CN104760351A

CN104760351A - 一种碳钢与奥氏体不锈钢复合钢板及其生产方法

Info

Publication number: CN104760351A
Application number: CN201510162301.9A
Authority: CN
Inventors: 王小勇; 李家鼎; 孙启昆; 谌铁强; 李少坡; 张海; 王海宝; 郝宁; 刘建明; 隋鹤龙; 马长文; 白学军; 杨立明
Original assignee: Shougang Corp
Current assignee: Shougang Corp
Priority date: 2015-04-07
Filing date: 2015-04-07
Publication date: 2015-07-08

Abstract

一种碳钢与奥氏体不锈钢复合钢板及其生产方法，属于金属复合板生产技术领域。复合钢板采用钢坯对称复合(双坯叠轧)，上下两层为X70材质的碳钢，中间两层为316L不锈钢，在碳钢与不锈钢之间不加助焊剂，在不锈钢与不锈钢之间加入隔离剂；然后对钢坯进行四边焊接封边，利用真空扩散泵进行抽真空处理；钢坯的组坯工艺为：将冶炼好的X70和316L钢坯分别进行开坯轧制，轧到设计的中间尺寸；然后对钢坯进行表面抛磨处理；再焊接封边后抽真空。优点在于，提高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。

Description

一种碳钢与奥氏体不锈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，特别是涉及一种碳钢与奥氏体不锈钢复合钢板及其生产方法，适用于制造输送具有腐蚀性石油、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-X70、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会带来较大的质量风险。采用不锈钢与碳钢复合板为腐蚀性油气输送材质有着显著的优势，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(多为300系列奥氏体不锈钢)，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，具有很好的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳钢与奥氏体不锈钢复合钢板及其生产方法，提高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。

本发明的复合钢板采用钢坯对称复合(双坯叠轧)，上下两层为X70材质的碳钢，中间两层为316L不锈钢，在碳钢与不锈钢之间不加助焊剂，在不锈钢与不锈钢之间加入隔离剂；然后对钢坯进行四边焊接封边，利用真空扩散泵进行抽真空处理；

钢坯的组坯工艺为：将冶炼好的X70和316L钢坯分别进行开坯轧制，轧到设计的中间尺寸；然后对钢坯进行表面抛磨处理；再焊接封边后抽真空；

X70+316L复合钢板的复合界面的剪切强度达到450MPa以上，探伤满足GB/T 8165《不锈钢复合钢板和钢带》中结合率Ⅰ级的要求，即100％结合；同时保证X70管线钢和316L奥氏体不锈钢的各项性能要求，即X70抗拉强度达到620MPa,-20℃冲击功达到250-350J，-10℃DWTT剪切面积大于85％。不锈钢抗拉强度达到570MPa,延伸率A50.8达到60％，。

本发明的钢板成分：基材X70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：1.00～1.65％，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微合金及微量添加Cu、Ni、Cr等合金进行强化，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，金相组织由针状铁素体组成。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。

所述的隔离剂为两块不锈钢之间刷涂成分为MgO的隔离剂，组坯焊接封边后，真空度达到10^-4～10^-3Pa。

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，其轧制及水冷工艺的设计需要同时保证316L不锈钢以及X70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。其轧制及水冷工艺特点为：

(1)将冶炼好的X70和316L钢坯分别进行开坯轧制，轧到设计的中间尺寸；然后对钢坯进行表面抛磨处理(去除氧化层，露出新鲜金属)后进行复合组坯，钢坯为对称复合，上下两层为X70材质的碳钢，中间两层为316L不锈钢，在碳钢与不锈钢之间不添加助焊剂，在不锈钢与不锈钢之间加入隔离剂，图1为组坯示意图。然后对钢坯进行四边焊接封边，利用真空扩散泵进行抽真空处理，真空度达到10^-4～10^-3Pa。

(2)加热温度控制在1170-1250℃，一阶段直轧开轧温度控制在1100～1200℃，单道次压下率在10～25％，终轧温度控制在980～1060℃，轧后待温入水。

(3)入水温度控制在800～930℃，冷速10～25℃/S,终冷温度400～650℃。

本发明的X70+316L复合钢板：其复合界面的剪切强度在可达到450MPa以上，探伤可满足GB/T 8165《不锈钢复合钢板和钢带》中结合率Ⅰ级的要求，即100％结合。同时保证X70管线钢和316L奥氏体不锈钢的各项性能要求，即X70抗拉强度达到620MPa,-20℃冲击功达到250-350J，-10℃DWTT剪切面积大于85％；不锈钢抗拉强度达到570MPa,延伸率A50.8在60％以上。

本发明内容的构成要点立足于以下认识：复合接触表面的氧化层清理效果对于钢板的复合效果影响有很大的影响，为满足钢板间复合的要求，真空度需要达到10^-4～10^-3Pa的要求。轧制过程中相关工艺的设计需要兼顾钢板的复合效果(即复合界面的剪切强度)及不锈钢(316L)和碳钢(X70)各层本身的各项性能，因此需要独特的轧制及水冷工艺来加以实现。

本发明的优点在于，所述的X70+316L复合钢板，其复合效果良好，界面的剪切强度在450MPa以上，探伤满足GB/T 8165《不锈钢复合钢板和钢带》中结合率Ⅰ级的要求。复合各层具有较高的力学性能，X70抗拉强度达到620MPa,-20℃冲击功达到250-350J，-10℃DWTT剪切面积大于85％；316L不锈钢抗拉强度达到570MPa,延伸率A50.8达到60％。复合钢板具有非常优良的强韧性性能，同时不锈钢层具有良好的抗晶间腐蚀及抗氢致开裂能力，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X70化学成分C：0.06％，Si：0.02％，Mn：1.55％，P：0.005％，S：0.002％，Alt：0.03％，N：0.005％，H：0.0001％，此外Ni：0.10％，Cr：0.15％，Nb：0.02％，Ti：0.015％。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C：0.02％,Mn：1.0％,Si：0.4％,P：0.03％，S：0.01％，Cr：16.5％，Ni：10％，Mo：2％。钢板规格为：(20+3)×2040×12000mm(厚度×宽度×长度)，其中X70厚度为20mm，不锈钢厚度为3mm。

生产工艺包括钢坯组坯、加热、直轧、待温水冷，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X70钢坯厚度140mm，不锈钢中间钢坯厚度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助焊剂，不锈钢与不锈钢之间加入隔离剂，钢坯然后对钢坯进行四边焊接封边，利用真空扩散泵进行抽真空处理，真空度达到2×10^-3Pa。

(2)加热温度控制在1220℃，一阶段直轧开轧温度控制在1190℃，首道次压下率在12％，终轧温度控制在1000℃，轧后待温入水。

(3)入水温度控制在900℃，冷速20℃/S，终冷温度500℃。

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X70化学成分C：0.06％，Si：0.02％，Mn：1.55％，P：0.005％，S：0.002％，Alt：0.03％，N：0.005％，H：0.0001％，此外Ni：0.10％，Cr：0.15％，Nb：0.02％，Ti：0.015％。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C：0.02％,Mn：1.0％,Si：0.4％,P：0.03％，S：0.01％，Cr：16.5％，Ni：10％，Mo：2％。钢板规格为：(16+3)×2060×12000mm(厚度×宽度×长度)，其中X70厚度为16mm，不锈钢厚度为3mm。

生产工艺包括钢坯组坯、加热、直轧、待温水冷，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X70钢坯厚度110mm，不锈钢中间钢坯厚度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助焊剂，不锈钢与不锈钢之间加入隔离剂，钢坯然后对钢坯进行四边焊接封边，利用真空扩散泵进行抽真空处理，真空度达到2×10^-3Pa。

(2)加热温度控制在1220℃，一阶段直轧开轧温度控制在1190℃，首道次压下率在15％，终轧温度控制在1000℃，轧后待温入水。

(3)入水温度控制在860℃，冷速15℃/S，终冷温度550℃。

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X70化学成分C：0.06％，Si：0.02％，Mn：1.55％，P：0.005％，S：0.002％，Alt：0.03％，N：0.005％，H：0.0001％，此外Ni：0.10％，Cr：0.15％，Nb：0.02％，Ti：0.015％。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C：0.02％,Mn：1.0％,Si：0.4％,P：0.03％，S：0.01％，Cr：16.5％，Ni：10％，Mo：2％。钢板规格为：(14+3)×1860×12000mm(厚度×宽度×长度)，其中X70厚度为14mm，不锈钢厚度为3mm。

生产工艺包括钢坯组坯、加热、直轧、待温水冷，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X70钢坯厚度100mm，不锈钢中间钢坯厚度21mm，利用铣床进行复合面的表面清理，碳钢与不锈钢界面不加助焊剂，不锈钢与不锈钢之间加入隔离剂，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2×10^-3Pa。

(2)加热温度控制在1220℃，一阶段直轧开轧温度控制在1190℃，首道次压下率在18％，终轧温度控制在1000℃、，轧后待温入水。

(3)入水温度控制在800℃，冷速15℃/S，终冷温度450℃。

生产的产品性能见下表3。

表3钢板性能

Claims

1.一种碳钢与奥氏体不锈钢复合钢板，其特征在于，钢坯为对称复合，上下两层为X70材质的碳钢，中间两层为316L不锈钢，在碳钢与不锈钢之间不加入助焊剂，在不锈钢与不锈钢之间加入隔离剂，然后对钢坯进行四边焊接封边，利用真空扩散泵进行抽真空处理；

X70+316L复合钢板的复合界面的剪切强度达到450MPa以上，探伤满足GB/T8165《不锈钢复合钢板和钢带》中结合率Ⅰ级的要求，即100％结合；同时保证X70管线钢和316L奥氏体不锈钢的各项性能要求，即X70抗拉强度达到620MPa,-20℃冲击功达到250-350J，-10℃DWTT剪切面积大于85％。不锈钢抗拉强度达到570MPa,延伸率A50.8达到60％。

2.根据权利要求1所述的复合钢板，其特征在于，碳钢和不锈钢之间不加助焊剂，所述的隔离剂为在两块不锈钢之间刷涂成分为MgO的隔离剂，组坯封边后，真空度达到10^-4～10^-3Pa。

3.一种根据权利要求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X70和316L钢坯分别进行开坯轧制，轧到设计的中间尺寸；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X70材质的碳钢，中间两层为316L不锈钢，在碳钢与不锈钢之间不添加助焊剂，在不锈钢与不锈钢之间加入隔离剂；然后对钢坯进行四边焊接封边，利用真空扩散泵进行抽真空处理，真空度达到10^-4～10^-3Pa；

(2)加热温度控制在1170～1230℃，一阶段直轧开轧温度控制在1150～1200℃，单道次压下率在10～25％，终轧温度控制在980～1060℃，轧后待温入水；

(3)入水温度控制在800～930℃，冷速10～25℃/S，终冷温度400～650℃。