CN109023077B - 09MnNiD低温用高纯净钢 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了09MnNiD低温用高纯净钢，其特征在于：所述高纯净钢的化学组分的重量百分比为：C：0.03‑0.12％、Si：0.20‑0.75％、Mn：0.3‑2.4％、P：≤0.01％、S：≤0.01％、Ni：0.05‑0.8％、Nb：0.04‑0.15％、Als：0.005‑0.012％、V：0.002‑0.015％，其余为Fe，高纯净钢中Mn的重量百分比含量/C的重量百分比含量为10‑20。本发明在传统的09MnNiD钢的基础上引入少了V元素，并且在生产的过程中在钢表面制备致密的纳米石墨烯保护层，使得制成的钢在‑70℃环境下在确保强度的同时具有更好的耐冲击性；采用超低温淬火工艺使得制成的钢在超低温条件下仍然能够保证较高的强度和耐磨性。

Description

09MnNiD低温用高纯净钢
技术领域：
本发明属于耐低温钢材技术领域，特别涉及09MnD低温用高纯净钢。
背景技术：
管件用钢主要用于长输管线工程项目中的压气站、输配气站场、三通等项目中，在其生产过程中，需要经过加热、鼓包、拉拔等热成型过程，然后整体回火热处理，因此，通常要求材料经过调质处理后，管件用钢的性能仍旧能够满足项目要求。但对于一些高寒地带下使用的管件用钢，极限使用温度一般在-70℃左右，普通管件用钢难以满足要求，急需具有更好低温韧性的管件用钢板。目前低温管件用钢通常不能在保证钢的屈服强度、抗拉强度的同时满足-70℃以下的环境长期使用。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容：
本发明的目的在于提供09MnNiD低温用高纯净钢，从而克服上述现有技术中的缺陷。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
09MnNiD低温用高纯净钢，所述高纯净钢的化学组分的重量百分比为：C：0.03-0.12％、Si：0.20-0.75％、Mn：0.3-2.4％、P：≤0.01％、S：≤0.01％、Ni：0.05-0.8％、Nb：0.04-0.15％、Als：0.005-0.012％、V：0.002-0.015％，其余为Fe，高纯净钢中Mn的重量百分比含量/C的重量百分比含量为10-20，所述高纯净钢的生产工艺如下步骤：
(1)冶炼铸钢，以废铁和生铁为原料，经电弧炉熔炼、钢包精炼、VD真空脱气制成钢坯后将钢坯放置于酸性溶液中除去表面的脏污及油渍；
(2)表面处理，将步骤(1)得到的钢坯放入到化学气象沉积(CVD)炉中，抽真空至5mTorr以下，将炉温升至980-1100℃，通入H2退火20-30min，再通入碳源气体CH4气体或者C2H2气体进行表面处理，在钢坯表面生成致密的纳米石墨烯保护层，处理时间为50-80min，通入惰性气体对钢坯进行降温，降温时间为5-10min；
(3)连续正火处理，将步骤(2)得到的钢坯转入到加热炉中加热到1040-1250℃正火处理60-120min；再以50℃/min的速度将加热炉温度降到800-850℃，继续正火处理40-60min；
(4)超低温淬火处理，将步骤(3)得到的钢坯放入到真空容器中，往真空容器中通入2bar-6bar的液氮，此时真空容器内的温度为(-20℃)-(-80℃)，淬火处理的时间为35-120s；
(5)回火处理，将经过步骤(4)处理的钢坯重新放入到加热炉中，加热到450-600℃回火处理50-100min；
(6)自然冷却，将经过步骤(5)处理的钢放置于空气中冷却至室温。
所述高纯净钢的化学组分的重量百分比为：C：0.08％、Si：0.55％、Mn：1.2％、P：0.008％、S：0.008％、Ni：0.6％、Nb：0.08％、Als：0.01％、V：0.012％，其余为Fe。
所述步骤(2)表面处理时碳源气体选用CH4气体，H2气体和CH4气体的流量比为1:2.5。
所述步骤(2)表面处理中碳源气体的流量与惰性气体的流量比例为1：(2-10)。
所述步骤(2)表面处理形成的纳米石墨烯保护层的石墨烯层数为1-5层。
所述步骤(3)连续正火处理时先将钢坯转入到加热炉中加热到1100℃正火处理80min；再以50℃/min的速度将加热炉温度降到800℃，继续正火处理45min。
所述步骤(4)超低温淬火处理时钢坯放入到真空容器中，往真空容器中通入5bar的液氮，此时真空容器内的温度为-50℃，淬火处理的时间为80s。
采用本发明的技术方案的有益效果是：
本发明在传统的09MnNiD钢的基础上引入少了V元素，并且在生产的过程中在钢表面制备致密的纳米石墨烯保护层，使得制成的钢在-70℃环境下在确保强度的同时具有更好的耐冲击性；采用超低温淬火工艺使得制成的钢在超低温条件下仍然能够保证较高的强度和耐磨性。
附图说明：
图1为本发明的刚纯净钢的生产工艺流程图。
具体实施方式：
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
09MnNiD低温用高纯净钢，所述高纯净钢的化学组分的重量百分比为：C：0.08％、Si：0.55％、Mn：1.2％、P：0.008％、S：0.008％、Ni：0.6％、Nb：0.08％、Als：0.01％、V：0.012％，其余为Fe，所述高纯净钢的生产工艺如下步骤：
(1)冶炼铸钢，以废铁和生铁为原料，经电弧炉熔炼、钢包精炼、VD真空脱气制成钢坯后将钢坯放置于酸性溶液中除去表面的脏污及油渍；
(2)表面处理，将步骤(1)得到的钢坯放入到化学气象沉积(CVD)炉中，抽真空至5mTorr以下，将炉温升至980℃，通入H2退火20min，再通入碳源气体CH4气体进行表面处理，在钢坯表面生成致密的纳米石墨烯保护层，处理时间为60min，通入惰性气体对钢坯进行降温，降温时间为5min，石墨烯保护层的层数为5层；
(3)连续正火处理，将步骤(2)得到的钢坯转入到加热炉中加热到1100℃正火处理80min；再以50℃/min的速度将加热炉温度降到800℃，继续正火处理45min；
(4)超低温淬火处理，将步骤(3)得到的钢坯放入到真空容器中，往真空容器中通入5bar的液氮，此时真空容器内的温度为-50℃，淬火处理的时间为80s；
(5)回火处理，将经过步骤(4)处理的钢坯重新放入到加热炉中，加热到450℃回火处理80min；
(6)自然冷却，将经过步骤(5)处理的钢放置于空气中冷却至室温。
实施例2
09MnNiD低温用高纯净钢，所述高纯净钢的化学组分的重量百分比为：C：0.1％、Si：0.5％、Mn：1.5％、P：0.01％、S：0.008％、Ni：0.8％、Nb：1.0％、Als：0.05％，其余为Fe，所述高纯净钢的生产工艺如下步骤：
(1)冶炼铸钢，以废铁和生铁为原料，经电弧炉熔炼、钢包精炼、VD真空脱气制成钢坯后将钢坯放置于酸性溶液中除去表面的脏污及油渍；
(2)表面处理，将步骤(1)得到的钢坯放入到化学气象沉积(CVD)炉中，抽真空至5mTorr以下，将炉温升至1000℃，通入H2退火25min，再通入碳源气体C2H2气体进行表面处理，在钢坯表面生成致密的纳米石墨烯保护层，处理时间为50min，通入惰性气体对钢坯进行降温，降温时间为10min，石墨烯保护层的层数为2层；
(3)连续正火处理，将步骤(2)得到的钢坯转入到加热炉中加热到1040℃正火处理100min；再以50℃/min的速度将加热炉温度降到850℃，继续正火处理40min；
(4)超低温淬火处理，将步骤(3)得到的钢坯放入到真空容器中，往真空容器中通入3bar的液氮，此时真空容器内的温度为-80℃，淬火处理的时间为50s；
(5)回火处理，将经过步骤(4)处理的钢坯重新放入到加热炉中，加热到600℃回火处理60min；
(6)自然冷却，将经过步骤(5)处理的钢放置于空气中冷却至室温。
实施例3
09MnNiD低温用高纯净钢，所述高纯净钢的化学组分的重量百分比为：C：0.08％、Si：0.55％、Mn：1.2％、P：0.008％、S：0.008％、Ni：0.6％、Nb：0.08％、Als：0.01％、V：0.012％，其余为Fe，所述高纯净钢的生产工艺如下步骤：
(1)冶炼铸钢，以废铁和生铁为原料，经电弧炉熔炼、钢包精炼、VD真空脱气制成钢坯后将钢坯放置于酸性溶液中除去表面的脏污及油渍；
(2)连续正火处理，将步骤(1)得到的钢坯转入到加热炉中加热到1200℃正火处理60min；再以50℃/min的速度将加热炉温度降到800℃，继续正火处理45min；
(3)超低温淬火处理，将步骤(2)得到的钢坯放入到真空容器中，往真空容器中通入5bar的液氮，此时真空容器内的温度为-50℃，淬火处理的时间为100s；
(4)回火处理，将经过步骤(3)处理的钢坯重新放入到加热炉中，加热到450℃回火处理80min；
(5)自然冷却，将经过步骤(4)处理的钢放置于空气中冷却至室温。
对比实施例
09MnNiD低温用高纯净钢，所述高纯净钢的化学组分的重量百分比为：C：0.1％、Si：0.5％、Mn：1.5％、P：0.01％、S：0.008％、Ni：0.8％、Nb：1.0％、Als：0.05％，其余为Fe，所述高纯净钢的生产工艺如下步骤：
(1)冶炼铸钢，以废铁和生铁为原料，经电弧炉熔炼、钢包精炼、VD真空脱气制成钢坯后将钢坯放置于酸性溶液中除去表面的脏污及油渍；
(2)连续正火处理，将步骤(1)得到的钢坯转入到加热炉中加热到1100℃正火处理80min；再以50℃/min的速度将加热炉温度降到800℃，继续正火处理45min；
(3)回火处理，将经过步骤(2)处理的钢坯重新放入到加热炉中，加热到600℃回火处理60min；
(4)自然冷却，将经过步骤(3)处理的钢放置于空气中冷却至室温。
对实施例1、实施例2、实施例3以及对比实施例的钢材进行力学性能以及耐低温性能进行测试，测试结果如下表：
Figure GDA0002352241180000061
Figure GDA0002352241180000071
其中实施例1、实施例2、实施例3、对比实施例均制成直径为20mm、壁厚为2.5mm的钢管进行测试；
从实验结果看本发明在传统的09MnNiD钢的基础上引入少了V元素，并且在生产的过程中在钢表面制备致密的纳米石墨烯保护层，能够使得制成的钢在-70℃环境下在确保强度的同时具有更好的耐冲击性；采用超低温淬火工艺使得制成的钢在超低温条件下仍然能够保证较高的强度和硬度。
尽管上述实施例已对本发明的技术方案进行了详细地描述，但是本发明的技术方案并不限于以上实施例，在不脱离本发明的思想和宗旨的情况下，对本发明的技术方案所做的任何改动将落入本发明的权利要求书所限定的范围。

Claims (7)

1.09MnNiD低温用高纯净钢，其特征在于：所述高纯净钢的化学组分的重量百分比为：C：0.03-0.12％、Si：0.20-0.75％、Mn：0.3-2.4％、P：≤0.01％、S：≤0.01％、Ni：0.05-0.8％、Nb：0.04-0.15％、Als：0.005-0.012％、V：0.002-0.015％，其余为Fe，高纯净钢中Mn的重量百分比含量/C的重量百分比含量为10-20，所述高纯净钢的生产工艺如下步骤：
(1)冶炼铸钢，以废铁和生铁为原料，经电弧炉熔炼、钢包精炼、VD真空脱气制成钢坯后将钢坯放置于酸性溶液中除去表面的脏污及油渍；
(2)表面处理，将步骤(1)得到的钢坯放入到化学气象沉积(CVD)炉中，抽真空至5mTorr以下，将炉温升至980-1100℃，通入H2退火20-30min，再通入碳源气体CH4气体或者C2H2气体进行表面处理，在钢坯表面生成致密的纳米石墨烯保护层，处理时间为50-80min，通入惰性气体对钢坯进行降温，降温时间为5-10min；
(3)连续正火处理，将步骤(2)得到的钢坯转入到加热炉中加热到1040-1250℃正火处理60-120min；再以50℃/min的速度将加热炉温度降到800-850℃，继续正火处理40-60min；
(4)超低温淬火处理，将步骤(3)得到的钢坯放入到真空容器中，往真空容器中通入2bar-6bar的液氮，此时真空容器内的温度为(-20℃)-(-80℃)，淬火处理的时间为35-120s；
(5)回火处理，将经过步骤(4)处理的钢坯重新放入到加热炉中，加热到450-600℃回火处理50-100min；
(6)自然冷却，将经过步骤(5)处理的钢放置于空气中冷却至室温。
2.根据权利要求1所述的09MnNiD低温用高纯净钢，其特征在于：所述高纯净钢的化学组分的重量百分比为：C：0.08％、Si：0.55％、Mn：1.2％、P：0.008％、S：0.008％、Ni：0.6％、Nb：0.08％、Als：0.01％、V：0.012％，其余为Fe。
3.根据权利要求1所述的09MnNiD低温用高纯净钢，其特征在于：所述步骤(2)表面处理时碳源气体选用CH4气体，H2气体和CH4气体的流量比为1:2.5。
4.根据权利要求1所述的09MnNiD低温用高纯净钢，其特征在于：所述步骤(2)表面处理中碳源气体的流量与惰性气体的流量比例为1：(2-10)。
5.根据权利要求1所述的09MnNiD低温用高纯净钢，其特征在于：所述步骤(2)表面处理形成的纳米石墨烯保护层的石墨烯层数为1-5层。
6.根据权利要求1所述的09MnNiD低温用高纯净钢，其特征在于：所述步骤(3)连续正火处理时先将钢坯转入到加热炉中加热到1100℃正火处理80min；再以50℃/min的速度将加热炉温度降到800℃，继续正火处理45min。
7.根据权利要求1所述的09MnNiD低温用高纯净钢，其特征在于：所述步骤(4)超低温淬火处理时钢坯放入到真空容器中，往真空容器中通入5bar的液氮，此时真空容器内的温度为-50℃，淬火处理的时间为80s。
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