CN1151304C

CN1151304C - 一种低碳低合金钢及所制管材

Info

Publication number: CN1151304C
Application number: CNB011266112A
Authority: CN
Inventors: 黄子阳; 阎名; 陈思孝; 刘麒麟; 顾文兵; 韩立新
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2001-08-31
Filing date: 2001-08-31
Publication date: 2004-05-26
Anticipated expiration: 2021-08-31
Also published as: CN1403616A

Abstract

本发明涉及一种低碳低合金钢及所制管材，属于金属钢铁领域。本发明所要解决的技术问题是增加合金钢的强韧性及提高淬透性和焊接性能。本发明的低碳低合金钢包括以下元素：碳：0.10～0.16%；硅：0.20～0.40%；锰：1.00～1.35%；铝：0.02～0.035%；钒：0.07～0.13%；镍：0.05～0.25%；硼：0.0005～0.0035%；磷：≤0.010%；硫：≤0.005%；钼：≤0.01%；铜：≤0.20%；铌：≤0.01%；铁和微量杂质：余量。本发明的低碳低合金钢可制成X60～X80钢级管线管或相似强度钢级的管材。

Description

一种低碳低合金钢及所制管材

技术领域

本发明属于金属钢铁领域，特别涉及一种低碳低合金钢及所制管材。

背景技术

随着世界石油工业的持续发展，管道输送油气以其安全、可靠、经济、节能、高效等特点较其它运输手段显出较大的优势，全世界油气管道建设正飞速发展，其中输送用管材从原来低于56KSI强度级别逐步向60KSI强度级别、80KSI强度级别发展，部分工程用管材甚至达到100KSI强度级别的水平。

有关60KSI到80KSI强度级别的产品，在行业标准，如管线管的美国标准API SPEC 5L中，均无具体的材料成分明细，仅有最低杂质元素含量要求，按该要求无法生产出满足标准要求的产品。

最新2000年版API SPEC 5L要求X70以下管线管碳当量必须低于0.43，即使是对于X80钢级，其碳当量也要求尽量低。若按美国专利US 5,226,978及US 5,186,769(以下称对比文献)的配方来生产，碳当量一般会在0.43以上，必定超出标准要求。如在前述美国专利的实施例2和实施例3中的碳当量分别为0.44和0.46，均超过标准要求，致使焊接性能不高。

由于对比文献所提出的管材制造方案为在线控轧控冷，尤其是需采用连轧和张减配合机组，在连轧机组和张减机组后均需有强制冷却系统，生产控制困难，部分厂家需做较大的设备改造，投资相当大，甚至有的厂家还不可能改造成功。因此实用性不强。

最新2000年版API SPEC 5L有PSL1级和PSL2级的区分，对于PSL2级的产品，成其是对于X60～X80钢级，无论是屈服强度、抗拉强度还是冲击韧性均有极严格的要求。强度均有上下限要求，屈服强度最大许变化范围为154MPa，抗拉强度最大许变化范围为241MPa。冲击韧性最低要求要大于41焦耳(J)。通过对比文献所提出的管材制造方案来生产管线管，由于轧制过程本身的局限性，其最终成形产品头尾端均匀性差、强度波动大，屈服强度难以控制在154MPa以内。同时由于在线轧制产品轧制组织的带状分布导致冲击韧性横向与纵向差异大，不可能达到41焦耳(J)。因此对比文献仅适用于PSL1级，而不能适用于PSL2级。

另外，对比文献中Ti元素的含量在0.010～0.014之间，对电炉连铸管坯生产质量不利，会使管坯表面出现裂纹而最终影响管材轧制质量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服以往技术的缺点，提供一种低碳低合金钢及所制管材，以增加合金钢的强韧性，提高淬透性及焊接性能。采用本发明合金有利于连铸生产无缝钢管产品。

本发明是按以下技术方案实现的：

本发明的低碳低合金钢包括以下化学元素，单位为重量百分比：

碳(C)：0.10～0.16％；

硅(Si)：0.20～0.40％；

锰(Mn)：1.00～1.35％；

铝(Al)：0.02～0.035％；

钒(V)：0.07～0.13％；

镍(Ni)：0.05～0.25％；

硼(B)：0.0005～0.0035％；

磷(P)：≤0.010％；

硫(S)：≤0.005％；

钼(Mo)：≤0.01％；

铜(Cu)：≤0.20％；

铌(Nb)：≤0.01％；

铁(Fe)和微量杂质：余量。

按上述元素比例，将低碳低合金钢通过通常的调质处理工艺，淬火保温时间为30分钟以上，回火保温时间为45分钟以上，生产出X60、X65、X70、X80各钢级或其它相关钢级的无缝、焊接高强度、高韧性管材，包括钢管或利用钢管制成的各种钢管产品，这种管材可用于油田采油气或其它行业。

本发明的有益效果：

本发明的低碳低合金钢与对比文献相比，在成分配方及强化原理上有以下不同，并具有显著优点：

1)强化元素不同，对比文献所采用的强化元素为钒(V)+钛(Ti)。而本发明的强化元素为钒(V)+镍(Ni)。V、Ti为碳化物形成元素，能够细化晶粒，通过析出强化来改善强韧性，但会缩小奥氏体相区，降低合金的淬透性能。Ni为非碳化物形成元素，能扩大奥氏体相区，并增加强韧性，提高淬透性。另一方面，Ti元素在0.010～0.014％之间时对电炉连铸管坯生产质量不利，会使管坯表面出现裂纹而最终影响管材轧制质量。

2)钒元素含量与对比文献相比有差异。本发明的V元素重量百分比组成为0.07～0.13％，而对比专利的V元素重量百分比组成为0.10～0.16％。都是利用V强化，但本发明的合金的钒含量偏低、焊接性能稍优。

3)镍元素含量与对比专利相比有差异。本发明的Ni元素重量百分比组成为0.05～0.25％，而对比文献的没有此元素。本发明的合金的合金淬透性稍好。

4)钛元素含量与对比专利相比有差异。本发明的的Ti元素为非添加元素，随炼钢中废钢带入，而对比专利的Ti元素重量百分比组成为0.008～0.012％。

本发明的合金有利于连铸生产和最终无缝钢管产品表面质量。

5)硼元素(B)含量与对比文献相比有差异。本发明的B元素重量百分比组成为0.0005～0.0035％。而对比文献不含该元素。因而本发明的合金的淬透性较好。

本发明的低碳低合金钢在各钢管制造企业生产时具有以下几个优点：

1)化学成分中碳含量低、合金含量低，轧制时变形抗力小，易于轧制，与其它常规产品的轧制工艺相比，工艺无需改变易于轧制出合格的产品。

2)采用相同的管坯可生产适用的钢级强度高、钢级范围广，能适用不同的用户不同钢级需要，能极大地降低管材制造厂的管坯库存成本。

3)生产容易，只需生产厂家具备调质生产线即可进行热处理生产。而且即使管材制造厂不能进行热处理，还可委托其它具有热处理能力的厂家进行外委加工。能同时适应API SPEC 5L-2000标准的PSL1级和PSL2级。

结合附图1和附图2，附图1为本发明实施例1的过冷奥氏体等温转变温度曲线(CCT曲线)，图2为U型试样淬透性曲线，从曲线可以看出，本发明的材料淬透性好。附图3为大生产样的轧态组织，组织为铁素体和珠光体。附图4为大生产样的淬火组织图，组织为马氏体，从图中可以看出，本发明的材料已经完全淬透。附图5为经过回火后的组织图，为回火索氏体。

附图说明

图1：实施例1的过冷奥氏体等温转变温度曲线(CCT曲线)

图2：实施例1试样U型淬透性曲线

其中，实际硬度值

·平均硬度值

图3：实施例1合金的轧态组织图

图4：实施例1合金的淬火组织图

图5：实施例1合金的回火组织图

图6：实施例1不同温度回火后材料的屈服强度

其中，

X80屈服强度最低值

X80屈服强度最高值

X60屈服强度最低值

X60屈服强度最高值

图7：实施例1不同温度回火后材料的抗拉强度

其中，

X80抗拉强度最低值

X80抗拉强度最高值

X60抗拉强度最低值

X60抗拉强度最高值

具体实施方式

实施例1

根据本发明所设计的化学成分重量百分比并在宝钢炼钢部电炉分厂通过电炉连铸生产的一炉钢150吨，在宝钢股份公司钢管分公司轧制成139.70*7.72的钢管，并按不同回火制度处理成X60～X80钢级管线管。随机取两根管材做成品成分分析，具体化学成分如下：

重量百分比

元素

分析1 分析2

C 0.151 0.146

Si 0.229 0.232

Mn 1.108 1.101

P 0.007 0.010

S 0.003 0.005

V 0.089 0.085

Al 0.023 0.022

Ni 0.062 0.072

Cu 0.044 0.044

B 0.0019 0.0019

其它(Fe和杂质) 剩余量剩余量

以上管材轧态力学性能为：

纵向冲击

屈服MPa 抗拉MPa 伸长％

J

1 347 509 40.5 142

2 339 502 40.0 134

3 343 507 40.5 138

通过910℃淬火后，分别在600℃～700℃回火，保温60分钟时，力学性能分布如图6、图7所示。

当现场回火温度695℃时，实物质量为下表所示，满足X60钢级PSL II级的管线管要求：

屈服抗拉

序号

伸长％纵向冲击 J

MPa MPa

1 491 595 31.0 112

2 493 586 31.5 114

3 489 585 31.5 115

4 491 589 30.0 114

5 486 580 34.0 114

6 500 595 32.0 118

当现场回火温度665℃时，实物质量为下表所示，满足X80钢级PSL II级的管线管要求：

抗拉

序号屈服MPa

伸长％纵向冲击 J

MPa

1 594 669 26.0 102

2 603 670 26.0 99

3 592 672 28.0 98

4 586 669 26.5 100

5 596 672 27.5 102

6 584 675 25.5 100

实施例2

根据本发明所设计的化学成分重量百分比并在宝钢炼钢部电炉分厂通过电炉连铸生产的一炉钢150吨，在宝钢股份公司钢管分公司轧制成139.70*9.17的钢管，并按不同回火制度处理成X60～X80钢级管线管。随机取两根管材做成品成分分析，具体化学成分如下：

重量百分比

元素

分析1 分析2

C 0.148 0.144

Si 0.267 0.259

Mn 1.077 1.081

P 0.011 0.011

S 0.006 0.005

V 0.110 0.112

Al 0.028 0.029

Ni 0.013 0.014

Cu 0.086 0.095

B 0.0022 0.0020

其它(Fe和杂质) 剩余量剩余量

通过910℃淬火后，现场回火温度670℃，保温60分钟时，实物质量为下表所示，满足X80钢级PSL II级的管线管要求：

纵向冲击

序号屈服MPa 抗拉MPa 伸长％

J

1 594 690 28.0 98

2 576 693 29.0 106

3 586 689 29.5 99

4 613 702 28.5 96

通过910℃淬火后，现场回火温度680℃，保温60分钟时，实物质量为下表所示，满足X70钢级PSL II级的管线管要求：

纵向冲击

序号屈服MPa 抗拉MPa 伸长％

J

1 545 659 32.0 102

2 530 671 33.5 116

3 541 667 32.5 109

4 529 656 34.0 120

通过910℃淬火后，现场回火温度640℃，保温60分钟时，实物质量为下表所示，满足N80钢级的套管要求：

纵向冲击

序号屈服MPa 抗拉MPa 伸长％

J

1 640 759 24.0 87

2 648 785 25.5 93

3 638 776 25.5 80

4 632 791 23.5 89

实施例3

根据本发明所设计的化学成分重量百分比中并在宝钢技术中心产品室炼钢车间进行小炉冶炼，经锻打、轧制最终形成厚度为20mm和30mm的板材具体化学成分如下：

重量百分比

元素

20mm 30mm

C 0.164 0.156

Si 0.276 0.269

Mn 1.197 1.220

P 0.007 0.006

S 0.005 0.005

V 0.089 0.085

Al 0.008 0.012

Ni 0.089 0.085

Cu 0.069 0.081

B 0.0017 0.0019

其它(Fe和杂质) 剩余量剩余量

通过910℃淬火后，回火温度为700℃时，实物质量为下表所示，满足X60钢级PSL II级的管线管要求：

屈服抗拉

序号

伸长％纵向冲击 J

MPa MPa

1 510 602 30.5 128

2 496 607 29.5 131

现场回火温度670℃时，能生产满足X80钢级PSL II级的管线管，实物质量为：

屈服抗拉

序号

伸长％纵向冲击 J

MPa MPa

1 609 700 26.5 98

2 601 692 25.5 101

实施例4

根据本发明所设计的化学成分重量百分比中并在宝钢技术中心产品室炼钢车间进行小炉治炼，经锻打、轧制最终形成厚度为20mm和30mm的板材具体化学成分如下：

重量百分比

元素

20mm 30mm

C 0.121 0.119

Si 0.353 0.358

Mn 1.182 1.210

P 0.009 0.008

S 0.006 0.005

V 0.105 0.095

Al 0.009 0.012

Ni 0.012 0.015

Cu 0.076 0.090

B 0.0020 0.0018

其它(Fe和杂质) 剩余量剩余量

屈服抗拉

序号

伸长％纵向冲击 J

MPa MPa

1 510 602 30.5 128

2 496 607 29.5 131

当现场回火温度670℃时，能生产满足X80钢级PSL II级的管线管，实物质量为：

屈服抗拉

序号

伸长％纵向冲击 J

MPa MPa

1 609 700 26.5 98

2 601 692 25.5 101

实施例5

宝钢技术中心产品室炼钢车间进行小炉治炼，经锻打、轧制最终形成厚度为20mm和30mm的板材具体化学成分如下：

重量百分比

元素

20mm 30mm

C 0.152 0.148

Si 0.356 0.362

Mn 1.275 1.283

P 0.009 0.008

S 0.007 0.008

V 0.108 0.110

Al 0.025 0.022

Ni 0.014 0.014

Cu 0.090 0.090

B 0.0018 0.0019

其它(Fe和杂质) 剩余量剩余量

通过910℃淬火后，现场回火温度670℃，保温60分钟时，实物质量为下表所示，满足L80-1钢级套管要求：

纵向冲击

序号屈服MPa 抗拉MPa 伸长％

J

1 594 698 26.0 91

2 599 713 28.5 96

3 623 722 29.5 97

4 613 702 28.0 92

Claims

1.一种低碳低合金钢，其特征在于：包括以下化学元素，单位为重量百分比：

碳：0.10～0.16％；

硅：0.20～0.40％；

锰：1.00～1.35％；

铝：0.02～0.035％；

钒：0.07～0.13％；

镍：0.05～0.25％；

硼：0.0005～0.0035％；

磷：≤0.010％；

硫：≤0.005％；

铁和微量杂质：余量。

2.如权利要求1所述低碳低合金钢，其特征在于：还包括

铜：≤0.20％。

3.如权利要求1或2所述低碳低合金钢，其特征在于：还包括

铌：≤0.01％；

钼：≤0.01％。

4.如权利要求1或2所述的低碳低合金钢的应用，其特征是：可用于制成X60～X80钢级管线管或相似强度钢级的管材。

5.如权利要求3所述的低碳低合金钢的应用，其特征是：可用于制成X60～X80钢级管线管或相似强度钢级的管材。