專利名稱：一種耐高壓低碳合金鋼材料的制作方法
技術領域：
本發明涉及到黑色金屬領域，特別涉及到一種耐高壓的低碳合金鋼材料。
背景技術：
高壓流體輸送元件(如高壓活動彎頭)是油田鉆井、固井、壓裂、測試等油田作業中，用于輸送高壓流體的重要部件，由于其內部輸送的是高壓流體(壓力高達IOOMPa以上)，還要承受高速粒子沖刷和酸化液的腐蝕，工況及其惡劣，易于發生疲勞裂紋或應力腐蝕裂紋破壞，導致管內流體刺漏，引發嚴重的安全事故。為了保證產品的安全性，要求活動彎頭材料在具備較高強度的同時，還要有良好的韌性和耐腐蝕性能，必須符合API 6A或API 16C規范。在油田作業中，高壓流體管路經常需要通過活動彎頭的轉動來改變輸送方向，要求這些部件表面耐磨，芯部強韌性好。目前，國內耐高壓元件材料普遍采用20CrNiMo (GB/T3077-1999)，國外普遍采用SAE8620 (ASTM A29/A29M)，此二種材料配方基本相似，其化學成分配方見表I
表I 20CrNiMo與SAE8620材料化學成分(熔煉分析，質量百分數％)
鋼號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
以上二種材料由于存在以下缺陷，使之在用于高壓元件如HOMPa活動彎頭時受到限制。一是140MPa活動彎頭截面較大，原材料淬透性不足，材料滲碳后強度不夠，使用材料20CrNiMo和SAE8620中C含量偏高，根據C元素對材料性能的影響規律，其對材料韌性造成了不利影響；二是由于材料含Ni量偏低，加之C含量偏高，材料滲碳930°C高溫長時間保溫后晶粒粗大，低溫沖擊韌性達不到API 6A規范，也就是材料在_20°C以下低溫具有較大脆性，導致其在寒冷地帶使用中，時常由于微裂紋快速擴展發生爆裂，使產品早期失效。給現場使用造成極大安全隱患，有必要對原高壓元件材料進行改進，研究適合我國國情并滿足耐高壓性能的新型材料。

發明內容
本發明的理論依據為合金元素在鋼中的作用原理
1、C元素的主要作用是通過提高淬硬性，提高材料的強度和硬度，
但同時使塑性和韌性降低；
2、Ni在鋼中強化鐵素體并細化珠光體，總的效果是提高強度和低溫沖擊韌性，Ni可以提高鋼對疲勞的抗力和減小鋼對缺口的敏感性，降低鋼的低溫脆性轉變溫度，對低溫用鋼有極重要的意義。此外，鎳加入鋼中能提高耐酸堿性能；
3、Mo能提高大截面鋼零件的淬透性，提高塑性，防止回火脆性，在滲碳鋼種Mo還能在滲碳層中降低碳化物在晶界上形成網狀的傾向，提高表面耐磨性。4、V、AL為我國富產元素，添加這些元素可以進一步提高材料淬透性，同時可以節約稀缺金屬Cr、Ni資源，更符合中國國情，它們是極強的碳化物形成元素，在鋼中形成很穩定的特殊碳化物，有強烈的細化晶粒作用。Nb在鋼中生成Nb (CN),具有較強的沉淀硬化效應和阻止晶粒長大作用，進一步細化晶粒組織。
根據以上理論，對耐高壓低碳合金鋼材料的化學成分配方進行了改進。本發明的目的在于提供一種適當降低C含量，提高Ni、Mo含量，且添加微量元素 Nb、V、和Al的耐高壓的低碳合金鋼材料。為實現上述目的，本發明的技術方案為
一種耐高壓低碳合金鋼材料，其特征在于所述低碳合金鋼材料中，除Fe元素外，其它各元素的質量百分比含量為
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%。采用電爐+真空精煉脫氣+電渣重溶的冶煉工藝。本發明的積極效果為
1.將碳含量調整后，使材料滲碳處理后的塑性指標(延伸率)提高2%;
2.適當增加Ni的含量，提高材料滲碳處理后的低溫沖擊功18J以上；
3.由于滲碳是高溫長時間保溫，極易造成晶粒粗大。為此，增加微量元素Nb、V、Al,達到材料提高強度15%，細化晶粒2 3級的效果，進一步提高材料塑韌性，節約了 Cr、Ni、Mo等稀缺元素的用量，屬于資源節約型材料；
4.由于材料改進后性能得到很大提高，有效杜絕了高壓元件(如活動彎頭)在現場使用中的早期爆裂失效。
具體實施例方式下面結合實施例進一步說明本發明的具體實施方式
。實施例一
采用電爐+真空精煉脫氣+電渣重溶的冶煉工藝，合金鋼鋼液中，除Fe元素外的其它組分的質量百分比為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%。實施例二
采用電爐+真空精煉脫氣+電渣重溶的冶煉工藝，合金鋼鋼液中，除Fe元素外的其它組分的質量百分比為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%。實施例三
采用電爐+真空精煉脫氣+電渣重溶的冶煉工藝，合金鋼鋼液中，除Fe元素外的其它組分的質量百分比為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%。實施例四
采用電爐+真空精煉脫氣+電渣重溶的冶煉工藝，合金鋼鋼液中，除Fe元素外的其它組分的質量百分比為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%。實施例五
采用電爐+真空精煉脫氣+電渣重溶的冶煉工藝，合金鋼鋼液中，除Fe元素外的其它組分的質量百分比為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%。試驗結果對比
表2低碳合金鋼材料與20CrNiMo、SAE8620材料試驗結果對比表
權利要求
1.一種耐高壓低碳合金鋼材料，其特征在于所述低碳合金鋼材料中，除Fe元素外，其它各元素的質量百分比含量為 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
本發明提供了一種耐高壓低碳合金鋼材料。所述低碳合金鋼材料中，除Fe元素外，其它各元素的質量百分比含量為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%。采用電爐+真空精煉脫氣+電渣重溶的冶煉工藝。該材料適當降低了C元素含量，增加了微量元素Nb、V、Al，達到材料提高強度15%，細化晶粒2~3級的效果，進一步提高材料塑韌性，節約了Cr、Ni、Mo等稀缺元素的用量，屬于資源節約型材料。
文檔編號C22C38/48GK102634737SQ20121013383
公開日2012年8月15日 申請日期2012年5月3日 優先權日2012年5月3日
發明者劉瓊, 游艇, 翁衛東, 陳新龍 申請人:中國石化集團江漢石油管理局第四機械廠