CN108239720B - 一种x80钢、x80钢板及其三通的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种X80钢、X80钢板及其三通的制备方法。其中,一种X80钢,包括以下元素,每种元素的重量百分比为:C 0.12~0.2%,Si 0.2~0.3%,Mn 0.7~1.0%,P≤0.01%,S≤0.005%,Cr 0.15~0.35%,Mo 0.25~0.35%,Cu 0.5~0.8%,Ni 0.9~1.1%,Nb 0.02~0.04%,Ti≤0.01%,V≤0.02%,控制Mn/C 5~6,Ni/Cu 1.3~2,Nb+V+Ti≤0.05%,Ceq 0.46~0.55%。本发明提供的一种X80钢为制造壁厚不大于90mm的符合X80钢级三通技术指标的三通提供原材料。
Description
技术领域
本发明涉及钢铁领域,特别涉及一种X80钢、X80钢板及其三通的制备方法。
背景技术
管道输送油气因其较其它运输手段具有安全、可靠、经济、节能、高效等优势,所以随着世界石油工业的持续发展,全世界油气管道建设正在飞速发展,其对管材性能的要求也越来越高。
目前大型三通普遍采用在压力机上利用模具热压成形后,再进行淬火和回火的生产工艺。目前应用的最高钢级为X80。
随着对天然气需求量的不断增加,为了提高输送效率,大型管线的建设一直向着高钢级、大管径、高压力的方向发展。比较典型的,以西气东输为例,西气东输一线,该管道直径1016毫米,设计压力为10MPa,西气东输二线,管道直径为1219毫米,设计压力为12Mpa,即将启动的中俄东线等工程,管径将达到1422mm,设计压力为12Mpa。
在同等强度下,管径和设计压力的增大,都需要钢管壁厚增加,以保证足够的承压能力。在钢管的众多产品中,例如直缝管、螺旋管、弯管和三通等,尤其是三通,壁厚计算按照GB/T 50251或ASME B31.8,其壁厚要远高于同等的干线管。
但是,由于三通要经过淬火加回火的工序,三通的强度依赖于在淬火环节,材料在足够的冷速下完成低温组织转变,得到贝氏体或马氏体组织,在回火后得到回火贝氏体或索氏体组织,从而实现较高的强度水平。由于淬火时,温度从外向内传导,壁厚的增加,直接导致壁厚中心处的冷速大幅降低,将致三通性能显著降低。预想达到更高的强度,传统的水冷或盐水冷却已不能满足要求,就必然要采用更快速的冷却方法,如加液氮,但加液氮的冷却工艺方法实施困难且成本高昂,因此,三通的强度与壁厚形成矛盾。
以西气东输二线为例,X80钢级,设计压力12Mpa,管径为1219mm的等径三通,其壁厚为52mm。同等钢级和压力下,1422等径mm三通,如按《GB50251输气管道工程设计规范》设计计算,三通壁厚将达70mm以上。
专利文献:公开号为CN101205594A,名称为《一种X80钢所制管件及其制造工艺》公开的三通的壁厚范围均在60mm以下;公开号为102011064,名称为《一种X80级低温管件用钢及其制备和应用》公开的三通的壁厚范围30-70mm,公开号为CN104894492A,名称为《一种超低温大口径级三通管件专用钢板及其制备方法》公开的三通的壁厚范围30-40mm。并且上述专利文献对淬火冷却速度要求必须大于15℃,增加了三通制造难度,质量控制难度大,淬火必须在快速搅拌的盐水中冷却才能达到,淬火后还需要用清水清洗三通以避免氯离子对钢铁腐蚀。
发明内容
本发明提供一种X80钢、X80钢板及其三通的制备方法,用以解决现有技术中三通在壁厚达到90mm时不能满足X80钢级三通的技术指标。
在第一方面,本发明提供了一种X80钢,适用于制造直径为1016~1422mm、壁厚为40~90mm的X80钢级三通,包括以下元素,每种元素的重量百分比为:
C 0.12~0.2%,Si 0.2~0.3%,Mn 0.7~1.0%,P≤0.01%,S≤0.005%,Cr0.15~0.35%,Mo 0.25~0.35%,Cu 0.5~0.8%,Ni 0.9~1.1%,Nb 0.02~0.04%,Ti≤0.01%,V≤0.02%,控制Mn/C 5~6,Ni/Cu 1.3~2,Nb+V+Ti≤0.05%,Ceq0.46~0.55%。
优选地,每种元素的重量百分比为:
C 0.14%,Si 0.2%,Mn 0.75%,P 0.008%,S≤0.004%,Cr 0.15%,Mo 0.3%,Cu 0.5%,Ni 0.9%,Nb 0.02%,Ti 0.001%,V 0.002%,控制Mn/C 5.4,Ni/Cu 1.8,Nb+V+Ti 0.023%,Ceq 0.46%。
优选地,每种元素的重量百分比为:
C 0.15%,Si 0.25%,Mn 0.9%,P 0.007%,S 0.003%,Cr 0.2%,Mo 0.2%,Cu0.6%,Ni 0.9%,Nb 0.03%,Ti 0.003%,V 0.005%,控制Mn/C 6,Ni/Cu 1.5,Nb+V+Ti0.038%,Ceq 0.48%。
优选地,每种元素的重量百分比为:
C 0.17%,Si 0.28%,Mn 0.9%,P 0.006%,S 0.004%,Cr 0.35%,Mo 0.2%,Cu0.77%,Ni 1.03%,Nb 0.035%,Ti 0.001%,V≤0.001%,控制Mn/C 5.3,Ni/Cu1.34,Nb+V+Ti 0.037,Ceq 0.55%。
在第二方面,本发明提供了一种用上述任一项所述的X80钢制成的钢板,所述钢板的厚度为90mm以下。
在第三方面,本发明提供了一种X80钢级三通的制备方法,适用于制造直径为1016~1422mm、壁厚为40~90mm的X80钢级三通,
将上述任一项所述的钢板压制成形,成形温度为900~1000℃;
淬火热处理,淬火温度为930~1000℃,保温时间为0.5~1.5小时,之后冷却,淬火的冷却介质为水,冷却速度为5~15℃/s;
回火热处理,回火温度为580~650℃,保温时间为2~5小时;
空冷。
具体地,所述X80钢级三通壁厚中心屈服强度大于555MPa,-50℃夏比冲击大于100J。
本发明实施例提供的技术方案的有益效果是:本发明提供的一种X80钢为制造壁厚不大于90mm的符合X80钢级三通技术指标的三通提供原材料。
具体实施方式
为使本发明的技术方案和优点更加清楚,下面将对本发明实施方式作进一步地详细描述。
在本发明的第一方面,本发明提供了一种X80钢,包括以下元素,每种元素的重量百分比为:
C 0.12~0.2%,Si 0.2~0.3%,Mn 0.7~1.0%,P≤0.01%,S≤0.005%,Cr0.15~0.35%,Mo 0.25~0.35%,Cu 0.5~0.8%,Ni 0.9~1.1%,Nb 0.02~0.04%,Ti≤0.01%,V≤0.02%,控制Mn/C 5~6,Ni/Cu 1.3~2(Ni与Cu的重量比为1.3~2),Nb+V+Ti≤0.05%(Nb、V和Ti的重量百分比之和小于等于0.05%),Ceq0.46~0.55%。
本发明提供的X80钢的原理为:
碳元素是提高钢强度的有效元素,随着碳含量的增加,钢的强度大幅增加,但过高C含量焊接性能及韧性变差,因此本发明选用C含量为0.12~0.2%,使得钢板具有良好的强韧性同时具有较好的焊接性能。
锰元素可以降低奥氏体转变温度,细化铁素体晶粒,对提高钢板强度和韧性有益,同时还能固溶强化铁素体和增加钢的淬透性。过高Mn会形成偏析带,在热处理过程促进P等杂质元素的偏析,造成低温韧性下降。本发明选用Mn含量为0.7~1%,同时控制Mn与C的重量比为5~6,淬火时产生细小低碳马氏体,为回火提供基础。
铜元素含量为0.5~0.8%,主要是在此范围内Cu在回火时析出均匀细小ε-Cu可以大幅度提高钢的强度和低温韧性。
镍是能提高钢的强度同时改善钢低温韧性最有效的元素,但成本较高,Ni含量在0.9~1.1%;控制Ni与Cu的重量比为1.3~2可以避免加热或热轧时产生低熔点Cu析出裂纹。
Mo和Cr能够细化晶粒提高钢的强度和韧性,Mo可以防止钢的回火脆性,但过高的Mo和Cr导致钢的低温韧性过低,因此控制Cr和Mo的重量百分比分别为0.15~0.35%和0.25~0.35%。
Nb、V和Ti是最重要微合金化元素,在控轧管线钢起到决定性作用,可以说没有Nb、V和Ti的添加就没有高等级高性能的管线钢,但在X80钢级三通这种调质钢中应严格控制他们的含量,原因是在淬火冷却时Nb、V和Ti会促进贝氏体形成,回火时不利于均匀索氏体形成,此外高温回火沉淀出碳氮化物降低钢的低温韧性,本发明仅加少量的Nb细化晶粒,严格控制V和Ti含量且Nb+V+Ti的重量百分比小于0.05。
由原理可知,本发明提供的一种X80钢为制造壁厚不大于90mm的符合X80钢级三通技术指标的三通提供原材料。
在本发明的一种具体实施方式中,每种元素的重量百分比为:C 0.14%,Si0.2%,Mn 0.75%,P 0.008%,S≤0.004%,Cr 0.15%,Mo 0.3%,Cu 0.5%,Ni 0.9%,Nb0.02%,Ti 0.001%,V 0.002%,控制Mn/C 5.4,Ni/Cu 1.8,Nb+V+Ti0.023%,Ceq 0.46%。
在本发明的另一种具体实施方式中,每种元素的重量百分比为:
C 0.15%,Si 0.25%,Mn 0.9%,P 0.007%,S 0.003%,Cr 0.2%,Mo 0.2%,Cu0.6%,Ni 0.9%,Nb 0.03%,Ti 0.003%,V 0.005%,控制Mn/C 6,Ni/Cu 1.5,Nb+V+Ti0.038%,Ceq 0.48%。
在本发明的再一种具体实施方式中,每种元素的重量百分比为:C 0.17%,Si0.28%,Mn 0.9%,P 0.006%,S 0.004%,Cr 0.35%,Mo 0.2%,Cu 0.77%,Ni1.03%,Nb0.035%,Ti 0.001%,V≤0.001%,控制Mn/C 5.3,Ni/Cu 1.34,Nb+V+Ti0.037,Ceq0.55%。
在本发明的第二方面,本发明还提供了一种利用上述任一项所说的X80钢制成的钢板,该钢板的厚度为90mm以下,为制造壁厚为90mm的X80钢级三通提供钢板。
在本发明的第三方面,本发明还提供了一种X80钢级三通的制备方法,
将上述任一项所说的钢板压制成形,成形温度为900~1000℃;
淬火热处理,淬火温度为930~1000℃,保温时间为0.5~1.5小时,之后冷却,冷却速度大于5℃/s;
回火热处理,回火温度为580~650℃,保温时间为2~5小时;
空冷。
本领域技术人员可以采用现有技术将钢板压制成三通,本发明在此不作赘述。
本发明提供的一种X80钢级三通的制备方法的淬火冷却速度大于5℃/s,在水中淬火冷却,淬火冷却速度大于5℃,即可满足X80钢级三通性能要求且最大壁厚可以达到90mm。
用水作为淬火的冷却介质,相对于液氮作为冷却介质实施方便且成本低很多,相对于盐水如氯化钠作为冷却介质不会引入氯离子腐蚀钢铁。
本发明所用到的水可以为自来水、蒸馏水或去离子水等。
在实际操作中,三通在水中的冷却速度为5~15℃/s。
利用本发明提供的X80钢级三通的制备方法,可以制造出直径为1016~1422mm、壁厚为40~90mm的X80钢级三通。
利用本发明提供的的X80钢级三通的制备方法制造的X80钢级三通壁厚中心屈服强度大于555MPa,-50℃夏比冲击大于100J。
实施例1
以成分(重量百分比)为C 0.14%,Si 0.2%,Mn 0.75%,P 0.008%,S≤0.004%,Cr 0.15%,Mo 0.3%,Cu 0.5%,Ni 0.9%,Nb 0.02%,Ti 0.001%,V 0.002%,控制Mn/C5.4Ni/Cu 1.8,Nb+V+Ti=0.023,Ceq 0.46%的X80钢所制成的42mm厚控扎钢板,压制成1016-610mm三通,成形温度为900-1000℃。最终热处理工艺为:淬火温度930℃,升温速度为200℃/h,保温时间1小时,自来水冷却,冷却速度10℃/s,回火温度650℃,升温速度100℃/h,保温时间3小时,空冷。
实施例1制造的三通的性能详见表1。
实施例2
以成分(重量百分比)为C 0.15%,Si 0.25%,Mn 0.9%,P 0.007%,S 0.003%,Cr 0.2%,Mo 0.2%,Cu 0.6%,Ni 0.9%,Nb 0.03%,Ti 0.003%,V 0.005%,控制Mn/C6,Ni/Cu 1.5,Nb+V+Ti=0.038,Ceq 0.48%的X80钢所制成的70mm厚控扎钢板,压制成1219-1016mm三通,成形温度为900-1000℃。最终热处理工艺为:淬火温度950℃,升温速度为200℃/h,保温时间1小时,普通水冷却,冷却速度10℃/s,回火温度600℃,升温速度100℃/h,保温时间3小时,空冷。
实施例2制造的三通的性能详见表1。
实施例3
以成分(重量百分比)为C 0.17%,Si 0.28%,Mn 0.9%,P 0.006%,S 0.004%,Cr 0.35%,Mo 0.2%,Cu 0.77%,Ni 1.03%,Nb 0.035%,Ti 0.001%,V≤0.001%,控制Mn/C 5.3,Ni/Cu 1.34,Nb+V+TI=0.037,Ceq 0.55%的X80钢所制成的85mm厚控扎钢板,压制成1422-1422mm三通,成形温度为900-1000℃。最终热处理工艺为:淬火温度980℃,升温速度为200℃/h,保温时间1小时,普通水冷却,冷却速度10℃/s,回火温度580℃,升温速度为100℃/h,保温时间5小时,空冷。实施例3制造的三通的性能详见表1。
表1实施例1-3制造的三通的性能
实施例 | 屈服强度/MPa | 抗拉强度/MPa | -50℃冲击功/J |
1 | 630 | 720 | 151 |
2 | 609 | 690 | 187 |
3 | 603 | 702 | 164 |
由表1可知,利用本发明的X80钢级三通的制备方法制造的三通符合X80钢级三通所规定的技术指标。
以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本发明的技术方案,并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种X80钢,其特征在于,包括以下元素,每种元素的重量百分比为:
C 0.17%,Si 0.28%,Mn 0.9%,P 0.006%,S 0.004%,Cr 0.35%,Mo 0.2%,Cu0.77%,Ni 1.03%,Nb 0.035%,Ti 0.001%,V≤0.001%,控制Mn/C 5.3,Ni/Cu 1.34,Nb+V+Ti 0.037,Ceq 0.55%,余量为Fe。
2.一种利用如权利要求1所述的X80钢制成的钢板,其特征在于,所述钢板的厚度为85mm。
3.一种X80钢级三通的制备方法,其特征在于,
将如权利要求2所述的钢板压制成形,成形温度为900~1000℃;
淬火热处理,淬火温度为980℃,保温时间为1小时,之后冷却,冷却速度10℃/s;
回火热处理,回火温度为580℃,保温时间为5小时;
空冷。
4.根据权利要求3所述的X80钢级三通的制备方法,淬火的冷却介质为水。
5.根据权利要求3所述的X80钢级三通的制备方法,其特征在于,所述X80钢级三通壁厚中心屈服强度603MPa,-50℃夏比冲击164J。
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