CN102312164A - 一种油气输送用含Cr高性能管件用钢及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种油气输送用含Cr高性能管件用钢及其生产方法，化学成分，重量百分比为C：0.13％～0.22％、Si：0.10％～0.30％、Mn：0.80％～1.30％、Nb：0.01％～0.04％、Ti：0.010％～0.050％、Cr：0.36％-0.55％、Als：0.010％～0.040％，余量为铁和不可避免的杂质，CEIIW控制在0.43％～0.50％，连铸坯的加热温度1120～1180℃，粗轧温度960～1040℃，精轧温度780～920℃，累计变形量55％～75％，轧后冷却速度5～25℃/s，终冷温度400～550℃，热处理时，淬火温度920～1000℃，保温1.0～3min/mm，冷却速度30℃/s～80℃/s，回火温度500～700℃，保温3.0～20.0min/mm。其强度可满足X80级或X100级管件用钢的要求。
Description
技术领域
本发明属于低碳微合金钢技术领域，尤其涉及一种含Cr高性能管件用钢及其生产方法。
背景技术
20世纪以来，随着世界对石油和天然气需求量的剧增，大型长输油气管道发展迅速。管件是管道中的重要结构件，主要包括三通、弯管和封头等，随着管道输送向着高压大口径发展，对管件和管件用钢的综合质量提出了更高的要求。
目前，国内对管件钢的研究不多，对X80以上级别管件钢的报道更是少见。虽然，近期公开的专利中对X80级管件钢有所提及，例如，申请号为200710185349.7的专利，介绍了一种管件钢，其成分为(重量百分比)C：0.06～0.1％、Si：0.10～0.30％、Mn：1.4％～2.0％、P：0.015％以下、S：0.01％以下、Cr：0～0.45％、Mo：0～0.3％、Cu：0～0.3％、Ni：0～0.5％、Nb：0.05％～0.15％、Ti：0～0.06％、V：0～0.06％，要求CEIIW控制在0.36～0.44％。又如，申请号为200610134691.X的专利，介绍了一种管件钢，其成分为(重量百分比)C≤0.12％、Si≤0.35％、Mn≤1.60％、P：0.030％以下、S：0.015％以下、Cr≤0.30％、Mo≤0.25％、Cu≤0.30％、Ni≤0.50％、Nb≤0.05％、Ti≤0.05％、V≤0.09％，要求CEIIW控制在0.42％以下。以上两个专利有如下特点，第一，两专利均采用低碳设计(碳含量0.12％以下)，一般来说，该种管件钢在热处理尤其是回火处理过程中的性能稳定性不高，在600℃～700℃回火，保温时间超过8min/mm时其强度会出现显著降低，因此，对管件的生产过程要求苛刻；第二，两专利对所涉及管件钢的具体生产工艺参数均未有提及。
总之，现有技术对高级别管件钢的研究尚有不足。
发明内容
本发明的目的在于提供一种油气输送用含Cr高性能的X80或X100级管件用钢及其生产方法。
本发明是通过以下方法实现的：
本发明所述含Cr高性能管件钢的化学成分，重量百分比为C：0.13％～0.22％、Si：0.10％～0.30％、Mn：0.80％～1.30％、Nb：0.01％～0.04％、Ti：0.010％～0.050％、Cr：0.36％-0.55％、Als：0.010％～0.040％，余量为铁和不可避免的杂质。
本发明所述含Cr高性能管件钢还可含有Mo、Ni、Cu、V元素的一种或多种，其重量百分比为Mo：0％～0.20％、Ni：0％～0.30％、Cu：0％～0.30％、V：0％～0.07％；
所述含Cr高性能管件钢的CEIIW控制在0.43％～0.50％，其中CEIIW＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/15+(Ni+Cu)/5。
本发明成分设计理由：
C是保证强度最为有效的元素，可以提高淬透性和热处理后性能稳定性，保证高温长时间回火时材料强度，因此，碳含量不宜过低；但是，碳含量的增加对材料韧性和焊接性不利，所以，碳含量也不能过高，对高强度管件钢而言，碳控制在0.13％～0.22％较为适宜。
Cr有很强的固溶强化作用，还可以有效提高组织稳定性，在热处理过程中能显著提高淬透性，回火时，增大扩散激活能，阻碍组织和微观结构的变化，提高材料回火稳定性，保证材料在高温长时间回火时仍能具有优异的综合性能；另外，作为一种廉价元素，Cr可以替代钢中Mo、Ni、Mn等元素，在保证材料性能的同时显著降低生产成本，减少成分偏析，但Cr含量过高会使碳当量增加，所以，控制在0.36％～0.55％为宜。
Si可以起到固溶强化作用，但其含量过高会使钢的塑性和韧性降低，其最佳范围是0.10％～0.30％。
Mn可以起到固溶强化作用，还能增加奥氏体稳定性，对提高淬透性也有利，但是，锰含量过高易诱发偏析，因此本发明将Mn含量控制在0.80％～1.30％较为适宜。
Nb、V、Ti可以抑制奥氏体晶粒长大，细化相变组织，同时还能起到析出强化和固溶强化等作用，但其含量过高会影响韧性和焊接性。
Al可以有效降低钢中的氧含量，但Al含量过高会使钢中的夹杂物增加，因此，Als的含量控制在0.01％～0.040％为宜。
Ni、Cu可以起到固溶强化作用，是奥氏体稳定元素，可以提供淬透性，但Ni价格较高、Cu含量过高会使韧性恶化，因此，将其含量控制在0.30％以下为宜。
Mo可以明显提高奥氏体稳定性，促进中低温转变，但是，钼含量过高不但会增加成本，还对材料焊接性有不利影响，因此，应控制其含量在0.20％以下。
本发明的CEIIW控制在0.43％～0.50％，既可以保证钢板的强韧性，有能使钢板具有适宜的可焊性。
本发明所述含Cr高性能管件钢热轧平板的生产方法包括冶炼、炉外精炼、连铸、轧制、冷却及热处理，其特征在于：轧制过程中连铸坯的加热温度1120～1180℃，该加热温度范围可以保证合金元素充分固溶，同时，抑制奥氏体晶粒过分长大；粗轧温度960～1040℃，每道次变形量15％～40％，精轧温度780～920℃，累计变形量55％～75％，通过该工艺轧制可有效细化奥氏体晶粒；轧后冷却速度5～25℃/s，终冷温度400～550℃，之后空冷得到细小、成分均匀的组织结构。
热处理时，控制淬火温度920～1000℃，保温1.0～3min/mm，冷却速度30～80℃/s，回火温度500～700℃，保温3.0～20.0min/mm。淬火加热温度必须保证材料组织有效奥氏体化，合金元素固溶充分，但又要抑制奥氏体晶粒过分长大，淬火加热温度920～1000℃的加热区间较为适宜；淬火冷速30～80℃/s可以保证获得低温转变组织；回火的目的是为了消除淬火组织中的残余应力，改变微观组织结构，促进碳氮化物析出，在保证强度的同时改善材料的韧性和塑性，提高其综合性能，加热保温时间必须保证材料组织均匀性和温度均匀性。
本发明所提供的上述含Cr高性能管件钢，其强度可满足X80级(屈服强度580MPa以上，抗拉强度640MPa以上)或X100级(屈服强度690MPa以上，抗拉强度760MPa以上)管件用钢的要求，其-30℃的冲击韧性大于等于90J，而且在回火温度700℃，保温时间20min/mm的条件下，材料仍能达到以上性能指标，热处理稳定性优异，适用于作为制造油气输送用X80或X100管件的原料。
具体实施方式
下面为本发的几个具体实施例
本发明实施例的化学成分见表1；相应实施例的轧制工艺见表2；调质工艺见表3；调质热处理后的性能见表4。
表1本发明实施例含Cr高性能管件钢的化学成分wt％
| 实施例 | C | Si | Mn | P | S | Cr | Ti | Nb | V | Cu | Ni | Mo | Als | CEIIW |
| 1 | 0.18 | 0.20 | 0.95 | 0.010 | 0.002 | 0.50 | 0.035 | 0.030 | - | - | - | - | 0.024 | 0.438 |
| 2 | 0.22 | 0.12 | 0.91 | 0.008 | 0.002 | 0.36 | 0.011 | 0.012 | - | 0.29 | - | - | 0.014 | 0.463 |
| 3 | 0.17 | 0.28 | 1.06 | 0.010 | 0.002 | 0.55 | 0.048 | 0.015 | 0.06 | - | - | - | 0.024 | 0.469 |
| 4 | 0.15 | 0.22 | 1.30 | 0.008 | 0.001 | 0.46 | 0.029 | 0.031 | - | - | 0.28 | - | 0.026 | 0.478 |
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表2本发明实施例含Cr高性能管件钢的轧制工艺
| 实施例 | 加热温度，℃ | 粗轧温度区间，℃ | 粗轧道次变形量，％ | 精轧温度区间，℃ | 精轧阶段累计变形量，％ | 冷速，℃/s | 终冷温度，℃ |
| 1 | 1140 | 970-1020 | 15-38 | 800-910 | 63 | 20 | 508 |
| 2 | 1170 | 980-1040 | 17-26 | 780-860 | 68 | 9 | 420 |
| 3 | 1140 | 980-1030 | 15-30 | 800-920 | 56 | 22 | 536 |
| 4 | 1140 | 960-1020 | 18-27 | 800-900 | 63 | 16 | 517 |
| 5 | 1120 | 960-1000 | 17-24 | 800-860 | 58 | 16 | 489 |
| 6 | 1150 | 980-1030 | 17-31 | 790-900 | 71 | 17 | 537 |
| 7 | 1180 | 1000-1040 | 18-22 | 780-880 | 74 | 8 | 436 |
表3本发明实施例含Cr高性能管件钢的调质工艺
| 实施例 | 淬火加热温度，℃ | 淬火保温时间，min/mm | 冷却速度，℃/s | 回火加热温度，℃ | 回火保温时间，min/mm |
| 1 | 920 | 2.8 | 47 | 540 | 8 |
| 2 | 950 | 2.4 | 40 | 650 | 12 |
| 3 | 980 | 1.1 | 58 | 580 | 16 |
| 4 | 920 | 2.8 | 36 | 640 | 10 |
| 5 | 1000 | 1.3 | 32 | 700 | 20 |
| 6 | 970 | 1.7 | 79 | 670 | 16 |
| 7 | 950 | 2.3 | 61 | 600 | 5 |
表4本发明实施例含Cr高性能管件钢调质后性能
Claims (3)
1.一种油气输送用含Cr高性能管件用钢，其特征在于，化学成分，重量百分比为C：0.13％～0.22％、Si：0.10％～0.30％、Mn：0.80％～1.30％、Nb：0.01％～0.04％、Ti：0.010％～0.050％、Cr：0.36％～0.55％、Als：0.010％～0.040％，余量为铁和不可避免的杂质，其CEIIW控制在0.43％～0.50％，其中CEIIW＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/15+(Ni+Cu)/5。
2.根据权利要求1所述的一种油气输送用含Cr高性能管件用钢，其特征在于，上述钢中加入Mo、Ni、Cu、V元素的一种或多种，其重量百分比为Mo：0～0.20％、Ni：0～0.30％、Cu：0～0.30％、V：0～0.07％。
3.如权利要求1所述的一种油气输送用含Cr高性能管件用钢的生产方法，包括冶炼、炉外精炼、连铸、轧制、冷却及热处理，其特征在于：
轧制过程中连铸坯的加热温度1120～1180℃，粗轧温度960～1040℃，每道次变形量15％～40％，精轧温度780～920℃，累计变形量55％～75％，轧后冷却速度5～25℃/s，终冷温度400～550℃，之后空冷得到细小成分均匀的组织结构；
热处理时，控制淬火温度920～1000℃，保温1.0～3min/mm，冷却速度30～80℃/s，回火温度500～700℃，保温3.0～20.0min/mm。
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