专利名称：一种油气输送用含Cr高性能管件用钢及其生产方法
技术领域：
本发明属于低碳微合金钢技术领域，尤其涉及一种含Cr高性能管件用钢及其生产方法。
背景技术：
20世纪以来，随着世界对石油和天然气需求量的剧增，大型长输油气管道发展迅速。管件是管道中的重要结构件，主要包括三通、弯管和封头等，随着管道输送向着高压大口径发展，对管件和管件用钢的综合质量提出了更高的要求。目前，国内对管件钢的研究不多，对X80以上级别管件钢的报道更是少见。虽然， 近期公开的专利中对X80级管件钢有所提及，例如，申请号为200710185349. 7的专利，介绍了一种管件钢，其成分为(重量百分比)C :0. 06 0. l%、Si :0. 10 0. 30%,Mn :1. 4% 2. 0%,P :0. 015% 以下、S 0. 01% 以下、Cr 0 0. 45%,Mo 0 0. 3%,Cu 0 0. 3%,Ni 0 0.5%、Nb :0. 05% 0. 15%,Ti :0 0. 06%、V:0 0. 06%，要求 CEliw 控制在 0. 36 0.44%。又如，申请号为200610134691. X的专利，介绍了一种管件钢，其成分为(重量百分比)0. 12%,Si ^O. 35%,Mn ^ 1. 60%,P :0. 030% 以下、S :0. 015% 以下、Cr 彡0. 30%, Mo 彡 0. 25%, Cu 彡 0. 30%, Ni 彡 0. 50%, Nb 彡 0. 05%, Ti 彡 0. 05%, V 彡 0. 09%，要求 CEnw控制在0. 42%以下。以上两个专利有如下特点，第一，两专利均采用低碳设计(碳含量 0. 12%以下)，一般来说，该种管件钢在热处理尤其是回火处理过程中的性能稳定性不高， 在600°C 700°C回火，保温时间超过Smin/mm时其强度会出现显著降低，因此，对管件的生产过程要求苛刻；第二，两专利对所涉及管件钢的具体生产工艺参数均未有提及。总之，现有技术对高级别管件钢的研究尚有不足。
发明内容
本发明的目的在于提供一种油气输送用含Cr高性能的X80或XlOO级管件用钢及
其生产方法。本发明是通过以下方法实现的本发明所述含Cr高性能管件钢的化学成分，重量百分比为C 0. 13% 0. 22%, Si 0. 10% 0. 30%,Mn :0. 80% 1. 30%,Nb :0. 01% 0. 04%,Ti :0. 010% 0. 050%, Cr 0. 36% -0. 55%,Als :0. 010%— 0. 040%，余量为铁和不可避免的杂质。本发明所述含Cr高性能管件钢还可含有Mo、Ni、Cu、V元素的一种或多种，其重量百分比为 Mo 0. 20%,Ni 0. 30%、Cu:0% 0. 30%、V:0% 0. 07% ；所述含Cr高性能管件钢的CEiiw控制在0. 43 % 0. 50 %，其中CEnw = C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/15+(Ni+Cu)/5。本发明成分设计理由C是保证强度最为有效的元素，可以提高淬透性和热处理后性能稳定性，保证高温长时间回火时材料强度，因此，碳含量不宜过低；但是，碳含量的增加对材料韧性和焊接性不利，所以，碳含量也不能过高，对高强度管件钢而言，碳控制在0. 13% 0. 22%较为适且。Cr有很强的固溶强化作用，还可以有效提高组织稳定性，在热处理过程中能显著提高淬透性，回火时，增大扩散激活能，阻碍组织和微观结构的变化，提高材料回火稳定性， 保证材料在高温长时间回火时仍能具有优异的综合性能；另外，作为一种廉价元素，Cr可以替代钢中Mo、Ni、Mn等元素，在保证材料性能的同时显著降低生产成本，减少成分偏析， 但Cr含量过高会使碳当量增加，所以，控制在0. 36% 0. 55%为宜。Si可以起到固溶强化作用，但其含量过高会使钢的塑性和韧性降低，其最佳范围是 0. 10% 0. 30%。Mn可以起到固溶强化作用，还能增加奥氏体稳定性，对提高淬透性也有利，但是， 锰含量过高易诱发偏析，因此本发明将Mn含量控制在0. 80% 1. 30%较为适宜。Nb、V、Ti可以抑制奥氏体晶粒长大，细化相变组织，同时还能起到析出强化和固溶强化等作用，但其含量过高会影响韧性和焊接性。Al可以有效降低钢中的氧含量，但Al含量过高会使钢中的夹杂物增加，因此，Als 的含量控制在0. 01% 0. 040%为宜。Ni、Cu可以起到固溶强化作用，是奥氏体稳定元素，可以提供淬透性，但Ni价格较高、Cu含量过高会使韧性恶化，因此，将其含量控制在0. 30%以下为宜。Mo可以明显提高奥氏体稳定性，促进中低温转变，但是，钼含量过高不但会增加成本，还对材料焊接性有不利影响，因此，应控制其含量在0. 20%以下。本发明的CEnw控制在0. 43% 0. 50%，既可以保证钢板的强韧性，有能使钢板具有适宜的可焊性。本发明所述含Cr高性能管件钢热轧平板的生产方法包括冶炼、炉外精炼、连铸、 轧制、冷却及热处理，其特征在于轧制过程中连铸坯的加热温度1120 1180°C，该加热温度范围可以保证合金元素充分固溶，同时，抑制奥氏体晶粒过分长大；粗轧温度960 1040°C，每道次变形量15% 40%，精轧温度780 920°C，累计变形量55% 75%，通过该工艺轧制可有效细化奥氏体晶粒；轧后冷却速度5 25°C /s，终冷温度400 550°C，之后空冷得到细小、成分均勻的组织结构。热处理时，控制淬火温度920 1000°C，保温1. 0 3min/Wi，冷却速度30 800C /s，回火温度500 700°C，保温3. 0 20. Omin/mm。淬火加热温度必须保证材料组织有效奥氏体化，合金元素固溶充分，但又要抑制奥氏体晶粒过分长大，淬火加热温度920 1000°C的加热区间较为适宜；淬火冷速30 80°C /s可以保证获得低温转变组织；回火的目的是为了消除淬火组织中的残余应力，改变微观组织结构，促进碳氮化物析出，在保证强度的同时改善材料的韧性和塑性，提高其综合性能，加热保温时间必须保证材料组织均勻性和温度均勻性。本发明所提供的上述含Cr高性能管件钢，其强度可满足X80级(屈服强度580MPa 以上，抗拉强度640ΜΙ^以上)或XlOO级(屈服强度690ΜΙ^以上，抗拉强度760ΜΙ^以上)管件用钢的要求，其_30°C的冲击韧性大于等于90J，而且在回火温度700°C，保温时间20min/ mm的条件下，材料仍能达到以上性能指标，热处理稳定性优异，适用于作为制造油气输送用 X80或XlOO管件的原料。
具体实施例方式下面为本发的几个具体实施例本发明实施例的化学成分见表1 ；相应实施例的轧制工艺见表2 ；调质工艺见表3 ； 调质热处理后的性能见表4。表1本发明实施例含Cr高性能管件钢的化学成分wt %
权利要求
1.一种油气输送用含Cr高性能管件用钢，其特征在于，化学成分，重量百分比为C 0. 13% 0. 22%, Si 0. 10% 0. 30%, Mn :0. 80% 1. 30%, Nb :0. 01% 0. 04%, Ti 0. 010% 0. 050%,Cr :0. 36% 0. 55%,Als :0. 010% 0. 040%，余量为铁和不可避免的杂质，其 CEiiw 控制在 0. 43% 0. 50%，其中 CEnff = C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/15+(Ni+Cu)/5。
2.根据权利要求1所述的一种油气输送用含Cr高性能管件用钢，其特征在于，上述钢中加入Mo、Ni、Cu、V元素的一种或多种，其重量百分比为Mo 0 0. 20%,Ni :0 0. 30%, Cu 0 0. 30%, V 0 0. 07%。
3.如权利要求1所述的一种油气输送用含Cr高性能管件用钢的生产方法，包括冶炼、 炉外精炼、连铸、轧制、冷却及热处理，其特征在于轧制过程中连铸坯的加热温度1120 1180°C，粗轧温度960 1040°C，每道次变形量 15 % 40 %，精轧温度780 920 V，累计变形量55 % 75 %，轧后冷却速度5 25°C /s， 终冷温度400 550°C，之后空冷得到细小成分均勻的组织结构；热处理时，控制淬火温度920 1000°C，保温1. 0 !Bmin/mm，冷却速度30 80°C /s, 回火温度500 700 0C，保温3. 0 20. Omin/mm。
全文摘要
本发明公开一种油气输送用含Cr高性能管件用钢及其生产方法，化学成分，重量百分比为C0.13％～0.22％、Si0.10％～0.30％、Mn0.80％～1.30％、Nb0.01％～0.04％、Ti0.010％～0.050％、Cr0.36％-0.55％、Als0.010％～0.040％，余量为铁和不可避免的杂质，CEIIW控制在0.43％～0.50％，连铸坯的加热温度1120～1180℃，粗轧温度960～1040℃，精轧温度780～920℃，累计变形量55％～75％，轧后冷却速度5～25℃/s，终冷温度400～550℃，热处理时，淬火温度920～1000℃，保温1.0～3min/mm，冷却速度30℃/s～80℃/s，回火温度500～700℃，保温3.0～20.0min/mm。其强度可满足X80级或X100级管件用钢的要求。
文档编号C21D9/52GK102312164SQ201010215728
公开日2012年1月11日 申请日期2010年6月29日 优先权日2010年6月29日
发明者任毅, 刘文月, 张帅, 王爽 申请人:鞍钢股份有限公司