深海天然气管线测试压力帽及对接毂用f65m特大壁厚高强度锻件
阅读说明：本技术 深海天然气管线测试压力帽及对接毂用f65m特大壁厚高强度锻件 (Deep sea natural gas pipeline test pressure cap and F65M super-large wall thickness high-strength forging for butt joint hub ) 是由 葛辉 周勇 于 2021-07-19 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种深海天然气管线测试压力帽及对接毂用F65M特大壁厚高强度锻件的生产工艺,步骤如下：下料；锻造；正火、淬火、回火处理；进行无损探伤及机械加工。本发明的优点在于：通过上述生产工艺生产的F65特大壁厚快速连接器锻件,在壁厚超过100mm后还具备非常优良的可焊性和低温性能,在保证冲击性能的同时,锻件中心的屈服强度大于450Mpa,解决了在低温冲击出现单个最低要求不满足的问题。(The invention discloses a production process of a deep-sea natural gas pipeline test pressure cap and an F65M extra-large wall thickness high-strength forging for a butt joint hub, which comprises the following steps: blanking; forging; normalizing, quenching and tempering; and carrying out nondestructive inspection and machining. The invention has the advantages that: the F65 rapid connector forging with the extra-large wall thickness produced by the production process has excellent weldability and low-temperature performance after the wall thickness exceeds 100mm, ensures the impact performance, has the yield strength of the center of the forging larger than 450MPa, and solves the problem that the single minimum requirement is not satisfied during low-temperature impact.)
技术领域
本发明涉及深海高端装备用高性能锻件材料应用领域，尤其涉及深海天然气管线测试压力帽及对接毂用F65M特大壁厚高强度锻件。
背景技术
中国在海洋石油工程上面临诸多挑战，如中国在EPC中侧重于制造和组装，工程设计和设备采购有待加强；海洋工程风险高，安全环保责任大；近几年国际油价大幅下跌导致国内外海洋石油开发项目大幅压缩和推迟，需警惕汇率变化失去价格优势。我国深水油气开发面临内波和台风等的恶劣海洋环境和地形条件，且海底地形和工程地址条件复杂；另一方面，我国油气藏特性复杂，在勘探、开发技术等方面仍与西方存在较大差距，深水应急救援能力仍处于空白状态。因此要自主创新和开展国际合作相结合，创新海洋石油工程的技术开发模式。而这一切需要高性能材料作为基础。
深海快速连接器锻件材料一般采用美标ASTM A182 F22或小壁厚普通F65级别材料锻件。但是ASTM A182 F22级别的可焊性较差，焊接后必须进行焊后热处理，对现场施工造成难度并且成本大幅提高；而小壁厚普通F65级别材料锻件设计则造成设备整机结构复杂，安全系数降低，不便于安装及维护，后期维护成本巨大。标准F65微合金钢属于低碳钢加以微合金化处理，淬透性较差，即一般在管线大量采用，其牌号为X65。在石油天然气管线领域的管线应用，其钢管壁厚相对都是薄壁(壁厚<100mm)。而锻件需要考虑产品结构设计的标准化与模块化，其材料尺寸的设计和选择不得不面临大壁厚，超临界状态的挑战。当锻件壁厚超过100mm时，综合考虑其可焊性限制(碳当量要求-Ce,焊接裂纹敏感系数-Pcm)，锻件的强韧性超出材料性能极限，产生了不稳定性，导致强度与低温韧性不得予以匹配，极其难以控制。
使用普通F65级别材料时，确保冲击性能的情况下，锻件中心位置的屈服强度低于450MPa,在意大利知名深海锻件制造厂同样出现相同的结果，并且一直没有获得解决方案；而当调整工艺保证锻件中心位置屈服强度达到450MPa要求后，低温冲击-29℃和-46℃冲击试验结果出现单个最低不满足要求的现象，其同一组三个冲击值的偏差极大，相差10倍以上。
发明内容
为了解决现有F65级别材料在壁厚超过100mm后出现可焊性差、强韧性不稳定及不耐低温的问题，本发明提供了一种深海天然气管线测试压力帽及对接毂用F65M特大壁厚高强度锻件。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：深海天然气管线测试压力帽及对接毂用F65M特大壁厚高强度锻件的生产工艺，步骤如下：
a、下料：取化学成分及重量百分比为:C≤0.12、Si:0.2～0.45、Mn:1.1～1.4、S≤0.01、P≤0.015、Cr:0.1～0.5、Ni:0.5～0.99、Mo:0.15～0.5、Al:0.02～0.055、Nb≤0.02、V≤0.06、Ca≤0.005、Ti≤0.025、Sn≤0.015、Sb≤0.02、As≤0.02、Pb≤0.01、Bi≤0.01、B≤0.0005、Cu≤0.3、H≤2ppm、N≤0.012、O≤25ppm、Cev:0.4～0.45的钢坯为原材料；
b、锻造：将钢坯置入锻造炉中，先将钢坯加热至800℃并保温，保温时间≥2h，再将800℃的钢坯加热至1180±20℃并保温，保温时间≥3.5h，然后对钢坯进行锻造，将钢坯锻造成带有内孔的锻件，在锻造过程中，始锻温度为1180±20℃，终锻温度为850±20℃，在锻造过程中，控制拔长比＞3:1、镦粗比＞2:1、总锻造比＞6:1，锻造完成后，锻件空冷至室温；
c、正火、淬火、回火处理：先将锻件加热至580℃并保温1.5h，然后将580℃的锻件加热至960±10℃并保温，保温时间控制在0.5～1小时/英寸(英寸为锻件的最大壁厚尺寸)，然后空冷至室温；再将锻件加热至580℃并保温1.5h，然后将580℃的锻件加热至920±10℃并保温，保温时间控制在0.5～1小时/英寸(英寸为锻件的最大壁厚尺寸)，然后在90秒内转移到冷却水中进行水淬至室温，在水淬过程中，用高压流体泵持续往锻件上的内孔中喷冲冷却水；再将锻件加热至200℃并保温1h，然后将200℃的锻件加热至510℃并保温1.5h，最后将510℃的锻件加热至550±8℃并保温，保温时间控制在0.5～1小时/英寸(英寸为锻件的最大壁厚尺寸)，然后空冷至室温；
d、进行无损探伤及机械加工。
进一步的，前述的深海天然气管线测试压力帽及对接毂用F65M特大壁厚高强度锻件，其中，在下料步骤中，采用EF+LF+VD底注式真空保护浇注的冶炼工艺。
进一步的，前述的深海天然气管线测试压力帽及对接毂用F65M特大壁厚高强度锻件，其中，锻造过程中的加热速率控制在不高于125℃/h。
进一步的，前述的深海天然气管线测试压力帽及对接毂用F65M特大壁厚高强度锻件，其中，在正火、淬火、回火处理过程中的加热速率均控制在不高于150℃/h。
本发明的优点在于：通过上述生产工艺生产的F65特大壁厚快速连接器锻件，在壁厚超过100mm后还具备非常优良的可焊性和低温性能，在保证冲击性能的同时，锻件中心的屈服强度大于450Mpa，解决了在低温冲击出现单个最低要求不满足的问题。
具体实施方式
下面结合优选实施例对本发明所述的技术方案作进一步说明。
本发明所述的深海天然气管线测试压力帽及对接毂用F65M特大壁厚高强度锻件的生产工艺，步骤如下：
a、下料：取化学成分及重量百分比为:C≤0.12、Si:0.2～0.45、Mn:1.1～1.4、S≤0.01、P≤0.015、Cr:0.1～0.5、Ni:0.5～0.99、Mo:0.15～0.5、Al:0.02～0.055、Nb≤0.02、V≤0.06、Ca≤0.005、Ti≤0.025、Sn≤0.015、Sb≤0.02、As≤0.02、Pb≤0.01、Bi≤0.01、B≤0.0005、Cu≤0.3、H≤2ppm、N≤0.012、O≤25ppm、Cev:0.4～0.45的钢坯为原材料；然后采用EF+LF+VD底注式真空保护浇注的冶炼工艺；
b、锻造：将钢坯置入锻造炉中，以不高于125℃/h的加热速率对钢坯进行加热，先将钢坯加热至800℃并保温，保温时间≥2h，再将800℃的钢坯加热至1180±20℃并保温，保温时间≥3.5h，然后对钢坯进行锻造，将钢坯锻造成带有内孔的锻件，在锻造过程中，始锻温度为1180±20℃，终锻温度为850±20℃，在锻造过程中，控制拔长比＞3:1、镦粗比＞2:1、总锻造比＞6:1，锻造完成后，锻件空冷至室温；
c、正火、淬火、回火处理：以不高于150℃/h的加热速率对锻件进行加热，先将锻件加热至580℃并保温1.5h，然后将580℃的锻件加热至960±10℃并保温，保温时间控制在0.5～1小时/英寸(英寸为锻件的最大壁厚尺寸)，然后空冷至室温；
以不高于150℃/h的加热速率对锻件进行加热，将锻件加热至580℃并保温1.5h，然后将580℃的锻件加热至920±10℃并保温，保温时间控制在0.5～1小时/英寸(英寸为锻件的最大壁厚尺寸)，然后在90秒内转移到冷却水中进行水淬至室温，在水淬过程中，用高压流体泵持续往锻件上的内孔中喷冲冷却水；
以不高于150℃/h的加热速率对锻件进行加热，将锻件加热至200℃并保温1h，然后将200℃的锻件加热至510℃并保温1.5h，最后将510℃的锻件加热至550±8℃并保温，保温时间控制在0.5～1小时/英寸(英寸为锻件的最大壁厚尺寸)，然后空冷至室温；
d、进行无损探伤及机械加工。
以本发明所述生产工艺制造出来的F65M特大壁厚高强度锻件的机械测试结果如下表：
序号
性能
指标
1
抗拉强度
产品芯部性能满足>＝530MPa
2
屈服强度
产品芯部性能满足>＝450MPa
3
断后伸长率
A≥18％
4
冲击温度
-46℃
5
冲击(J)
≥50/38