石油容器支架用钢及其生产方法
【专利摘要】本发明涉及一种石油容器支架用钢及其生产方法。当前石油容器支架用钢多使用Q345系列的钢种，该系列的钢种强度偏低，韧性特别是低温韧性较差，耐大气腐蚀性能也不能满足使用要求，安全服役期限较短。本发明的组成包括：碳、硅、锰、磷、硫、铜、铬、镍、铝、铁，其特征是：各种组分的质量百分含量为：碳0.14～0.16%、硅≤0.03%、锰1.8～2.0%、磷0.03～0.07%、硫≤0.01%、铜0.3～0.6%、铬0.7～0.8%、镍0.20～0.40%、铝0.045～0.065%、余量为铁和不可避免的杂质。本发明能够制造出强度和韧性有较好匹配的，具有良好低温韧性，适合寒冷地区使用的石油容器支架用钢。
【专利说明】石油容器支架用钢及其生产方法
[0001]【技术领域】:
本发明涉及一种石油容器支架用钢及其生产方法，属于冶金【技术领域】。
[0002]【背景技术】:
石油容器支架承载着石油容器本身及容器内部液体等较大的重量，在运输及石油装卸过程中，还要承受较大的冲击力，所以，石油容器支架用钢要求具有较高的强度和良好的塑性，依据使用地区的环境温度及空气湿度等条件，还要求石油容器支架用钢具有较高的低温韧性，并且具有良好的耐大气腐蚀性能，以提高其服役期间的安全性能。过去石油容器支架用钢多使用Q345系列的钢种，该系列的钢种强度偏低，韧性特别是低温韧性较差，耐大气腐蚀性能也不能满足使用要求，安全服役期限较短，一方面增加了形成安全事故的风险，另一方面服役期短增加了设备的相对投资成本，所以，开发一种高强度、高塑韧性，强度和塑韧性具有良好匹配的石油容器支架用钢具有重要的意义。[0003]检索发现，本发明之前，中国专利“201110359475.6”公开了一种超高强度海洋工程结构用钢板及其生产方法。与本发明相比，除钢中的主要元素C、Mn、P等的含量不同外，该专利在钢中还加入了 Nb、V、Ti等元素对钢进行强化，并加入了一定量的Mo和B元素，钢的生产成本很高，与本发明的成分体系相差很大；另外，该钢轧制后还需要进行淬火+回火热处理，工艺复杂，生产周期较长，大大地增加了生产难度。
[0004]另外，中国专利“201110337797.0”公开了一种电力塔架用钢及其生产方法。与本发明相比，钢中的主要元素C、Mn、P等的含量均较低，并且钢中不含本发明有意添加的Cu、Cr.Ni等元素，该专利为了强化钢的基体，在钢中加入了 V、Ti等元素，钢的成分体系与本发明相差也较大。与本发明相比，该专利在轧制过程中，生产节奏较慢，为了保证轧制温度，在粗轧和精轧之间必须使用保温罩，生产工艺复杂，产品温度误差较大，不如本发明使用热连轧机，生产节奏快，生产效率高，产品温度可以控制在一个较窄的范围内，提高了产品性能的均匀稳定性，本发明的精轧结束温度控制在850°C~880°C，卷取温度控制在580°C~620°C。另外，该专利为了强化钢的基体，加入了 V、Ti等元素，致使钢的强度偏高，其屈服强度大于560Mpa，导致钢的韧性特别是低温韧性较差，该专利的韧性指标说明书中未列出，而本发明具有良好的低温韧性，使用地区广泛。
[0005]
【发明内容】
:
本发明的目的是为了克服现有石油容器支架用钢强度和塑性不能良好匹配、韧性特别是低温韧性较差的技术缺陷，本发明通过对钢中C、Mn、P等元素进行合理设计，适量添加Cr、N1、Cu等元素，制造出强度和韧性有较好匹配的，具有良好低温韧性，适合寒冷地区使用的石油容器支架用钢。本发明的另外一个目的是提供这种石油容器支架用钢的生产方法。
[0006]上述的目的通过以下的技术方案实现:
石油容器支架用钢，包括碳、硅、锰、磷、硫、铜、铬、镍、铝、铁，各种组分的质量百分含量为:碳 0.14 ~0.16%、硅≤ 0.03%、锰 1.8 ~2.0%、磷 0.03 ~0.07%、硫≤ 0.01%、铜 0.3 ~
0.6%、铬0.7~0.8%、镍0.20~0.40%、铝0.045~0.065%、余量为铁和不可避免的杂质。
[0007]上述的石油容器支架用钢的生产方法，该方法包括:将原料依次进行铁水预脱硫，转炉顶底复合吹炼，底吹Ar搅拌，所述的底吹Ar搅拌时间不少于5分钟，然后经过RH炉进行成分微调得到上述配比后进行真空循环脱气处理，保证RH纯脱气时间不少于8分钟，再采用全程吹Ar保护浇铸，浇铸成2 IOmm厚的连铸板坯，连铸板坯经加热炉再加热后，在连续热连轧轧机上轧制，轧制过程中，连铸板坯加热温度为1200°C~1250°C ;精轧为7道次连车L，精轧结束温度设计为850°C~880°C，精轧阶段压缩比大于80%，轧制后，进行控制冷却，然后进行卷取，卷取温度设计为580°C~620°C,板卷的成品厚度为6~12mm。
[0008]有益效果: 经过本发明人多年的研究发现钢材中各元素的含量的作用如下:
碳:提高碳含量，对提高钢的室温强度和中温强度有利，但对钢的塑性、韧性、成型性、可焊性均不利。故碳含量控制不宜过高。
[0009]锰:提高钢中锰含量，能扩大Y区，降低Y — α转变温度，扩大轧制范围，使铁素体晶粒的长大机会大大减少，因而促进了晶粒细化，增加钢的强韧性，但锰含量高，会相应增加钢的成本，也会增加碳当量，不利于焊接。
[0010]硅:降低硅含量，有利于提高钢的成型性、焊接性、韧性和塑性。
[0011]硫:硫在钢中形成硫化物夹杂，使其延展性和韧性降低。钢轧制时，由于MnS夹杂随着轧制方向延伸，使钢的各向异性加重，严重时导致钢板分层。同时含硫量高的钢抗腐蚀能力大为降低，对钢的焊接亦不利。
[0012]磷:磷高可以大幅度提高钢的耐腐蚀性能，并可通过磷的适量合理偏聚，进一步提高钢的强度。
[0013]铜:铜能提高钢的淬透性，在钢中主要起固溶及沉淀强化作用，同时通过Cu-Cr-Ni适当配比，可以显著提高钢的耐腐蚀性能，此外还有利于获得良好的低温韧性，增加钢的抗疲劳裂纹扩展能力。
[0014]铬、镍:铬、镍都可以提高钢的耐腐蚀性能，钢中同时加入几种提高耐腐蚀性的元素具有特别良好的作用。含铜钢在腐蚀过程中，铜、铬、镍等元素富集于靠近基体的金属锈层中，降低了 Fe304的结晶化程度，形成致密、接近于非晶态的稳定锈层，此种锈层能够阻碍带有腐蚀性的介质向基体渗透，使钢的耐腐蚀性能大大提高。同时镍加入钢中还能显著改善钢的低温韧性，随着钢中Ni含量的增加，钢的韧一脆性转变温度显著降低，另外，Ni还能起到固溶强化作用，所以Ni能够在改善韧性的同时提高钢的强度。
[0015]铝:铝是钢中的主要脱氧元素，另外，铝的熔点较高，在生产中，铝可以用来细化晶粒，进一步提闻钢的强度和朝性。
[0016]本发明人经过多次正交实验，得出合理的化学成分设计，采用转炉顶底复合冶炼，真空精炼，连铸机保护浇注，控轧控冷等工艺，可以得到钢质纯净，综合性能优良的材料，特别是在低温状态下还能保持较好的塑韧性的石油容器支架用钢，该钢晶粒均匀细小，金相组织为铁素体+珠光体，其屈服强度超过480 MPa，抗拉强度超过590 MPa, _40°C Akv达到130 J以上，具有以下特点:
1.本发明材料具有优良的综合力学性能，屈服强度指标达到480MPa以上，比以往使用的石油容器支架用钢的综合性能大大提高，增加了抗荷能力，因该材料具有良好的低温冲击韧性，该钢不仅适合在一般地区使用，而且还完全满足寒冷地区石油容器支架用钢的使用要求。[0017]本发明材料具有优良的焊接性能，通过合理的成分设计和焊接材料推荐，可以有效提高焊接效率，获得良好的焊接接头性能。
[0018]本发明材料采用控轧控冷工艺生产，以热轧状态交货，无需进行热处理，生产工艺简单，生产成本较低，该技术可以较方便地推广到相关企业。
[0019]在本发明的石油容器支架用钢中，各工艺参数的依据是:
连铸板坯加热温度:本发明钢中的微合金元素含量较多，为了使钢坯充分奥氏体化，使微合金元素充分固溶，应适当提高板坯的加热温度。但加热温度过高，钢坯表面易产生氧化铁皮，并增加能耗；如果加热温度过低，由于热轧过程中的自然温降，无法保证本发明要求的终轧温度，钢坯也不能充分奥氏体化。实验表明，连铸板坯加热温度设定为1200°C~1250。。。
[0020]精轧结束温度:终轧温度需高于Ar3相变点，但终轧温度不能太高，否则必须提高连铸板坯的加热温度，增加能耗。实验表明，精轧结束温度设定为850°C~880°C较为适宜。
[0021]卷取温度:热轧卷取温度是影响机械性能的关键因素之一，因为卷取温度影响到氮化物及碳化物的析出过程，特别是A1N的析出，本发明为了保证板卷具有良好的低温韧性，强度和韧性有较好的匹配，生产出具有适合寒冷地区使用的石油容器支架用钢，将热轧卷取温度设计为580~620°C。
[0022]【具体实施方式】:
下面结合具体的实施例来对本发明做进一步说明:
实施例1:
石油容器支架用钢，包括碳、硅、锰、磷、硫、铜、铬、镍、铝、铁，各种组分的质量百分含量为:碳 0.14%、硅 0.03%、锰 1.8%、磷 0.07%、硫 0.01%、铜 0.3%、铬 0.7%、镍 0.40%、铝 0.065%、余量为铁和不可避免的杂质。
[0023]上述的石油容器支架用钢的生产方法，该方法包括:将原料依次进行铁水预脱硫，转炉顶底复合吹炼，底吹Ar搅拌，所述的底吹Ar搅拌时间不少于5分钟，然后经过RH炉进行成分微调得到上述配比然后进行真空循环脱气处理，保证RH纯脱气时间不少于8分钟，再采用全程吹Ar保护浇铸，浇铸成210_厚的连铸板坯，连铸板坯经加热炉再加热后，在连续热连轧轧机上轧制，轧制过程中，连铸板坯加热温度为1200°C ;精轧为7道次连轧，精轧结束温度设计为880°C，精轧阶段压缩比为80%，轧制后，进行控制冷却，然后进行卷取，卷取温度设计为620°C，板卷的成品厚度为12_。
[0024]实施例2:
石油容器支架用钢，包括碳、硅、锰、磷、硫、铜、铬、镍、铝、铁，各种组分的质量百分含量为:碳 0.16%、硅 0.02%、锰 2.0%、磷 0.07%、硫 0.01%、铜 0.6%、铬 0.7%、镍 0.20%、铝 0.045%、余量为铁和不可避免的杂质。
[0025]上述的石油容器支架用钢的生产方法，该方法包括:将原料依次进行铁水预脱硫，转炉顶底复合吹炼，底吹Ar搅拌，所述的底吹Ar搅拌时间不少于5分钟，然后经过RH炉进行成分微调后得到上述配比然后进行真空循环脱气处理，保证RH纯脱气时间不少于8分钟，再采用全程吹Ar保护浇铸，浇铸成210mm厚的连铸板坯，连铸板坯经加热炉再加热后，在连续热连轧轧机上轧制，轧制过程中，连铸板坯加热温度为1250°C ;精轧为7道次连轧，精轧结束温度设计为850°C， 精轧阶段压缩比83%，轧制后，进行控制冷却，然后进行卷取，卷取温度设计为580°C，板卷的成品厚度为6_。
[0026]实施例3:
石油容器支架用钢，包括碳、硅、锰、磷、硫、铜、铬、镍、铝、铁，各种组分的质量百分含量为:碳 0.15%、硅 0.01%、锰 1.9%、磷 0.03%、硫 0.008%、铜 0.4%、铬 0.8%、镍 0.30%、铝 0.05%、余量为铁和不可避免的杂质。
[0027]上述的石油容器支架用钢的生产方法，该方法包括:将原料依次进行铁水预脱硫，转炉顶底复合吹炼，底吹Ar搅拌，所述的底吹Ar搅拌时间不少于5分钟，然后经过RH炉进行成分微调得到上述配比然后进行真空循环脱气处理，保证RH纯脱气时间不少于8分钟，再采用全程吹Ar保护浇铸，浇铸成2 IOmm厚的连铸板坯，连铸板坯经加热炉再加热后，在连续热连轧轧机上轧制，轧制过程中，连铸板坯加热温度为1230°C ;精轧为7道次连轧，精轧结束温度设计为860°C，精轧阶段压缩比85%，轧制后，进行控制冷却，然后进行卷取，卷取温度设计为600°C，板卷的成`品厚度为10mm。
【权利要求】
1.一种石油容器支架用钢，包括碳、硅、锰、磷、硫、铜、铬、镍、铝、铁，其特征是:各种组分的质量百分含量为:碳0.14~0.16%、硅≤0.03%、锰1.8~2.0%、磷0.03~0.07%、硫(0.01%、铜 0.3 ~0.6%、铬 0.7 ~0.8%、镍 0.20 ~0.40%、铝 0.045 ~0.065%、余量为铁和不可避免的杂质。
2.—种权利要求1所述的石油容器支架用钢的生产方法，其特征是:该方法包括:将原料依次进行铁水预脱硫，转炉顶底复合吹炼，底吹Ar搅拌，所述的底吹Ar搅拌时间不少于5分钟，然后经过RH炉进行成分微调得到上述配比后进行真空循环脱气处理，保证RH纯脱气时间不少于8分钟，再采用全程吹Ar保护浇铸，浇铸成210mm厚的连铸板坯，连铸板坯经加热炉再加热后，在连续热连轧轧机上轧制，轧制过程中，连铸板坯加热温度为1200°C~1250°C;精轧为7道次连轧，精轧结束温度设计为850°C~880°C，精轧阶段压缩比大于80%，轧制后，进行控制冷却，然后进行卷取，卷取温度设计为580°C~620°C，板卷的成品厚度为6 ~12mm。
【文档编号】C22C38/58GK103695804SQ201210366045
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2012年9月28日 优先权日:2012年9月28日
【发明者】韩孝永 申请人:上海梅山钢铁股份有限公司