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      一種低碳低合金鋼及所制管材的制作方法

      文檔序號(hào):5586111閱讀:310來源:國知局
      專利名稱:一種低碳低合金鋼及所制管材的制作方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本發(fā)明屬于金屬鋼鐵領(lǐng)域,特別涉及一種低碳低合金鋼及所制管材。
      有關(guān)60KSI到80KSI強(qiáng)度級(jí)別的產(chǎn)品,在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),如管線管的美國標(biāo)準(zhǔn)API SPEC 5L中,均無具體的材料成分明細(xì),僅有最低雜質(zhì)元素含量要求,按該要求無法生產(chǎn)出滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的產(chǎn)品。
      最新2000年版API SPEC 5L要求X70以下管線管碳當(dāng)量必須低于0.43,即使是對(duì)于X80鋼級(jí),其碳當(dāng)量也要求盡量低。若按美國專利US 5,226,978及US 5,186,769(以下稱對(duì)比文獻(xiàn))的配方來生產(chǎn),碳當(dāng)量一般會(huì)在0.43以上,必定超出標(biāo)準(zhǔn)要求。如在前述美國專利的實(shí)施例2和實(shí)施例3中的碳當(dāng)量分別為0.44和0.46,均超過標(biāo)準(zhǔn)要求,致使焊接性能不高。
      由于對(duì)比文獻(xiàn)所提出的管材制造方案為在線控軋控冷,尤其是需采用連軋和張減配合機(jī)組,在連軋機(jī)組和張減機(jī)組后均需有強(qiáng)制冷卻系統(tǒng),生產(chǎn)控制困難,部分廠家需做較大的設(shè)備改造,投資相當(dāng)大,甚至有的廠家還不可能改造成功。因此實(shí)用性不強(qiáng)。
      最新2000年版API SPEC 5L有PSL1級(jí)和PSL2級(jí)的區(qū)分,對(duì)于PSL2級(jí)的產(chǎn)品,成其是對(duì)于X60~X80鋼級(jí),無論是屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度還是沖擊韌性均有極嚴(yán)格的要求。強(qiáng)度均有上下限要求,屈服強(qiáng)度最大許變化范圍為154MPa,抗拉強(qiáng)度最大許變化范圍為241MPa。沖擊韌性最低要求要大于41焦耳(J)。通過對(duì)比文獻(xiàn)所提出的管材制造方案來生產(chǎn)管線管,由于軋制過程本身的局限性,其最終成形產(chǎn)品頭尾端均勻性差、強(qiáng)度波動(dòng)大,屈服強(qiáng)度難以控制在154MPa以內(nèi)。同時(shí)由于在線軋制產(chǎn)品軋制組織的帶狀分布導(dǎo)致沖擊韌性橫向與縱向差異大,不可能達(dá)到41焦耳(J)。因此對(duì)比文獻(xiàn)僅適用于PSL 1級(jí),而不能適用于PSL 2級(jí)。
      另外,對(duì)比文獻(xiàn)中Ti元素的含量在0.010~0.014之間,對(duì)電爐連鑄管坯生產(chǎn)質(zhì)量不利,會(huì)使管坯表面出現(xiàn)裂紋而最終影響管材軋制質(zhì)量。
      本發(fā)明是按以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明的低碳低合金鋼包括以下化學(xué)元素,單位為重量百分比碳(C)0.10~0.16%;硅(Si)0.20~0.40%;錳(Mn)1.00~1.35%;鋁(Al)0.02~0.035%;釩(V)0.07~0.13%;鎳(Ni)0.05~0.25%;硼(B)0.0005~0.0035%;磷(P)≤0.010%;硫(S)≤0.005%;鉬(Mo)≤0.01%;銅(Cu)≤0.20%;鈮(Nb)≤0.01%;鐵(Fe)和微量雜質(zhì)余量。
      按上述元素比例,將低碳低合金鋼通過通常的調(diào)質(zhì)處理工藝,淬火保溫時(shí)間為30分鐘以上,回火保溫時(shí)間為45分鐘以上,生產(chǎn)出X60、X65、X70、X80各鋼級(jí)或其它相關(guān)鋼級(jí)的無縫、焊接高強(qiáng)度、高韌性管材,包括鋼管或利用鋼管制成的各種鋼管產(chǎn)品,這種管材可用于油田采油氣或其它行業(yè)。
      本發(fā)明的有益效果本發(fā)明的低碳低合金鋼與對(duì)比文獻(xiàn)相比,在成分配方及強(qiáng)化原理上有以下不同,并具有顯著優(yōu)點(diǎn)1)強(qiáng)化元素不同,對(duì)比文獻(xiàn)所采用的強(qiáng)化元素為釩(V)+鈦(Ti)。而本發(fā)明的強(qiáng)化元素為釩(V)+鎳(Ni)。V、Ti為碳化物形成元素,能夠細(xì)化晶粒,通過析出強(qiáng)化來改善強(qiáng)韌性,但會(huì)縮小奧氏體相區(qū),降低合金的淬透性能。Ni為非碳化物形成元素,能擴(kuò)大奧氏體相區(qū),并增加強(qiáng)韌性,提高淬透性。另一方面,Ti元素在0.010~0.014%之間時(shí)對(duì)電爐連鑄管坯生產(chǎn)質(zhì)量不利,會(huì)使管坯表面出現(xiàn)裂紋而最終影響管材軋制質(zhì)量。
      2)釩元素含量與對(duì)比文獻(xiàn)相比有差異。本發(fā)明的V元素重量百分比組成為0.07~0.13%,而對(duì)比專利的V元素重量百分比組成為0.10~0.16%。都是利用V強(qiáng)化,但本發(fā)明的合金的釩含量偏低、焊接性能稍優(yōu)。
      3)鎳元素含量與對(duì)比專利相比有差異。本發(fā)明的Ni元素重量百分比組成為0.05~0.25%,而對(duì)比文獻(xiàn)的沒有此元素。本發(fā)明的合金的合金淬透性稍好。
      4)鈦元素含量與對(duì)比專利相比有差異。本發(fā)明的的Ti元素為非添加元素,隨煉鋼中廢鋼帶入,而對(duì)比專利的Ti元素重量百分比組成為0.008~0.012%。本發(fā)明的合金有利于連鑄生產(chǎn)和最終無縫鋼管產(chǎn)品表面質(zhì)量。
      5)硼元素(B)含量與對(duì)比文獻(xiàn)相比有差異。本發(fā)明的B元素重量百分比組成為0.0005~0.0035%。而對(duì)比文獻(xiàn)不含該元素。因而本發(fā)明的合金的淬透性較好。
      本發(fā)明的低碳低合金鋼在各鋼管制造企業(yè)生產(chǎn)時(shí)具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)1)化學(xué)成分中碳含量低、合金含量低,軋制時(shí)變形抗力小,易于軋制,與其它常規(guī)產(chǎn)品的軋制工藝相比,工藝無需改變易于軋制出合格的產(chǎn)品。
      2)采用相同的管坯可生產(chǎn)適用的鋼級(jí)強(qiáng)度高、鋼級(jí)范圍廣,能適用不同的用戶不同鋼級(jí)需要,能極大地降低管材制造廠的管坯庫存成本。
      3)生產(chǎn)容易,只需生產(chǎn)廠家具備調(diào)質(zhì)生產(chǎn)線即可進(jìn)行熱處理生產(chǎn)。而且即使管材制造廠不能進(jìn)行熱處理,還可委托其它具有熱處理能力的廠家進(jìn)行外委加工。能同時(shí)適應(yīng)API SPEC 5L-2000標(biāo)準(zhǔn)的PSL 1級(jí)和PSL 2級(jí)。
      結(jié)合附

      圖1和附圖2,附圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變溫度曲線(CCT曲線),圖2為U型試樣淬透性曲線,從曲線可以看出,本發(fā)明的材料淬透性好。附圖3為大生產(chǎn)樣的軋態(tài)組織,組織為鐵素體和珠光體。附圖4為大生產(chǎn)樣的淬火組織圖,組織為馬氏體,從圖中可以看出,本發(fā)明的材料已經(jīng)完全淬透。附圖5為經(jīng)過回火后的組織圖,為回火索氏體。
      當(dāng)現(xiàn)場回火溫度695℃時(shí),實(shí)物質(zhì)量為下表所示,滿足X60鋼級(jí)PSL II級(jí)的管線管要求屈服 抗拉序號(hào) 伸長%縱向沖擊JMPa MPa1 491 595 31.01122 493 586 31.51143 489 585 31.51154 491 589 30.01145 486 580 34.01146 500 595 32.0118
      當(dāng)現(xiàn)場回火溫度665℃時(shí),實(shí)物質(zhì)量為下表所示,滿足X80鋼級(jí)PSL II級(jí)的管線管要求抗拉序號(hào) 屈服MPa伸長% 縱向沖擊JMPa1594669 26.0 1022603670 26.0 993592672 28.0 984586669 26.5 1005596672 27.5 1026584675 25.5 100實(shí)施例2根據(jù)本發(fā)明所設(shè)計(jì)的化學(xué)成分重量百分比并在寶鋼煉鋼部電爐分廠通過電爐連鑄生產(chǎn)的一爐鋼150噸,在寶鋼股份公司鋼管分公司軋制成139.70*9.17的鋼管,并按不同回火制度處理成X60~X80鋼級(jí)管線管。隨機(jī)取兩根管材做成品成分分析,具體化學(xué)成分如下重量百分比元素分析1分析2C0.1480.144Si 0.2670.259Mn 1.0771.081P0.0110.011S0.0060.005V0.1100.112Al 0.0280.029Ni 0.0130.014Cu 0.0860.095B0.0022 0.0020其它(Fe和雜質(zhì)) 剩余量 剩余量通過910℃淬火后,現(xiàn)場回火溫度670℃,保溫60分鐘時(shí),實(shí)物質(zhì)量為下表所示,滿足X80鋼級(jí)PSL II級(jí)的管線管要求
      縱向沖擊序號(hào)屈服MPa抗拉MPa 伸長%J1 59469028.0982 57669329.01063 58668929.5994 61370228.596通過910℃淬火后,現(xiàn)場回火溫度680℃,保溫60分鐘時(shí),實(shí)物質(zhì)量為下表所示,滿足X70鋼級(jí)PSL II級(jí)的管線管要求縱向沖擊序號(hào)屈服MPa 抗拉MPa伸長%J154565932.0 102253067133.5 116354166732.5 109452965634.0 120通過910℃淬火后,現(xiàn)場回火溫度640℃,保溫60分鐘時(shí),實(shí)物質(zhì)量為下表所示,滿足N80鋼級(jí)的套管要求縱向沖擊序號(hào) 屈服MPa 抗拉MPa 伸長%J1640 75924.0 872648 78525.5 933638 77625.5 804632 79123.5 89實(shí)施例3根據(jù)本發(fā)明所設(shè)計(jì)的化學(xué)成分重量百分比中并在寶鋼技術(shù)中心產(chǎn)品室煉鋼車間進(jìn)行小爐冶煉,經(jīng)鍛打、軋制最終形成厚度為20mm和30mm的板材具體化學(xué)成分如下
      重量百分比元素20mm30mmC0.164 0.156Si 0.276 0.269Mn 1.197 1.220P0.007 0.006S0.005 0.005V0.089 0.085Al 0.008 0.012Ni 0.089 0.085Cu 0.069 0.081B0.0017 0.0019其它(Fe和雜質(zhì))剩余量 剩余量通過910℃淬火后,回火溫度為700℃時(shí),實(shí)物質(zhì)量為下表所示,滿足X60鋼級(jí)PSL II級(jí)的管線管要求屈服抗拉序號(hào) 伸長% 縱向沖擊JMPa MPa1 510 602 30.5 1282 496 607 29.5 131當(dāng)現(xiàn)場回火溫度670℃時(shí),能生產(chǎn)滿足X80鋼級(jí)PSL II級(jí)的管線管,實(shí)物質(zhì)量為屈服抗拉序號(hào)伸長%縱向沖擊JMPa MPa1 609 700 26.5982 601 692 25.5101實(shí)施例4根據(jù)本發(fā)明所設(shè)計(jì)的化學(xué)成分重量百分比中并在寶鋼技術(shù)中心產(chǎn)品室煉鋼車間進(jìn)行小爐治煉,經(jīng)鍛打、軋制最終形成厚度為20mm和30mm的板材具體化學(xué)成分如下重量百分比元素20mm 30mmC 0.121 0.119Si0.353 0.358
      Mn1.1821.210P 0.0090.008S 0.0060.005V 0.1050.095Al0.0090.012Ni0.0120.015Cu0.0760.090B 0.0020 0.0018其它(Fe和雜質(zhì)) 剩余量 剩余量通過910℃淬火后,回火溫度為700℃時(shí),實(shí)物質(zhì)量為下表所示,滿足X60鋼級(jí)PSL II級(jí)的管線管要求屈服 抗拉序號(hào)伸長%縱向沖擊JMPa MPa1 510 60230.51282 496 60729.5131當(dāng)現(xiàn)場回火溫度670℃時(shí),能生產(chǎn)滿足X80鋼級(jí)PSL II級(jí)的管線管,實(shí)物質(zhì)量為屈服 抗拉序號(hào)伸長%縱向沖擊JMPa MPa1 609 70026.5982 601 69225.5101實(shí)施例5寶鋼技術(shù)中心產(chǎn)品室煉鋼車間進(jìn)行小爐治煉,經(jīng)鍛打、軋制最終形成厚度為20mm和30mm的板材具體化學(xué)成分如下重量百分比元素20mm 30mmC 0.152 0.148Si 0.356 0.362Mn 1.275 1.283P 0.009 0.008S 0.007 0.008V 0.108 0.110Al 0.025 0.022Ni 0.014 0.014Cu 0.090 0.090B 0.0018 0.0019其它(Fe和雜質(zhì)) 剩余量 剩余量通過910℃淬火后,現(xiàn)場回火溫度670℃,保溫60分鐘時(shí),實(shí)物質(zhì)量為下表所示,滿足L80-1鋼級(jí)套管要求縱向沖擊序號(hào)屈服MPa抗拉MPa伸長%J1 59469826.0 912 59971328.5 963 62372229.5 974 61370228.0 9權(quán)利要求
      1.一種低碳低合金鋼,其特征在于包括以下化學(xué)元素,單位為重量百分比碳0.10~0.16%;硅0.20~0.40%;錳1.00~1.35%;鋁0.02~0.035%;釩0.07~0.13%;鎳0.05~0.25%;硼0.0005~0.0035%;鐵和微量雜質(zhì)余量。
      2.如權(quán)利要求1所述低碳低合金鋼,其特征在于包括磷≤0.010%;硫≤0.005%;銅≤0.20%。
      3.如權(quán)利要求1或2所述低碳低合金鋼,其特征在于包括鈮≤0.01%;鉬≤0.01%。
      4.權(quán)利要求1所述低碳低合金鋼的應(yīng)用,其特征在于制成X60~X80鋼級(jí)管線管或相似強(qiáng)度鋼級(jí)的管材。
      全文摘要
      本發(fā)明涉及一種低碳低合金鋼及所制管材,屬于金屬鋼鐵領(lǐng)域。本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是增加合金鋼的強(qiáng)韌性及提高淬透性和焊接性能。本發(fā)明的低碳低合金鋼包括以下元素碳0.10~0.16%;硅0.20~0.40%;錳1.00~1.35%;鋁0.02~0.035%;釩0.07~0.13%;鎳0.05~0.25%;硼0.0005~0.0035%;磷≤0.010%;硫≤0.005%;鉬≤0.01%;銅≤0.20%;鈮≤0.01%;鐵和微量雜質(zhì)余量。本發(fā)明的低碳低合金鋼可制成X60~X80鋼級(jí)管線管或相似強(qiáng)度鋼級(jí)的管材。
      文檔編號(hào)F16L9/02GK1403616SQ0112661
      公開日2003年3月19日 申請(qǐng)日期2001年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月31日
      發(fā)明者黃子陽, 閻名, 陳思孝, 劉麒麟, 顧文兵, 韓立新 申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司
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