石油容器支架用鋼及其生產(chǎn)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種石油容器支架用鋼及其生產(chǎn)方法。當(dāng)前石油容器支架用鋼多使用Q345系列的鋼種，該系列的鋼種強(qiáng)度偏低，韌性特別是低溫韌性較差，耐大氣腐蝕性能也不能滿足使用要求，安全服役期限較短。本發(fā)明的組成包括：碳、硅、錳、磷、硫、銅、鉻、鎳、鋁、鐵，其特征是：各種組分的質(zhì)量百分含量為：碳0.14～0.16%、硅≤0.03%、錳1.8～2.0%、磷0.03～0.07%、硫≤0.01%、銅0.3～0.6%、鉻0.7～0.8%、鎳0.20～0.40%、鋁0.045～0.065%、余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明能夠制造出強(qiáng)度和韌性有較好匹配的，具有良好低溫韌性，適合寒冷地區(qū)使用的石油容器支架用鋼。
【專利說明】石油容器支架用鋼及其生產(chǎn)方法
[0001]【技術(shù)領(lǐng)域】:
本發(fā)明涉及一種石油容器支架用鋼及其生產(chǎn)方法，屬于冶金【技術(shù)領(lǐng)域】。
[0002]【背景技術(shù)】:
石油容器支架承載著石油容器本身及容器內(nèi)部液體等較大的重量，在運(yùn)輸及石油裝卸過程中，還要承受較大的沖擊力，所以，石油容器支架用鋼要求具有較高的強(qiáng)度和良好的塑性，依據(jù)使用地區(qū)的環(huán)境溫度及空氣濕度等條件，還要求石油容器支架用鋼具有較高的低溫韌性，并且具有良好的耐大氣腐蝕性能，以提高其服役期間的安全性能。過去石油容器支架用鋼多使用Q345系列的鋼種，該系列的鋼種強(qiáng)度偏低，韌性特別是低溫韌性較差，耐大氣腐蝕性能也不能滿足使用要求，安全服役期限較短，一方面增加了形成安全事故的風(fēng)險(xiǎn)，另一方面服役期短增加了設(shè)備的相對投資成本，所以，開發(fā)一種高強(qiáng)度、高塑韌性，強(qiáng)度和塑韌性具有良好匹配的石油容器支架用鋼具有重要的意義。[0003]檢索發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明之前，中國專利“201110359475.6”公開了一種超高強(qiáng)度海洋工程結(jié)構(gòu)用鋼板及其生產(chǎn)方法。與本發(fā)明相比，除鋼中的主要元素C、Mn、P等的含量不同外，該專利在鋼中還加入了 Nb、V、Ti等元素對鋼進(jìn)行強(qiáng)化，并加入了一定量的Mo和B元素，鋼的生產(chǎn)成本很高，與本發(fā)明的成分體系相差很大；另外，該鋼軋制后還需要進(jìn)行淬火+回火熱處理，工藝復(fù)雜，生產(chǎn)周期較長，大大地增加了生產(chǎn)難度。
[0004]另外，中國專利“201110337797.0”公開了一種電力塔架用鋼及其生產(chǎn)方法。與本發(fā)明相比，鋼中的主要元素C、Mn、P等的含量均較低，并且鋼中不含本發(fā)明有意添加的Cu、Cr.Ni等元素，該專利為了強(qiáng)化鋼的基體，在鋼中加入了 V、Ti等元素，鋼的成分體系與本發(fā)明相差也較大。與本發(fā)明相比，該專利在軋制過程中，生產(chǎn)節(jié)奏較慢，為了保證軋制溫度，在粗軋和精軋之間必須使用保溫罩，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，產(chǎn)品溫度誤差較大，不如本發(fā)明使用熱連軋機(jī)，生產(chǎn)節(jié)奏快，生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品溫度可以控制在一個較窄的范圍內(nèi)，提高了產(chǎn)品性能的均勻穩(wěn)定性，本發(fā)明的精軋結(jié)束溫度控制在850°C~880°C，卷取溫度控制在580°C~620°C。另外，該專利為了強(qiáng)化鋼的基體，加入了 V、Ti等元素，致使鋼的強(qiáng)度偏高，其屈服強(qiáng)度大于560Mpa，導(dǎo)致鋼的韌性特別是低溫韌性較差，該專利的韌性指標(biāo)說明書中未列出，而本發(fā)明具有良好的低溫韌性，使用地區(qū)廣泛。
[0005]
【發(fā)明內(nèi)容】
:
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有石油容器支架用鋼強(qiáng)度和塑性不能良好匹配、韌性特別是低溫韌性較差的技術(shù)缺陷，本發(fā)明通過對鋼中C、Mn、P等元素進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，適量添加Cr、N1、Cu等元素，制造出強(qiáng)度和韌性有較好匹配的，具有良好低溫韌性，適合寒冷地區(qū)使用的石油容器支架用鋼。本發(fā)明的另外一個目的是提供這種石油容器支架用鋼的生產(chǎn)方法。
[0006]上述的目的通過以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
石油容器支架用鋼，包括碳、硅、錳、磷、硫、銅、鉻、鎳、鋁、鐵，各種組分的質(zhì)量百分含量為:碳 0.14 ~0.16%、硅≤ 0.03%、錳 1.8 ~2.0%、磷 0.03 ~0.07%、硫≤ 0.01%、銅 0.3 ~
0.6%、鉻0.7~0.8%、鎳0.20~0.40%、鋁0.045~0.065%、余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。
[0007]上述的石油容器支架用鋼的生產(chǎn)方法，該方法包括:將原料依次進(jìn)行鐵水預(yù)脫硫，轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)合吹煉，底吹A(chǔ)r攪拌，所述的底吹A(chǔ)r攪拌時間不少于5分鐘，然后經(jīng)過RH爐進(jìn)行成分微調(diào)得到上述配比后進(jìn)行真空循環(huán)脫氣處理，保證RH純脫氣時間不少于8分鐘，再采用全程吹A(chǔ)r保護(hù)澆鑄，澆鑄成2 IOmm厚的連鑄板坯，連鑄板坯經(jīng)加熱爐再加熱后，在連續(xù)熱連軋軋機(jī)上軋制，軋制過程中，連鑄板坯加熱溫度為1200°C~1250°C ;精軋為7道次連車L，精軋結(jié)束溫度設(shè)計(jì)為850°C~880°C，精軋階段壓縮比大于80%，軋制后，進(jìn)行控制冷卻，然后進(jìn)行卷取，卷取溫度設(shè)計(jì)為580°C~620°C,板卷的成品厚度為6~12mm。
[0008]有益效果: 經(jīng)過本發(fā)明人多年的研究發(fā)現(xiàn)鋼材中各元素的含量的作用如下:
碳:提高碳含量，對提高鋼的室溫強(qiáng)度和中溫強(qiáng)度有利，但對鋼的塑性、韌性、成型性、可焊性均不利。故碳含量控制不宜過高。
[0009]錳:提高鋼中錳含量，能擴(kuò)大Y區(qū)，降低Y — α轉(zhuǎn)變溫度，擴(kuò)大軋制范圍，使鐵素體晶粒的長大機(jī)會大大減少，因而促進(jìn)了晶粒細(xì)化，增加鋼的強(qiáng)韌性，但錳含量高，會相應(yīng)增加鋼的成本，也會增加碳當(dāng)量，不利于焊接。
[0010]硅:降低硅含量，有利于提高鋼的成型性、焊接性、韌性和塑性。
[0011]硫:硫在鋼中形成硫化物夾雜，使其延展性和韌性降低。鋼軋制時，由于MnS夾雜隨著軋制方向延伸，使鋼的各向異性加重，嚴(yán)重時導(dǎo)致鋼板分層。同時含硫量高的鋼抗腐蝕能力大為降低，對鋼的焊接亦不利。
[0012]磷:磷高可以大幅度提高鋼的耐腐蝕性能，并可通過磷的適量合理偏聚，進(jìn)一步提高鋼的強(qiáng)度。
[0013]銅:銅能提高鋼的淬透性，在鋼中主要起固溶及沉淀強(qiáng)化作用，同時通過Cu-Cr-Ni適當(dāng)配比，可以顯著提高鋼的耐腐蝕性能，此外還有利于獲得良好的低溫韌性，增加鋼的抗疲勞裂紋擴(kuò)展能力。
[0014]鉻、鎳:鉻、鎳都可以提高鋼的耐腐蝕性能，鋼中同時加入幾種提高耐腐蝕性的元素具有特別良好的作用。含銅鋼在腐蝕過程中，銅、鉻、鎳等元素富集于靠近基體的金屬銹層中，降低了 Fe304的結(jié)晶化程度，形成致密、接近于非晶態(tài)的穩(wěn)定銹層，此種銹層能夠阻礙帶有腐蝕性的介質(zhì)向基體滲透，使鋼的耐腐蝕性能大大提高。同時鎳加入鋼中還能顯著改善鋼的低溫韌性，隨著鋼中Ni含量的增加，鋼的韌一脆性轉(zhuǎn)變溫度顯著降低，另外，Ni還能起到固溶強(qiáng)化作用，所以Ni能夠在改善韌性的同時提高鋼的強(qiáng)度。
[0015]鋁:鋁是鋼中的主要脫氧元素，另外，鋁的熔點(diǎn)較高，在生產(chǎn)中，鋁可以用來細(xì)化晶粒，進(jìn)一步提聞鋼的強(qiáng)度和朝性。
[0016]本發(fā)明人經(jīng)過多次正交實(shí)驗(yàn)，得出合理的化學(xué)成分設(shè)計(jì)，采用轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)合冶煉，真空精煉，連鑄機(jī)保護(hù)澆注，控軋控冷等工藝，可以得到鋼質(zhì)純凈，綜合性能優(yōu)良的材料，特別是在低溫狀態(tài)下還能保持較好的塑韌性的石油容器支架用鋼，該鋼晶粒均勻細(xì)小，金相組織為鐵素體+珠光體，其屈服強(qiáng)度超過480 MPa，抗拉強(qiáng)度超過590 MPa, _40°C Akv達(dá)到130 J以上，具有以下特點(diǎn):
1.本發(fā)明材料具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能，屈服強(qiáng)度指標(biāo)達(dá)到480MPa以上，比以往使用的石油容器支架用鋼的綜合性能大大提高，增加了抗荷能力，因該材料具有良好的低溫沖擊韌性，該鋼不僅適合在一般地區(qū)使用，而且還完全滿足寒冷地區(qū)石油容器支架用鋼的使用要求。[0017]本發(fā)明材料具有優(yōu)良的焊接性能，通過合理的成分設(shè)計(jì)和焊接材料推薦，可以有效提高焊接效率，獲得良好的焊接接頭性能。
[0018]本發(fā)明材料采用控軋控冷工藝生產(chǎn)，以熱軋狀態(tài)交貨，無需進(jìn)行熱處理，生產(chǎn)工藝簡單，生產(chǎn)成本較低，該技術(shù)可以較方便地推廣到相關(guān)企業(yè)。
[0019]在本發(fā)明的石油容器支架用鋼中，各工藝參數(shù)的依據(jù)是:
連鑄板坯加熱溫度:本發(fā)明鋼中的微合金元素含量較多，為了使鋼坯充分奧氏體化，使微合金元素充分固溶，應(yīng)適當(dāng)提高板坯的加熱溫度。但加熱溫度過高，鋼坯表面易產(chǎn)生氧化鐵皮，并增加能耗；如果加熱溫度過低，由于熱軋過程中的自然溫降，無法保證本發(fā)明要求的終軋溫度，鋼坯也不能充分奧氏體化。實(shí)驗(yàn)表明，連鑄板坯加熱溫度設(shè)定為1200°C~1250。。。
[0020]精軋結(jié)束溫度:終軋溫度需高于Ar3相變點(diǎn)，但終軋溫度不能太高，否則必須提高連鑄板坯的加熱溫度，增加能耗。實(shí)驗(yàn)表明，精軋結(jié)束溫度設(shè)定為850°C~880°C較為適宜。
[0021]卷取溫度:熱軋卷取溫度是影響機(jī)械性能的關(guān)鍵因素之一，因?yàn)榫砣囟扔绊懙降锛疤蓟锏奈龀鲞^程，特別是A1N的析出，本發(fā)明為了保證板卷具有良好的低溫韌性，強(qiáng)度和韌性有較好的匹配，生產(chǎn)出具有適合寒冷地區(qū)使用的石油容器支架用鋼，將熱軋卷取溫度設(shè)計(jì)為580~620°C。
[0022]【具體實(shí)施方式】:
下面結(jié)合具體的實(shí)施例來對本發(fā)明做進(jìn)一步說明:
實(shí)施例1:
石油容器支架用鋼，包括碳、硅、錳、磷、硫、銅、鉻、鎳、鋁、鐵，各種組分的質(zhì)量百分含量為:碳 0.14%、硅 0.03%、錳 1.8%、磷 0.07%、硫 0.01%、銅 0.3%、鉻 0.7%、鎳 0.40%、鋁 0.065%、余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。
[0023]上述的石油容器支架用鋼的生產(chǎn)方法，該方法包括:將原料依次進(jìn)行鐵水預(yù)脫硫，轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)合吹煉，底吹A(chǔ)r攪拌，所述的底吹A(chǔ)r攪拌時間不少于5分鐘，然后經(jīng)過RH爐進(jìn)行成分微調(diào)得到上述配比然后進(jìn)行真空循環(huán)脫氣處理，保證RH純脫氣時間不少于8分鐘，再采用全程吹A(chǔ)r保護(hù)澆鑄，澆鑄成210_厚的連鑄板坯，連鑄板坯經(jīng)加熱爐再加熱后，在連續(xù)熱連軋軋機(jī)上軋制，軋制過程中，連鑄板坯加熱溫度為1200°C ;精軋為7道次連軋，精軋結(jié)束溫度設(shè)計(jì)為880°C，精軋階段壓縮比為80%，軋制后，進(jìn)行控制冷卻，然后進(jìn)行卷取，卷取溫度設(shè)計(jì)為620°C，板卷的成品厚度為12_。
[0024]實(shí)施例2:
石油容器支架用鋼，包括碳、硅、錳、磷、硫、銅、鉻、鎳、鋁、鐵，各種組分的質(zhì)量百分含量為:碳 0.16%、硅 0.02%、錳 2.0%、磷 0.07%、硫 0.01%、銅 0.6%、鉻 0.7%、鎳 0.20%、鋁 0.045%、余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。
[0025]上述的石油容器支架用鋼的生產(chǎn)方法，該方法包括:將原料依次進(jìn)行鐵水預(yù)脫硫，轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)合吹煉，底吹A(chǔ)r攪拌，所述的底吹A(chǔ)r攪拌時間不少于5分鐘，然后經(jīng)過RH爐進(jìn)行成分微調(diào)后得到上述配比然后進(jìn)行真空循環(huán)脫氣處理，保證RH純脫氣時間不少于8分鐘，再采用全程吹A(chǔ)r保護(hù)澆鑄，澆鑄成210mm厚的連鑄板坯，連鑄板坯經(jīng)加熱爐再加熱后，在連續(xù)熱連軋軋機(jī)上軋制，軋制過程中，連鑄板坯加熱溫度為1250°C ;精軋為7道次連軋，精軋結(jié)束溫度設(shè)計(jì)為850°C， 精軋階段壓縮比83%，軋制后，進(jìn)行控制冷卻，然后進(jìn)行卷取，卷取溫度設(shè)計(jì)為580°C，板卷的成品厚度為6_。
[0026]實(shí)施例3:
石油容器支架用鋼，包括碳、硅、錳、磷、硫、銅、鉻、鎳、鋁、鐵，各種組分的質(zhì)量百分含量為:碳 0.15%、硅 0.01%、錳 1.9%、磷 0.03%、硫 0.008%、銅 0.4%、鉻 0.8%、鎳 0.30%、鋁 0.05%、余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。
[0027]上述的石油容器支架用鋼的生產(chǎn)方法，該方法包括:將原料依次進(jìn)行鐵水預(yù)脫硫，轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)合吹煉，底吹A(chǔ)r攪拌，所述的底吹A(chǔ)r攪拌時間不少于5分鐘，然后經(jīng)過RH爐進(jìn)行成分微調(diào)得到上述配比然后進(jìn)行真空循環(huán)脫氣處理，保證RH純脫氣時間不少于8分鐘，再采用全程吹A(chǔ)r保護(hù)澆鑄，澆鑄成2 IOmm厚的連鑄板坯，連鑄板坯經(jīng)加熱爐再加熱后，在連續(xù)熱連軋軋機(jī)上軋制，軋制過程中，連鑄板坯加熱溫度為1230°C ;精軋為7道次連軋，精軋結(jié)束溫度設(shè)計(jì)為860°C，精軋階段壓縮比85%，軋制后，進(jìn)行控制冷卻，然后進(jìn)行卷取，卷取溫度設(shè)計(jì)為600°C，板卷的成`品厚度為10mm。
【權(quán)利要求】
1.一種石油容器支架用鋼，包括碳、硅、錳、磷、硫、銅、鉻、鎳、鋁、鐵，其特征是:各種組分的質(zhì)量百分含量為:碳0.14~0.16%、硅≤0.03%、錳1.8~2.0%、磷0.03~0.07%、硫(0.01%、銅 0.3 ~0.6%、鉻 0.7 ~0.8%、鎳 0.20 ~0.40%、鋁 0.045 ~0.065%、余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。
2.—種權(quán)利要求1所述的石油容器支架用鋼的生產(chǎn)方法，其特征是:該方法包括:將原料依次進(jìn)行鐵水預(yù)脫硫，轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)合吹煉，底吹A(chǔ)r攪拌，所述的底吹A(chǔ)r攪拌時間不少于5分鐘，然后經(jīng)過RH爐進(jìn)行成分微調(diào)得到上述配比后進(jìn)行真空循環(huán)脫氣處理，保證RH純脫氣時間不少于8分鐘，再采用全程吹A(chǔ)r保護(hù)澆鑄，澆鑄成210mm厚的連鑄板坯，連鑄板坯經(jīng)加熱爐再加熱后，在連續(xù)熱連軋軋機(jī)上軋制，軋制過程中，連鑄板坯加熱溫度為1200°C~1250°C;精軋為7道次連軋，精軋結(jié)束溫度設(shè)計(jì)為850°C~880°C，精軋階段壓縮比大于80%，軋制后，進(jìn)行控制冷卻，然后進(jìn)行卷取，卷取溫度設(shè)計(jì)為580°C~620°C，板卷的成品厚度為6 ~12mm。
【文檔編號】C22C38/58GK103695804SQ201210366045
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2012年9月28日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月28日
【發(fā)明者】韓孝永 申請人:上海梅山鋼鐵股份有限公司