.5。实验结束后，取出试样观察，发现铬钼钢及10#钢的 焊缝在H2S介质中发生应力腐蚀开裂，而本发明钢(图5)母材与 焊缝均未开裂，即08Cr2AlMo钢的σth≥0.8σs。值得指出的是，未 裂的焊缝是用与本发明钢匹配的专用焊接材料焊接的。本发明钢在 上述水溶液中的均匀腐蚀率为0.2mg/cm2.h。
HCl水溶液中的试验
按照GB10124-88标准，对10#碳钢，铬钼钢和本发明钢试样分 别在80℃不同浓度盐酸水溶液中浸泡24小时后测定腐蚀率，结果 如图6所示。碳钢的腐蚀率随盐酸浓度的增加而增加，当HCl浓度 大于3％时，腐蚀率基本上稳定在23mg/cm2.h左右。5％HCl水溶 液中，本发明钢的腐蚀率大约是碳钢的20％，铬钼钢的33％。
水介质中的试验结果
炼油厂中的冷却水通常为软化水和循环水两种，试验用冷却水 及循环水均取自实际冷却水，其水质情况分别如表1及表2所示。 表1：软化水水质分析结果 分析内 容 单位 软化水 分析内容 单位 软化水 PH / 8.82 矿度 Mg/l(以CaCO3计) 23.67 温度 ℃ 27 Na+ Mg/l 158 浊度 Mg/l 41.0 SO42- Mg/l 0.1309 硬度 Mg/l(以CaCO3计) 30.32 耗氧量 Mg/l(O2计) 5.92 Ca2+ Mg/l(以CaCO3计) 6.06 电导率 μs/cm 1400 总Fe Mg/l 0.35 总固体 Mg/l 775 Cl- Mg/l 235 酚酞碱度 Mg/l(以CaCO3计) 4.30
表2：循环水水质分析结果 分析内容 单位 循环水 分析内容 单位 循环水 含油量 Mg/l ≤10 总磷 Mg/l 6.5～0.8 浓缩倍数 ≥2.5 出水 ℃ ≤33 浊度 Mg/l ≤20 硫酸还原菌 个/ml ≤100 余氧 Mg/l 0.5～1.0 异氧菌 个/ml ≤1.5×105 铁细菌 个/ml ≤100
按照GB10124-88标准，对10#碳钢，铬钼钢和本发明钢试样进 行恒温水浴试验，其结果如图7及图8所示。在软化水中碳钢、铬 钼钢、本发明钢的腐蚀率随温度的增加而增加，但在试验温度范围 内，本发明钢比碳钢和铬钼钢的耐蚀性都好。而在循环水中，在50～60 ℃时钢的腐蚀率最高，但本发明钢的腐蚀率最低。
本发明钢的焊接性能
本发明钢配有专用焊接材料及焊接工艺，具有良好的可焊性， 满足热交换器制造钢的要求。考虑到热交换器的抗腐蚀性，所以要 求焊缝不仅具有一定的机械强度，同时还必须具有高的耐腐蚀性。
为了保证本发明钢钢管在热交换器中的制造性能，特研制了匹 配的专用焊接材料。本发明钢管与16Mn、12Cr2Mol钢管板焊接时 均具有良好的可焊性和耐蚀性。
本发明钢的优点在于：
本发明钢是在抗H2S-HCN-H2O系应力腐蚀开裂铬铝钼钒钢的基 础上开发出的新钢种—08Cr2AlMo，具有高的抗H2S应力腐蚀开裂 能力，并配有专用焊接材料。由于采用100吨电炉冶炼+炉外精炼(真 空脱气)，连续浇注和热送连轧等工装条件和严格的质量控制手段， 降低了钢的碳含量和不加钒元素，使钢的硬度降低，同时钢的可焊 性及制造性有明显的提高，符合热交换器的制造标准GB151-89。由 于钢纯度的提高，使该钢在抗H2S-H2O体系中保持了高的抗SSCC 能力，并且抗H2S-H2O、HCl-H2O介质的腐蚀能力比碳钢和铬钼钢 有明显的提高。同时本发明钢具有高的高温力学性能及低的脆性转 变温度，使用温度范围为-20℃到400℃。因此本发明钢是一种新的 耐腐蚀热交换器专用钢管钢。
图1是本发明钢的纵向显微组织；
图2是本发明钢的横向显微组织；
图3是本发明钢拉伸力学性能与温度关系曲线；
图4是本发明钢冲击韧性与温度关系曲线；
图5是本发明钢H2S应力腐蚀照片；
图6是钢在盐酸中腐蚀率与盐酸浓度关系曲线；
图7是钢在软化水中腐蚀率与温度关系曲线；
图8是钢在循环水中腐蚀率与温度关系曲线。
实施例：
按照本发明钢的化学成份，采用电炉冶炼，炉外精炼，真空脱 气，连续浇注，接着热送连轧制备了三炉钢，其具体化学成分见表3： 表3：钢的化学成分(Wt％) 炉号 C Si Mn P S Cr Mo Al O Fe 1 0.08 0.36 0.36 0.009 0.007 2.24 0.34 0.41 0.00058 余 2 0.06 0.31 0.34 0.010 0.005 2.28 0.34 0.39 0.00067 余 3 0.07 0.37 0.34 0.012 0.007 2.17 0.35 0.38 0.00062 余 经实验测得的三炉钢的力学性能见表4：
表4：钢的力学性能 炉号 σb (MPa) σs (MPa) δ5 (％) HRB 1 460 348 37 60 2 510 360 32 59 3 462 335 36 53
三炉钢的非金属夹杂物分别为≤0.5级，≤1.0级，≤0.5级， 钢的晶粒度均为8级。
经硫化氢应力腐蚀试验，三炉钢均未发现开裂。
| 标题 | 发布/更新时间 | 阅读量 |
|---|---|---|
| 快速评价油井管抗硫化物应力腐蚀开裂性能的方法 | 2020-05-25 | 61 |
| 一种抗硫化氢应力腐蚀开裂的油套管及其制造方法 | 2020-05-27 | 177 |
| 耐应力腐蚀开裂性优异的无铅黄铜合金 | 2020-05-16 | 947 |
| 一种管材应力腐蚀开裂加载方法 | 2020-05-12 | 294 |
| 具有恒位移载荷的裂尖应力腐蚀开裂状态测试系统及方法 | 2020-05-23 | 767 |
| 防止发生应力腐蚀开裂的合金化牺牲阳极膜及其制法 | 2020-05-23 | 434 |
| 具有强的抗应力腐蚀开裂性能的罐用钢板及其制造方法 | 2020-05-24 | 194 |
| 抑制奥氏体不锈钢中辐照加速应力腐蚀开裂的方法 | 2020-05-24 | 974 |
| 一种硫化物应力腐蚀开裂试验装置 | 2020-05-13 | 441 |
| 抗硫化氢氯化氢应力腐蚀开裂铬铝钼钢 | 2020-05-18 | 403 |
高效检索全球专利专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台，是提供专利分析，专利查询，专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。
我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据，免费查、免费专利分析。
专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析，涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度，系统通过AI智能系统对图表进行解读，只需1分钟，一键生成行业专利分析报告。
