一种低碳低合金钢及所制管材制造技术

本发明专利技术涉及一种低碳低合金钢及所制管材，属于金属钢铁领域。本发明专利技术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。本发明专利技术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：≤０．０００５％；钼：≤０．０１％；铜：≤０．２０％；铌：≤０．０１％；铁和微量杂质：余量。本发明专利技术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。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于金属钢铁领域，特别涉及一种低碳低合金钢及所制管材。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PSL 1级，而不能适用于PSL 2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。本专利技术是按以下技术方案实现的本专利技术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。本专利技术的有益效果本专利技术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)。而本专利技术的强化元素为钒(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。本专利技术的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，但本专利技术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。本专利技术的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。本专利技术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。本专利技术的的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％。本专利技术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。本专利技术的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。因而本专利技术的合金的淬透性较好。本专利技术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PSL 1级和PSL 2级。结合附附图说明图1和附图2，附图1为本专利技术实施例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，本专利技术的材料淬透性好。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，本专利技术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。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JMPa MPa1 491 595 31.01122 493 586 31.51143 489 585 31.51154 491 589 30.01145 486 580 34.01146 500 595 32.0118 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JMPa1594669 26.0 1022603670 26.0 993592672 28.0 984586669 26.5 1005596672 27.5 1026584675 25.5 100实施例2根据本专利技术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2C0.1480.144Si 0.2670.259Mn 1.0771.081P0.0110.011S0.0060.005V0.1100.112Al 0.0280.029Ni 0.0130.014Cu 0.0860.095B0.0022 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％J1 59469028.0982 57669329.01063 58668929.5994 61370228.596通过910本文档来自技高网...

【技术保护点】
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％； 铁和微量杂质：余量。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄子阳，阎名，陈思孝，刘麒麟，顾文兵，韩立新，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]