專利名稱：海洋深水鉆井隔水管法蘭用鋼及隔水管法蘭的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于石油勘探設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種海洋深水鉆井隔水管法蘭用鋼，本發(fā)明還涉及一種海洋深水鉆井隔水管法蘭的制造方法。
背景技術(shù)：
海洋深水鉆井隔水管系統(tǒng)是石油勘探中的關(guān)鍵設(shè)備之一，鉆井隔水管各主管線之間是通過與法蘭焊接連接而成，因此，法蘭材料的選擇非常重要，要確保隔水管系統(tǒng)使用的安全性，法蘭材料不但要有良好的力學(xué)性能，而且還應(yīng)具備良好的焊接性。根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計要求，目前現(xiàn)有的隔水管主管線材料是X80鋼，那么與其連接的法蘭材料必然以含碳量低的鋼種作為首選，但是現(xiàn)有法蘭的材料在兼顧力學(xué)性能和焊接性上還具有一定的差距，考慮到該產(chǎn)品的實際工作環(huán)境要求，因此急需要開發(fā)出一種低碳高強韌性的鋼種，制備隔水管法蘭來滿足實際需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種海洋深水鉆井隔水管法蘭用鋼，解決了現(xiàn)有法蘭的材料在兼顧力學(xué)性能和焊接性上還不能滿足實際需要，低碳高強韌性不足的問題。本發(fā)明的另一目的是提供一種海洋深水鉆井隔水管法蘭的制造方法，滿足低碳高強韌性的實際工作環(huán)境要求。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種海洋深水鉆井隔水管法蘭用鋼，包括以下各個組分組成，各個組分的基準(zhǔn)單位為Wt 為0. 13-0. 21，Mn為1. 65-1. 95，Mo為0. 25-0. 35， Nb 為 0. 03-0. 09，V 為 0. 02-0. 08，Ti 彡 0. 015，Ni 為 0. 5-0. 9，Cu 為 0. 07-0. 2, Cr ^ 0. 15, Si ( 0. 22，S 彡 0. 01，P 彡 0. 02，余量為 Fe。本發(fā)明所采用的另一技術(shù)方案是，一種海洋深水鉆井隔水管法蘭的制造方法，該方法按照以下步驟實施步驟1、配料機電弧爐冶煉首先按照以下組分及Wt %含量配料C為0. 13-0. 21，Mn為1.65-1.95，Mo為 0. 25-0. 35，Nb 為 0. 03-0. 09，V 為 0. 02-0. 08，Ti < 0. 015，Ni 為 0. 5-0. 9，Cu 為 0. 07-0. 2， Cr ( 0. 15，Si ( 0. 22，S 彡 0. 01，P 彡 0. 02，余量為 Fe ；然后進(jìn)行電弧爐冶煉，得到鋼液；步驟2、進(jìn)行真空精煉將步驟1冶煉得到的鋼液，在真空下采用電弧加熱鋼液和吹氬氣攪拌鋼液脫氣， 控制鋼種氣體含量的技術(shù)要求是H彡2ppm0彡20ppmN彡IOOppm ；S彡0. 010%；步驟3、進(jìn)行鋼錠澆注鋼液澆注時采用吹起式滑動水口吹入惰性氣體，均勻成分和溫度，凈化鋼水，澆注的鋼錠經(jīng)坑冷緩冷不少于48小時；步驟4、對鋼錠進(jìn)行鍛造
對步驟3得到的鋼錠鍛造時要留有切頭切尾余量，鍛造比不小于3. 5 ；鍛后經(jīng)退火處理，得到制備法蘭產(chǎn)品所需圓胚形的鋼材料；步驟5、對毛坯進(jìn)行加工對步驟4得到的制備法蘭產(chǎn)品所需的圓鋼表面經(jīng)機加工車光；步驟6、進(jìn)行熱處理將步驟5得到的圓鋼進(jìn)行模鍛制成法蘭產(chǎn)品，即得到隔水管法蘭成品。本發(fā)明具有的優(yōu)點和效果是，通過最佳的成分配比和熱處理工藝設(shè)置，使本發(fā)明的鋼材具有良好的強韌性搭配；由于其碳含量較低，因此還具有良好的可鍛造性、良好的低溫斷裂韌性和良好的焊接性，達(dá)到了鉆井隔水管法蘭產(chǎn)品低碳高強韌性的技術(shù)要求。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施方式
對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本發(fā)明的海洋深水鉆井隔水管法蘭用鋼，包括以下各個組分，各個組分的質(zhì)量百分比(Wt % )分別為:C 為 0. 13-0. 21，Mn 為 1. 65-1. 95，Mo 為 0. 25-0. 35，Nb 為 0. 03-0. 09, V 為 0. 02-0. 08，Ti 彡 0. 015，Ni 為 0. 5-0. 9，Cu 為 0. 07-0. 2，Cr 彡 0. 15，Si 彡 0. 22，S 彡 0. 01， P彡0. 02，余量為Fe。本發(fā)明的海洋深水鉆井隔水管法蘭用鋼中，各組分添加的原理分別是上述配料的重點是控制各個化學(xué)成份的含量，當(dāng)碳含量在中上限時，錳含量一定要控制在中下限；鋼中磷、硫、砷含量控制的越低越好，鋼中Cr、Ti含量也越低越好，Si控制在0. 22%以下，這是與其他高強鋼的重要區(qū)別。碳元素是鋼材具有強韌性、焊接性的主要元素，隨著碳含量的增加，焊接性惡化， 韌性下降，同時，偏析加劇，抗腐蝕能力下降；但是碳含量過低，強度上不去，因此，碳含量控制在0. 13% 0.21%范圍內(nèi)。錳元素是高強、高韌、可焊性好的低碳鋼的基本合金元素。錳在鋼中可降低 Y — α相變溫度，推遲奧氏體相變，減少珠光體量和細(xì)化鐵素體晶粒尺寸，高的Mn/C可提高鋼的淬透性，有利于提高鋼的屈服強度和沖擊韌性。Mn與0、S親和力較強，在鋼液和焊縫中能起除S作用，改善鋼的焊接性。鉬元素能夠有效地延長珠光體轉(zhuǎn)變的孕育期，使鐵素體和珠光體區(qū)域右移，但對貝氏體的相變影響很小。因此使得鋼經(jīng)奧氏體化后在連續(xù)快速冷卻時，可以獲得貝氏體組織，既保證鋼有足夠的強度，又可以提高塑性、減少裂紋傾向，使鋼具有良好的焊接性。用Cu 和Mo合金化，還能得到好的耐蝕性能。鈮、釩、鈦元素的作用在于Nb能減少低溫下焊縫處裂紋形成敏感性，V使鋼質(zhì)緊密，提高鋼的強度和韌性，Ti對海水腐蝕抵抗能力最為突出。當(dāng)Ti、Mo、Nb共存會呈現(xiàn)良好韌性。當(dāng)Ti、V、Nb共同作用時，適當(dāng)提高V含量對提高焊縫韌性有良好作用，Ti為0.008% 時、最佳V含量0.05%。Nb在Cr含量高時，增加再熱裂紋傾向，因此Cr含量應(yīng)較低，Ti/N 的含量比值為2. 5時能改善大線能量焊接中熱影響區(qū)的韌性，但Ti超過固定N含量，會生成TiC，損害韌性。實際生產(chǎn)中生成TiN的N含量彡50PRii，因此Ti含量應(yīng)該彡0.015%。鎳、銅元素的作用在于附能稍微提高鋼抗酸性，能提高鋼強韌性，特別是沖擊韌性，但Ni高時容易引起熱裂紋和產(chǎn)生氫脆，Ni超過時鋼的抗蝕能力下降。因此，Ni含量控制在0.80%以下。Cu能提高鋼抗海水腐蝕能力阻礙濕植物對鋼的粘附，Cu含量一般在0. 20 %，對焊接性沒有不利的影響。本發(fā)明的海洋深水鉆井隔水管法蘭的制造方法是，按照以下步驟實施步驟1、電弧爐冶煉，首先按照以下組分及含量配料，各個組分質(zhì)量百分比(Wt % ) 分別為C 為 0. 13-0. 21，Mn 為 1. 65-1. 95，Mo 為 0. 25-0. 35，Nb 為 0. 03-0. 09，V 為 0. 02-0. 08，Ti ( 0. 015，Ni 為 0. 5-0. 9，Cu 為 0. 07-0. 2, Cr ( 0. 15，Si ( 0. 22，S ( 0. 01， P^O. 02，余量為Fe ；然后進(jìn)行電弧爐冶煉，得到鋼液，冶煉時盡可能地去除鋼種中的有害元素和非金屬夾雜物；步驟2、真空精煉，將步驟1冶煉得到的鋼液，在真空下采用電弧加熱鋼液和吹氬氣攪拌鋼液脫氣，控制鋼種氣體含量的技術(shù)要求是H彡2ppm0彡20ppmN
彡 IOOppm ；S彡 0. 010% ；步驟3、鋼錠澆注，鋼液澆注時采用吹起式滑動水口吹入惰性氣體，均勻成分和溫度，凈化鋼水，澆注的鋼錠經(jīng)坑冷緩冷不少于48小時。吹起式滑動水口是一種冷卻方式，就是將出爐的鋼錠放置在類似坑一樣的地方，讓其緩慢冷卻至常溫。步驟4、鋼錠鍛造，對步驟3得到的鋼錠鍛造時要留有足夠的切頭切尾量，以保證鍛造質(zhì)量，鍛造比不小于3. 5 ；鍛后經(jīng)退火處理，以避免造成氫致缺陷，并降低硬度便于機加工，得到制備法蘭產(chǎn)品所需的圓鋼；步驟5、毛坯加工，對步驟4得到的制備法蘭產(chǎn)品所需的圓鋼表面經(jīng)機加工車光， 使其表面不得存在裂紋、折疊、氧化皮等缺陷，且保證圓鋼質(zhì)量達(dá)到要求；步驟6、熱處理，將步驟5得到的圓鋼進(jìn)行模鍛制成法蘭產(chǎn)品，并附帶自由鍛制的 Φ 165X250mm等效試棒，之后將他們進(jìn)行同爐熱處理，熱處理工藝參數(shù)為首先進(jìn)行正火 9200C 士 10°C保溫3士0. 1小時空冷；再淬火910°C 士 10°C保溫4士0. 1小時水冷，然后高溫回火620°C 士 10°C保溫5士0. 1小時水冷，即得到隔水管法蘭成品。后續(xù)步驟的焊接，將步驟6得到的隔水管法蘭成品與隔水管主管線接口端進(jìn)行對接焊，兩者需先預(yù)熱到150°C -200°C，采用鎢極氬弧焊進(jìn)行打底焊道兩層，再使用埋弧焊方法進(jìn)行第三道及以后焊道和蓋面焊道的焊接。實施例1試驗小鋼錠編號09001步驟1、電弧爐冶煉，首先按照以下組分及含量配料，各個組分的基準(zhǔn)單位為Wt%: CO. 17，Mnl. 72，MoO. 3，NbO. 054，V0. 05，TiO. 015，NiO. 6，CuO. 14，CrO. 06，SiO. 16，SO. 005，
P0. 01，余量為Fe;然后進(jìn)行電弧爐冶煉，得到鋼液，冶煉時盡可能地去除鋼種中的有害元素和非金屬夾雜物；步驟2、真空精煉，將步驟1冶煉得到的鋼液，在真空下采用電弧加熱鋼液和吹氬氣攪拌鋼液脫氣，控制鋼種氣體含量的技術(shù)要求是H彡2ppm0彡20ppmN
彡 IOOppm ；S彡 0. 010% ；步驟3、鋼錠澆注，鋼液澆注時采用吹起式滑動水口吹入惰性氣體，均勻成分和溫度，凈化鋼水，澆注的鋼錠經(jīng)坑冷緩冷不少于48小時。步驟4、鋼錠鍛造，對步驟3得到的鋼錠鍛造時要留有足夠的切頭切尾量，以保證鍛造質(zhì)量，鍛造比不小于3. 5 ；鍛后經(jīng)退火處理，以避免造成氫致缺陷，并降低硬度便于機加工，得到制備法蘭產(chǎn)品所需的圓鋼；步驟5、毛坯加工，對步驟4得到的制備法蘭產(chǎn)品所需的圓鋼表面經(jīng)機加工車光， 使其表面不得存在裂紋、折疊、氧化皮等缺陷，且保證圓鋼質(zhì)量達(dá)到要求；步驟6、熱處理，將步驟5得到的圓鋼進(jìn)行模鍛制成法蘭產(chǎn)品，之后熱處理，熱處理工藝參數(shù)為首先進(jìn)行正火925°C保溫3小時空冷；再淬火915°C保溫4小時水冷，然后高溫回火625°C保溫5小時水冷，即得隔水管法蘭成品。實施例2試驗爐號編號09303161444步驟1、電弧爐冶煉，首先按照以下組分及含量配料，各個組分的基準(zhǔn)單位為Wt%: CO. 18，Mnl. 79，ΜοΟ· 29，NbO. 058, V0. 079，TiO. 002，NiO. 89，CuO. 14,CrO. 14，SiO. 2，SO. 004， P0. 019，余量為Fe ；然后進(jìn)行電弧爐冶煉，得到鋼液，冶煉時盡可能地去除鋼種中的有害元素和非金屬夾雜物；步驟2、真空精煉，將步驟1冶煉得到的鋼液，在真空下采用電弧加熱鋼液和吹氬氣攪拌鋼液脫氣，控制鋼種氣體含量的技術(shù)要求是H彡2ppm0彡20ppmN
彡 IOOppm ；S彡 0. 010% ；步驟3、鋼錠澆注，鋼液澆注時采用吹起式滑動水口吹入惰性氣體，均勻成分和溫度，凈化鋼水，澆注的鋼錠經(jīng)坑冷緩冷不少于48小時。步驟4、鋼錠鍛造，對步驟3得到的鋼錠鍛造時要留有足夠的切頭切尾量，以保證鍛造質(zhì)量，鍛造比不小于3. 5 ；鍛后經(jīng)退火處理，以避免造成氫致缺陷，并降低硬度便于機加工，得到制備法蘭產(chǎn)品所需的圓鋼；步驟5、毛坯加工，對步驟4得到的制備法蘭產(chǎn)品所需的圓鋼表面經(jīng)機加工車光， 使其表面不得存在裂紋、折疊、氧化皮等缺陷，且保證圓鋼質(zhì)量達(dá)到要求；步驟6、熱處理，將步驟5得到的圓鋼進(jìn)行模鍛制成法蘭產(chǎn)品，之后進(jìn)行熱處理，熱處理工藝參數(shù)為首先進(jìn)行正火910°C保溫3小時空冷；再淬火905°C保溫4小時水冷，然后高溫回火620°C保溫5小時水冷，即得到隔水管法蘭成品。實施例3試驗爐號編號09303081817步驟1、電弧爐冶煉，首先按照以下組分及含量配料，各個組分的基準(zhǔn)單位為Wt%: CO. 18，Mnl. 8，MoO. 29，NbO. 058，V0. 08，TiO. 002，NiO. 9，CuO. 15，CrO. 15，SiO. 2，SO. 004， P0. 019，余量為Fe ；然后進(jìn)行電弧爐冶煉，得到鋼液，冶煉時盡可能地去除鋼種中的有害元素和非金屬夾雜物；步驟2、真空精煉，將步驟1冶煉得到的鋼液，在真空下采用電弧加熱鋼液和吹氬氣攪拌鋼液脫氣，控制鋼種氣體含量的技術(shù)要求是H彡2ppm0彡20ppmN
彡 IOOppm ；S彡 0. 010% ；步驟3、鋼錠澆注，鋼液澆注時采用吹起式滑動水口吹入惰性氣體，均勻成分和溫度，凈化鋼水，澆注的鋼錠經(jīng)坑冷緩冷不少于48小時。步驟4、鋼錠鍛造，對步驟3得到的鋼錠鍛造時要留有足夠的切頭切尾量，以保證鍛造質(zhì)量，鍛造比不小于3. 5 ；鍛后經(jīng)退火處理，以避免造成氫致缺陷，并降低硬度便于機加工，得到制備法蘭產(chǎn)品所需的圓鋼；
步驟5、毛坯加工，對步驟4得到的制備法蘭產(chǎn)品所需的圓鋼表面經(jīng)機加工車光， 使其表面不得存在裂紋、折疊、氧化皮等缺陷，且保證圓鋼質(zhì)量達(dá)到要求；步驟6、熱處理，將步驟5得到的圓鋼進(jìn)行模鍛制成法蘭產(chǎn)品，并附帶自由鍛制的 Φ 165 X 250mm等效試棒，之后將他們進(jìn)行同爐熱處理，熱處理工藝參數(shù)為首先進(jìn)行正火 920°C保溫3小時空冷；再淬火910°C保溫4小時水冷，然后高溫回火650°C保溫5小時水冷，即得到隔水管法蘭成品。熱處理及力學(xué)性能、顯微組織對與法蘭同爐料鍛成并同爐進(jìn)行熱處理的 Φ 165 X 250mm等效試棒進(jìn)行熱處理試驗，熱處理及試驗方案如下表1實施例3試樣的力學(xué)性能試驗結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種海洋深水鉆井隔水管法蘭用鋼，其特點在于，包括以下各個組分組成，各個組分的基準(zhǔn)單位為 fft%:C % 0. 13-0. 21，Mn 為 1. 65-1. 95，Mo 為 0. 25-0. 35，Nb 為 0. 03-0. 09, V 為 0. 02-0. 08，Ti ≤0. 015，Ni 為 0. 5-0. 9，Cu 為 0. 07-0. 2，Cr ≤0. 15，Si ≤0. 22，S ≤0. 01， P≤0. 02，余量為Fe。
2.一種海洋深水鉆井隔水管法蘭的制造方法，其特點在于，該方法按照以下步驟實施步驟1、配料機電弧爐冶煉首先按照以下組分及Wt %含量配料C為0. 13-0. 21，Mn為1. 65-1. 95，Mo為 0. 25-0. 35，Nb 為 0. 03-0. 09，V 為 0. 02-0. 08，Ti ≤0. 015，Ni 為 0. 5-0. 9，Cu 為 0. 07-0. 2， Cr ≤0. 15，Si ≤0. 22，S ≤0. 01，P ≤0. 02，余量為 Fe ；然后進(jìn)行電弧爐冶煉，得到鋼液； 步驟2、進(jìn)行真空精煉將步驟1冶煉得到的鋼液，在真空下采用電弧加熱鋼液和吹氬氣攪拌鋼液脫氣，控制鋼種氣體含量的技術(shù)要求是H≤2ppm0≤20ppmN≤IOOppm ;[S] ≤0. 010% ； 步驟3、進(jìn)行鋼錠澆注鋼液澆注時采用吹起式滑動水口吹入惰性氣體，均勻成分和溫度，凈化鋼水，澆注的鋼錠經(jīng)坑冷緩冷不少于48小時； 步驟4、對鋼錠進(jìn)行鍛造對步驟3得到的鋼錠鍛造時要留有切頭切尾余量，鍛造比不小于3. 5 ；鍛后經(jīng)退火處理，得到制備法蘭產(chǎn)品所需圓胚形的鋼材料； 步驟5、對圓胚形的鋼材料進(jìn)行加工對步驟4得到的圓胚形鋼材料表面進(jìn)行機加工車光，得到圓鋼； 步驟6、進(jìn)行熱處理將步驟5得到的圓鋼進(jìn)行模鍛制成法蘭產(chǎn)品，即得到隔水管法蘭成品。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的海洋深水鉆井隔水管法蘭的制造方法，其特點在于，所述的步驟6中的熱處理工藝參數(shù)為首先進(jìn)行正火920°C 士 10°C保溫3士0. 1小時空冷；再淬火 9100C 士 10°C保溫4士0. 1小時水冷，然后高溫回火620°C 士 10°C保溫5士0. 1小時水冷。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種海洋深水鉆井隔水管法蘭用鋼，包括以下組分，各組分的基準(zhǔn)單位為Wt％C為0.13-0.21，Mn為1.65-1.95，Mo為0.25-0.35，Nb為0.03-0.09，V為0.02-0.08，Ti≤0.015，Ni為0.5-0.9，Cu為0.07-0.2，Cr≤0.15，Si≤0.22，S≤0.01，P≤0.02，余量為Fe。本發(fā)明還公開了海洋深水鉆井隔水管法蘭的制造方法，實施步驟是按照前述的組分含量配料，再進(jìn)行電弧爐冶煉，得到鋼液；將鋼液在真空下采用電弧加熱鋼液和吹氬氣攪拌鋼液脫氣；鋼錠澆注，采用吹起式滑動水口吹入惰性氣體，均勻成分和溫度，凈化鋼水；對得到的鋼錠鍛造，鍛后經(jīng)退火處理；機加工車光；進(jìn)行模鍛，最后得到隔水管法蘭成品。本發(fā)明的鋼材及隔水管法蘭制備方法，通過最佳的成分配比和熱處理工藝設(shè)置，各項力學(xué)性能滿足API關(guān)于海洋隔水管法蘭用鋼的要求。
文檔編號C22C38/58GK102191442SQ20111012435
公開日2011年9月21日 申請日期2011年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月13日
發(fā)明者黨恩, 劉宏亮, 張成連, 李偉陽, 武戰(zhàn)學(xué) 申請人:寶雞石油機械有限責(zé)任公司