一种高压管道阀门用钢及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种高压管道阀门用钢及其制备方法，所述阀门用钢组成按重量百分数为：C：0.19～0.23％，Si：0.15～0.25％，Mn：0.95～1.10％，Cr：≤0.30％，Cu≤0.40％，S≤0.020％，P≤0.020％，Ni≤0.40％,Mo：≤0.12％，Ti：0.010～0.040％，V：≤0.03％，Nb：≤0.02％，Al：0.015～0.025％，[O]≤15×10-6，[N]≤90×10-6，余为Fe和不可避免的杂质。本发明专利技术通过控制碳、锰元素的含量，保证了钢的力学性能要求，同时对残余元素的含量进行控制，保证了材料的焊接性能要求，增强了钢材的疲劳强度，保证了阀门的稳定性。本发明专利技术通过控制铁水(或生铁)兑入比例、精炼炉渣量、VD炉操作和强化水口保护浇铸效果，加钛固氮，氮含量可控制在90ppm以下。

【技术实现步骤摘要】
一种高压管道阀门用钢及其制造方法
本专利技术属于冶金
，具体涉及一种用于制造高压管道阀门用钢及其制造方法。
技术介绍
阀门在管道上主要起切断和节流作用。高压阀门性能直接影响整个系统工作的可靠性、安全性、工作效率和使用寿命。在那些须频繁增压卸压的系统中，显得尤为重要。高压阀门的主要失效原因为，气蚀和冲蚀磨损，而影响气蚀和冲蚀的因素很多，主要有材料的力学性能、流体力学因素和环境影响。为了提高高压阀门抗冲蚀磨损的能力，高压管道阀门用钢一般具有如下的要求：材料硬度高；屈服点高、稳定性好；疲劳强度高。高压管道阀门主要使用于温度为：-29～427℃，用于控制水、液化气体、蒸汽、油品、天然气等各种类型流体的流动。专利文献CN102383065A公开了一种高性能阀门钢及其制备方法，其主要是将组成原料：基体为Fe元素，Cr、W、Sn、Ta、Mn、Al和C按一定重量份混合，然后经过熔炼、热处理和真空浇注得到高性能阀门钢。该申请的技术方案适合聚变堆，而不能适用于高压管道阀门，且存在成本较高的问题。
技术实现思路
本专利技术针对高压管道阀门用钢使用要求，开发生产高压管道阀门用钢，通过合理设计钢种成分，改进制备方法；解决钢材成分设计、性能、组织、表面质量的问题，提供了一种可以满足用户需求的高压管道阀门用钢及其制造方法。本专利技术提供了一种高压管道阀门用钢，其组成按重量百分数为：C：0.19～0.23％，Si：0.15～0.25％，Mn：0.95～1.10％，Cr：≤0.30％，Cu≤0.40％，S≤0.020％，P≤0.020％，Ni≤0.40％,Mo：≤0.12％，Ti：0.010～0.040％，V：≤0.03％，Nb：≤0.02％，Al：0.015～0.025％，[O]≤15×10-6，[N]≤90×10-6，余为Fe和不可避免的杂质。如下为本专利技术钢材中各组分的含量以及作用说明：为了保证材料的焊接性，本专利技术对该材料的碳当量进行了规定：CEV＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15≤0.43％。C对钢的机械性能影响极为显著，对钢的心部强度影响很大，C的含量太低，强度达不到要求，而过高会使钢的塑性和韧性下降。为保证钢材性能稳定控制碳含量在0.19～0.23％。锰是一种弱脱氧剂。适量的锰可有效提高钢材强度，消除硫、氧对钢材的热脆影响，改善钢材热加工性能，并改善钢材的冷脆倾向，同时不显著降低钢材的塑性、冲击韧性。本专利技术中控制Mn含量在0.95～1.10％。Si可强烈提高渗层的淬透性，但在渗碳过程中容易发生晶界氧化而形成黑色网状缺陷；随合金元素添加量的增加，钢的马氏体点下降，使淬火后渗层中含有大量残余奥氏体，影响零件的疲劳性能及耐磨性，控制Si含量在0.15～0.30％。S、P在钢中视为有害元素，因此，本专利技术控制S≤0.020％，P≤0.020％。Cr、Ni、Cu、V、Mo、Nb为残余元素，根据碳当量的要求及降成本的需求，控制Cr：≤0.30％，Cu≤0.40％，Ni≤0.40％,Mo：≤0.12％，V：≤0.03％，Nb：≤0.02％，；为提高钢的纯净度和疲劳寿命。本专利技术还对氧、氮和铝、钛提出了控制要求：[O]≤15×10-6，[N]≤60×10-6，[Al]：0.015～0.025％，[Ti]：0.010～0.040％。优选的，本专利技术的高压管道阀门用钢组成按重量百分数为C：0.20～0.23％，Si：0.17～0.25％，Mn：0.95～1.00％，Cr：0.10～0.15％，Cu≤0.25％，S≤0.015％，P≤0.020％，Ni≤0.25％,Mo：≤0.12％，Ti：0.010～0.040％，V：≤0.03％，Nb：≤0.02％，Al：0.015～0.025％，[O]≤15×10-6，[N]≤90×10-6，余为Fe和不可避免的杂质。本专利技术提供了一种高压管道阀门用钢的制备方法，包括冶炼及合金化、浇注、轧制、缓冷，并控制钢的化学成分重量百分比含量为：C：0.20～0.23％，Si：0.17～0.25％，Mn：0.95～1.00％，Cr：0.10～0.15％，Cu≤0.25％，S≤0.015％，P≤0.020％，Ni≤0.25％,Mo：≤0.12％，Ti：0.010～0.040％，V：≤0.03％，Nb：≤0.02％，Al：0.015～0.025％，[O]≤15×10-6，[N]≤90×10-6，余为Fe和不可避免的杂质。本专利技术通过钢包吹氩、真空脱气处理加强钢的脱氧去气的冶炼控制，终脱氧喂入铝线，LF炉出钢前喂入钛线控制钛含量；采用全程保护浇注；为提高钢材组织均匀性，设计钢坯在加热炉的均热温度为1130～1250℃，Ф500mm热坯加热时间≥4.5h，冷坯加热时间≥5.5h；Ф650mm热坯加热时间≥5.0h，冷坯加热时间≥7.0h；开轧温度1090～1190℃，终轧温度850～1000℃等步骤来保证产品具有一定的组成。进一步优选的，高压管道阀门用钢以以下工艺条件进行制备：(1)冶炼：控制铁水(或生铁)兑入比例55％～65％，电炉终点碳含量控制在≤0.10％；采用铝脱氧，控制钢芯铝加入量在1.5～2.5kg/t钢。电炉出钢温度控制在1600～1640℃。在精炼过程中选择精炼渣系和软吹氩制度，去除钢中夹杂物、降低总氧含量，提高钢的纯净度。喂铝线1.0～1.5m/吨钢并控制钢水中铝处于0.015～0.025％和钙线1.5～2.0m/吨钢(φ13mm)。加钛2-4米/吨钢固氮，氮含量可控制在80ppm以下。VD炉真空度小于67Pa保持时间不小于15min。VD处理后保证软吹时间不小于12min。控制上钢温度为1575±5℃。(2)浇铸，采用全保护浇铸，控制中间包过热度为20～30℃，液相线温度为1510℃。控制Ф500mm连铸拉坯速度为0.35±0.01m/min；控制Ф650mm连铸拉坯速度为0.25±0.01m/min。(3)轧制，钢坯在加热炉的均热温度为1130～1250℃，开轧温度1090～1190℃，终轧温度850～1000℃。优选的，步骤1)所述的精炼渣系为控制精炼渣的组成为：CaO％：45～50,SiO2％:2～3,MgO％：8～10，Al2O3％:30～40,TFe％:1～2,(FeO)+(MnO)≦1.0％重量比；所述软吹氩制度为：氩气流量150L/min～300L/min，压力0.25MPa～0.30MPa。优选的，步骤1)所述的合适钢水温度为1570±5℃；优选的，步骤1)所述的合理的氩气压力0.25MPa～0.30MPa。；步骤1)中强化脱氧及夹杂物变形处理。通过VD炉真空脱气处理进一步降低钢中的气体含量提高钢材的纯净度。步骤1)所述的VD炉为真空脱气炉；VD真空脱气为用来脱除钢中氮气；本专利技术所述的百分比或其他比例，未特别说明的均为重量比。与现有技术相比，本专利技术的技术方案的有下列优点：(1)本专利技术钢控制碳、锰元素的含量，保证了钢的力学性能要求，同时对残余元素进行控制，保证了材料的焊接性能要求。本专利技术增强了钢材的疲劳强度；保证了阀门的稳定性。(2)氮、氧含量的控制技术：通过控制铁水(或生铁)兑入比例、精炼炉渣量、VD炉操作和强化水口保护浇铸效果，加钛固氮，氮含量可控制在90ppm以下。附本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高压管道阀门用钢，其特征在于，所述阀门用钢组成按重量百分数为：C：0.19～0.23％，Si：0.15～0.25％，Mn：0.95～1.10％，Cr：≤0.30％，Cu≤0.40％，S≤0.020％，P≤0.020％，Ni≤0.40％,Mo：≤0.12％，Ti：0.010～0.040％，V：≤0.03％，Nb：≤0.02％，Al：0.015～0.025％，[O]≤15×10‑6，[N]≤90×10‑6，余为Fe和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种高压管道阀门用钢，其特征在于，所述阀门用钢组成按重量百分数为：C：0.19～0.23％，Si：0.15～0.25％，Mn：0.95～1.10％，Cr：≤0.30％，Cu≤0.40％，S≤0.020％，P≤0.020％，Ni≤0.40％,Mo：≤0.12％，Ti：0.010～0.040％，V：≤0.03％，Nb：≤0.02％，Al：0.015～0.025％，[O]≤15×10-6，[N]≤90×10-6，余为Fe和不可避免的杂质；所述阀门用钢的制造方法包括：1)冶炼：控制电炉中铁水或生铁兑入比例55％～65％，电炉终点碳含量控制在≤0.10％；采用铝脱氧，并控制钢芯铝加入量在1.5～2.5kg/t钢；电炉出钢温度控制在1600～1640℃；2)浇铸：浇铸时控制中间包过热度为20～30℃，液相线温度为1510℃；3)轧制：钢坯在加热炉的均热温度为1130～1250℃，开轧温度1090～1190℃，终轧温度850～1000℃。2.根据权利要求1所述的阀门用钢，其特征在于，所述阀门用钢组成按重量百分数为：C：0.20～0.23％，Si：0.17～0.25％，Mn：0.95～1.00％，Cr：0.10～0.15％，Cu≤0.25％，S≤0.015％，P≤0.020％，Ni≤0.25％,Mo：≤0.12％，Ti：0.010～0.040％，V：≤0.03％，Nb：≤0.02％，Al：0.01...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑桂芸，徐锡坤，翟正龙，李小雄，张伟，李法兴，李泰，
申请(专利权)人：山东钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37