CN115505821A - 深海水下脐带缆垂直连接模块高性能贝氏体钢连接件材料制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了深海水下脐带缆垂直连接模块高性能贝氏体钢连接件材料制备方法,其通过在材料成分配比、锻造温度控制和热处理工艺及淬火冷却等方面进行改进,以此提供一种高强度,优质低温韧性以及优异焊接性能的锻件连接件的制造方法,从而实现优化设计,简化施工,实现模块化,标准化生产,降低综合成本和项目效率,并且可靠性更高。
Description
【技术领域】
本发明涉及贝氏体钢连接件材料的技术领域,特别涉及深海水下脐带缆垂直连接模块高性能贝氏体钢连接件材料制备方法。
【背景技术】
深海油气开采***的技术装备难度堪比航天工程,在追赶国际先进水平时,仅凭“一家之力”是难以达到的,需要聚集各个国家、各个公司、各个行业的中坚力量,方可实现追赶甚至突破。从一般性定义来说,海上油田分为浅海、深海以及超深海3类。一般所指的超深海,是指水深为1500m以深的海洋。随着水深的增加,水下生产***正在成为经济高效地开发深水油气田和海上边际油气田的重要技术手段之一。脐带缆作为水下生产***的关键设备,在水下工程领域应用日趋广泛。目前国内在脐带缆设计、分析、制造和安装等方面的研究还处于初步发展阶段,仅仅具备浅水(300m以内)脐带缆水平安装的工程实践能力,严重制约了我国水下生产***的应用和发展。
脐带缆广泛应用于海洋石油及天然气的开发应用中,目前脐带缆水下终端连接器用于脐带缆的终端连接,使用连接器的优势在于法兰连接可以使用更多的连接设备,避免资源的浪费,连接终端装置具有止动装置使脐带缆管线可以更好的连接与固定。现有的水下脐带缆垂直连接模块高性能贝氏体钢连接件在轻量化、强度和低温韧性方面依然存在较大的问题。
【发明内容】
为解决上述问题,本发明的目的在于提供一种深海水下脐带缆垂直连接模块高性能贝氏体钢连接件材料制备方法,其通过在材料成分配比、锻造温度控制和热处理工艺及淬火冷却等方面进行改进,以此提供一种高强度,优质低温韧性以及优异焊接性能的锻件连接件的制造方法,从而实现优化设计,简化施工,实现模块化,标准化生产,降低综合成本和项目效率,并且可靠性更高。
本发明提供深海水下脐带缆垂直连接模块高性能贝氏体钢连接件材料制备方法,其包括如下步骤:
步骤S1,冶炼工序,其包括采用电炉和AOD/VODC炉相结合,以及在氩气气氛保护条件下,对回收料和纯合金料进行浇铸;在冶炼过程中添加适量的含Cr元素化合物、适量的含Mn元素化合物、适量的含Mo元素化合物、适量的含Ni元素化合物、适量的含Cu元素化合物、适量的含V元素化合物和适量的含Nb元素化合物;
步骤S2,锻造工序,其包括在880℃-1020℃的温度范围内对所述冶炼工序得到的产物进行锻造成型处理;
步骤S3,热处理工序,其包括对所述锻造工序得到的产物依次进行淬火处理、回火处理和水冷处理;
步骤S4,机械加工与无损探伤工序,其包括对所述热处理工序得到的产物进行切削加工处理和超声波探伤处理,从而得到高性能贝氏体钢连接件材料;
步骤S5,终检工序,最终成品进行尺寸检查,外观检查,超声波探伤、磁粉探伤等,各项最终检验合格后入库待发货。
进一步的,在所述步骤S1中,冶炼工序,其包括采用电炉和AOD/VODC炉相结合,以及在氩气气氛保护条件下,对回收料和纯合金料进行浇铸;在冶炼过程中添加适量的含Cr元素化合物、适量的含Mn元素化合物、适量的含Mo元素化合物、适量的含Ni元素化合物、适量的含Cu元素化合物、适量的含V元素化合物和适量的含Nb元素化合物具体包括:
采用电炉和AOD/VODC炉相结合,以及在氩气气氛保护条件下,对回收钢材料和含铁纯合金材料进行浇铸;
在冶炼过程中添加适量的含Cr元素化合物、适量的含Mn元素化合物、适量的含Mo元素化合物、适量的含Ni元素化合物、适量的含Cu元素化合物、适量的含V元素化合物和适量的含Nb元素化合物,使得Cr元素的重量占比为0.50%-0.70%,Mn元素的重量占比为0.60%-0.70%,Mo元素的重量占比为0.15%-0.20%,Ni元素的重量占比为0.70%-0.90%,Cu元素的重量占比为1.0%-1.30%,V元素的重量占比为0.030%-0.050%,Nb元素的重量占比为0.030%-0.040%;
并且焊接热裂纹敏感系数小于或等于0.27,C元素的重量占比≤0.07%。
进一步的,在所述步骤S2中,锻造工序,其包括在880℃-1020℃的温度范围内对所述冶炼工序得到的产物进行锻造成型处理具体包括:
在880℃-1020℃的温度范围内对所述冶炼工序得到的产物进行锻造成型,开坯锻造比≥2.5,成型总锻造比>6,保温时间为0.5小时/英寸—1.5小时/英寸。
进一步的,在所述步骤S3中,热处理工序,其包括对所述锻造工序得到的产物依次进行淬火处理、回火处理和水冷处理具体包括:
在950℃的温度进行淬火处理,在660℃的温度进行回火处理;
当完成所述回火处理后在不超过65s的转移时间内对产物进行水冷处理,从而使产物温度冷却到32℃以下;
当完成热处理后,对产物进行本体取样,再对取样得到的样品进行室温拉伸,低温冲击,硬度,金相检验,铁素体含量检验,耐腐蚀性能的测试。
进一步的,在所述步骤S4中,机械加工与无损探伤工序,其包括对所述热处理工序得到的产物进行切削加工处理和超声波探伤处理,从而得到高性能贝氏体钢连接件材料具体包括:
当对产物进行本体取样得到的样品进行的测试合格后,采用未受污染的切削液和陶瓷刀片进行刀片切削处理;再对完成刀片切削处理的产物进行超声波探伤处理,从而得到高性能贝氏体钢连接件材料。
与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:上述的深海水下脐带缆垂直连接模块高性能贝氏体钢连接件材料制备方法通过在材料成分配比、锻造温度控制和热处理工艺及淬火冷却等方面进行改进,以此提供一种高强度,优质低温韧性以及优异焊接性能的锻件连接件的制造方法,从而实现优化设计,简化施工,实现模块化,标准化生产,降低综合成本和项目效率,并且可靠性更高。
【附图说明】
图1为本发明提供的深海水下脐带缆垂直连接模块高性能贝氏体钢连接件材料制备方法的流程示意图。
【具体实施方式】
下面通过具体实施例对本发明所述的深海水下脐带缆垂直连接模块高性能贝氏体钢连接件材料制备方法作进一步的详细描述。
如图1所示,该深海水下脐带缆垂直连接模块高性能贝氏体钢连接件材料制备方法包括如下步骤:
步骤S1,冶炼工序,其包括采用电炉和AOD/VODC炉相结合,以及在氩气气氛保护条件下,对回收料和纯合金料进行浇铸;在冶炼过程中添加适量的含Cr元素化合物、适量的含Mn元素化合物、适量的含Mo元素化合物、适量的含Ni元素化合物、适量的含Cu元素化合物、适量的含V元素化合物和适量的含Nb元素化合物;
步骤S2,锻造工序,其包括在880℃-1020℃的温度范围内对该冶炼工序得到的产物进行锻造成型处理;
步骤S3,热处理工序,其包括对该锻造工序得到的产物依次进行淬火处理、回火处理和水冷处理;
步骤S4,机械加工与无损探伤工序,其包括对该热处理工序得到的产物进行切削加工处理和超声波探伤处理,从而得到高性能贝氏体钢连接件材料;
步骤S5,终检工序,最终成品进行尺寸检查,外观检查,超声波探伤、磁粉探伤等,各项最终检验合格后入库待发货。
上述技术方案的有益效果为:该深海水下脐带缆垂直连接模块高性能贝氏体钢连接件材料制备方法通过在材料成分配比、锻造温度控制和热处理工艺及淬火冷却等方面进行改进,以此提供一种高强度,优质低温韧性以及优异焊接性能的锻件连接件的制造方法,从而实现优化设计,简化施工,实现模块化,标准化生产,降低综合成本和项目效率,并且可靠性更高。
优选地,在该步骤S1中,冶炼工序,其包括采用电炉和AOD/VODC炉相结合,以及在氩气气氛保护条件下,对回收料和纯合金料进行浇铸;在冶炼过程中添加适量的含Cr元素化合物、适量的含Mn元素化合物、适量的含Mo元素化合物、适量的含Ni元素化合物、适量的含Cu元素化合物、适量的含V元素化合物和适量的含Nb元素化合物具体包括:
采用电炉和AOD/VODC炉相结合,以及在氩气气氛保护条件下,对回收钢材料和含铁纯合金材料进行浇铸;
在冶炼过程中添加适量的含Cr元素化合物、适量的含Mn元素化合物、适量的含Mo元素化合物、适量的含Ni元素化合物、适量的含Cu元素化合物、适量的含V元素化合物和适量的含Nb元素化合物,使得Cr元素的重量占比为0.50%-0.70%,Mn元素的重量占比为0.60%-0.70%,Mo元素的重量占比为0.15%-0.20%,Ni元素的重量占比为0.70%-0.90%,Cu元素的重量占比为1.0%-1.30%,V元素的重量占比为0.030%-0.050%,Nb元素的重量占比为0.030%-0.040%;
并且焊接热裂纹敏感系数小于或等于0.27,C元素的重量占比≤0.07%。
上述技术方案的有益效果为:通过上述方式,采用电炉和AOD/VODC炉相结合,以及在氩气气氛保护条件下,对回收料和纯合金料进行浇铸,能够防止浇铸过程中形成氧化物超标;而针对大尺寸双相钢锻造难度大的问题,由于双相钢的热塑性较差,锻造加热火次多,在高温下保温时间必然很长。要防止晶粒长大的问题,需要在添加适量的Nb元素和V元素,细化晶粒度同时可以提高强度;其中,Nb元素的重量占比为0.030%-0.040%,V元素的重量占比为0.030%-0.050%,能够保证高性能贝氏体钢连接件材料的强度。
优选地,在该步骤S2中,锻造工序,其包括在880℃-1020℃的温度范围内对该冶炼工序得到的产物进行锻造成型处理具体包括:
在880℃-1020℃的温度范围内对该冶炼工序得到的产物进行锻造成型,开坯锻造比≥2.5,成型总锻造比>6,保温时间为0.5小时/英寸—1.5小时/英寸。
上述技术方案的有益效果为:通过上述方式,在上述特定温度范围内进行锻造成型操作,能够提高材料的韧性。
优选地,在该步骤S3中,热处理工序,其包括对该锻造工序得到的产物依次进行淬火处理、回火处理和水冷处理具体包括:
在950℃的温度进行淬火处理,在660℃的温度进行回火处理;
当完成该回火处理后在不超过65s的转移时间内对产物进行水冷处理,从而使产物温度冷却到32℃以下;
当完成热处理后,对产物进行本体取样,再对取样得到的样品进行室温拉伸,低温冲击,硬度,金相检验,铁素体含量检验,耐腐蚀性能的测试。
上述技术方案的有益效果为:通过上述方式,能够确保材料的内在质量,便于后续按照相应的表面精细加工工艺要求进行表面精细加工处理。
优选地,在该步骤S4中,机械加工与无损探伤工序,其包括对该热处理工序得到的产物进行切削加工处理和超声波探伤处理,从而得到高性能贝氏体钢连接件材料具体包括:
当对产物进行本体取样得到的样品进行的测试合格后,采用未受污染的切削液和陶瓷刀片进行刀片切削处理;再对完成刀片切削处理的产物进行超声波探伤处理,从而得到高性能贝氏体钢连接件材料。
上述技术方案的有益效果为:通过上述方式,能够保证对材料进行准确的切削。
优选地,在该步骤S5中,终检工序,最终成品进行尺寸检查,外观检查,超声波探伤、磁粉探伤等,各项最终检验合格后入库待发货;具体为,各项最终检验合格后入库待发货再将完成切削工序得到的高性能贝氏体钢连接件进行尺寸检查,外观检查,超声波探伤、磁粉探伤;当测试合格后,再对产品进行包装。
通过本申请的制备方法得到的高性能贝氏体钢连接件材料的主要指标参数如下表所示:
从上述实施例的内容可知,该深海水下脐带缆垂直连接模块高性能贝氏体钢连接件材料制备方法通过在材料成分配比、锻造温度控制和热处理工艺及淬火冷却等方面进行改进,以此提供一种高强度,优质低温韧性以及优异焊接性能的锻件连接件的制造方法,从而实现优化设计,简化施工,实现模块化,标准化生产,降低综合成本和项目效率,并且可靠性更高。
上述的实施例仅例示性说明本发明创造的原理及其功效,以及部分运用的实施例,而非用于限制本发明;应当指出,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明创造构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.深海水下脐带缆垂直连接模块高性能贝氏体钢连接件材料制备方法,其特征在于,其包括如下步骤:
步骤S1,冶炼工序,其包括采用电炉和AOD/VODC炉相结合,以及在氩气气氛保护条件下,对回收料和纯合金料进行浇铸;在冶炼过程中添加适量的含Cr元素化合物、适量的含Mn元素化合物、适量的含Mo元素化合物、适量的含Ni元素化合物、适量的含Cu元素化合物、适量的含V元素化合物和适量的含Nb元素化合物;
步骤S2,锻造工序,其包括在880℃-1020℃的温度范围内对所述冶炼工序得到的产物进行锻造成型处理;
步骤S3,热处理工序,其包括对所述锻造工序得到的产物依次进行淬火处理、回火处理和水冷处理;
步骤S4,机械加工与无损探伤工序,其包括对所述热处理工序得到的产物进行切削加工处理和超声波探伤处理,从而得到高性能贝氏体钢连接件材料;
步骤S5,终检工序,最终成品进行尺寸检查,外观检查,超声波探伤、磁粉探伤等,各项最终检验合格后入库待发货。
2.如权利要求1所述的深海水下脐带缆垂直连接模块高性能贝氏体钢连接件材料制备方法,其特征在于:
在所述步骤S1中,冶炼工序,其包括采用电炉和AOD/VODC炉相结合,以及在氩气气氛保护条件下,对回收料和纯合金料进行浇铸;在冶炼过程中添加适量的含Cr元素化合物、适量的含Mn元素化合物、适量的含Mo元素化合物、适量的含Ni元素化合物、适量的含Cu元素化合物、适量的含V元素化合物和适量的含Nb元素化合物具体包括:
采用电炉和AOD/VODC炉相结合,以及在氩气气氛保护条件下,对回收钢材料和含铁纯合金材料进行浇铸;
在冶炼过程中添加适量的含Cr元素化合物、适量的含Mn元素化合物、适量的含Mo元素化合物、适量的含Ni元素化合物、适量的含Cu元素化合物、适量的含V元素化合物和适量的含Nb元素化合物,使得Cr元素的重量占比为0.50%-0.70%,Mn元素的重量占比为0.60%-0.70%,Mo元素的重量占比为0.15%-0.20%,Ni元素的重量占比为0.70%-0.90%,Cu元素的重量占比为1.0%-1.30%,V元素的重量占比为0.030%-0.050%,Nb元素的重量占比为0.030%-0.040%;
并且焊接热裂纹敏感系数小于或等于0.27,C元素的重量占比≤0.07%。
3.如权利要求2所述的深海水下脐带缆垂直连接模块高性能贝氏体钢连接件材料制备方法,其特征在于:
在所述步骤S2中,锻造工序,其包括在880℃-1020℃的温度范围内对所述冶炼工序得到的产物进行锻造成型处理具体包括:
在880℃-1020℃的温度范围内对所述冶炼工序得到的产物进行锻造成型,开坯锻造比≥2.5,成型总锻造比>6,保温时间为0.5小时/英寸—1.5小时/英寸。
4.如权利要求3所述的深海水下脐带缆垂直连接模块高性能贝氏体钢连接件材料制备方法,其特征在于:
在所述步骤S3中,热处理工序,其包括对所述锻造工序得到的产物依次进行淬火处理、回火处理和水冷处理具体包括:
在950℃的温度进行淬火处理,在660℃的温度进行回火处理;
当完成所述回火处理后在不超过65s的转移时间内对产物进行水冷处理,从而使产物温度冷却到32℃以下;
当完成热处理后,对产物进行本体取样,再对取样得到的样品进行室温拉伸,低温冲击,硬度,金相检验,铁素体含量检验,耐腐蚀性能的测试。
5.如权利要求4所述的深海水下脐带缆垂直连接模块高性能贝氏体钢连接件材料制备方法,其特征在于:
在所述步骤S4中,机械加工与无损探伤工序,其包括对所述热处理工序得到的产物进行切削加工处理和超声波探伤处理,从而得到高性能贝氏体钢连接件材料具体包括:
当对产物进行本体取样得到的样品进行的测试合格后,采用未受污染的切削液和陶瓷刀片进行刀片切削处理;再对完成刀片切削处理的产物进行超声波探伤处理,从而得到高性能贝氏体钢连接件材料。
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