本發明涉及一種高合金鋼，尤其是一種管件用高合金SA387Gr5CL2鋼板及其生產方法。
背景技術：
：高合金鉻鉬鋼管件性能要比一般的鋼管高很多，甚至于很多無縫鋼管也不能與其相提并論，原因在于高合金鉻鉬鋼管件的成分中Cr元素含量占比較大（接近或達到5%），基于此，其耐高溫、耐低溫、耐腐蝕性能也是其他絕大多數鋼管所不能比的，所以高合金鉻鉬鋼管件在石油、化工、電力、鍋爐等行業的用途較為廣泛。與此同時，伴隨著焊接鍋爐及石化設備的大型化，石化等行業對設備的抗惡劣、極端環境的要求也越來越高。為滿足石化等裝備制造行業對于高性能鋼板的需求，需要Cr-Mo鋼具有良好的抗氫腐蝕、抗回火脆化、抗蠕變脆化等性能，以滿足其在長期的高溫、高壓、臨氫等惡劣條件下工作的需求。技術實現要素：本發明要解決的技術問題是提供一種高性能的管件用高合金SA387Gr5CL2鋼板；本發明還提供了一種管件用高合金SA387Gr5CL2鋼板的生產方法。為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案是：其由以下重量百分含量的成分組成：C≤0.15%，Si≤0.55%，Mn0.25～0.66%，P≤0.007%，S≤0.007%，Cr4.15～5.10%，Mo0.45～0.60%，Ni≤0.30%，Cu≤0.20%，Al0.020～0.060%，余量為Fe和不可避免的雜質。優選的，所述成分的重量百分含量為：C0.12～0.14%，Si0.20～0.40%，Mn0.45～0.60%，P≤0.007%，S≤0.007%，Cr4.25～5.00%，Mo0.45～0.55%，Ni≤0.30%，Cu≤0.20%，Al0.020～0.060%，余量為Fe和不可避免的雜質。本發明所述鋼板厚度為10～22mm。本發明中：C含量≤0.15%；C的含量對鋼的機械性能起著主要作用，在鋼中和其它合金元素形成碳化物，使鋼板強度增加。Mn的含量在0.25～0.66%；Mn溶入鐵素體中引起固溶強化，主要起降低鋼的臨界冷卻速度及提高強度、硬度和耐磨性的作用。Ni的含量在0.30%以下；添加Ni的目的是增大奧氏體的過冷度，使晶粒度細化并使組織均勻化，提高鋼的韌性并降低鋼的冷脆轉變溫度。Cr的含量在4.15～5.10%；Cr能增加鋼的淬透性并有二次硬化作用，使鋼經正火、回火后具有較好的綜合力學性能；Mo含量0.45～0.60%；Mo元素能提高淬透性和熱強性，提高鋼的抗回火性，從而更有效地消除殘余應力，提高鋼的塑性。有害元素S、P等含量在設備、工藝均滿足的條件下盡可能地降低，從而使鋼質純凈、力學性能優良。本發明方法包括冶煉、澆鑄、加熱、開坯、軋制、軋后冷卻和熱處理工序，其特征在于，所述冶煉工序出鋼鋼水成分的重量百分含量如上所述；所述熱處理工序采用正火＋回火處理。本發明方法所述加熱工序：采用均熱爐和連續爐進行加熱；均熱爐加熱最高加熱溫度1260～1265℃，均熱溫度1220℃～1250℃；連續爐最高加熱溫度1230～1240℃，均熱溫度1170～1195℃。本發明方法所述軋制工藝；每道次壓下率均≥10%，終軋溫度≥950℃，鋼板完全軋制之后不澆水。本發明方法所述軋后冷卻工序：軋后堆垛緩冷，堆垛溫度≥500℃，堆垛緩冷時間≥48小時。本發明方法所述熱處理工序：正火溫度930±10℃、保溫時間PLC+10～15min，正火后空冷；回火溫度730～745℃、保溫時間100～120min。采用上述技術方案所產生的有益效果在于：本發明在ASME標準中制定的SA387Gr5鋼板標準的基礎上進行了改良，優化了鋼板中各元素組分及配比，保證了鋼板的各項力學性能均滿足ASME標準中的要求。本發明方法所生產的鋼板交貨狀態為正火+回火，整張鋼板力學性能優秀，質量穩定，滿足ASMESA578/SA578M探傷標準中C級的要求；鋼板強度較高，屈服強度在310MPa以上，抗拉強度在515MPa～690MPa之間；鋼板具有純凈度較高、成分均勻、內部致密等特點，力學性能完全滿足標準要求，適合制造管件等關鍵設備部件。具體實施方式本管件用高合金SA387Gr5CL2鋼板采用下述工藝生產而成：（1）冶煉工序：A、初煉：煉鋼加強配料，選用雜質及殘余元素少的鐵水、廢鋼及渣料；B、精煉：將初煉鋼水裝入鋼包爐中，調整各元素成分及配比；精煉總時間≥60min，白渣保持時間≥30min，確保造渣良好；石灰用量≥15kg/t鋼，以保證精煉效果，同時盡可能選用純度高的合金料；C、真空處理：將精煉鋼水轉入真空脫氣爐中進行真空處理，真空度66Pa及以下保持時間≥25min，軟吹時間≥10min后吊包；出鋼鋼水進入澆鑄工序。（2）澆鑄工序：將真空后的鋼水進行澆注，得到鋼錠；利用火焰溫清掉鋼錠表面可能存在的裂紋、皮下氣泡等缺陷。（3）加熱工序：采用均熱爐＋連續爐進行加熱；鋼錠在均熱爐中的最高加熱溫度為1260～1265℃，均熱溫度為1220℃～1250℃；鋼錠開坯后在連續爐最高加熱溫度1230～1240℃，均熱溫度1170～1195℃；整個加熱過程中不允許某段燒咀全關。（4）軋制工序：采用搶溫軋制工藝；每道次壓下率均≥10%，終軋溫度≥950℃，鋼板完全軋制之后不澆水。（5）軋后冷卻工序：軋后盡快堆垛緩冷，堆垛溫度≥500℃，堆垛緩冷時間≥48小時；將熱處理后的鋼板按照ASMESA578/SA578M逐張進行超聲波探傷檢驗，合格級別為C級。（6）熱處理工序：采用正火＋回火處理；A、正火處理：對探傷合格后的鋼板進行正火，正火溫度930±10℃、保溫時間PLC+10～15min，正火后空冷；B、回火處理：對正火處理后的鋼板進行回火，回火溫度730～745℃、保溫時間100～120min，回火后即可得到所述的SA387Gr5CL2鋼板。下面結合具體實施例對本發明作進一步詳細的說明。實施例1：本管件用高合金SA387Gr5CL2鋼板的具體生產工藝如下所述。本鋼板厚度為10mm，由以下重量百分比的成分組成：C0.12%，Si0.20%，Mn0.45%，P0.006%，S0.005%，Cr4.25%，Mo0.45%，Ni0.15%，Cu0.03%，Al0.020%，其余為Fe和不可避免的雜質。本鋼板生產方法的步驟如下：（1）冶煉工序：將電爐冶煉后的鋼水送入LF爐精煉并調整成分，之后轉入真空脫氣爐（VD爐）進行真空處理，真空度66Pa以下保持25分鐘破壞真空，軟吹10分鐘后吊包。（2）澆鑄工序：將冶煉合格后的鋼水進行模鑄，得到鋼錠。（3）加熱工序：均熱爐加熱最高加熱溫度1260℃，均熱溫度1220℃；鋼錠開坯后在連續爐最高加熱溫度1230℃，均熱溫度1170℃。（4）軋制工序：采用搶溫軋制工藝；每道次壓下率均≥10%，終軋溫度950℃，鋼板完全軋制之后不澆水，得到半成品鋼板。（5）軋后冷卻工序：半成品鋼板及時下線堆垛緩冷，堆垛溫度500℃,堆垛緩冷時間48小時。（6）熱處理工序：正火溫度920℃、保溫時間PLC+10min，正火后空冷；回火溫度730℃、保溫時間100min，回火后空冷制得成品SA387Gr5CL2鋼板。本SA387Gr5CL2鋼板的力學性能：屈服強度471MPa，抗拉強度604MPa，延伸率29%。實施例2：本管件用高合金SA387Gr5CL2鋼板的具體生產工藝如下所述。本鋼板厚度為12mm，由以下重量百分比的成分組成：C0.125%，Si0.26%，Mn0.52%，P0.004%，S0.006%，Cr4.33%，Mo0.48%，Ni0.13%，Cu0.02%，Al0.024%，其余為Fe和不可避免的雜質。本鋼板生產方法的步驟如下：（1）冶煉工序：將電爐冶煉后的鋼水送入LF爐精煉并調整成分，之后轉入真空脫氣爐（VD爐）進行真空處理，真空度66Pa以下保持27分鐘破壞真空，軟吹13分鐘后吊包。（2）澆鑄工序：將冶煉合格后的鋼水進行模鑄，得到鋼錠。（3）加熱工序：均熱爐加熱最高加熱溫度1261℃，均熱溫度1230℃；鋼錠開坯后在連續爐最高加熱溫度1233℃，均熱溫度1175℃。（4）軋制工序：采用搶溫軋制工藝；每道次壓下率均≥10%，終軋溫度955℃，鋼板完全軋制之后不澆水，得到半成品鋼板。（5）軋后冷卻工序：半成品鋼板及時下線堆垛緩冷，堆垛溫度510℃,堆垛緩冷時間50小時。（6）熱處理工序：正火溫度925℃、保溫時間PLC+11min，正火后空冷；回火溫度735℃、保溫時間105min，回火后空冷制得成品鋼板。本鋼板的力學性能：屈服強度480MPa，抗拉強度615MPa，延伸率28%。按本實施例的成分配比以及制備工藝進行批次生產，所得各批次鋼板進行拉伸試驗，拉伸性能見表1。表1SA387Gr5CL2鋼板的拉伸性能批號熱處理制度位置屈服類型抗拉強度/MPa屈服強度/MPa伸長率GCA608751模擬焊后1/4Rp0.261045026GCA608752模擬焊后1/4Rp0.261045829GCA608753模擬焊后1/4Rp0.260045229GCA608754模擬焊后1/4Rp0.259544526GCA608755模擬焊后1/4Rp0.258042827GCA608756模擬焊后1/4Rp0.261545428實施例3：本管件用高合金SA387Gr5CL2鋼板的具體生產工藝如下所述。本鋼板厚度為14mm，由以下重量百分比的成分組成：C0.13%，Si0.28%，Mn0.54%，P0.005%，S0.004%，Cr4.35%，Mo0.50%，Ni0.14%，Cu0.03%，Al0.030%，其余為Fe和不可避免的雜質。本鋼板生產方法的步驟如下：（1）冶煉工序：將電爐初煉鋼水轉至鋼包爐精煉并調整成分至標準要求，之后轉入真空脫氣爐進行真空處理，真空度66Pa以下保持30分鐘破壞真空，軟吹15分鐘后吊包。（2）澆鑄工序：將鋼質純凈、成分合格的鋼水進行模鑄，得到鋼錠。（3）加熱工序：均熱爐加熱最高加熱溫度1262℃，均熱溫度1235℃；鋼錠開坯后在連續爐最高加熱溫度1234℃，均熱溫度1180℃。（4）軋制工序：采用搶溫軋制工藝；每道次壓下率均≥10%，終軋溫度960℃，鋼板完全軋制之后不澆水，得到半成品鋼板。（5）軋后冷卻工序：半成品鋼板及時下線堆垛緩冷，堆垛溫度520℃,堆垛緩冷時間51小時。（6）熱處理工序：正火溫度930℃、保溫時間PLC+12min，正火后空冷；回火溫度740℃、保溫時間110min，回火后空冷制得成品鋼板。本鋼板的力學性能：屈服強度487MPa，抗拉強度623MPa，延伸率27.7%。實施例4：本管件用高合金SA387Gr5CL2鋼板的具體生產工藝如下所述。本鋼板厚度為20mm，由以下重量百分比的成分組成：C0.136%，Si0.31%，Mn0.55%，P0.004%，S0.003%，Cr4.40%，Mo0.51%，Ni0.12%，Cu0.02%，Al0.031%，其余為Fe和不可避免的雜質。本鋼板生產方法的步驟如下：（1）冶煉工序：將電爐初煉鋼水轉至鋼包爐精煉并調整成分至標準要求，之后轉入真空脫氣爐進行真空處理，真空度66Pa以下保持29分鐘破壞真空，軟吹13分鐘后吊包。（2）澆鑄工序：將鋼質純凈、成分合格的鋼水進行模鑄，得到鋼錠。（3）加熱工序：均熱爐加熱最高加熱溫度1263℃，均熱溫度1240℃；鋼錠開坯后在連續爐最高加熱溫度1235℃，均熱溫度1185℃。（4）軋制工序：采用搶溫軋制工藝；每道次壓下率均≥11%，終軋溫度954℃，鋼板完全軋制后不澆水，得到半成品鋼板。（5）軋后冷卻工序：半成品鋼板及時下線堆垛緩冷，堆垛溫度555℃,堆垛緩冷時間48小時。（6）熱處理工序：正火溫度931℃、保溫時間PLC+13min，正火后空冷；回火溫度741℃、保溫時間115min，回火后空冷制得成品鋼板。本鋼板的力學性能：屈服強度481MPa，抗拉強度639MPa，延伸率27%。按本實施例的成分配比以及制備工藝進行批次生產，所得各批次鋼板進行拉伸試驗，拉伸性能見表2。表2SA387Gr5CL2鋼板的拉伸性能批號熱處理制度位置屈服類型抗拉強度/MPa屈服強度/MPa伸長率GCA608056模擬焊后1/4Rp0.260547333GCA608057模擬焊后1/4Rp0.259547227GCA608058模擬焊后1/4Rp0.264550025GCA608059模擬焊后1/4Rp0.263047728實施例5：本管件用高合金SA387Gr5CL2鋼板的具體生產工藝如下所述。本鋼板厚度為14mm，由以下重量百分比的成分組成：C0.138%，Si0.34%，Mn0.56%，P0.005%，S0.002%，Cr4.47%，Mo0.53%，Ni0.11%，Cu0.03%，Al0.039%，其余為Fe和不可避免的雜質。本鋼板生產方法的步驟如下：（1）冶煉工序：將電爐初煉鋼水轉至鋼包爐精煉并調整成分至標準要求，之后轉入真空脫氣爐進行真空處理，真空度66Pa以下保持27分鐘破壞真空，軟吹14分鐘后吊包。（2）澆鑄工序：將鋼質純凈、成分合格的鋼水進行模鑄，得到鋼錠。（3）加熱工序：均熱爐加熱最高加熱溫度1263℃，均熱溫度1246℃；鋼錠開坯后在連續爐最高加熱溫度1238℃，均熱溫度1191℃。（4）軋制工序：采用搶溫軋制工藝；每道次壓下率均≥11%，終軋溫度955℃，鋼板完全軋制后不澆水，得到半成品鋼板。（5）軋后冷卻工序：半成品鋼板及時下線堆垛緩冷，堆垛溫度540℃,堆垛緩冷時間49小時。（6）熱處理工序：正火溫度935℃、保溫時間PLC+13min，正火后空冷；回火溫度742℃、保溫時間114min，回火后空冷制得成品鋼板。本鋼板的力學性能：屈服強度495MPa，抗拉強度654MPa，延伸率26%。實施例6：本管件用高合金SA387Gr5CL2鋼板的具體生產工藝如下所述。本鋼板厚度為22mm，由以下重量百分比的成分組成：C0.14%，Si0.40%，Mn0.60%，P0.003%，S0.002%，Cr5.00%，Mo0.55%，Ni0.08%，Cu0.02%，Al0.060%，其余為Fe和不可避免的雜質。本鋼板生產方法的步驟如下：（1）冶煉工序：將電爐初煉鋼水轉至鋼包爐精煉并調整成分至標準要求，之后轉入真空脫氣爐進行真空處理，真空度66Pa以下保持25分鐘破壞真空，軟吹10分鐘后吊包。（2）澆鑄工序：將鋼質純凈、成分合格的鋼水進行模鑄，得到鋼錠。（3）加熱工序：均熱爐加熱最高加熱溫度1265℃，均熱溫度1250℃；鋼錠開坯后在連續爐最高加熱溫度1240℃，均熱溫度1195℃。（4）軋制工序：采用搶溫軋制工藝；每道次壓下率均≥10%，終軋溫度950℃，鋼板完全軋制后不澆水，得到半成品鋼板。（5）軋后冷卻工序：半成品鋼板及時下線堆垛緩冷，堆垛溫度500℃,堆垛緩冷時間48小時。（6）熱處理工序：正火溫度940℃、保溫時間PLC+15min，正火后空冷；回火溫度745℃、保溫時間120min，回火后空冷制得成品鋼板。本鋼板的力學性能：屈服強度505MPa，抗拉強度681MPa，延伸率25.4%。實施例7：本管件用高合金SA387Gr5CL2鋼板的具體生產工藝如下所述。本鋼板厚度為16mm，由以下重量百分比的成分組成：C0.13%，Si0.38%，Mn0.49%，P0.007%，S0.007%，Cr4.83%，Mo0.47%，Ni0.30%，Cu0.20%，Al0.048%，其余為Fe和不可避免的雜質。本鋼板生產方法的步驟如下：（1）冶煉工序：將電爐初煉鋼水轉至鋼包爐精煉并調整成分至標準要求，之后轉入真空脫氣爐進行真空處理，真空度66Pa以下保持30分鐘破壞真空，軟吹12分鐘后吊包。（2）澆鑄工序：將鋼質純凈、成分合格的鋼水進行模鑄，得到鋼錠。（3）加熱工序：均熱爐加熱最高加熱溫度1264℃，均熱溫度1230℃；鋼錠開坯后在連續爐最高加熱溫度1235℃，均熱溫度1190℃。（4）軋制工序：采用搶溫軋制工藝；每道次壓下率均≥10%，終軋溫度965℃，鋼板完全軋制后不澆水，得到半成品鋼板。（5）軋后冷卻工序：半成品鋼板及時下線堆垛緩冷，堆垛溫度530℃,堆垛緩冷時間60小時。（6）熱處理工序：正火溫度925℃、保溫時間PLC+14min，正火后空冷；回火溫度738℃、保溫時間110min，回火后空冷制得成品鋼板。本鋼板的力學性能：屈服強度498MPa，抗拉強度665MPa，延伸率25.5%。實施例8：本管件用高合金SA387Gr5CL2鋼板的具體生產工藝如下所述。本鋼板厚度為22mm，由以下重量百分比的成分組成：C0.15%，Si0.42%，Mn0.66%，P0.005%，S0.004%，Cr5.10%，Mo0.54%，Ni0.22%，Cu0.09%，Al0.053%，其余為Fe和不可避免的雜質。本鋼板生產方法的步驟如下：（1）冶煉工序：將電爐初煉鋼水轉至鋼包爐精煉并調整成分至標準要求，之后轉入真空脫氣爐進行真空處理，真空度66Pa以下保持25分鐘破壞真空，軟吹15分鐘后吊包。（2）澆鑄工序：將鋼質純凈、成分合格的鋼水進行模鑄，得到鋼錠。（3）加熱工序：均熱爐加熱最高加熱溫度1260℃，均熱溫度1225℃；鋼錠開坯后在連續爐最高加熱溫度1230℃，均熱溫度1185℃。（4）軋制工序：采用搶溫軋制工藝；每道次壓下率均≥11%，終軋溫度955℃，軋后不澆水，得到半成品鋼板。（5）軋后冷卻工序：半成品鋼板及時下線堆垛緩冷，堆垛溫度550℃,堆垛緩冷時間52小時。（6）熱處理工序：正火溫度925℃、保溫時間PLC+10min，正火后空冷；回火溫度740℃、保溫時間105min，回火后空冷制得成品鋼板。本鋼板的力學性能：屈服強度509MPa，抗拉強度689MPa，延伸率25%。實施例9：本管件用高合金SA387Gr5CL2鋼板的具體生產工藝如下所述。本鋼板厚度為22mm，由以下重量百分比的成分組成：C0.14%，Si0.55%，Mn0.25%，P0.004%，S0.004%，Cr4.15%，Mo0.60%，Ni0.17%，Cu0.16%，Al0.041%，其余為Fe和不可避免的雜質。本鋼板生產方法的步驟如下：（1）冶煉工序：將電爐初煉鋼水轉至鋼包爐精煉并調整成分至標準要求，之后轉入真空脫氣爐進行真空處理，真空度66Pa以下保持25分鐘破壞真空，軟吹15分鐘后吊包。（2）澆鑄工序：將鋼質純凈、成分合格的鋼水進行模鑄，得到鋼錠。（3）加熱工序：均熱爐加熱最高加熱溫度1260℃，均熱溫度1235℃；鋼錠開坯后在連續爐最高加熱溫度1230℃，均熱溫度1175℃。（4）軋制工序：采用搶溫軋制工藝；每道次壓下率均≥10%，終軋溫度940℃，軋后不澆水，得到半成品鋼板。（5）軋后冷卻工序：半成品鋼板及時下線堆垛緩冷，堆垛溫度580℃,堆垛緩冷時間55小時。（6）熱處理工序：正火溫度930℃、保溫時間PLC+10min，正火后空冷；回火溫度742℃、保溫時間115min，回火后空冷制得成品鋼板。本鋼板的力學性能：屈服強度496MPa，抗拉強度657MPa，延伸率25.9%。當前第1頁1 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