CN101805875B - 锚固法兰专用钢材 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种钢材，具体为一种锚固法兰专用钢材。解决了现有技术中存在的制造锚固法兰钢材达不到使用环境要求的问题。一种锚固法兰专用钢材，各个元素的百分含量范围如下，C 0.07～0.09、Mn 1.15～1.3、Si 0.05～0.2、P≤0.025、S≤0.015、Mo 0.2～0.3、V 0.05～0.08、Nb0.02～0.05、As≤0.02、Pb≤0.01、Sb≤0.01、Sn≤0.012、Bi≤0.01，气体含量：H≤3PPm，O≤50PPm，N≤80PPm；硫化物≤2，氧化物≤2。使用该钢材制造的锚固法兰完全达到西气东输管道工程的要求，已经在西气东输管线上全部使用，而且经受住了长期的实践考验，获得了中国石油天然气股份有限公司西气东输管道分公司的一致认可。
Description
技术领域
本发明涉及一种钢材，具体为一种锚固法兰专用钢材。
背景技术
我国西气东输管道全长约4200公里，管道口径Ф1016mm，输气压强10MPa，全线采用X70管道输送用管。为了支撑固定和连接管道需要采用锚固法兰作为支承点。所以对锚固法兰性能有很高的要求，不但要求和管道之间有良好的焊接性能而且还要保证满足内部承受的高压，周围环境温度变化、自重和外载重量及地理位置不同产生的复杂的作用力，腐蚀、震动等因素的要求。为了使锚固法兰能够达到上述性能要求就必须从作为原料的钢材选择入手。我国在西气东输工程建设中提出了用现代高压输送管线钢-针状铁素体管线钢，该钢种与铁素体+珠光体管线钢不同，这种钢具有比铁素体+珠光体管线钢更好的焊接性能，抗天然气中硫化氢腐蚀和氢诱发裂纹性能，抗大气腐蚀性能和相当高的冲击韧性。所以锚固法兰所使用的钢材其强度应与管线钢管的强度(与管线连接部位的切向屈服强度≥X70，490MPa，或考虑等截面效应法兰心部的切向屈服强度≥X65，450MPA)相匹配，为了保证管道安全，其屈服强比值σys/σb≤0.85，韧性(基体，焊缝，焊接热影响区)应保证在该环境的最低温度条件小于(-38℃)不至于发生弹性失稳断裂，即“起裂韧性”门槛值。为了保证法兰材料与所连管线材料之间具有良好的可焊性，对需要焊接的法兰其焊接碳当量小于0.42，其焊接冷裂纹系数小于0.22。需要具有抗氢诱发裂纹性能，整体硬度≤265HV10。钢材的断裂韧性与化学成分、合金元素、热处理工艺、材料厚度和方向性有关，应该尽可能降低C、S、P的含量，提高纯净度。适当添加微量V，Mo，Ti等元素，使材质均匀晶粒细化。用适量Cu、Ni、Cr强化基体，目前多采用降C增Mn。钢在含硫化氢油、气环境中，因腐蚀产生氢侵入而产生氢至裂纹开裂，因此钢材具有低的含硫量，控制非金属夹杂物的量和形态，减少显微成分偏析。钢材的硬度值对HIC也有重要影响，一般要将硬度控制在HV10265以下。
而现有的钢材中，以CF-60，CF-62为代表的CF钢是一种高强度低裂纹敏感性新钢种。其优点在于焊前不预热或稍加预热而不产生裂纹，具有优良的焊接性能和低温韧性，主要是解决大型钢构件的焊接施工问题。因为在大型结构件的焊接过程中为了防止产生焊接裂纹，往往需要采取焊前预热的措施，使焊接工艺变复杂，施工困难。特别是有些大型的结构件施工现场往往处于野外环境，即使采取焊前严格的预热措施也难以避免形成焊接冷裂缝，采用CF钢基本可以解决这些问题。但是对于性能要求更为严格的西气东输工程使用的锚固法兰来讲，这种钢材又显得达不到要求标准。07MnCrMoVR和07MnNiCrMoVDR屈服强度，-20℃AKV、碳当量、冷裂纹系数各项满足要求，但属于控轧钢板，也难符合要求。美国ASTMA707/A707ML5《低温锻造碳素合金钢》较为满意，可以作为借鉴。对国家“七五”重大技术装备科技攻关项目HW60R特殊钢材，用于百吨以上电动轮车翻斗和大梁，经受住了内蒙、东北等地冬季-30℃-36℃的考验。
发明内容
本发明为了解决现有技术中存在的制造锚固法兰钢材达不到使用环境要求的问题而综合了现有的几种特殊钢材而提供了一种锚固法兰专用钢材。
本发明是由以下技术方案实现的，一种锚固法兰专用钢材，各个元素的百分含量范围如下，
C0.07～0.09、Mn1.15～1.3、Si0.05～0.2、P≤0.025、S≤0.015、Mo0.2～0.3、
V0.05～0.08、Nb0.02～0.05、As≤0.02、Pb≤0.01、Sb≤0.01、Sn≤0.012、
Bi≤0.01，
气体含量：H≤3PPm，O≤50PPm，N≤80PPm；硫化物≤2，氧化物≤2。
其中化学成分为C、Mn、Si、P、S、Mo、V、Nb；有害元素为As、Pb、Sb、Sn、Bi；气体为H、O、N；硫化物和氧化物为夹杂物质。
其碳当量Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15≤0.44％，
其冷裂纹敏感系数Pcm＝C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+5B≤0.25
与现有技术CF钢材相比，本发明中适当添加了Mo、V保证煅造法兰细化晶料；
为保证多次煅造组织晶料长大，也为今后现场实施焊接时热影响区组织晶料长大，保证具有良好韧性，从而适当增加了Nb。由于轴向推力379×104N，内径Ф1016×(17.5～26.2)，内压10MPa，决定了锚固法兰的内外径尺寸，其强度远大于管线强度，所以不必要使用Ni、Mn强化基本的原则。保证法兰断裂韧性，确定降C增加Mn的原则。
炼钢工艺为冶炼行业的常规工艺，各种元素的含量的控制手段由冶炼钢铁的公司掌握，如本钢材可以通过包钢集团公司订制生产。制造法兰的工艺为本行业常规工艺。
使用该钢材制造的锚固法兰的机械性能如下表1所示意
表1
锚固法兰(A)与管道(B)焊接参数及效果评定表2所示意
表2
表3
使用该钢材制造的锚固法兰完全达到西气东输管道工程的要求，已经在西气东输管线上全部使用，而且经受住了长期的实践考验，获得了中国石油天然气股份有限公司西气东输管道分公司的一致认可。
具体实施方式
实施例1：一种锚固法兰专用钢材，各个元素的质量百分含量范围如下，
C≤0.09、Mn1.15、Si≤0.2、P≤0.025、S≤0.015、Mo0.2、V0.05、Nb0.02、
As≤0.02、Pb≤0.01、Sb≤0.01、Sn≤0.012、Bi≤0.01，
气体含量：H≤3PPm，O≤50PPm，N≤80PPm；硫化物≤2，氧化物≤2。
实施例2：一种锚固法兰专用钢材，各个元素的质量百分含量范围如下，
C≤0.07、Mn1.3、Si≤0.1、P≤0.02、S≤0.01、Mo0.3、V0.08、Nb0.05、
As≤0.015、Pb≤0.008、Sb≤0.008、Sn≤0.010、Bi≤0.008，
气体含量：H≤3PPm，O≤50PPm，N≤80PPm；硫化物≤2，氧化物≤2。
实施例3：一种锚固法兰专用钢材，各个元素的质量百分含量范围如下，
C≤0.08、Mn1.16、Si≤0.15、P≤0.015、S≤0.015、Mo0.25、V0.06、
Nb0.03、As≤0.003、Pb≤0.001、Sb≤0.001、Sn≤0.005、Bi≤0.001，
气体含量：H≤0.59PPm，O≤31.8PPm，N≤48.1PPm；硫化物≤2，氧化物≤2。
实施例4：一种锚固法兰专用钢材，各个元素的质量百分含量范围如下，
C≤0.01、Mn1.25、Si≤0.05、P≤0.01、S≤0.001、Mo0.28、V0.07、Nb0.04、
As≤0.005、Pb≤0.005、Sb≤0.005、Sn≤0.002、Bi≤0.005，硫化物≤2，
氧化物≤2，气体含量：H≤3PPm，O≤50PPm，N≤80PPm。
Claims (1)
1.一种锚固法兰专用钢材，其特征在于：各个元素的百分含量范围如下，C0.07～0.09、Mn1.15～1.3、Si0.05～0.2、P≤0.025、S≤0.015、Mo0.2～0.3、V0.05～0.08、Nb0.02～0.05、As≤0.02、Pb≤0.01、Sb≤0.01、Sn≤0.012、Bi≤0.01，气体含量：H≤3PPm，O≤50PPm，N≤80PPm，硫化物≤2，氧化物≤2。
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