CN104805367B - 耐冲蚀磨损性能优良的x65管线钢板及制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种耐冲蚀磨损性能优良的X65管线钢板及制备方法,属于管线钢生产技术领域。X65管线钢板的化学成分为:C:0.06~0.09%,Si:0.10~0.35%,Mn:1.30~1.60%,P:≤0.018%,S:≤0.005%,Alt:0.01~0.06%,Nb:0.03~0.06%,Ti:0.008~0.025%,Cr:0.30~0.50%,余量为Fe和不可避免杂质元素,均为重量百分数。制备方法包括钢水冶炼、钢板轧制、冷却工序等。优点在于:本发明提供的X65管线钢板具有优良的耐磨损冲蚀性能,韧性和可焊性良好,可广泛用于煤浆、矿浆和油砂等管道工程建设中。
Description
技术领域
本发明属于管线钢生产技术领域,特别是涉及一种耐冲蚀磨损性能优良的X65管线钢板及制备方法,用于制造输送煤浆、矿浆和油砂等浆体的直缝埋弧焊钢管。
背景技术
常见的X65、X70、X80级石油天然气输送用管线钢的应用在我国已达到比较成熟的阶段。但管道运输的优势不仅体现在石油天然气等气体和液体运输过程中。目前,全世界已建成浆体长距离运输管道上百条,运输的物料有煤矿、铁精矿、铜精矿、磷精矿、石灰石、铝土矿等几十种,其中管道输送浆体无论从环保还是经济性考虑都有着独特的优势。
输送煤浆、矿浆和油砂等浆体的新型耐磨管线钢要求具有高强韧性、低屈强比和较强的耐磨性,来抵抗一定程度的物料磨损,以适应浆体输送对材料的要求。新型耐磨管线钢的钢级一般为X65钢级,其技术难点为其耐冲蚀磨损性要求明显高于普通X65管线钢及其它同类产品。一般对钢板的耐磨性能要求如下:
在规定位置、方向取一组三个试样,按照GB 10124-88、NACE TM 01-71及SY/T5273-2000规定的试验方法在20±2℃、12Mpa压力下进行加速冲蚀磨损试验,磨损介质为50%水+50%石英砂(重量比),石英砂粒径为40~70目,试样转速2m/s(线速度)。一般要求所有试样72小时冲蚀磨损试验后的失厚率均不能超过0.85mm/a,失重率不能超过0.70%。失厚率和失重率应按公式(1)、(2)计算:
其中W1为试验前试样重量(g),W2为试验后试样重量(g),S为试样表面积(cm2),t为试验时间(h)。
从目前X65管线钢的报导来看,普通的X65管线钢很难满足失厚率和失重率的要求,需要重新设计合金成分、生产工艺和显微组织。而从已报导的耐磨管线钢的专利来看,“用热轧卷板制造耐磨钢管的方法”CN101602079B专利的C含量偏高,导致韧性较差。“一种耐磨损的浆体输送管线用钢及其生产方法”CN102586690A专利的Cu、V等合金含量偏高,导致成本较高,而且该专利为热轧卷板,用于制造ERW钢管;“高韧性、高耐磨蚀性浆体管线用钢的制造方法”CN1084798C专利C较低0.02-0.05%,Mn较低0.5-0.8%,但添加了较多的Mo、Cr、Cu等合金,制造成本大大增加;“一种经济型耐磨钢管及其制造方法”CN102747290A专利C含量较高0.42-0.60%,导致可焊接和韧性较差。因此,要想在国内大规模应用输送煤浆、矿浆和油砂等的X65管线钢板,并且具备良好的强韧性和可焊性,需要尽快开发出具备耐冲蚀磨损性能的X65管线钢板及其制备方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐冲蚀磨损性能优良的X65管线钢板及制备方法,钢板用于制造直缝埋弧焊管,产品耐冲蚀磨损性能优良,且韧性优良、可焊性好,经济成本低,适用于输送煤浆、矿浆和油砂等浆体的管道工程建设。
实现上述目的的措施为:
一种耐冲蚀磨损性能优良的X65管线钢板的化学成分为:C:0.06~0.09%,Si:0.10~0.35%,Mn:1.30~1.60%,P:≤0.018%,S:≤0.005%,Alt:0.01~0.06%,Nb:0.03~0.06%,Ti:0.008~0.025%,Cr:0.30~0.50%,余量为Fe和不可避免杂质元素,均为重量百分数。
本发明的X65管线钢板可以取消Cr,用Mo:0.15~0.30%取代Cr:0.30~0.50%。
本发明的的X65管线钢板还可以在上述的化学成分中再加Ni:0.00~0.30%。
生产耐冲蚀磨损性能优良的X65管线钢板的制备方法包括钢水冶炼、钢板轧制、冷却工序等,其特征在于,在工艺中控制如下技术参数:
(1)钢板分两阶段轧制,第一阶段开轧温度1050~1130℃,终轧温度960~1019℃,第二阶段开轧温度800~880℃,终轧温度Ar3-(10~30)℃范围;
(2)钢板冷却工序:钢板轧制后进行加速冷却,终冷温度控制在300~490℃,冷却速度控制在20~40℃/s。
采用上述化学成分设计,通过两阶段控轧控冷技术,获得多相显微组织控制,所述耐冲蚀磨损性能优良的X65管线钢板由少量变形铁素体、贝氏体、残余奥氏体中的一种或多种构成;贝氏体所占比例为50~70%。
本发明制备出的耐冲蚀磨损性能优良的X65管线钢板,其力学性能为:
-20℃横向全尺寸10×10×55mm V型缺口试样,夏比冲击功≥320J;
-20℃横向落锤剪切面积≥85%;屈强比Rt0.5/Rm≤0.88;
布氏硬度HBW达到190~250;
耐冲蚀磨损试验的失厚率≤0.70mm/a,失重率≤0.60%。
本发明内容的构成要点立足于以下认识:
C元素对提高X65级别管线钢的强度是有效的,同时可提高钢板的硬度值,对耐磨性也有益处。本发明进行了大量试验,通过对比不同的C含量X65管线钢的耐磨性能,发现:当C含量大于0.06%时,其耐磨性能明显高于C含量小于0.06%时,见附图1所示。同时考虑到X65管线钢的可焊性,碳含量至少要控制在0.10%以下,因此,本发明中C含量控制在0.06~0.09%范围内。
Cr元素对提高X65级别管线钢的强度是有效的,并可显著降低材料的屈强比。较高的Cr含量对提高材料的强度和硬度有利,获得贝氏体组织,对提高耐磨性有利。本发明进行了大量试验,通过对比不同的Cr含量,发现:当Cr含量大于0.30%时,其耐磨性明显高于Cr含量小于0.30%时,见附图2所示。因此,本发明中Cr含量控制在0.30~0.50%范围内。
Mo元素在钢种主要起到固溶及相变强化作用,提高钢的强度和硬度,获得贝氏体组织,对提高耐磨性有利。本发明进行了大量试验,通过对比不同的Mo含量,发现:当Mo含量大于0.15%时,其耐磨性明显高于Mo含量小于0.15%时,见附图3所示。同时,考虑到成本因素,Mo含量不能太高。因此,本发明中Mo含量控制在0.15~0.30%范围内。
Ni元素在钢种起到固溶强化的作用,可提高钢的强度和韧性,但会造成成本的增加。因此,在本发明化学成分中还可含有Ni:0.00~0.30%。
本发明采用该生产工艺的依据是:
控轧第一阶段通过控制较低的终轧温度,使奥氏体再结晶晶粒充分细化;控轧第二阶段采用低温控轧工艺,控制终轧温度在Ar3-(10~30)℃范围,形成少量的变形铁素体,以及充分利用低温控轧效果,在硬化的奥氏体内部积累位错,为后续相变提供更多的形核点,最终通过轧后加速冷却,控制较低的终冷温度和较高的冷却速度,得到贝氏体组织,及少量残余奥氏体,贝氏体所占比例为50~70%。本发明进行了大量试验,通过对比不同的终冷温度,发现:当终冷温度太高时,贝氏体含量较少,其耐磨性较差。因此本发明中终冷温度控制在300~490℃范围内。本发明对比了不同贝氏体比例的显微组织,发现:当贝氏体所占比例少于50%时,由于贝氏体含量较少,硬度值低,其耐磨性较差,达不到标准要求。当贝氏体所占比例大于70%时,由于贝氏体含量太高,强度和硬度偏高,低温韧性较差。因此本发明中贝氏体所占比例控制在50~70%范围内。
综上所述,通过控制钢板化学成分、控轧控冷工艺,以及钢板的组织形态,使钢板的强韧性能和耐冲蚀磨损性能达到一个较好的匹配。本发明所述的X65管线钢板的力学性能达到以下水平:
(1)屈服Rt0.5:450~600MPa,抗拉Rm:535~760MPa,屈强比Rt0.5/Rm≤0.88;
(2)横向-20℃全尺寸10×10×55mm V型缺口试样,夏比冲击功≥320J;横向-20℃落锤剪切面积≥85%;
(3)布氏硬度HBW达到190~250;
(4)耐冲蚀磨损试验的失厚率≤0.70mm/a,失重率≤0.60%。
本发明的优点在于:本发明提供的X65管线钢板具有优良的耐磨损冲蚀性能,韧性和可焊性良好,可广泛用于煤浆、矿浆和油砂等管道工程建设中。
附图说明
图1为不同C含量对耐冲蚀磨损性能的影响。
图2为不同Cr含量对耐冲蚀磨损性能的影响。
图3为不同Mo含量对耐冲蚀磨损性能的影响。
图4本发明中X65管线钢板的金相组织照片。
具体实施方式
根据本发明耐冲蚀磨损性能优良的X65管线钢板及其制备方法,在100吨转炉上冶炼,在4300mm生产线上进行控轧控冷。下面通过实施例对本发明作进一步的描述。实施例中钢板化学成分见表1,工艺制度见表2,力学性能见表3:
实施例化学成分
表1.本发明X65管线钢板实施例化学成分(wt%)
实施例工艺制度
表2.本发明X65管线钢板实施例工艺制度
实施例力学性能
本发明生产的X65管线钢板的金相组织为少量变形铁素体,以及50-70%的贝氏体组织形态,参照附图4金相组织照片。实施例力学性能如下表3所示。
表3.本发明X65管线钢板实施例力学性能
本发明通过采用特殊的合金配方,控制C、Cr、Mo等元素含量,使得材料本身为良好的耐冲蚀磨损性能奠定了基础,同时利用优化的控轧控冷工艺,实现低温控轧和低温贝氏体相变,提高X65管线钢的韧性和耐磨性,获得的X65管线钢具有优良的耐冲蚀磨损性能,可广泛用于煤浆、矿浆和油砂等管道工程建设中。
Claims (4)
1.一种耐冲蚀磨损性能优良的X65管线钢板,其特征在于,所述钢板化学成分为:C:0.06~0.09%,Si:0.10~0.35%,Mn:1.30~1.60%,P:≤0.018%,S:≤0.005%,Alt:0.01~0.06%,Nb:0.03~0.06%,Ti:0.008~0.025%,Cr:0.30~0.50%,余量为Fe和不可避免杂质元素,均为重量百分数;
所述X65管线钢板由贝氏体及少量残余奥氏体组成,其中,贝氏体所占比例为50~70%;
所述X65管线钢板力学性能为:-20℃横向全尺寸10×10×55mm V型缺口试样,夏比冲击功≥320J,-20℃横向落锤剪切面积≥85%,布氏硬度HBW达到190~250,耐冲蚀磨损试验的失厚率≤0.70mm/a,失重率≤0.60%。
2.根据权利要求1所述的X65管线钢板,其特征在于,所述钢板化学成分用Mo:0.15~0.30%取代Cr:0.30~0.50%。
3.根据权利要求1或2所述的X65管线钢板,其特征在于,所述钢板再加Ni:0.00~0.30%。
4.一种权利要求1或2所述X65管线钢板的制备方法,包括钢水冶炼、钢板轧制、冷却工序,其特征在于,在工艺中控制如下技术参数:
(1)钢板分两阶段轧制,第一阶段开轧温度1050~1130℃,终轧温度960~1019℃,第二阶段开轧温度800~880℃,终轧温度Ar3-(10~30)℃范围;
(2)钢板冷却工序:钢板轧制后进行加速冷却,终冷温度控制在300~490℃,冷却速度控制在20~40℃/s。
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