一種高壓管道閥門用鋼及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高壓管道閥門用鋼及其制備方法，所述閥門用鋼組成按重量百分數(shù)為：C：0.19～0.23％，Si：0.15～0.25％，Mn：0.95～1.10％，Cr：≤0.30％，Cu≤0.40％，S≤0.020％，P≤0.020％，Ni≤0.40％,Mo：≤0.12％，Ti：0.010～0.040％，V：≤0.03％，Nb：≤0.02％，Al：0.015～0.025％，[O]≤15×10-6，[N]≤90×10-6，余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明通過控制碳、錳元素的含量，保證了鋼的力學性能要求，同時對殘余元素的含量進行控制，保證了材料的焊接性能要求，增強了鋼材的疲勞強度，保證了閥門的穩(wěn)定性。本發(fā)明通過控制鐵水(或生鐵)兌入比例、精煉爐渣量、VD爐操作和強化水口保護澆鑄效果，加鈦固氮，氮含量可控制在90ppm以下。
【專利說明】一種高壓管道閥門用鋼及其制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于冶金【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種用于制造高壓管道閥門用鋼及其制造方 法。

【背景技術(shù)】
[0002] 閥門在管道上主要起切斷和節(jié)流作用。高壓閥門性能直接影響整個系統(tǒng)工作的可 靠性、安全性、工作效率和使用壽命。在那些須頻繁增壓卸壓的系統(tǒng)中，顯得尤為重要。高 壓閥門的主要失效原因為，氣蝕和沖蝕磨損，而影響氣蝕和沖蝕的因素很多，主要有材料的 力學性能、流體力學因素和環(huán)境影響。為了提高高壓閥門抗沖蝕磨損的能力，高壓管道閥門 用鋼一般具有如下的要求：材料硬度高；屈服點高、穩(wěn)定性好；疲勞強度高。
[0003] 高壓管道閥門主要使用于溫度為：_29?427°C，用于控制水、液化氣體、蒸汽、油 品、天然氣等各種類型流體的流動。
[0004] 專利文獻CN102383065A公開了一種高性能閥門鋼及其制備方法，其主要是將組 成原料：基體為Fe元素，Cr、W、Sn、Ta、Mn、Al和C按一定重量份混合，然后經(jīng)過熔煉、熱處 理和真空澆注得到高性能閥門鋼。該申請的技術(shù)方案適合聚變堆，而不能適用于高壓管道 閥門，且存在成本較高的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明針對高壓管道閥門用鋼使用要求，開發(fā)生產(chǎn)高壓管道閥門用鋼，通過合理 設(shè)計鋼種成分，改進制備方法；解決鋼材成分設(shè)計、性能、組織、表面質(zhì)量的問題，提供了一 種可以滿足用戶需求的高壓管道閥門用鋼及其制造方法。
[0006] 本發(fā)明提供了一種高壓管道閥門用鋼，其組成按重量百分數(shù)為：
[0007] C :0· 19 ?0· 23 %，Si :0· 15 ?0· 25 %，Mn :0· 95 ?1. 10 %，Cr :彡 0· 30 %， Cu 彡 0· 40 %，S 彡 0· 020 %，P 彡 0· 020 %，Ni 彡 0· 40 %，Mo :彡 0· 12 %，Ti :0· 010 ? 0.040 %，V:彡 0.03 %，Nb:彡 0.02 %，Α1:0·015 ?0.025 %，[0]彡 15ΧΚΓ6， [Ν] < 90 X 10_6,余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
[0008] 如下為本發(fā)明鋼材中各組分的含量以及作用說明：
[0009] 為了保證材料的焊接性，本發(fā)明對該材料的碳當量進行了規(guī)定：CEV = C+Mn/6+(C r+Mo+V) /5+ (Ni+Cu) /15 < 0. 43% X對鋼的機械性能影響極為顯著，對鋼的心部強度影響很 大，C的含量太低，強度達不到要求，而過高會使鋼的塑性和韌性下降。為保證鋼材性能穩(wěn) 定控制碳含量在〇. 19?0. 23%。
[0010] 錳是一種弱脫氧劑。適量的錳可有效提高鋼材強度，消除硫、氧對鋼材的熱脆影 響，改善鋼材熱加工性能，并改善鋼材的冷脆傾向，同時不顯著降低鋼材的塑性、沖擊韌性。 本發(fā)明中控制Mn含量在0.95?1. 10%。
[0011] Si可強烈提高滲層的淬透性，但在滲碳過程中容易發(fā)生晶界氧化而形成黑色網(wǎng) 狀缺陷；隨合金元素添加量的增加，鋼的馬氏體點下降，使淬火后滲層中含有大量殘余奧氏 體，影響零件的疲勞性能及耐磨性，控制Si含量在0. 15?0. 30%。
[0012] S、P在鋼中視為有害元素，因此，本發(fā)明控制S彡0. 020%，P彡0. 020%。
[0013] Cr、Ni、Cu、V、Mo、Nb為殘余元素，根據(jù)碳當量的要求及降成本的需求，控制Cr : 彡 0· 30%，Cu 彡 0· 40%，Ni 彡 0· 40% ,Mo :彡 0· 12%，V :彡 0· 03%，Nb :彡 0· 02%，；為提 高鋼的純凈度和疲勞壽命。
[0014] 本發(fā)明還對氧、氮和鋁、鈦提出了控制要求：[0]< 15X10-6, [N] < 60X10-6， [Al] :0· 015 ?0· 025%，[Ti] :0· 010 ?0· 040%。
[0015] 優(yōu)選的，本發(fā)明的高壓管道閥門用鋼組成按重量百分數(shù)為
[0016] C :0· 20 ?0· 23 %，Si :0· 17 ?0· 25 %，Mn :0· 95 ?L 00 %，Cr :0· 10 ? 0. 15 %, Cu ^ 0. 25 %, S ^ 0. 015 %, P ^ 0. 020 %, Ni ^ 0. 25 % , Mo ： ^ 0. 12 %, Ti ： 0· 010 ?0· 040%，V :彡 0· 03%，Nb :彡 0· 02%，Al :0· 015 ?0· 025%，[0]彡 15X10-6， [N] <90 X 10-6,余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
[0017] 本發(fā)明提供了一種高壓管道閥門用鋼的制備方法，包括冶煉及合金化、澆注、乳 制、緩冷，并控制鋼的化學成分重量百分比含量為：C :0. 20?0. 23%，Si :0. 17?0. 25%， Mn :0· 95 ?L 00 %，Cr :0· 10 ?0· 15 %，Cu 彡 0· 25 %，S 彡 0· 015 %，P 彡 0· 020 %， Ni 彡 0· 25 %，Mo :彡 0· 12 %，Ti :0· 010 ?0· 040 %，V :彡 0· 03 %，Nb :彡 0· 02 %，Al : 0.015?0· 025%，[0]彡15X10-6, [N]彡90X10-6,余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
[0018] 本發(fā)明通過鋼包吹氬、真空脫氣處理加強鋼的脫氧去氣的冶煉控制，終脫氧喂入 鋁線，LF爐出鋼前喂入鈦線控制鈦含量；采用全程保護澆注；為提高鋼材組織均勻性，設(shè)計 鋼坯在加熱爐的均熱溫度為1130?1250°C，Φ500πιπι熱坯加熱時間彡4. 5h，冷坯加熱時間 彡5. 5h ;Φ650πιπι熱坯加熱時間彡5. 0h，冷坯加熱時間彡7. Oh ;開軋溫度1090?1190°C， 終軋溫度850?1000°C等步驟來保證產(chǎn)品具有一定的組成。
[0019] 進一步優(yōu)選的，高壓管道閥門用鋼以以下工藝條件進行制備：
[0020] (1)冶煉：控制鐵水（或生鐵）兌入比例55 %?65%，電爐終點碳含量控制在 彡0. 10% ;采用鋁脫氧，控制鋼芯鋁加入量在1. 5?2. 5kg/t鋼。電爐出鋼溫度控制在 1600 ?1640 °C。
[0021] 在精煉過程中選擇精煉渣系和軟吹氬制度，去除鋼中夾雜物、降低總氧含量，提高 鋼的純凈度。喂鋁線1. 0?I. 5m/噸鋼并控制鋼水中鋁處于0. 015?0. 025%和鈣線1. 5? 2. Om/噸鋼（Φ 13mm)。加鈦2-4米/噸鋼固氮，氮含量可控制在80ppm以下。VD爐真空度 小于67Pa保持時間不小于15min。VD處理后保證軟吹時間不小于12min?？刂粕箱摐囟葹?1575±5°C。
[0022] (2)澆鑄，采用全保護澆鑄，控制中間包過熱度為20?30 °C，液相線溫度為 1510°C?？刂痞?00πιπι連鑄拉坯速度為0. 35±0. Olm/min;控制Φ650πιπι連鑄拉坯速度為 0· 25±0· 01m/min〇
[0023] (3)軋制，鋼坯在加熱爐的均熱溫度為1130?1250°C，開軋溫度1090?1190°C， 終軋溫度850?1000°C。
[0024] 優(yōu)選的，步驟1)所述的精煉渣系為控制精煉渣的組成為：CaO % :45? 50，Si02% :2 ?3，Mg0%:8 ?10，A1203% :30 ?40，TFe% :1 ?2,（Fe0) + (Mn0)芻 1.0% 重量比；所述軟吹氬制度為：氬氣流量150L/min?300L/min，壓力0. 25MPa?0. 30MPa。
[0025] 優(yōu)選的，步驟1)所述的合適鋼水溫度為1570±5°C ;優(yōu)選的，步驟1)所述的合理 的氬氣壓力〇· 25MPa?0· 3〇MPa。；
[0026] 步驟1)中強化脫氧及夾雜物變形處理。通過VD爐真空脫氣處理進一步降低鋼中 的氣體含量提高鋼材的純凈度。
[0027] 步驟1)所述的VD爐為真空脫氣爐；VD真空脫氣為用來脫除鋼中氮氣；
[0028] 本發(fā)明所述的百分比或其他比例，未特別說明的均為重量比。
[0029] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案的有下列優(yōu)點：
[0030] (1)本發(fā)明鋼控制碳、錳元素的含量，保證了鋼的力學性能要求，同時對殘余元素 進行控制，保證了材料的焊接性能要求。本發(fā)明增強了鋼材的疲勞強度；保證了閥門的穩(wěn)定 性。
[0031] (2)氮、氧含量的控制技術(shù)：通過控制鐵水（或生鐵）兌入比例、精煉爐渣量、VD爐 操作和強化水口保護澆鑄效果，加鈦固氮，氮含量可控制在90ppm以下。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0032] 圖1、本發(fā)明得到的產(chǎn)品的金相圖。

【具體實施方式】
[0033] 本發(fā)明采用UHP (超高功率電爐）一LF (爐外精煉）一VD (真空脫氣）一連鑄（電 磁攪拌）一入坑緩冷一軋制一精整工藝生產(chǎn)鋼材。
[0034] 如下實施例以Φ190_規(guī)格鋼材的生產(chǎn)工藝來具體說明本發(fā)明是如何實施的。
[0035] 具體工藝步驟為：
[0036] 1)電爐冶金：爐料結(jié)構(gòu)為廢鋼+鐵水，控制鐵水（或生鐵）兌入比例55%?65%， 4支爐壁氧槍吹氧脫碳為主，1支爐門氧槍吹氧脫碳為輔；與吹氧相結(jié)合，噴吹碳粉造泡沫 渣；配加35 kg /t?40 kg /t石灰造渣脫磷；偏心爐底出鋼，留鋼留渣操作；出鋼過程，底吹 氬氣攪拌，鋼包內(nèi)澄料加入量13 kg /t?16 kg /t。電爐終點碳含量控制在< 0. 10%;采用 鋁脫氧，控制鋼芯鋁加入量在1. 5?2. 5kg/t鋼。電爐出鋼溫度控制在1600?1640°C。
[0037] 在精煉過程中選擇精煉渣系和軟吹氬，去除鋼中夾雜物、降低總氧含量，采用SiC 擴散脫氧，分析一次樣前喂入鋁線深脫氧，提高鋼的純凈度。喂鋁線I. 0?I. 5m/噸鋼并控 制鋼水中鋁處于0. 015?0. 025%和鈣線1. 5?2. Om/噸鋼（Φ 13mm)。加鈦2-4米/噸鋼 固氮，氮含量可控制在80ppm以下。鋼包入VD爐之前，扒除50%左右的爐渣；VD爐真空度 小于67Pa保持時間不小于15min。VD處理后保證軟吹時間不小于12min?？刂粕箱摐囟葹?1575±5°C。
[0038] (2)澆鑄，采用全保護澆鑄，控制中間包過熱度為20?30 °C，液相線溫度為 1510°C?？刂痞?00πιπι連鑄拉坯速度為0. 35±0. Olm/min;控制Φ650πιπι連鑄拉坯速度為 0· 25±0· 01m/min〇
[0039] (3)軋制，鋼坯在加熱爐的均熱溫度為1130?1250°C，開軋溫度1090?1190°C， 終軋溫度850?1000°C。
[0040] 制備過程的相關(guān)工藝參數(shù)見表1?表5,化學成份及碳當量見表6;氮、氧含量見表 7 ;低倍見表8 ;力學檢驗結(jié)果表9,其金相圖見圖1。
[0041] 表1鐵水加入情況
[0042]

【權(quán)利要求】
1. 一種高壓管道閥門用鋼，其特征在于，所述閥門用鋼組成按重量百分數(shù)為： C :0? 19 ?0? 23%，Si :0? 15 ?0? 25%，Mn :0? 95 ?1. 10%，Cr :彡 0? 30%，Cu 彡 0? 40%， S 彡 0? 020 %，P 彡 0? 020 %，Ni 彡 0? 40 %，Mo :彡 0? 12 %，Ti :0? 010 ?0? 040 %，V : 彡 0? 03%，Nb :彡 0? 02%，A1 :0? 015 ?0? 025%，[0]彡 15XKT6, [N]彡 90XKT6,余為 Fe 和不可避免的雜質(zhì)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的閥門用鋼，其特征在于，所述閥門用鋼組成按重量百分數(shù)為： C :0? 20 ?0? 23 %，Si :0? 17 ?0? 25 %，Mn :0? 95 ?1. 00 %，Cr :0? 10 ?0? 15 %， Cu 彡 0? 25 %，S 彡 0? 015 %，P 彡 0? 020 %，Ni 彡 0? 25 %，Mo :彡 0? 12 %，Ti :0? 010 ? 0.040 %，V:彡 0.03 %，Nb:彡 0.02 %，A1:0.015 ?0.025 %，[0]彡 15XKT6， [N] < 90 X 10_6,余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
3. 權(quán)利要求1或2任一閥門用鋼的制造方法，包括： 1) 冶煉：控制電爐中鐵水或生鐵兌入比例55 %?65%，電爐終點碳含量控制在 < 0. 10% ;采用鋁脫氧，并控制鋼芯鋁加入量在1. 5?2. 5kg/t鋼；電爐出鋼溫度控制在 1600 ?1640°C ; 2) 澆鑄：澆筑時控制中間包過熱度為20?30°C，液相線溫度為1510°C ; 3) 車L制：鋼坯在加熱爐的均熱溫度為1130?1250°C，開軋溫度1090?1190°C，終軋 溫度 850 ?1000 °C。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，步驟1)脫氧時喂鋁線1. 0?1. 5m/噸鋼 并控制鋼水中鋁含量為0. 015?0. 025,鈣線加入量為1. 5?2. 0m/噸鋼，并加鈦2-4米/ 噸鋼固氮，使氮含量控制在80ppm以下。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的方法，其特征在于，步驟1)得到的精煉渣具有如下的 質(zhì)量組成：CaO% :45 ?50，Si02% :2 ?3，Mg0% :8 ?10, A1203% :30 ?40，TFe% :1 ? 2,（Fe0) + (Mn0)蘭 1. 0%。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，步驟1)中還包括VD處理后軟吹時間不小 于12min，并控制上鋼溫度為1575±5°C。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3或6所述的方法，其特征在于，步驟1)還包括如下步驟：控制吹氬 時的氬氣壓力為〇? 25?0? 30MPa。
【文檔編號】C22C38/50GK104480404SQ201410805283
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月22日
【發(fā)明者】鄭桂蕓, 徐錫坤, 翟正龍, 李小雄, 張偉, 李法興, 李泰
申請人:山東鋼鐵股份有限公司