[发明专利]一种抗CO2腐蚀的低合金钢材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种抗CO₂腐蚀的低合金钢材料及其制备方法与应用。该低合金钢材包括以下按质量百分比计的组分：C 0.03‑0.15％，Si 0.15‑0.6％，Mn 0.6‑1.3％，Cr 0.7‑2％，Mo 0.2‑0.9％，Al 0.01‑0.04％，P≤0.01，S≤0.005％，其余为Fe，微观组织为回火马氏体。制备方法为：冶炼及连铸；连铸后钢坯再次加热至1000～1200℃，并在此温度保温40‑70min；采用高速线材热轧生产工艺制备中间坯料；热轧后坯料采用冷成型方法获得断面异型钢；采用调质热处理工艺改善材料性能。本发明低合金钢呈现出良好的抗CO₂腐蚀性能，成本低廉，且易于制备。

技术领域

本发明属于冶金和化学工程技术领域，具体涉及一种抗CO₂腐蚀的低合金钢材料及其制备方法与应用。

背景技术

随着人类大量燃烧化石燃料，产生的CO₂气体排放至空气中，并引发全球气候变暖。在当今人类未广泛成功使用新能源的境遇下，使用化石燃料仍然是人类获取能源的主要手段。如何消除燃烧化石燃料产生CO₂气体引起的负面效应，是当今重要的研究课题。碳捕获和封存技术将工况企业燃烧化石燃料产生的CO₂气体，通过吸收分离法、吸附分离法、膜法、化学链燃烧技术等，将CO₂气体进行捕获，然后通过管道运输至地下盐水层、枯竭油气层等贮存点，从而达到将废气CO₂进行封存的目的。但在运输高温高压CO₂气体过程中，钢铁材料构成的管道容易遭受CO₂腐蚀，并诱发断裂失效问题。集输过程中根据材料服役环境不同可形成水饱和CO₂环境与CO₂饱和水环境两种腐蚀环境，两种不同腐蚀环境对钢铁材料腐蚀性能提出更高要求。为了满足对抗高温高压CO₂腐蚀性能的苛刻要求，当今应用于碳捕获和封存技术中集输管道的钢铁材料中Cr和Mo元素含量较高，如42CrMo4(AISI 4140)、X46Cr13(AISI 420C)等，这些材料的成本高，制造过程复杂。碳捕获和封存技术中一个重要封存点是海底的地质水中，而上述的高含量Cr和Mo元素的钢铁材料不能满足海洋环境中对材料的要求，主要受限于耐海洋腐蚀和材料柔性差。海洋软管作为一种新型的海洋用集输管道，具有上述高含量Cr和Mo元素无法具有的巨大优势，如容易安装、抗腐蚀性能良好、柔韧性好等。海洋软管是由高分子及钢铁材料构成的多层复合结构，外层由高分子材料组成，中间层由低合金钢带相互缠绕而成，内层是由经济型的不锈钢构成。海洋软管独特的结构保证其具有优异的耐海水腐蚀性能，同时可承受集输过程中的高压力和高温。目前常规的高Cr和高Mo钢铁材料已经不能满足碳捕获和封存技术中将多余高温高压CO₂气体运输至海底贮存点的要求，且高Cr和高Mo材料价格昂贵，也限制了其广泛应用。海洋软管是理想的将碳捕获和封存技术中CO₂气体运输至海底贮存点的材料，而海洋软管的铠装层材料是核心部件，主要承受集输油气过程中压力，并面临高温高压CO₂腐蚀的威胁。长期遭受两种高温高压CO₂腐蚀侵蚀，并引发断裂事件。因此，研发抗两种高温高压CO₂腐蚀的低合金钢，并应用于铠装层，对碳捕获和封存技术中安全输送高温高压CO₂气体具有重要作用。

发明内容

针对碳捕获和封存技术中集输管道抗CO₂腐蚀性能差的问题，本发明的目的在于提供一种抗CO₂腐蚀的低合金钢材料及其制备方法与应用，该低合金钢适合用于制作海洋软管铠装层，以及集输石油天然气或者碳捕获和封存技术中的高温高压CO₂气体，具有抗CO₂腐蚀性能。