CN111187993A - 一种高强度高低温韧性输气管道压缩机配套稀土法兰用钢及其生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高强度高低温韧性输气管道压缩机配套稀土法兰用钢，其化学成分为C：0.11‑0.14％、Si：0.15‑0.30％、Mn：1.30‑1.45％、P≤0.010％、S≤0.003％、Nb：0.030‑0.050％、V：0.050‑0.070％、Cr：0.15‑0.25％、Ti：0.010‑0.020％、Alt：0.020‑0.050％、Ca：0.0010‑0.0030％、Ce≤0.0012％、H≤2ppm、O≤30ppm、N≤50ppm。本发明的铸坯经锻造热处理后得到细化均匀的组织，大大提高钢的低温韧性，改善钢的综合性能，从而得到一种高强度高低温冲击韧性、综合性能优良的稀土法兰。

Description

一种高强度高低温韧性输气管道压缩机配套稀土法兰用钢及 其生产工艺

技术领域

本发明涉及钢铁冶金领域，尤其涉及一种高强度高低温韧性输气管道压缩机配套稀土法兰用钢及其生产工艺。

背景技术

法兰是一种连接件，是轴与轴之间相互连接的零件，用于管端之间的连接，通常是盘状，主要用来连接管路。由于法兰具有良好的综合性能，法兰作为大型成套装置中重要组成部分，被广泛用于电站、化工、石油、长输管线、造船、核工业、各种低温工程等。

管线压缩机作为天然气管道输送的动力来源及核心设备，主要功能是为管道内的天然气增压，以保证燃气轮机能够在最恶劣的天气条件下提供足够的功率，常被比喻为天然气管道输送的心脏。为了提高输气效率，天然气长输管道沿线需要建设一系列的压缩机站，以提高管线气体压力，国内目前规模最大的西气东输管道系统拥有众多的压缩机站。由于下游分输用户的持续增加，供气需求量的逐年增大，提高输量和管道平稳高效供气可靠性势在必行。为了提高输气效率，天然气管道和压缩机站的建设和改造也在大量进行，大部分压缩机站建设在自然条件艰苦的无人区和交通不便的地区，要经受高寒、高湿度、风沙等恶劣的运行环境，最低温度为-60℃，若管线连接件不符合要求会引起燃料气泄露，对管道连接法兰提出很高要求。压缩机配套法兰属高压力结构件，要求其具有高强度、高低温韧性，满足不同于常规法兰的性能要求，对原料有很高的要求。

稀土元素因其独特的外层电子结构而具有极强的化学活性、价态可变和大原子尺寸等特性，成为钢的深度净化剂、夹杂物的变质剂和高附加值钢铁材料重要的微合金元素。稀土的加入可深度降低钢中氧和硫的含量，降低磷、硫、氢等低熔点元素的有害作用，改变夹杂物的性质、形态和分布，改善铸坯质量，有效改善钢的低温韧性，提高钢的综合性能。

专利公开号CN 104630638 A公布了一种法兰用钢，其化学成分为C：0.15-0.16％，Si：0.30-0.40％，Mn：1.20-1.40％，Cr：0.20-0.60％，P：≤0.020％，S：≤0.0030％，V：0.02-0.03％，Nb：0.02-0.04％，Al：0.040-0.050％，N：≤0.012％，O≤0.002％。该发明风电法兰具有高强度、高韧性和良好的焊接性能。但该发明只提供了化学成分，并未提供生产方法和具体性能数据，无法证明具有高强度、高韧性和良好的焊接性能，不具备说服力，且与本发明中的输气管道压缩机配套稀土法兰用钢不同。

专利公开号CN 104630409 A公布了一种法兰用钢的生产方法，经过铁水预处理、转炉冶炼、吹氢处理、精炼、真空脱气处理、连铸、堆冷工序生产制得，方法简单，成材率较高，且具有低成本、低能耗、快节奏的特点。但该发明中并未提供具体的化学成分和力学性能，无法证明成分的合适性和高强度、高韧性，且该发明中风电法兰用钢与本发明中的输气管道压缩机配套稀土法兰用钢不同。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种高强度高低温韧性输气管道压缩机配套稀土法兰用钢及其生产工艺。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种高强度高低温韧性输气管道压缩机配套稀土法兰用钢，包括如下质量百分比的化学成分：C：0.11-0.14％、Si：0.15-0.30％、Mn：1.30-1.45％、P：≤0.010％、S：≤0.003％、Nb：0.030-0.050％、V：0.050-0.070％、Cr：0.15-0.25％、Ti：0.010-0.020％、Alt：0.020-0.050％、Ca：0.0010-0.0030％、Ce：≤0.0012％、H：≤2ppm、O：≤30ppm、N：≤50ppm，余量为Fe和不可避免的杂质。

进一步的，包括如下质量百分比的化学成分：C：0.13％、Si：0.23％、Mn：1.38％、P：0.008％、S：0.001％、Nb：0.045％、V：0.060％、Cr：0.20％、Ti：0.013％、Alt：0.034％、Ca：0.0018％、Ce：0.0008％、H：0.00012％、O：0.0022％、N：0.0036％，余量为Fe和不可避免的杂质。

进一步的，包括如下质量百分比的化学成分：C：0.12％、Si：0.20％、Mn：1.35％、P：0.010％、S：0.002％、Nb：0.038％、V：0.066％、Cr：0.18％、Ti：0.015％、Alt：0.040％、Ca：0.0022％、Ce：0.0010％、H：0.00010％、O：0.0015％、N：0.0031％，余量为Fe和不可避免的杂质。

进一步的，包括如下质量百分比的化学成分：C：0.14％、Si：0.28％、Mn：1.42％、P：0.009％、S：0.001％、Nb：0.042％、V：0.058％、Cr：0.22％、Ti：0.016％、Alt：0.042％、Ca：0.0025％、Ce：0.0007％、H：0.00015％、O：0.0020％、N：0.0040％，余量为Fe和不可避免的杂质。

一种高强度高低温韧性输气管道压缩机配套稀土法兰用钢的生产工艺，包括：

冶炼和连铸：铁水预处理-转炉顶底复吹冶炼-LF炉外精炼-RH真空脱气-板坯连铸-堆垛缓冷；

1)、冶炼

冶炼过程采用KR法脱硫铁水，入转炉铁水硫含量≤0.002％；转炉冶炼时，采用自产低硫废钢，出钢温度≥1620℃；LF精炼和RH真空处理保证钢水洁净度，LF精炼采用大渣量进行造渣脱硫，保证S≤0.003％，精炼过程加入铌铁、铬铁。RH真空处理时间大于20min，真空处理前期加入钒铁、钛铁，真空处理15min时添加稀土铈铁合金，加入量≤30ppm，；RH真空处理保证钢水深真空循环时间，真空处理后进行钙处理，喂丝后钢水Ca含量为0.0010-0.0030％，氩气软吹时间大于12min，使夹杂物充分变性和上浮；

2)、连铸

板坯连铸时全程保护浇注，过热度控制在15-25℃，拉速为0.75-0.95m/min，并采用动态轻压下等技术，减少连铸坯中心偏析，中心偏析控制在C3.0以内。

进一步的，所述稀土铈铁合金的Ce含量为10％-30％。

与现有技术相比，本发明的有益技术效果：

本发明通过合理的成分设计，添加微量的稀土合金，减少贵重合金加入量，降低成本，同时有效改善铸坯组织和夹杂物形态，铸坯组织晶粒边缘圆滑均匀，夹杂物为球形的稀土复合夹杂物，铸坯经锻造热处理后得到细化均匀的组织，大大提高钢的低温韧性，改善钢的综合性能，从而可以得到一种高强度高低温冲击韧性、综合性能优良的稀土法兰。

附图说明

下面结合附图说明对本发明作进一步说明。

图1为本发明实施例中试验钢的-60℃冲击断口形貌示意图。

具体实施方式

铸坯的化学成分重量百分比见表1。

铁水预处理工艺：采用KR法铁水预处理，铁水脱硫后保证足够的扒渣率，入转炉铁水硫含量≤0.003％。

转炉冶炼工艺：转炉冶炼时，采用自产低硫废钢，要求铁水温度＞1300℃，转炉终点一次命中或补吹次数不超过一次，出钢温度≥1620℃，出钢过程加入优质硅铁、锰铁，采用自动下渣检测。

LF精炼工艺：精炼过程中全程吹氩，根据钢水中氧含量加入适量造渣剂进行造渣，保证S≤0.003％，LF精炼处理时加入铌铁、铬铁进行成分调整，根据实际情况调节加热电流和吹氩量。

RH真空处理工艺：RH真空处理时间保证大于20min，真空处理前期加入钒铁、钛铁，真空处理结束前5min添加稀土Fe-Ce合金，元素Ce含量为10％-30％之间，加入量≤30ppm。RH真空处理保证钢水深真空循环时间，真空处理后进行钙处理，调整气体流量使钢水处于软吹状态，喂入Si-Ca线进行钙处理，喂丝后钢水Ca为0.0010～0.0030％，喂丝后保证软吹时间不小于12min，使夹杂物充分变性和上浮。RH真空处理测H，取O、N样，其中[H]≤2ppm、[O]≤30ppm、[N]≤50ppm。

连铸工艺：板坯连铸时全程保护浇注，过热度控制为20±5℃，保持稳定的拉速，拉速为0.75-0.95m/min，并采用动态轻压下等技术，以减少连铸坯中心偏析，中心偏析不大于C 3.0级。铸坯气体含量要求[H]≤2ppm、[O]≤30ppm、[N]≤50ppm。稀土Ce收得率为40％左右，稀土Ce含量≤12ppm。

铸坯经过锻造、热处理，最后加工即可得到所述稀土法兰。

表1本发明实施例化学成分 (wt％)

对本发明实施例试验钢经锻造热处理后进行力学性能检验，检验结果见表2。

表2本发明实施例试验钢的力学性能

如图1所示，为本发明实施例中试验钢的-60℃冲击断口形貌，断口形貌为韧窝型。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种高强度高低温韧性输气管道压缩机配套稀土法兰用钢，其特征在于，包括如下质量百分比的化学成分：C：0.11-0.14％、Si：0.15-0.30％、Mn：1.30-1.45％、P：≤0.010％、S：≤0.003％、Nb：0.030-0.050％、V：0.050-0.070％、Cr：0.15-0.25％、Ti：0.010-0.020％、Alt：0.020-0.050％、Ca：0.0010-0.0030％、Ce：≤0.0012％、H：≤2ppm、O：≤30ppm、N：≤50ppm，余量为Fe和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的高强度高低温韧性输气管道压缩机配套稀土法兰用钢，其特征在于，包括如下质量百分比的化学成分：C：0.13％、Si：0.23％、Mn：1.38％、P：0.008％、S：0.001％、Nb：0.045％、V：0.060％、Cr：0.20％、Ti：0.013％、Alt：0.034％、Ca：0.0018％、Ce：0.0008％、H：0.00012％、O：0.0022％、N：0.0036％，余量为Fe和不可避免的杂质。

3.根据权利要求1所述的高强度高低温韧性输气管道压缩机配套稀土法兰用钢，其特征在于，包括如下质量百分比的化学成分：C：0.12％、Si：0.20％、Mn：1.35％、P：0.010％、S：0.002％、Nb：0.038％、V：0.066％、Cr：0.18％、Ti：0.015％、Alt：0.040％、Ca：0.0022％、Ce：0.0010％、H：0.00010％、O：0.0015％、N：0.0031％，余量为Fe和不可避免的杂质。

4.根据权利要求1所述的高强度高低温韧性输气管道压缩机配套稀土法兰用钢，其特征在于，包括如下质量百分比的化学成分：C：0.14％、Si：0.28％、Mn：1.42％、P：0.009％、S：0.001％、Nb：0.042％、V：0.058％、Cr：0.22％、Ti：0.016％、Alt：0.042％、Ca：0.0025％、Ce：0.0007％、H：0.00015％、O：0.0020％、N：0.0040％，余量为Fe和不可避免的杂质。

5.根据权利要求1所述的高强度高低温韧性输气管道压缩机配套稀土法兰用钢的生产工艺，其特征在于，包括：

冶炼和连铸：铁水预处理-转炉顶底复吹冶炼-LF炉外精炼-RH真空脱气-板坯连铸-堆垛缓冷；

1)、冶炼

冶炼过程采用KR法脱硫铁水，入转炉铁水硫含量≤0.002％；转炉冶炼时，采用自产低硫废钢，出钢温度≥1620℃；LF精炼和RH真空处理保证钢水洁净度，LF精炼采用大渣量进行造渣脱硫，保证S≤0.003％，精炼过程加入铌铁、铬铁。RH真空处理时间大于20min，真空处理前期加入钒铁、钛铁，真空处理15min时添加稀土铈铁合金，加入量≤30ppm，；RH真空处理保证钢水深真空循环时间，真空处理后进行钙处理，喂丝后钢水Ca含量为0.0010-0.0030％，氩气软吹时间大于12min，使夹杂物充分变性和上浮；

2)、连铸

板坯连铸时全程保护浇注，过热度控制在15-25℃，拉速为0.75-0.95m/min，并采用动态轻压下等技术，减少连铸坯中心偏析，中心偏析控制在C3.0以内。

6.根据权利要求5所述的生产工艺，其特征在于，所述稀土铈铁合金的Ce含量为10％-30％。

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