石油容器支架用鋼及其生產方法
【專利摘要】本發明涉及一種石油容器支架用鋼及其生產方法。當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。本發明能夠制造出強度和韌性有較好匹配的，具有良好低溫韌性，適合寒冷地區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方法
[0001]【技術領域】:
本發明涉及一種石油容器支架用鋼及其生產方法，屬于冶金【技術領域】。
[0002]【背景技術】:
石油容器支架承載著石油容器本身及容器內部液體等較大的重量，在運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度和良好的塑性，依據使用地區的環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險，另一方面服役期短增加了設備的相對投資成本，所以，開發一種高強度、高塑韌性，強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]檢索發現，本發明之前，中國專利“201110359475.6”公開了一種超高強度海洋工程結構用鋼板及其生產方法。與本發明相比，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等元素對鋼進行強化，并加入了一定量的Mo和B元素，鋼的生產成本很高，與本發明的成分體系相差很大；另外，該鋼軋制后還需要進行淬火+回火熱處理，工藝復雜，生產周期較長，大大地增加了生產難度。
[0004]另外，中國專利“201110337797.0”公開了一種電力塔架用鋼及其生產方法。與本發明相比，鋼中的主要元素C、Mn、P等的含量均較低，并且鋼中不含本發明有意添加的Cu、Cr.Ni等元素，該專利為了強化鋼的基體，在鋼中加入了 V、Ti等元素，鋼的成分體系與本發明相差也較大。與本發明相比，該專利在軋制過程中，生產節奏較慢，為了保證軋制溫度，在粗軋和精軋之間必須使用保溫罩，生產工藝復雜，產品溫度誤差較大，不如本發明使用熱連軋機，生產節奏快，生產效率高，產品溫度可以控制在一個較窄的范圍內，提高了產品性能的均勻穩定性，本發明的精軋結束溫度控制在850°C~880°C，卷取溫度控制在580°C~620°C。另外，該專利為了強化鋼的基體，加入了 V、Ti等元素，致使鋼的強度偏高，其屈服強度大于560Mpa，導致鋼的韌性特別是低溫韌性較差，該專利的韌性指標說明書中未列出，而本發明具有良好的低溫韌性，使用地區廣泛。
[0005]
【發明內容】
:
本發明的目的是為了克服現有石油容器支架用鋼強度和塑性不能良好匹配、韌性特別是低溫韌性較差的技術缺陷，本發明通過對鋼中C、Mn、P等元素進行合理設計，適量添加Cr、N1、Cu等元素，制造出強度和韌性有較好匹配的，具有良好低溫韌性，適合寒冷地區使用的石油容器支架用鋼。本發明的另外一個目的是提供這種石油容器支架用鋼的生產方法。
[0006]上述的目的通過以下的技術方案實現:
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。
[0007]上述的石油容器支架用鋼的生產方法，該方法包括:將原料依次進行鐵水預脫硫，轉爐頂底復合吹煉，底吹Ar攪拌，所述的底吹Ar攪拌時間不少于5分鐘，然后經過RH爐進行成分微調得到上述配比后進行真空循環脫氣處理，保證RH純脫氣時間不少于8分鐘，再采用全程吹Ar保護澆鑄，澆鑄成2 IOmm厚的連鑄板坯，連鑄板坯經加熱爐再加熱后，在連續熱連軋軋機上軋制，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，精軋結束溫度設計為850°C~880°C，精軋階段壓縮比大于80%，軋制后，進行控制冷卻，然后進行卷取，卷取溫度設計為580°C~620°C,板卷的成品厚度為6~12mm。
[0008]有益效果: 經過本發明人多年的研究發現鋼材中各元素的含量的作用如下:
碳:提高碳含量，對提高鋼的室溫強度和中溫強度有利，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，能擴大Y區，降低Y — α轉變溫度，擴大軋制范圍，使鐵素體晶粒的長大機會大大減少，因而促進了晶粒細化，增加鋼的強韌性，但錳含量高，會相應增加鋼的成本，也會增加碳當量，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，嚴重時導致鋼板分層。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，進一步提高鋼的強度。
[0013]銅:銅能提高鋼的淬透性，在鋼中主要起固溶及沉淀強化作用，同時通過Cu-Cr-Ni適當配比，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的結晶化程度，形成致密、接近于非晶態的穩定銹層，此種銹層能夠阻礙帶有腐蝕性的介質向基體滲透，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，鋼的韌一脆性轉變溫度顯著降低，另外，Ni還能起到固溶強化作用，所以Ni能夠在改善韌性的同時提高鋼的強度。
[0015]鋁:鋁是鋼中的主要脫氧元素，另外，鋁的熔點較高，在生產中，鋁可以用來細化晶粒，進一步提聞鋼的強度和朝性。
[0016]本發明人經過多次正交實驗，得出合理的化學成分設計，采用轉爐頂底復合冶煉，真空精煉，連鑄機保護澆注，控軋控冷等工藝，可以得到鋼質純凈，綜合性能優良的材料，特別是在低溫狀態下還能保持較好的塑韌性的石油容器支架用鋼，該鋼晶粒均勻細小，金相組織為鐵素體+珠光體，其屈服強度超過480 MPa，抗拉強度超過590 MPa, _40°C Akv達到130 J以上，具有以下特點:
1.本發明材料具有優良的綜合力學性能，屈服強度指標達到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使用，而且還完全滿足寒冷地區石油容器支架用鋼的使用要求。[0017]本發明材料具有優良的焊接性能，通過合理的成分設計和焊接材料推薦，可以有效提高焊接效率，獲得良好的焊接接頭性能。
[0018]本發明材料采用控軋控冷工藝生產，以熱軋狀態交貨，無需進行熱處理，生產工藝簡單，生產成本較低，該技術可以較方便地推廣到相關企業。
[0019]在本發明的石油容器支架用鋼中，各工藝參數的依據是:
連鑄板坯加熱溫度:本發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，應適當提高板坯的加熱溫度。但加熱溫度過高，鋼坯表面易產生氧化鐵皮，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，無法保證本發明要求的終軋溫度，鋼坯也不能充分奧氏體化。實驗表明，連鑄板坯加熱溫度設定為1200°C~1250。。。
[0020]精軋結束溫度:終軋溫度需高于Ar3相變點，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。實驗表明，精軋結束溫度設定為850°C~880°C較為適宜。
[0021]卷取溫度:熱軋卷取溫度是影響機械性能的關鍵因素之一，因為卷取溫度影響到氮化物及碳化物的析出過程，特別是A1N的析出，本發明為了保證板卷具有良好的低溫韌性，強度和韌性有較好的匹配，生產出具有適合寒冷地區使用的石油容器支架用鋼，將熱軋卷取溫度設計為580~620°C。
[0022]【具體實施方式】:
下面結合具體的實施例來對本發明做進一步說明:
實施例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。
[0023]上述的石油容器支架用鋼的生產方法，該方法包括:將原料依次進行鐵水預脫硫，轉爐頂底復合吹煉，底吹Ar攪拌，所述的底吹Ar攪拌時間不少于5分鐘，然后經過RH爐進行成分微調得到上述配比然后進行真空循環脫氣處理，保證RH純脫氣時間不少于8分鐘，再采用全程吹Ar保護澆鑄，澆鑄成210_厚的連鑄板坯，連鑄板坯經加熱爐再加熱后，在連續熱連軋軋機上軋制，軋制過程中，連鑄板坯加熱溫度為1200°C ;精軋為7道次連軋，精軋結束溫度設計為880°C，精軋階段壓縮比為80%，軋制后，進行控制冷卻，然后進行卷取，卷取溫度設計為620°C，板卷的成品厚度為12_。
[0024]實施例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。
[0025]上述的石油容器支架用鋼的生產方法，該方法包括:將原料依次進行鐵水預脫硫，轉爐頂底復合吹煉，底吹Ar攪拌，所述的底吹Ar攪拌時間不少于5分鐘，然后經過RH爐進行成分微調后得到上述配比然后進行真空循環脫氣處理，保證RH純脫氣時間不少于8分鐘，再采用全程吹Ar保護澆鑄，澆鑄成210mm厚的連鑄板坯，連鑄板坯經加熱爐再加熱后，在連續熱連軋軋機上軋制，軋制過程中，連鑄板坯加熱溫度為1250°C ;精軋為7道次連軋，精軋結束溫度設計為850°C， 精軋階段壓縮比83%，軋制后，進行控制冷卻，然后進行卷取，卷取溫度設計為580°C，板卷的成品厚度為6_。
[0026]實施例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。
[0027]上述的石油容器支架用鋼的生產方法，該方法包括:將原料依次進行鐵水預脫硫，轉爐頂底復合吹煉，底吹Ar攪拌，所述的底吹Ar攪拌時間不少于5分鐘，然后經過RH爐進行成分微調得到上述配比然后進行真空循環脫氣處理，保證RH純脫氣時間不少于8分鐘，再采用全程吹Ar保護澆鑄，澆鑄成2 IOmm厚的連鑄板坯，連鑄板坯經加熱爐再加熱后，在連續熱連軋軋機上軋制，軋制過程中，連鑄板坯加熱溫度為1230°C ;精軋為7道次連軋，精軋結束溫度設計為860°C，精軋階段壓縮比85%，軋制后，進行控制冷卻，然后進行卷取，卷取溫度設計為600°C，板卷的成`品厚度為10mm。
【權利要求】
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。
2.—種權利要求1所述的石油容器支架用鋼的生產方法，其特征是:該方法包括:將原料依次進行鐵水預脫硫，轉爐頂底復合吹煉，底吹Ar攪拌，所述的底吹Ar攪拌時間不少于5分鐘，然后經過RH爐進行成分微調得到上述配比后進行真空循環脫氣處理，保證RH純脫氣時間不少于8分鐘，再采用全程吹Ar保護澆鑄，澆鑄成210mm厚的連鑄板坯，連鑄板坯經加熱爐再加熱后，在連續熱連軋軋機上軋制，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，精軋結束溫度設計為850°C~880°C，精軋階段壓縮比大于80%，軋制后，進行控制冷卻，然后進行卷取，卷取溫度設計為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 優先權日:2012年9月28日
【發明者】韓孝永 申請人:上海梅山鋼鐵股份有限公司