[发明专利]一种临氢设备用钢

说明书

技术领域

本发明属于冶金工艺技术领域，尤其涉及一种专门用于制造临氢设备的用钢。

背景技术

石油、化工、煤炭液化等行业主要生产设施有容器和管道，此类容器内主要为含氢的气态或液态介质，这些介质在高温、高压下完成合成或裂解等化学反应，这类容器通常称为临氢设备，而这些设备的制造材料均选用Cr-Mo钢。

目前，最常用的临氢设备用Cr-Mo钢主要是2.25Cr-1Mo，即12Cr2Mo1R钢。通过对12Cr2Mo1R钢的专利检索，目前相类似的专利共有7个。其申请号分别为201310060113.6、201110095308.5、200710046655.2、201010598263.9、201010289116.3、201110190491.7和201310083418.9。这些专利都是对现有12Cr2Mo1R钢的化学成分进行细微调整，其抗拉强度均在520～680MPa范围内。而其最高温度极限也只有454℃，当超过该温度后其高温强度大幅下降。特别是在更高温度和压力的氢介质下超长时间运行时，由于钢中缺少有效的捕氢手段，使得运行环境中的氢与钢中的碳发生反应产生甲烷，此类气泡在钢的晶界上形核、长大，彼此聚集形成裂纹，从而导致钢板性能恶化，容易引发生产安全事故。此外，在使用过程中容易产生的另一个问题就是回火脆化，即钢板在长期处于375～575℃温度范围内工作或在该温度缓慢通过时，钢板出现的低温冲击韧性下降的现象。特别是随着世界石油工业设备向自动化大型化的方向发展，所用关键设备—加氢反应器设备的尺寸也愈来愈大，如果还采用原有的12Cr2Mo1R钢板，由于其强度相对较低，使设备壁厚尺寸较大、重量较重，也给制造运输吊装带来困难，且性能不能完全满足要求。

为此，亟需开发出具有更高强度(最大抗拉强度可达800MPa)、更高使用温度(450℃以上)、良好抗回火脆性和抗氢蚀性能的新型2.25Cr-1Mo钢，用于解决上述问题，确保石油、化工、煤炭液化等国家重要能源行业生产的顺利进行。

发明内容

本发明旨在提供一种具有较高常温及高温强度、优异耐氢腐蚀性和极低回火脆性的新型临氢设备用钢。为达此目的，本发明采取了如下解决方案：

一种临氢设备用钢，其特征在于，其化学成分重量百分比含量为：C：0.07～0.10％、Si≤0.10％、Mn：0.30～0.50％、Cr：2.00～2.50％、Mo：0.90～1.10％、V：0.02～0.05％、Ti：0.10～0.30％、P≤0.007％、S≤0.003％，Als：0.02～0.04％、RE：0.06～0.20％，其余为Fe及不可避免的杂质。

上述化学元素的作用分析如下：

C在钢中常与其他合金元素形成碳化物，在室温或高温下能起到强化作用，从保证钢板强度的角度，希望C含量保持在较高的水平上。但较高的C含量则不利于钢板的低温韧性，同时增大了焊接热影响区的硬度和焊缝金属冷裂的敏感性及焊后再加热开裂的敏感性。因此，将C含量限定在0.07～0.10％。

Si在钢中是促进脆化的元素，其在钢中含量的减少不仅可以提高钢板的高温抗拉强度，同时也是降低脆化的有力措施。因此，将Si含量控制在0.10％以下。

Mn在钢中也是促进脆化的元素，但由于其对淬透性有较大的影响，为提高厚规格钢板的淬透性、防止钢中大量产生铁素体，需要在钢中保留一定量，因此将Mn限定在0.30～0.50％。

Cr是保证钢板高温抗氧化性、高温耐腐蚀性和高温强度必不可少的元素。通过适当的热处理可以使Cr-Mo钢具有较高的强度和综合力学性能。因此将Cr限定在2.00～2.50％。

Mo是提供高温强度的最重要元素之一，同时还能强烈抑制珠光体转变，使钢极易获得贝氏体组织，因而提高了Cr-Mo钢的综合力学性能。此外，Mo还能改善钢的回火稳定性，减弱和消除含Cr钢的回火脆化。因此将Mo限定在0.90～1.10％。

V在钢中是微合金元素，具有良好的强化效果。其细晶强化和第二相强化作用能够弥补由于降C对钢板强度造成的损害。特别是当钢中加入适当的Ti后，由于Ti的存在对V的回溶有拖拽作用，提高了V的碳氮化物的热稳定性，使得钢板的高温拉伸得到明显提高，因此将V限定在0.02～0.05％。