CN104441822A - 一种不锈钢与碳钢复合钢板及其生产方法 - Google Patents

一种不锈钢与碳钢复合钢板及其生产方法 Download PDF

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Abstract

一种不锈钢与碳钢复合钢板及其生产方法，属于金属复合板生产技术领域。钢坯的组坯工艺为：将冶炼好的X60和316L钢坯分别进行开坯轧制，轧到设计的中间坯尺寸；然后对钢坯进行表面抛磨处理，钢坯为对称复合，上下两层为X60材质的碳钢，中间两层为316L不锈钢，在碳钢与不锈钢之间加入不同类型的助焊剂或不加入助焊剂，在不锈钢与不锈钢之间加入阻焊剂。然后对钢坯进行四边焊接封边，利用机械泵进行抽真空处理。优点在于，其复合界面的剪切强度在可达到500MPa，探伤可达到GB/T 8165《不锈钢复合钢板和钢带》标准结合率1级要求，即100％结合。

Description

一种不锈钢与碳钢复合钢板及其生产方法
技术领域
本发明属于金属复合板生产技术领域，涉及一种不锈钢与碳钢钢板及其生产方法，适用于制造输送耐蚀性石油、天然气的钢管。
背景技术
目前的石油管道的材质一般为低碳钢，如API B-X80等钢级，但是随着未来腐蚀性油气以及海洋油气的开发，一般碳钢无法满足其耐蚀性要求，如果继续使用一般管线钢的话会带来较大的质量风险。采用不锈钢与碳钢复合板为油气输送材质有着显著的优势，由于其既具有不锈钢材料耐腐蚀性，又具有一般管线钢材料的强度和韧性，可以大大降低管道腐蚀开裂的风险。使用不锈钢复合板的钢管是以不锈钢做内衬，以碳钢为基材，钢管兼具不锈钢和碳钢的优点，在综合性能上(尤其是耐蚀性和强度)大大优于单一的不锈钢或碳钢，具有很好的运用前景。
发明内容
本发明的目的在于提供一种不锈钢与碳钢复合钢板及其生产方法，提高了石油管道的使用安全性，对我国的管道事业发展具有重大意义。
本发明的复合钢板是钢坯对称复合，上下两层为X60材质的碳钢，中间两层为316L不锈钢，在碳钢与不锈钢之间加入助焊剂或不加入助焊剂，在不锈钢与不锈钢之间加入阻焊剂；然后对钢坯进行四边焊接封边，利用机械泵进行抽真空处理；
本发明的钢板成分：基材X60满足API5L《美国石油管线钢规范》要求，本发明重量百分含量为：C：0.03～0.07％，Si：0.01～0.40％，Mn：1.00～1.70％，P：≤0.015％，S：≤0.003％，Alt：0.01～0.06％，N：≤0.006％，H：≤0.0002％，余量为Fe和不可避免杂质元素，金相组织由针状铁素体组织组成。还可添加Nb、V、Ti、Cu、Ni、Cr微合金强化元素，Nb+V+Ti≤0.15％；Cu：0.00～0.30％、Ni：0.00～0.20％、Cr：0.00～0.30％中选择的1～3种。其余为Fe和不可避免杂质元素，金相组织由针状铁素体组织组成。复层316L成分满足ASTM A240M-05标准《用于压力容器和一般用途的铬和铬镍不锈钢板、薄板和带钢的标准规范》要求，重量百分含量为即C≤0.03％,Mn≤2.0％,Si≤0.75％,此外还含有Cr,Ni,Mo等增加耐腐蚀性合金元素。
所述的助焊剂化学成分：Si 3～10％，其余为Cr、Ni、Fe,熔点950～1100℃，真空度达到10-3Pa。所述的阻焊剂为在两块不锈钢之间刷涂液态隔离剂，成分为MgO和Al2O3。
本发明钢板生产工艺及控制的技术参数为：
除保证复合界面结合强度和探伤性能外，其TMCP工艺的设计需要同时保证316L不锈钢以及X60管线钢各自的性能要求，工艺参数控制点需要通过大量的实验才能获得。其TMCP工艺特点为：
(1)将冶炼好的X60和316L钢坯分别进行开坯轧制，轧到设计的中间坯尺寸；然后对钢坯进行表面抛磨处理，进行钢坯组坯，钢坯为对称复合，上下两层为X60材质的碳钢，中间两层为316L不锈钢，在碳钢与不锈钢之间可选择加入不同类型的助焊剂或不添加助焊剂，在不锈钢与不锈钢之间加入阻焊剂，图1为组坯示意图。然后对钢坯进行四边焊接封边，利用机械泵进行抽真空处理，真空度达到10-3Pa。
(2)粗轧开轧温度控制在1100～1200℃，单道次压下率在15～30％；中间坯待温厚度40～80mm；精轧开轧温度控制在950～1050℃；终轧温度控制在850～1000℃；
(3)入水温度控制在800～950℃，冷速10～35℃/S,终冷温度400～650℃。
本发明的316L+X60复合钢板：其复合界面的剪切强度在可达到500MPa，探伤可达到GB/T 8165《不锈钢复合钢板和钢带》标准结合率1级要求，即100％结合。同时保证316L奥氏体不锈钢和X60管线钢的各项性能要求，即不锈钢抗拉强度达到520MPa,延伸率A50.8达到60％，X60抗拉强度达到600MPa,-20℃冲击功达到300-400J，-10℃DWTT剪切面积大于85％。
本发明内容的构成要点立足于以下认识：钢坯结合面的氧化铁皮清理效果对于钢板的复合效果影响有较大的影响，高真空要求，为满足钢坯复合的要求真空度达到10-3Pa的高真空要求。不同助焊剂的选择对钢板的复合效果影响较大，轧制过程轧钢工艺的设计需要考虑同时保证两块钢板复合界面的剪切强度，以及不锈钢316L，以及碳钢X60各自本身的各项性能要求，因此需要独特的TMCP工艺的设计。
本发明的优点在于，所述的316L+X60钢板，其复合界面的剪切强度在450MPa以上，探伤达到GB/T 8165《不锈钢复合钢板和钢带》标准结合率1级要求，即100％结合。316L不锈钢抗拉强度达到520MPa,延伸率A50.8达到60％，X60抗拉强度达到600MPa,-20℃冲击功达到300-400J，-10℃DWTT剪切面积大于85％。具有非常优良的强韧性性能以及抗氢致开裂性能，使得原油输送管的使用安全性得到提高。
附图说明
图1为钢坯组坯示意图。
图2为本发明的一种金相组织。
图3为本发明的另一种金相组织。
具体实施方式
实施例1
本实验钢种基材X60化学成分C：0.03～0.07％，Si：0.01～0.40％，Mn：1.00～1.70％，P：≤0.015％，S：≤0.003％，Alt：0.01～0.06％，N：≤0.006％，H：≤0.0002％，余量为Fe和不可避免杂质元素，还可添加Nb、V、Ti、Cu、Ni、Cr微合金强化元素，Nb+V+Ti≤0.15％；Cu：0.00～0.30％、Ni：0.00～0.20％、Cr：0.00～0.30％中选择的1～3种。其余为Fe和不可避免杂质元素。复层316L成分满足ASTM A240M-05标准《用于压力容器和一般用途的铬和铬镍不锈钢板、薄板和带钢的标准规范》要求，重量百分含量为即C≤0.03％,Mn≤2.0％,Si≤0.75％,此外还含有Cr,Ni,Mo等增加耐腐蚀性合金元素。钢板规格为：(20+3)×2040×12000mm(厚度×宽度×长度)，其中X60厚度为20mm，不锈钢厚度为3mm。
生产工艺包括钢坯组坯、加热、粗轧、精轧、水冷，具体为：
(1)将按化学成分设计冶炼好的钢坯进行开坯轧制；碳钢X60钢坯厚度120mm，不锈钢中间钢坯厚度15～20mm，利用铣床进行复合面的表面清理，碳钢与不锈钢界面加入1#助焊剂，其Si含量5～10％之间，其余为Cr、Ni、Fe等,熔点1000～1100℃，不锈钢与不锈钢之间加入阻焊剂，钢坯然后对钢坯进行四边焊接封边，利用机械泵进行抽真空处理，真空度达到10-3Pa。
(2)粗轧开轧温度控制在1100～1200℃，单道次压下率在15～30％；中间坯待温厚度40～80mm；精轧开轧温度控制在950～1050℃；终轧温度控制在850～1000℃；
(3)入水温度控制在800～950℃，冷速10～35℃/S,终冷温度400～650℃。
生产的产品性能见下表1。
表1 钢板性能
实施例2
本实验钢种基材X60化学成分C：0.03～0.07％，Si：0.01～0.40％，Mn：1.00～1.70％，P：≤0.015％，S：≤0.003％，Alt：0.01～0.06％，N：≤0.006％，H：≤0.0002％，余量为Fe和不可避免杂质元素，还可添加Nb、V、Ti、Cu、Ni、Cr微合金强化元素，Nb+V+Ti≤0.15％；Cu：0.00～0.30％、Ni：0.00～0.20％、Cr：0.00～0.30％中选择的1～3种。其余为Fe和不可避免杂质元素。复层316L成分满足ASTM A240M-05标准《用于压力容器和一般用途的铬和铬镍不锈钢板、薄板和带钢的标准规范》要求，重量百分含量为即C≤0.03％,Mn≤2.0％,Si≤0.75％,此外还含有Cr,Ni,Mo等增加耐腐蚀性合金元素。钢板规格为：(20+3)×2040×12000mm(厚度×宽度×长度)，其中X60厚度为20mm，不锈钢厚度为3mm。
生产工艺包括钢坯组坯、加热、粗轧、精轧、水冷，具体为：
(1)将按化学成分设计冶炼好的钢坯进行开坯轧制；碳钢X60钢坯厚度120mm，不锈钢中间钢坯厚度15～20mm，利用铣床进行复合面的表面清理，碳钢与不锈钢界面加入1#助焊剂，其Si含量3～7％之间，其余为Cr、Ni、Fe等,熔点950～1050℃，不锈钢与不锈钢之间加入阻焊剂，钢坯然后对钢坯进行四边焊接封边，利用机械泵进行抽真空处理，真空度达到10-3Pa。
(2)粗轧开轧温度控制在1100～1200℃，单道次压下率在15～30％；中间坯待温厚度40～80mm；精轧开轧温度控制在950～1050℃；终轧温度控制在850～1000℃；
(3)入水温度控制在800～950℃，冷速5～20℃/S,终冷温度550～700℃。
生产的产品性能见下表2。
表2 钢板性能
实施例3
本实验钢种基材X60化学成分C：0.03～0.07％，Si：0.01～0.40％，Mn：1.00～1.70％，P：≤0.015％，S：≤0.003％，Alt：0.01～0.06％，N：≤0.006％，H：≤0.0002％，余量为Fe和不可避免杂质元素，还可添加Nb、V、Ti、Cu、Ni、Cr微合金强化元素，Nb+V+Ti≤0.15％；Cu：0.00～0.30％、Ni：0.00～0.20％、Cr：0.00～0.30％中选择的1～3种。其余为Fe和不可避免杂质元素。复层316L成分满足ASTM A240M-05标准《用于压力容器和一般用途的铬和铬镍不锈钢板、薄板和带钢的标准规范》要求，重量百分含量为即C≤0.03％,Mn≤2.0％,Si≤0.75％,此外还含有Cr,Ni,Mo等增加耐腐蚀性合金元素。钢板规格为：(20+3)×2040×12000mm(厚度×宽度×长度)，其中X60厚度为20mm，不锈钢厚度为3mm。
生产工艺包括钢坯组坯、加热、粗轧、精轧、水冷，具体为：
(1)将按化学成分设计冶炼好的钢坯进行开坯轧制；碳钢X60钢坯厚度120mm，不锈钢中间钢坯厚度15～20mm，利用铣床进行复合面的表面清理，碳钢与不锈钢界面不加入助焊剂，不锈钢与不锈钢之间加入阻焊剂，钢坯然后对钢坯进行四边焊接封边，利用机械泵进行抽真空处理，真空度达到10-3Pa。
(2)粗轧开轧温度控制在1100～1200℃，单道次压下率在15～30％；中间坯待温厚度40～80mm；精轧开轧温度控制在950～1050℃；终轧温度控制在850～1000℃；
(3)入水温度控制在800～950℃，冷速5～20℃/S,终冷温度550～700℃。
生产的产品性能见下表3。
表3 钢板性能

Claims (3)

1.一种不锈钢与碳钢复合钢板，其特征在于，钢坯为对称复合，上下两层为X60材质的碳钢，中间两层为316L不锈钢，在碳钢与不锈钢之间加入助焊剂或不加入助焊剂，在不锈钢与不锈钢之间加入阻焊剂，然后对钢坯进行四边焊接封边，利用机械泵进行抽真空处理；
钢坯的组坯工艺为：将冶炼好的X60和316L钢坯分别进行开坯轧制，轧到设计的中间坯尺寸；然后对钢坯进行表面抛磨处理；
316L+X60复合钢板的复合界面的剪切强度达到500MPa，探伤达到GB/T 8165《不锈钢复合钢板和钢带》标准结合率1级要求，即100％结合；同时保证316L奥氏体不锈钢和X60管线钢的各项性能要求，即不锈钢抗拉强度达到520MPa,延伸率A50.8达到60％，X60抗拉强度达到600MPa,-20℃冲击功达到300-400J，-10℃DWTT剪切面积大于85％。
2.根据权利要求1所述的复合钢板，其特征在于，所述的助焊剂化学成分：Si 3～10％，其余为Cr、Ni、Fe,熔点950～1100℃，真空度达到10-3Pa；所述的阻焊剂为在两块不锈钢之间刷涂液态隔离剂，成分为MgO和Al2O3。
3.一种权利要求1所述复合钢板的生产方法，其特征在于，生产工艺及控制的技术参数为：
(1)将冶炼好的X60和316L钢坯分别进行开坯轧制，轧到设计的中间坯尺寸；然后对钢坯进行表面抛磨处理，钢坯为对称复合，上下两层为X60材质的碳钢，中间两层为316L不锈钢，在碳钢与不锈钢之间选择加入助焊剂或不添加助焊剂，在不锈钢与不锈钢之间加入阻焊剂；然后对钢坯进行四边焊接封边，利用机械泵进行抽真空处理，真空度达到10-3Pa；
(2)粗轧开轧温度控制在1100～1200℃，单道次压下率在15～30％；中间坯待温厚度40～80mm；精轧开轧温度控制在950～1050℃；终轧温度控制在850～1000℃；
(3)入水温度控制在800～950℃，冷速10～35℃/S,终冷温度400～650℃。
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