[发明专利]基于载流子控制技术制备抗硫化氢应力开裂钢的方法

说明书

技术领域

本发明属于抗硫化氢应力开裂钢的制备领域，特别涉及一种基于载流子控制技术制备抗硫化氢应力开裂钢的方法。

背景技术

我国石油和天然气中所含H₂S浓度较高，近年来，随着石油和天然气产量不断提高，湿H₂S环境下引起压力容器及管道的H₂S应力腐蚀(SSC)等事故有不断上升的趋势，在H₂S腐蚀引起的管道破坏中，H₂S应力腐蚀破裂(以下称SSCC)占很大的比例，造成的破坏也较大，因此对管道的抗H₂S腐蚀性能提出了更高的要求。为确保钢材的安全性及正常运营，进行钢的抗H₂S腐蚀性能研究是十分必要的。

硫化物应力腐蚀开裂(SSCC)产生的机理是硫化氢产生的氢原子渗透到钢的内部，溶解于晶格中，导致脆性，在外加拉应力或残余应力作用下形成开裂。所以，SSCC通常发生于焊缝与热影响区的高硬度区。

目前国内外许多研究者对钢材的抗SSCC性能、SSCC影响因素、SSCC腐蚀机理等方面进行了大量的研究，但是，从载流子作用的角度对钢的硫化氢应力开裂腐蚀的研究却很少。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于载流子控制技术制备抗硫化氢应力开裂钢的方法，该方法利用了载流子密度与钢抗SSCC性能之间的关系制备抗SSCC应力开裂钢，该制备方法简单，成本相对较低，对设备的要求不高，适合规模化生产；所得的钢抗SSCC应力开裂性能高。

本发明的一种基于载流子控制技术制备抗硫化氢应力开裂钢的方法，包括：

(1)配制纳米混合粉体：将纳米Nb1.0g、纳米B1.0g、纳米V0.5-1.5 g、纳米Cu0.5-1.5 g、纳米Mn0.5-1.0g和稀土钪Sc0.5-1.0g混合，得纳米混合粉体；

(2)将上述纳米混合粉体与100g钢材混合后，进行熔炼，浇铸得到板坯；最后将所得板坯进一步加工，即得抗硫化氢应力开裂钢。

步骤(1)中所述的纳米Nb、纳米B、纳米V、纳米Cu、纳米Mn和稀土钪的质量分别为1.0g、1.0g、0.5g、0.5g、0.5g和0.5g。

步骤(1)中所述的纳米Nb、纳米B、纳米V、纳米Cu、纳米Mn和稀土钪的质量分别为1.0g、1.0g、1.0g、1.0g、0.5g和0.5g。

步骤(1)中所述的纳米Nb、纳米B、纳米V、纳米Cu、纳米Mn和稀土钪的质量分别为1.0g、1.0g、1.0g、1.0g、1.0g和1.0g。

步骤(1)中所述的纳米Nb、纳米B、纳米V、纳米Cu、纳米Mn和稀土钪的质量分别为1.0g、1.0g、1.5g、1.5g、1.0g和1.0g。

步骤(2)中所述的钢材为X70系列管线钢、L245系列钢板或45号钢。

步骤(2)所用的钢材事先经过前处理，处理工艺为：先将钢材进行化学除油，然后依次进行超声波热水洗、超声波冷水洗、弱腐蚀、超声波热水洗和超声波冷水洗，最后取重并干燥。

步骤(2)中所述的熔炼中，熔炼温度为1550-1600℃，熔炼时间为40-50min。

步骤(2)中所述的熔炼为在中频感应熔炼炉中进行熔炼。

上述的中频感应熔炼炉为非真空中频感应熔炼炉。

步骤(2)中所述的将所得板坯进一步加工，其工艺为：将所述的板坯在1200℃下奥氏体化，始轧温度为1100℃，终轧温度为850℃；轧后快冷开始温度为800℃，快冷终止温度550℃；板坯的表面冷却速度控制为1℃-15℃/S。

本发明运用载流子控制技术，对载流子密度与钢板抗硫化氢应力开裂性能之间的关系进行了深入研究，具体操作步骤如下：

(1)将45号钢进行前处理，其工艺流程为：先将钢进行化学除油，然后依次进行超声波热水洗、超声波冷水洗、弱腐蚀、超声波热水洗和超声波冷水洗，最后取重并干燥；

(2)配制纳米混合粉体：