专利名称：一种耐高压低碳合金钢材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及到黑色金属领域，特别涉及到一种耐高压的低碳合金钢材料。
背景技术：
高压流体输送元件(如高压活动弯头)是油田钻井、固井、压裂、测试等油田作业中，用于输送高压流体的重要部件，由于其内部输送的是高压流体(压力高达IOOMPa以上)，还要承受高速粒子冲刷和酸化液的腐蚀，工况及其恶劣，易于发生疲劳裂纹或应力腐蚀裂纹破坏，导致管内流体刺漏，引发严重的安全事故。为了保证产品的安全性，要求活动弯头材料在具备较高强度的同时，还要有良好的韧性和耐腐蚀性能，必须符合API 6A或API 16C规范。在油田作业中，高压流体管路经常需要通过活动弯头的转动来改变输送方向，要求这些部件表面耐磨，芯部强韧性好。目前，国内耐高压元件材料普遍采用20CrNiMo (GB/T3077-1999)，国外普遍采用SAE8620 (ASTM A29/A29M)，此二种材料配方基本相似，其化学成分配方见表I
表I 20CrNiMo与SAE8620材料化学成分(熔炼分析，质量百分数％)
钢号CSiMn SPCrNiII
20C#fiMo0.17 0.1 OjSO $0.40 0.35 0.20
GBnraO'77-1999-0 23 -0.37 -0.95 0 D35 0.035 -0.70 -0.75 -0.30
SAE86200.18 0,15 0.70 ^0,40 0.40 0.15
(ASTJ/IA29A29M-05) -023 -0.35 ~0.90 OMO 0.035 ~0￡0 ~0.10 -0.25
以上二种材料由于存在以下缺陷，使之在用于高压元件如HOMPa活动弯头时受到限制。一是140MPa活动弯头截面较大，原材料淬透性不足，材料渗碳后强度不够，使用材料20CrNiMo和SAE8620中C含量偏高，根据C元素对材料性能的影响规律，其对材料韧性造成了不利影响；二是由于材料含Ni量偏低，加之C含量偏高，材料渗碳930°C高温长时间保温后晶粒粗大，低温冲击韧性达不到API 6A规范，也就是材料在_20°C以下低温具有较大脆性，导致其在寒冷地带使用中，时常由于微裂纹快速扩展发生爆裂，使产品早期失效。给现场使用造成极大安全隐患，有必要对原高压元件材料进行改进，研究适合我国国情并满足耐高压性能的新型材料。
发明内容
本发明的理论依据为合金元素在钢中的作用原理
1、C元素的主要作用是通过提高淬硬性，提高材料的强度和硬度，
但同时使塑性和韧性降低；
2、Ni在钢中强化铁素体并细化珠光体，总的效果是提高强度和低温冲击韧性，Ni可以提高钢对疲劳的抗力和减小钢对缺口的敏感性，降低钢的低温脆性转变温度，对低温用钢有极重要的意义。此外，镍加入钢中能提高耐酸碱性能；
3、Mo能提高大截面钢零件的淬透性，提高塑性，防止回火脆性，在渗碳钢种Mo还能在渗碳层中降低碳化物在晶界上形成网状的倾向，提高表面耐磨性。4、V、AL为我国富产元素，添加这些元素可以进一步提高材料淬透性，同时可以节约稀缺金属Cr、Ni资源，更符合中国国情，它们是极强的碳化物形成元素，在钢中形成很稳定的特殊碳化物，有强烈的细化晶粒作用。Nb在钢中生成Nb (CN),具有较强的沉淀硬化效应和阻止晶粒长大作用，进一步细化晶粒组织。
根据以上理论，对耐高压低碳合金钢材料的化学成分配方进行了改进。本发明的目的在于提供一种适当降低C含量，提高Ni、Mo含量，且添加微量元素 Nb、V、和Al的耐高压的低碳合金钢材料。为实现上述目的，本发明的技术方案为
一种耐高压低碳合金钢材料，其特征在于所述低碳合金钢材料中，除Fe元素外，其它各元素的质量百分比含量为
C0. 15-0. 2%Si 0. 15-0. 35%
Mn :0. 7-0. 9%S :0. 001-0. 015%
P :0. 001-0. 015% Cr :0. 45-0. 65%
Ni :0. 7-1. 0%Mo :0. 45-0. 6%
Al :0. 02-0. 05%V :0. 003-0. 008%
Nb :0. 02-0. 05%。采用电炉+真空精炼脱气+电渣重溶的冶炼工艺。本发明的积极效果为
1.将碳含量调整后，使材料渗碳处理后的塑性指标(延伸率)提高2%;
2.适当增加Ni的含量，提高材料渗碳处理后的低温冲击功18J以上；
3.由于渗碳是高温长时间保温，极易造成晶粒粗大。为此，增加微量元素Nb、V、Al,达到材料提高强度15%，细化晶粒2 3级的效果，进一步提高材料塑韧性，节约了 Cr、Ni、Mo等稀缺元素的用量，属于资源节约型材料；
4.由于材料改进后性能得到很大提高，有效杜绝了高压元件(如活动弯头)在现场使用中的早期爆裂失效。
具体实施例方式下面结合实施例进一步说明本发明的具体实施方式
。实施例一
采用电炉+真空精炼脱气+电渣重溶的冶炼工艺，合金钢钢液中，除Fe元素外的其它组分的质量百分比为C 0. 15%、Si 0. 15%、Mn :0. 7%、S :0. 001%、P :0. 001%、Cr O. 45%、Ni 0. 7%、Mo :0. 45%、Al :0. 02%、V :0. 003%、Nb :0. 02%。实施例二
采用电炉+真空精炼脱气+电渣重溶的冶炼工艺，合金钢钢液中，除Fe元素外的其它组分的质量百分比为C 0. 16%、Si 0. 16%、Mn :0. 72%、S :0. 0011%、P :0. 0011% ,Cr O. 5%、Ni 0. 75%、Mo :0. 5%、Al :0. 025%、V :0. 004%、Nb :0. 025%。实施例三
采用电炉+真空精炼脱气+电渣重溶的冶炼工艺，合金钢钢液中，除Fe元素外的其它组分的质量百分比为C 0. 17%、Si 0. 17%、Mn :0. 75%、S :0. 0012%、P :0. 0012%、Cr O. 55%、Ni 0. 8%、Mo :0. 5%、A1 :0. 03%、V :0. 005%、Nb :0. 03%。实施例四
采用电炉+真空精炼脱气+电渣重溶的冶炼工艺，合金钢钢液中，除Fe元素外的其它组分的质量百分比为C 0. 18%、Si 0. 2%、Mn :0. 8%、S :0. 0013%、P :0. 0013%、Cr :0. 6%、Ni 0. 9%、Mo 0. 55%、A1 :0. 04%、V :0. 006%、Nb :0. 04%。实施例五
采用电炉+真空精炼脱气+电渣重溶的冶炼工艺，合金钢钢液中，除Fe元素外的其它组分的质量百分比为C 0. 20%、Si 0. 35%、Mn :0. 9%、S :0. 0015%、P :0. 0015%、Cr O. 65%、Ni :1. 0%、Mo :0. 60%、A1 :0. 05%、V :0. 008%、Nb :0. 05%。试验结果对比
表2低碳合金钢材料与20CrNiMo、SAE8620材料试验结果对比表
权利要求
1.一种耐高压低碳合金钢材料，其特征在于所述低碳合金钢材料中，除Fe元素外，其它各元素的质量百分比含量为 C0. 15-0. 2%Si 0. 15-0. 35% Mn :0. 7-0. 9%S :0. 001-0. 015%P 0. 001-0. 015% Cr 0. 45-0. 65% Ni :0. 7-1. 0%Mo :0. 45-0. 6% Al :0. 02-0. 05%V :0. 003-0. 008%Nb :0. 02-0. 05%。
全文摘要
本发明提供了一种耐高压低碳合金钢材料。所述低碳合金钢材料中，除Fe元素外，其它各元素的质量百分比含量为C0.15-0.2%、Si0.15-0.35%、Mn0.7-0.9%、S0.001-0.015%、P0.001-0.015%、Cr0.45-0.65%、Ni0.7-1.0%、Mo0.45-0.6%、Al0.02-0.05%、V0.003-0.008%、Nb0.02-0.05%。采用电炉+真空精炼脱气+电渣重溶的冶炼工艺。该材料适当降低了C元素含量，增加了微量元素Nb、V、Al，达到材料提高强度15%，细化晶粒2~3级的效果，进一步提高材料塑韧性，节约了Cr、Ni、Mo等稀缺元素的用量，属于资源节约型材料。
文档编号C22C38/48GK102634737SQ20121013383
公开日2012年8月15日 申请日期2012年5月3日 优先权日2012年5月3日
发明者刘琼, 游艇, 翁卫东, 陈新龙 申请人:中国石化集团江汉石油管理局第四机械厂