[發明專利]超低溫、高強度細晶粒碳鋼法蘭的制造方法

有效

• 申請號: 200810018691.2
• 申請日: 2008-03-12
• 公開（公告）號: CN101254577A
• 公開（公告）日: 2008-09-03
• 發明（設計）人: 承立新;卞建軍
• 申請（專利權）人: 江陰市恒潤法蘭有限公司
• 主分類號: B23P15/00
• 分類號: B23P15/00;C22C38/12;C21D9/00;B21J5/00;B21J1/06
• 代理公司: 江陰市同盛專利事務所
• 代理人: 唐紉蘭

技術領域

本發明涉及一種碳鋼法蘭的制造方法。具體涉及一種超低溫、高強度細晶粒碳鋼法蘭的制造方法。碳鋼法蘭應用于石油、天然氣、化工、船舶和各種管道工程。屬金屬材料加工和熱處理領域。

背景技術

隨著經濟的發展，世界各國對能源的需求越來越大，石油天然氣的消耗快速增長，相關的石油和天然氣勘探、鉆采、輸送、加工等行業發展迅速。這些行業中大量采用法蘭等承壓零件，根據工況條件的要求(如在東北和西北地區)，需要在較低溫度(-50℃)下仍然具有良好的塑韌性(即較高的低溫沖擊值指標)。一般來說，普通碳鋼的韌脆轉變溫度較高，在-20℃以下材料即呈脆性，沖擊值Akv接近于零。而要提高鋼鐵材料的低溫沖擊韌性同時又要保證鋼材的強度，最有效的方法是在鋼中添加合金元素Ni。但是Ni是一種貴重的金屬，我國資源較少，價格很高，采用含Ni合金鋼將大幅增加成本。為此，國內外都在研究不采用添加貴重合金Ni，而是采用改進碳鋼成份和冶煉工藝以及法蘭熱處理工藝來滿足耐低溫沖擊和高強度的要求。

發明內容

本發明的目的是避免采用昂貴的Ni合金鋼，而提供一種能夠滿足-50℃低溫韌性和高強度要求的細晶粒碳鋼法蘭的制造方法。

本發明的目的是這樣實現的：一種具有超低溫、高強度性能的微合金細晶粒低碳鋼法蘭的制造方法，是以低碳微合金化細晶粒高強度鋼為材料經鍛壓工藝、熱處理工藝制造而成。

所述低碳微合金細晶粒高強度鋼中各化學元素的成份重量百分比為：C?0.12～0.18％、Si?0.15～0.35％、Mn?1.2～1.6％以及微量元素V?0.02～0.06％、Al?0.025～0.040％，N0.001～0.002％，余量為Fe和不可避免的雜質。各化學元素的主要功用是：

C是決定鋼強度的主要元素，鋼要達到一定的強度必須要有一定的含C量，但是含C量過高時鋼中珠光體含量增加則鋼的韌脆轉變溫度升高即低溫沖擊性能下降。

Si是鋼中的脫氧元素并能增加鋼的強度，鋼中Si含量過高時鋼的韌性下降。

Mn可以提高鋼的強度和韌性，低碳鋼中Mn含量增加可明顯降低韌脆轉變溫度。

V可以細化晶粒并提高鋼的強度，在一定的含量范圍內可降低鋼的韌脆轉變溫度。

Al是煉鋼時的強脫氧劑，同時又起有效細化晶粒的作用。低碳鋼中鋁含量在一定范圍內可以明顯降低韌脆轉變溫度。

N在鋼中易與Al、V等形成化合物，可以起到細化晶粒和提高韌性的作用。

本低碳微合金細晶粒高強度鋼采用V、Al和N三種元素進行復合微合金化，在鋼中形成大量彌散分布的AlN、VN以及V(C，N)微細質點，明顯細化鋼的晶粒，從而有效地降低鋼的韌脆轉變溫度，提高鋼的耐低溫性能。

此外，鋼中S、P等雜質元素對鋼的韌性都有不利影響。為改善鋼的韌性，要盡可能降低鋼的S、P等雜質的含量。

本低碳微合金細晶粒高強度鋼按常規要求，其強度級別相當于Q345級，GB/T1591中規定，σ_b470～630Mpa，σ_s≥345Mpa，但耐低溫沖擊性能按E級鋼規定，Akv(-40℃)≥27J。由于需應用在高緯度低溫地區的工況，要求成品法蘭的性能σ_b490～630Mpa，σ_s≥355Mpa，Akv(-50℃)≥34J。這就要求在強度指標略高于國標要求的前提下，低溫沖擊性能要有較大的提高。因此，在對鋼材進行微合金化處理的前提下，還必須采用特殊工藝制造法蘭成品。所述工藝流程包括：控溫鍛造、半成品熱處理、成品切削加工，其具體工藝步驟如下：

步驟一：控溫鍛造

鍛造開始溫度為1050±20℃，坯料要加熱均勻、防止過高的鍛造溫度，防止晶粒長大和產生不良金相組織。鍛造的變形量要適當加大，鍛造終了溫度為900℃±20℃，鍛后空冷。通過控溫鍛造，相當于對工件進行了預備熱處理，可使法蘭毛坯材料具有良好的基體金相組織即細小的鐵素體+珠光體，為下一步熱處理調整創造條件。

步驟二：半成品熱處理

半成品熱處理采取淬火加高溫回火工藝。淬火加熱溫度為900±20℃，保溫時間1±0.5小時，出爐后淬水冷卻至300～400℃后空冷。回火溫度600±20℃，保溫1±0.5小時，出爐后空冷。