一种高淬透性超大规格石油装备用钢及其生产工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种高淬透性超大规格石油装备用钢及其生产工艺，其化学成分wt%为C、Si、Mn、Ni、Cr、Mo等，并通过生产工艺转炉+精炼+真空处理+连铸+去应力均匀化组织热处理后制成。本发明专利技术通过设计C、Si、Mn、Cr、Mo含量，并添加少量的Ni元素，使得钢的理想临界直径D.I.值得到大幅度提高,经计算其D.I.值超过5.0inch,由于合金含量较高，圆坯断面较大，为了消除内部应力，均匀化组织，采取合适的缓冷工艺及热处理工艺，最终生产的圆坯低倍组织致密，可以代替钢锭使用，满足超大规格石油装备零部件的生产和制造要求。和制造要求。

【技术实现步骤摘要】
一种高淬透性超大规格石油装备用钢及其生产工艺


[0001]本专利技术涉及钢铁行业中的合金钢，具体涉及一种高淬透性超大规格石油装备用钢及其生产工艺。

技术介绍

[0002]石油资源是一种极为重要的战略储备资源，是全世界工业的基础资源之一。石油资源的开采则依赖于稳定可靠的采油设备。采油设备结构复杂，零部件较多，一般而言，对于小规格石油装备部件多使用连铸圆坯锻造加工，对于大规格石油装备部件件，则需要使用钢锭锻造加工。主要是由于连铸圆坯心部质量不如钢锭致密，尤其对于大规格的连铸圆坯，内部存在中心疏松缩孔等缺陷，在锻造大规格、大壁厚的锻件时，容易产生由于中心疏松或者缩孔导致的单点缺陷或密集性缺陷，严重的在性能热处理过程中可能会产生裂纹。此外目前的材料其DI值一般在3.5~4.0inch，适用于锻造加工重量在500kg以下的小规格石油装备零部件。对于大规格、大壁厚的锻件产品，在性能热处理时，此类原材料加工的产品心部组织不容易被淬透，锻件内部性能也会随之降低，无法满足产品使用需求。
[0003]因此合理设计材料化学成分、制定合适的生产工艺，以满足高淬透性、超大规格石油装备产品的锻造加工要求是本钢种设计的关键。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是提供一种高淬透性、超大规格石油装备用钢，材料D.I.值超过5.0inch，材料组织均匀，无残余内应力，低倍组织中心疏松级别不大于1.0级，无缩孔缺陷，可以代替钢锭用于锻造加工超大规格石油装备零件。该连铸圆坯材料具备高淬透性，内部组织较为致密，在制造超大规格石油装备零件时，可以使零件壁厚中间位置的材料机械性能依然满足设计要求。
[0005]本专利技术通过以下技术方案实现：一种高淬透性超大规格石油装备用钢，化学成分wt%为：C0.32
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0.35%、Si0.30
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0.45%、Mn0.60
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0.80%、Ni0.10
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0.15%、Cr 1.15
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1.30%、Mo0.25
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0.35%、S≤0.003%、P≤0.015%、［O］≤0.0020%、［H］≤0.00015%，余为Fe。
[0006]进一步的，化学成分wt%为：C0.33
‑
0.35%、Si0.35
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0.45%、Mn0.72
‑
0.80%、Ni 0.10
‑
0.14%、Cr 1.21
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1.30%、Mo 0.25
‑
0.35%、S≤0.003%、P≤0.013%、［O］≤0.0020%、［H］≤0.00015%，余量为Fe。
[0007]下面具体说明本专利技术一种高淬透性、超大规格石油装备用钢化学成分的限定理由。
[0008]C：C元素含量的增加可以有效提高钢的淬透性和淬硬性，但也使钢的塑韧性恶化。如果C含量低于0.33%，强度达不到客户使用要求，如果C含量高于0.35%，材料的韧性将明显降低，因此取C含量控制在0.33%
‑
0.35%。
[0009]Si：Si可以作为脱氧剂，是钢中最常添加的元素。Si可以提高亚共析钢的淬透性，
但是随着硅含量的提高，材料的韧性和塑性也会降低，所以仅依赖提高Si含量来提高材料淬透性的方法意义不大。相较于常规的石油装备用钢Si含量一般都控制在0.15%~0.35%，本专利技术中适当提高了Si的含量，将Si控制在0.35~0.45%，虽然对材料塑韧性有一定的不利影响，但仍在可接受范围，且钢中还通过添加Mo元素来细化晶粒提高材料塑韧性，以抵消Si含量的添加对材料产生的不利影响，这属于本专利技术的创新点之一。
[0010]Mo:Mo元素与Cr、Ni结合可大大提高淬透性，可细化晶粒，提高韧性，使锻造加工更容易，并且一般情况下，只有当Mo含量超过1.0%，才可能对钢造成不良影响，因此相较于常规石油装备用钢添加0.15%~0.25%的Mo，本专利技术将Mo含量控制在0.25%~0.35%，既能提高材料淬透性，又能在一定程度上抵消Si含量提高对材料塑韧性产生的不良影响，这同样属于本专利技术的创新点之一。
[0011]Mn：Mn的价格相对便宜，且Mn能与Fe无限固溶，在提高钢材强度的同时，对塑性的影响相对较小。同时Mn也能提高钢的淬透性，但是Mn也有增加晶粒粗化和回火脆性的不利影响，因此综合考量下，将Mn含量控制在0.72%~0.80%。
[0012]Cr：Cr可以是奥氏体分解速度减缓，降低淬火时的临界冷却速度，因而有助于马氏体形成和提高马氏体的稳定性，所以Cr钢一般都具有优良的淬透性，并且淬火变形小，因此本专利技术将Cr含量控制范围确定为1.15%~1.30%。
[0013]Ni:Ni的晶格常数与γ
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铁相近，所以可成连续固溶体，这就有利于提高钢的淬透性，当Ni与Cr、Mo元素结合的时候，可以显著提高材料的淬透性，因此对于大断面的实心厚壁零件用钢，都需要添加Ni元素。但是由于Ni含量过高时，钢表面产生的氧化皮不易脱落，不利于热加工，加之Ni元素价格过高，不适宜添加太多，因此取Ni含量控制范围0.10%~0.15%。
[0014]P：P属于钢中的有害元素，容易引起钢的低温脆性，本专利技术用钢加工的零件服役环境正是低温环境，因此需要尽量将P含量控制在较低水平。根据实际生产保障能力，要求P≤0.015%。
[0015]S：除了会引起钢的热脆以外，石油中的H2S会与钢产生反应，在硫化物的促使下将氢气吸收进钢中，对设备产生应力腐蚀作用。因此为了防止该危害，需要严格控制S含量，控制S≤0.003%。
[0016]对于H，O气体含量，由于O含量高会使钢更易产生夹杂物，H则会引起钢白点氢脆，均需要严格控制，本专利技术及工艺要求［O］≤0.0020%，［H］≤0.00015%。
[0017]一种高淬透性超大规格石油装备用钢的生产工艺，包括铁水脱硫、转炉冶炼、精炼、真空脱气、连铸、入坑缓冷及去应力热处理。
[0018]具体的，铁水脱硫：铁水成分要求Si≤1.00%，Mn≤0.60%，P≤0.120%，S≤0.070%，脱硫前后均扒渣处理，确保出钢S≤0.003%。
[0019]转炉冶炼：使用90吨顶底复吹转炉进行冶炼，为了减少钢中的As、Sn、Sb、Pb、Bi、Zn等有害残余元素含量，要求铁水废钢比应不小于85%，控制终点碳在0.08
‑
0.012%，转炉出钢过程中使用滑板机构装置做好出钢挡渣操作，防止出钢下渣导致回P，控制出钢P≤0.009%。
[0020]精炼：使用90吨LF精炼炉对钢水进行深脱氧和合金化处理，精炼全过程吹氩搅拌，成分调整初期，适当调大氩气流量，以改善脱硫动力学条件并促使其他气体和杂质的上浮，精炼中后期采用弱搅拌，防止钢水被二次氧化，减少大颗粒夹杂物的形成。
[0021]真空脱气：在LF精炼后采用RH/VD脱气设备进行真空脱气和去除夹杂物本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高淬透性超大规格石油装备用钢，其特征在于，化学成分wt%为：C0.32
‑
0.35%、Si0.30
‑
0.45%、Mn0.60
‑
0.80%、Ni0.10
‑
0.15%、Cr1.15
‑
1.30%、Mo0.25
‑
0.35%、S≤0.003%、P≤0.015%、［O］≤0.0020%、［H］≤0.00015%，余为Fe。2.根据权利要求1所述的一种高淬透性超大规格石油装备用钢，其特征在于：化学成分wt%为：C0.33
‑
0.35%、Si0.35
‑
0.45%、Mn0.72
‑
0.80%、Ni0.10
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0.14%、Cr1.21
‑
1.30%、Mo0.25
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0.35%、S≤0.003%、P≤0.013%、［O］≤0.0020%、［H］≤0.00015%，余量为Fe。3.一种高淬透性超大规格石油装备用钢的生产工艺，其特征在于，包括铁水脱硫、转炉冶炼、精炼、真空脱气、连铸、入坑缓冷及去应力热处理。4.如权利要求3所述的高淬透性超大规格石油装备用钢的生产工艺，其特征在于，铁水脱硫：铁水成分要求Si≤1.00%，Mn≤0.60%，P≤0.120%，S≤0.070%，脱硫前后均扒渣处理，确保出钢S≤0.003%。5.如权利要求3所述的高淬透性超大规格石油装备用钢的生产工艺，其特征在于，转炉冶炼：使用90吨顶底复吹转炉进行冶炼，为了减少钢中的As、Sn、Sb、Pb、Bi、Zn等有害残余元素含量，要求铁水废钢比应不小于85%，控制终点碳在0.08
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0.012%，转炉出钢过程中使用滑板机...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕亮，郑力宁，石可伟，张洪才，蒋栋初，王智军，
申请(专利权)人：江苏利淮钢铁有限公司，
类型：发明
国别省市：