CN104525611A - 一种镍铬合金与碳钢复合板及其生产方法 - Google Patents

一种镍铬合金与碳钢复合板及其生产方法 Download PDF

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Abstract

一种镍铬合金与碳钢复合板及其生产方法，属于金属复合板生产技术领域。所述的复合板是将冶炼好的X60MS和Incoloy 825镍铬合金铸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X60MS材质的碳钢，中间两层为镍铬合金，在碳钢与镍铬合金之间可选择加入不同厚度的镍箔或不添加助焊剂，在镍铬合金与镍铬合金之间加入阻焊剂。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，复合界面的剪切强度在500MPa以上，探伤达到GB/T 8165《复合板和钢带》标准结合率1级要求，即100％结合。镍铬合金抗拉强度达到760MPa,延伸率A50.8达到30％，X60MS抗拉强度达到600MPa,-20℃冲击功达到300-400J，-10℃DWTT剪切面积大于85％。

Description

一种镍铬合金与碳钢复合板及其生产方法
技术领域
本发明属于金属复合板生产技术领域，特别是涉及一种Incoloy 825镍铬合金与碳钢X60MS复合板及其生产方法，适用于制造输送耐蚀性石油、天然气的钢管。
背景技术
目前的石油管线的材质一般为不具备较强耐蚀性能的低碳钢，如API 5L《美国石油管道技术规范》中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，如果继续使用普通管线钢的话会带来较大的质量风险。采用Incoloy 825镍铬合金与碳钢复合板为油气输送材质有着显著的优势，由于其既具有镍铬合金的耐腐蚀性，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。使用镍铬合金+碳钢复合板的钢管是以镍铬合金做内衬，以碳钢为基材，钢管兼具镍铬合金和碳钢的优点，在综合性能上(尤其是耐蚀性和强度)大大优于单一的镍铬合金或碳钢，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镍铬合金与碳钢复合板及其生产方法，钢级为Incoloy 825+X60MS。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。
本发明所述的复合板是将冶炼好的X60MS和825镍铬合金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X60MS材质的碳钢，中间两层为825镍铬合金，在碳钢与825镍铬合金之间加入镍箔或不加入镍箔，在825镍铬合金与825镍铬合金之间加入阻焊剂(阻焊剂为液态隔离剂，成分为MgO和Al2O3。)；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。
所述的的镍箔厚分别为0.05mm、0.10mm；所述真空处理的真空度达到10-2Pa。
本发明的复合板中：基材X60MS满足API5L《美国石油管线技术规范》要求，本发明重量百分含量为：C：0.03～0.07％，Si：0.01～0.40％，Mn：1.00～1.40％，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Incoloy 825镍铬合金成分0.03≤C≤0.05％,19.5≤Cr≤23.5％,38.0≤Ni≤46.0％,0.10≤Si≤0.50％,Mn≤1.0％,0.60≤Ti≤1.20％,1.5≤Cu≤3％,2≤Mo≤4％,其余为Fe。
本发明钢板生产工艺及控制的技术参数为：
(1)将冶炼好的X60MS和Incoloy 825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，按照图1所示进行钢坯组坯，钢坯为对称复合，上下两层为X60MS材质的碳钢，中间两层为镍铬合金，在碳钢与镍铬合金之间可选择加入不同厚度的镍箔或不添加助焊剂，在镍铬合金与镍铬合金之间加入阻焊剂。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。
所述复合板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825镍铬合金以及X60MS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。
(2)粗轧开轧温度控制在1150～1250℃，单道次压下率在10～30％；中间坯待温厚度50～100mm；精轧开轧温度控制在950～1050℃；终轧温度控制在750～900℃；
(3)入水温度控制在700～800℃，冷速10～20℃/S,终冷温度500～600℃。
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。不同厚度镍箔的选择对钢板的复合效果影响较大，其作用为阻止Cr或碳元素的扩散形成Cr的碳化物析出。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，以及镍铬合金以及碳钢X60MS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Incoloy 825镍铬合金X60MS钢板，其复合界面的剪切强度在500MPa以上，探伤达到GB/T 8165《金属复合板和钢带》标准结合率1级要求，即100％结合。镍铬合金抗拉强度达到760MPa,延伸率A50.8达到30％，X60MS抗拉强度达到600MPa,-20℃冲击功达到300-400J，-10℃DWTT剪切面积大于85％,其氢致开裂(HIC)裂纹长度率CLR≤5％。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为本发明的金相组织。
图3为本发明另一张金相组织。
具体实施方式
实施例1
本发明的钢板成分：基材X60MS满足API5L《美国石油管线技术规范》要求，本发明重量百分含量为：C：0.03～0.07％，Si：0.01～0.40％，Mn：1.00～1.40％，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Incoloy 825镍铬合金成分C≤0.05％,19.5≤Cr≤23.5％,38.0≤Ni≤46.0％,Si≤0.50％,Mn≤1.0％,0.60≤Ni≤1.20％,此外还含有Cu,Mo,Fe等增加耐腐蚀性合金元素。
钢板规格为：(22.2+3)×2005×12000mm(厚度×宽度×长度)，其中X60MS厚度为22.3mm，镍铬合金厚度为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X60MS钢坯厚度150mm，镍铬合金中间钢坯厚度20～30mm，利用铣床进行复合面的表面清理，碳钢与镍铬合金界面加入0.10mm镍箔，镍铬合金与镍铬合金之间加入阻焊剂，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1150～1250℃，单道次压下率在15～30％；中间坯待温厚度50～100mm；精轧开轧温度控制在950～1050℃；终轧温度控制在750～900℃；
(3)入水温度控制在700～800℃，冷速10～20℃/S,终冷温度500～600℃。
生产的产品性能见下表1。
表1钢板性能
实施例2
本发明的钢板成分：基材X60MS满足API5L《美国石油管线技术规范》要求，本发明重量百分含量为：C：0.03～0.07％，Si：0.01～0.40％，Mn：1.00～1.40％，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Incoloy 825镍铬合金成分C≤0.05％,19.5≤Cr≤23.5％,38.0≤Ni≤46.0％,Si≤0.50％,Mn≤1.0％,0.60≤Ni≤1.20％,此外还含有Cu,Mo,Fe等增加耐腐蚀性合金元素。
钢板规格为：(22.2+3)×2005×12000mm(厚度×宽度×长度)，其中X60MS厚度为22.3mm，镍铬合金厚度为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X60MS钢坯厚度150mm，镍铬合金中间钢坯厚度20～30mm，利用铣床进行复合面的表面清理，碳钢与镍铬合金界面加入0.05mm，镍铬合金与镍铬合金之间加入阻焊剂，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1150～1250℃，单道次压下率在15～30％；中间坯待温厚度50～100mm；精轧开轧温度控制在950～1050℃；终轧温度控制在750～900℃；
(3)入水温度控制在700～800℃，冷速10～20℃/S,终冷温度500～600℃。
生产的产品性能见下表2。
表2钢板性能
实施例3
本发明的钢板成分：基材X60MS满足API5L《美国石油管线技术规范》要求，本发明重量百分含量为：C：0.03～0.07％，Si：0.01～0.40％，Mn：1.00～1.40％，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Incoloy 825镍铬合金成分C≤0.05％,19.5≤Cr≤23.5％,38.0≤Ni≤46.0％,Si≤0.50％,Mn≤1.0％,0.60≤Ni≤1.20％,此外还含有Cu,Mo,Fe等增加耐腐蚀性合金元素。
钢板规格为：(22.2+3)×2005×12000mm(厚度×宽度×长度)，其中X60MS厚度为22.3mm，镍铬合金厚度为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X60MS钢坯厚度150mm，镍铬合金中间钢坯厚度20～30mm，利用铣床进行复合面的表面清理，碳钢与镍铬合金界面不加入镍箔，镍铬合金与镍铬合金之间加入阻焊剂，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1150～1250℃，单道次压下率在15～30％；中间坯待温厚度50～100mm；精轧开轧温度控制在950～1050℃；终轧温度控制在750～900℃；
(3)入水温度控制在700～800℃，冷速10～20℃/S,终冷温度500～600℃。
生产的产品性能见下表3。
表3钢板性能

Claims (4)

1.一种镍铬合金与碳钢复合板，其特征在于，所述的复合板是将冶炼好的X60MS和825镍铬合金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X60MS材质的碳钢，中间两层为825镍铬合金，在碳钢与825镍铬合金之间加入镍箔或不加入镍箔，在825镍铬合金与825镍铬合金之间加入阻焊剂；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。
2.权利要求1所述的复合板，其特征在于，所述的的镍箔厚分别为0.05mm、0.10mm；所述真空处理的真空度达到10-2Pa。
3.权利要求1所述的复合板，其特征在于，所述的X60MS成分重量百分含量为：C：0.03～0.07％，Si：0.01～0.40％，Mn：1.00～1.40％，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；或再添加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；所述的825镍铬合金成分0.03≤C≤0.05％,19.5≤Cr≤23.5％,38.0≤Ni≤46.0％,0.10≤Si≤0.50％,Mn≤1.0％,0.60≤Ti≤1.20％,1.5≤Cu≤3％,2≤Mo≤4％,其余为Fe。
4.一种权利要求1-3任何一项所述的复合板的生产方法，其特征在于，采用TMCP工艺，即：粗轧开轧温度控制在1150～1250℃，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750～950℃；入水温度控制在700～800℃，冷速10～20℃/S,终冷温度500～600℃；
所获得的825镍铬合金+X60MS复合板：其复合界面的剪切强度达到500MPa，探伤达到GB/T 8165《复合钢板和钢带》标准结合率1级要求，即100％结合；同时保证825镍铬合金和X60MS管线钢的各项性能要求，即825镍铬合金抗拉强度达到760MPa,延伸率A50.8达到30％，X60MS抗拉强度达到600MPa,-20℃冲击功达到300-400J，-10℃DWTT剪切面积大于85％,NACE A溶液(H2S+5％NaCl+CH3COOH+蒸馏水)腐蚀96小时后，裂纹长度率CLR为0％。
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