專利名稱：一種低碳低合金鋼及所制管材的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬鋼鐵領(lǐng)域，特別涉及一種低碳低合金鋼及所制管材。
有關(guān)60KSI到80KSI強度級別的產(chǎn)品，在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，如管線管的美國標(biāo)準(zhǔn)API SPEC 5L中，均無具體的材料成分明細(xì)，僅有最低雜質(zhì)元素含量要求，按該要求無法生產(chǎn)出滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的產(chǎn)品。
最新2000年版API SPEC 5L要求X70以下管線管碳當(dāng)量必須低于0.43，即使是對于X80鋼級，其碳當(dāng)量也要求盡量低。若按美國專利US 5,226,978及US 5,186,769(以下稱對比文獻(xiàn))的配方來生產(chǎn)，碳當(dāng)量一般會在0.43以上，必定超出標(biāo)準(zhǔn)要求。如在前述美國專利的實施例2和實施例3中的碳當(dāng)量分別為0.44和0.46，均超過標(biāo)準(zhǔn)要求，致使焊接性能不高。
由于對比文獻(xiàn)所提出的管材制造方案為在線控軋控冷，尤其是需采用連軋和張減配合機組，在連軋機組和張減機組后均需有強制冷卻系統(tǒng)，生產(chǎn)控制困難，部分廠家需做較大的設(shè)備改造，投資相當(dāng)大，甚至有的廠家還不可能改造成功。因此實用性不強。
最新2000年版API SPEC 5L有PSL1級和PSL2級的區(qū)分，對于PSL2級的產(chǎn)品，成其是對于X60～X80鋼級，無論是屈服強度、抗拉強度還是沖擊韌性均有極嚴(yán)格的要求。強度均有上下限要求，屈服強度最大許變化范圍為154MPa，抗拉強度最大許變化范圍為241MPa。沖擊韌性最低要求要大于41焦耳(J)。通過對比文獻(xiàn)所提出的管材制造方案來生產(chǎn)管線管，由于軋制過程本身的局限性，其最終成形產(chǎn)品頭尾端均勻性差、強度波動大，屈服強度難以控制在154MPa以內(nèi)。同時由于在線軋制產(chǎn)品軋制組織的帶狀分布導(dǎo)致沖擊韌性橫向與縱向差異大，不可能達(dá)到41焦耳(J)。因此對比文獻(xiàn)僅適用于PSL 1級，而不能適用于PSL 2級。
另外，對比文獻(xiàn)中Ti元素的含量在0.010～0.014之間，對電爐連鑄管坯生產(chǎn)質(zhì)量不利，會使管坯表面出現(xiàn)裂紋而最終影響管材軋制質(zhì)量。
本發(fā)明是按以下技術(shù)方案實現(xiàn)的本發(fā)明的低碳低合金鋼包括以下化學(xué)元素，單位為重量百分比碳(C)0.10～0.16％；硅(Si)0.20～0.40％；錳(Mn)1.00～1.35％；鋁(Al)0.02～0.035％；釩(V)0.07～0.13％；鎳(Ni)0.05～0.25％；硼(B)0.0005～0.0035％；磷(P)≤0.010％；硫(S)≤0.005％；鉬(Mo)≤0.01％；銅(Cu)≤0.20％；鈮(Nb)≤0.01％；鐵(Fe)和微量雜質(zhì)余量。
按上述元素比例，將低碳低合金鋼通過通常的調(diào)質(zhì)處理工藝，淬火保溫時間為30分鐘以上，回火保溫時間為45分鐘以上，生產(chǎn)出X60、X65、X70、X80各鋼級或其它相關(guān)鋼級的無縫、焊接高強度、高韌性管材，包括鋼管或利用鋼管制成的各種鋼管產(chǎn)品，這種管材可用于油田采油氣或其它行業(yè)。
本發(fā)明的有益效果本發(fā)明的低碳低合金鋼與對比文獻(xiàn)相比，在成分配方及強化原理上有以下不同，并具有顯著優(yōu)點1)強化元素不同，對比文獻(xiàn)所采用的強化元素為釩(V)+鈦(Ti)。而本發(fā)明的強化元素為釩(V)+鎳(Ni)。V、Ti為碳化物形成元素，能夠細(xì)化晶粒，通過析出強化來改善強韌性，但會縮小奧氏體相區(qū)，降低合金的淬透性能。Ni為非碳化物形成元素，能擴大奧氏體相區(qū)，并增加強韌性，提高淬透性。另一方面，Ti元素在0.010～0.014％之間時對電爐連鑄管坯生產(chǎn)質(zhì)量不利，會使管坯表面出現(xiàn)裂紋而最終影響管材軋制質(zhì)量。
2)釩元素含量與對比文獻(xiàn)相比有差異。本發(fā)明的V元素重量百分比組成為0.07～0.13％，而對比專利的V元素重量百分比組成為0.10～0.16％。都是利用V強化，但本發(fā)明的合金的釩含量偏低、焊接性能稍優(yōu)。
3)鎳元素含量與對比專利相比有差異。本發(fā)明的Ni元素重量百分比組成為0.05～0.25％，而對比文獻(xiàn)的沒有此元素。本發(fā)明的合金的合金淬透性稍好。
4)鈦元素含量與對比專利相比有差異。本發(fā)明的的Ti元素為非添加元素，隨煉鋼中廢鋼帶入，而對比專利的Ti元素重量百分比組成為0.008～0.012％。本發(fā)明的合金有利于連鑄生產(chǎn)和最終無縫鋼管產(chǎn)品表面質(zhì)量。
5)硼元素(B)含量與對比文獻(xiàn)相比有差異。本發(fā)明的B元素重量百分比組成為0.0005～0.0035％。而對比文獻(xiàn)不含該元素。因而本發(fā)明的合金的淬透性較好。
本發(fā)明的低碳低合金鋼在各鋼管制造企業(yè)生產(chǎn)時具有以下幾個優(yōu)點1)化學(xué)成分中碳含量低、合金含量低，軋制時變形抗力小，易于軋制，與其它常規(guī)產(chǎn)品的軋制工藝相比，工藝無需改變易于軋制出合格的產(chǎn)品。
2)采用相同的管坯可生產(chǎn)適用的鋼級強度高、鋼級范圍廣，能適用不同的用戶不同鋼級需要，能極大地降低管材制造廠的管坯庫存成本。
3)生產(chǎn)容易，只需生產(chǎn)廠家具備調(diào)質(zhì)生產(chǎn)線即可進(jìn)行熱處理生產(chǎn)。而且即使管材制造廠不能進(jìn)行熱處理，還可委托其它具有熱處理能力的廠家進(jìn)行外委加工。能同時適應(yīng)API SPEC 5L-2000標(biāo)準(zhǔn)的PSL 1級和PSL 2級。
結(jié)合附

圖1和附圖2，附圖1為本發(fā)明實施例1的過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變溫度曲線(CCT曲線)，圖2為U型試樣淬透性曲線，從曲線可以看出，本發(fā)明的材料淬透性好。附圖3為大生產(chǎn)樣的軋態(tài)組織，組織為鐵素體和珠光體。附圖4為大生產(chǎn)樣的淬火組織圖，組織為馬氏體，從圖中可以看出，本發(fā)明的材料已經(jīng)完全淬透。附圖5為經(jīng)過回火后的組織圖，為回火索氏體。
當(dāng)現(xiàn)場回火溫度695℃時，實物質(zhì)量為下表所示，滿足X60鋼級PSL II級的管線管要求屈服 抗拉序號 伸長％縱向沖擊JMPa MPa1 491 595 31.01122 493 586 31.51143 489 585 31.51154 491 589 30.01145 486 580 34.01146 500 595 32.0118
當(dāng)現(xiàn)場回火溫度665℃時，實物質(zhì)量為下表所示，滿足X80鋼級PSL II級的管線管要求抗拉序號 屈服MPa伸長％ 縱向沖擊JMPa1594669 26.0 1022603670 26.0 993592672 28.0 984586669 26.5 1005596672 27.5 1026584675 25.5 100實施例2根據(jù)本發(fā)明所設(shè)計的化學(xué)成分重量百分比并在寶鋼煉鋼部電爐分廠通過電爐連鑄生產(chǎn)的一爐鋼150噸，在寶鋼股份公司鋼管分公司軋制成139.70*9.17的鋼管，并按不同回火制度處理成X60～X80鋼級管線管。隨機取兩根管材做成品成分分析，具體化學(xué)成分如下重量百分比元素分析1分析2C0.1480.144Si 0.2670.259Mn 1.0771.081P0.0110.011S0.0060.005V0.1100.112Al 0.0280.029Ni 0.0130.014Cu 0.0860.095B0.0022 0.0020其它(Fe和雜質(zhì)) 剩余量 剩余量通過910℃淬火后，現(xiàn)場回火溫度670℃，保溫60分鐘時，實物質(zhì)量為下表所示，滿足X80鋼級PSL II級的管線管要求
縱向沖擊序號屈服MPa抗拉MPa 伸長％J1 59469028.0982 57669329.01063 58668929.5994 61370228.596通過910℃淬火后，現(xiàn)場回火溫度680℃，保溫60分鐘時，實物質(zhì)量為下表所示，滿足X70鋼級PSL II級的管線管要求縱向沖擊序號屈服MPa 抗拉MPa伸長％J154565932.0 102253067133.5 116354166732.5 109452965634.0 120通過910℃淬火后，現(xiàn)場回火溫度640℃，保溫60分鐘時，實物質(zhì)量為下表所示，滿足N80鋼級的套管要求縱向沖擊序號 屈服MPa 抗拉MPa 伸長％J1640 75924.0 872648 78525.5 933638 77625.5 804632 79123.5 89實施例3根據(jù)本發(fā)明所設(shè)計的化學(xué)成分重量百分比中并在寶鋼技術(shù)中心產(chǎn)品室煉鋼車間進(jìn)行小爐冶煉，經(jīng)鍛打、軋制最終形成厚度為20mm和30mm的板材具體化學(xué)成分如下
重量百分比元素20mm30mmC0.164 0.156Si 0.276 0.269Mn 1.197 1.220P0.007 0.006S0.005 0.005V0.089 0.085Al 0.008 0.012Ni 0.089 0.085Cu 0.069 0.081B0.0017 0.0019其它(Fe和雜質(zhì))剩余量 剩余量通過910℃淬火后，回火溫度為700℃時，實物質(zhì)量為下表所示，滿足X60鋼級PSL II級的管線管要求屈服抗拉序號 伸長％ 縱向沖擊JMPa MPa1 510 602 30.5 1282 496 607 29.5 131當(dāng)現(xiàn)場回火溫度670℃時，能生產(chǎn)滿足X80鋼級PSL II級的管線管，實物質(zhì)量為屈服抗拉序號伸長％縱向沖擊JMPa MPa1 609 700 26.5982 601 692 25.5101實施例4根據(jù)本發(fā)明所設(shè)計的化學(xué)成分重量百分比中并在寶鋼技術(shù)中心產(chǎn)品室煉鋼車間進(jìn)行小爐治煉，經(jīng)鍛打、軋制最終形成厚度為20mm和30mm的板材具體化學(xué)成分如下重量百分比元素20mm 30mmC 0.121 0.119Si0.353 0.358
Mn1.1821.210P 0.0090.008S 0.0060.005V 0.1050.095Al0.0090.012Ni0.0120.015Cu0.0760.090B 0.0020 0.0018其它(Fe和雜質(zhì)) 剩余量 剩余量通過910℃淬火后，回火溫度為700℃時，實物質(zhì)量為下表所示，滿足X60鋼級PSL II級的管線管要求屈服 抗拉序號伸長％縱向沖擊JMPa MPa1 510 60230.51282 496 60729.5131當(dāng)現(xiàn)場回火溫度670℃時，能生產(chǎn)滿足X80鋼級PSL II級的管線管，實物質(zhì)量為屈服 抗拉序號伸長％縱向沖擊JMPa MPa1 609 70026.5982 601 69225.5101實施例5寶鋼技術(shù)中心產(chǎn)品室煉鋼車間進(jìn)行小爐治煉，經(jīng)鍛打、軋制最終形成厚度為20mm和30mm的板材具體化學(xué)成分如下重量百分比元素20mm 30mmC 0.152 0.148Si 0.356 0.362Mn 1.275 1.283P 0.009 0.008S 0.007 0.008V 0.108 0.110Al 0.025 0.022Ni 0.014 0.014Cu 0.090 0.090B 0.0018 0.0019其它(Fe和雜質(zhì)) 剩余量 剩余量通過910℃淬火后，現(xiàn)場回火溫度670℃，保溫60分鐘時，實物質(zhì)量為下表所示，滿足L80-1鋼級套管要求縱向沖擊序號屈服MPa抗拉MPa伸長％J1 59469826.0 912 59971328.5 963 62372229.5 974 61370228.0 9權(quán)利要求
1.一種低碳低合金鋼，其特征在于包括以下化學(xué)元素，單位為重量百分比碳0.10～0.16％；硅0.20～0.40％；錳1.00～1.35％；鋁0.02～0.035％；釩0.07～0.13％；鎳0.05～0.25％；硼0.0005～0.0035％；鐵和微量雜質(zhì)余量。
2.如權(quán)利要求1所述低碳低合金鋼，其特征在于包括磷≤0.010％；硫≤0.005％；銅≤0.20％。
3.如權(quán)利要求1或2所述低碳低合金鋼，其特征在于包括鈮≤0.01％；鉬≤0.01％。
4.權(quán)利要求1所述低碳低合金鋼的應(yīng)用，其特征在于制成X60～X80鋼級管線管或相似強度鋼級的管材。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種低碳低合金鋼及所制管材，屬于金屬鋼鐵領(lǐng)域。本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是增加合金鋼的強韌性及提高淬透性和焊接性能。本發(fā)明的低碳低合金鋼包括以下元素碳0.10～0.16％；硅0.20～0.40％；錳1.00～1.35％；鋁0.02～0.035％；釩0.07～0.13％；鎳0.05～0.25％；硼0.0005～0.0035％；磷≤0.010％；硫≤0.005％；鉬≤0.01％；銅≤0.20％；鈮≤0.01％；鐵和微量雜質(zhì)余量。本發(fā)明的低碳低合金鋼可制成X60～X80鋼級管線管或相似強度鋼級的管材。
文檔編號F16L9/02GK1403616SQ0112661
公開日2003年3月19日 申請日期2001年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月31日
發(fā)明者黃子陽, 閻名, 陳思孝, 劉麒麟, 顧文兵, 韓立新 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司