CN105525200A - 一种高强度浆体输送管线用热轧卷板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种高强度浆体输送管线用热轧卷板及其制造方法。本发明属于钢铁材料技术领域，公开了一种按照质量百分比，其组分包括，C：0.05～0.12wt％，Si：0.1～0.5wt％，Mn：1.0～1.6wt％，P小于等于0.02wt％，S小于等于0.005％wt％，Nb：0.03～0.08wt％，Cr：0.1～0.50wt％，Ti：0.01～0.05wt％，Mo：0.05～0.20wt％，其余为铁以及不可避免的微量杂质；其中，热轧卷板的组织包括：粒状贝氏体。本发明的浆体输送用管线钢通过采用低合金成分体系，提升其在浆体环境中的耐磨性。

Description

一种高强度浆体输送管线用热轧卷板及其制造方法
技术领域
本发明涉及钢铁材料技术领域，特别涉及一种高强度浆体输送管线用热轧卷板及其制造方法。
背景技术
浆体输送管线以其连续、安全、环保、高效等特点日益引起人们的重视，现阶段已成功应用于煤炭、石灰石、铁精矿等物料。
浆体输送是将煤炭、石灰石、铁精矿等物料打成固体颗粒装配以水等流体物料形成浆体，通过输送管线进行长距离传送。但是，在浆体在输送过程中在输送压力的作用下，固体颗粒对管壁形成了冲击和磨损，使得管道的使用寿命大大缩短。
现有技术中，浆体输送管线用钢的焊接性和韧性不够理想，硬相引起基体硬度不均匀，更容易导致基体的磨损；在成分添加了Ni、Cu等贵金属元素，合金成本较高；同时通过添加昂贵的Ni、Cu等元素欲提高耐磨性，但是对于浆体输送管线而言，主要的失效因素是磨损引起的管壁失厚，添加Ni、Cu等贵金属元素不能提高耐磨性，且使得成本上升市场竞争力降低。
发明内容
本发明提供一种高强度浆体输送管线用热轧卷板及其制造方法，解决现有技术中浆体输送管线用钢的焊接性和韧性差，耐磨性差的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种高强度浆体输送管线用热轧卷板，按照质量百分比，其组分包括，C：0.05～0.12wt％，Si：0.1～0.5wt％，Mn：1.0～1.6wt％，P小于等于0.02wt％，S小于等于0.005％wt％，Nb：0.03～0.08wt％，Cr：0.1～0.50wt％，Ti：0.01～0.05wt％，Mo：0.05～0.20wt％，其余为铁以及不可避免的微量杂质；
其中，热轧卷板的组织包括：粒状贝氏体。
进一步地，所述热轧卷板的组织还包括：针状铁素体。
进一步地，所述热轧卷板的金相组织的晶粒度为12级或更细。
进一步地，屈服强度范围530MPa～585MPa，抗拉强度范围600MPa～660MPa，延伸率A5.65≥22％。
进一步地，-20℃下的冲击功大于等于300J。
进一步地，硬度HV10为200～214。
进一步地，失厚率小于等于0.55mm/a，失重率小于等于0.20％。
一种高强度浆体输送管线用热轧卷板的制造方法，按照质量百分比，其组分包括，C：0.05～0.12wt％，Si：0.1～0.5wt％，Mn：1.0～1.6wt％，P小于等于0.02wt％，S小于等于0.005％wt％，Nb：0.03～0.08wt％，Cr：0.1～0.50wt％，Ti：0.01～0.05wt％，Mo：0.05～0.20wt％，其余为铁以及不可避免的微量杂质；
包括以下工艺步骤：
板坯加热，采用步进加热工艺，充分固溶合金元素，出炉温度控制在1200℃～1240℃，加热时间控制在180min～300min；
控制轧制，采用粗轧和精轧两阶段轧制的方法对板坯进行轧制，分别在再结晶区和未再结晶区，通过大压下的方式逐步细化奥氏体晶粒进行细化；
控制冷却，包括：超快冷、层流冷以及精调区冷却。
进一步地，所述粗轧阶段采用“1+7”或者“3+5”的8道次模式，且粗轧末道次出口温度控制在950℃～1050℃；
所述精轧阶段入口温度控制在930℃或以下，终轧温度控制在780～840℃；
其中，所述粗轧阶段，末道次压下率大于等于26％，将变形充分渗透到板坯心部；所述精轧阶段的总变形量大于65％。
进一步地，所述超快冷的冷速大于30℃/s，超快冷出口温度控制在560℃～650℃，抑制先共析铁素体的形成，促进贝氏体的形成；
在所述经层流冷却和所述精调区冷却后，卷取温度为550℃～630℃，获得粒状贝氏体与少量针状铁素体的显微组织。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
1、本申请实施例中提供的高强度浆体输送管线用热轧卷板，采用合理的组分搭配；其中，采用微量，即0.05～0.12wt％的C，可以有效的降低碳当量，提高卷板的焊接性和成形性，同时保证卷板的高强度和高硬度；从而整体上提升耐磨性和焊接性。添加Mo元素促进贝氏体和针状铁素体的形成，对先共析铁素体的形成有强烈的抑制作用；还提高淬透性，提升卷板厚度方向上的均匀性，确保获得以粒状贝氏体和少量针状铁素体组织。添加Nb元素进行细晶强化和析出强化；还可形成高度分散的高熔点Nb(C、N)，在高温阶段抑制奥氏体再结晶的发生。在轧制过程中，固溶Nb元素的拖曳效应和Nb(C、N)析出的阻碍作用，抑制奥氏体的恢复、再结晶和晶粒长大，可以显著的细化晶粒尺寸，提高卷板的综合力学性能。Cr元素的固溶强化效果显著，可以提高卷板的强度、耐磨性和淬透性。而Cr元素是中等碳化物形成元素，其碳化物较其他元素碳化物更为细小，更有利于均匀分布在基体中，进而提高基体的强度、硬度和耐磨性。
2、本申请实施例中提供的高强度浆体输送管线用热轧卷板制造方法，通过优化合金成分设计，同时进行控制轧制、控制冷却工艺配合，获得了力学性能优良，耐磨损性能和焊接性能良好、成本低廉的X70级别热轧卷板。
具体实施方式
本申请实施例通过提供一种高强度浆体输送管线用热轧卷板及其制造方法，解决现有技术中浆体输送管线用钢的焊接性和韧性差，耐磨性差的技术差的技术问题；达到了提升输送管线用钢在浆体输送环境中的耐磨性、焊接性和韧性的技术效果。
为解决上述技术问题，本申请实施例提供技术方案的总体思路如下：
一种高强度浆体输送管线用热轧卷板，按照质量百分比，其组分包括，C：0.05～0.12wt％，Si：0.1～0.5wt％，Mn：1.0～1.6wt％，P小于等于0.02wt％，S小于等于0.005％wt％，Nb：0.03～0.08wt％，Cr：0.1～0.50wt％，Ti：0.01～0.05wt％，Mo：0.05～0.20wt％，其余为铁以及不可避免的微量杂质；
其中，热轧卷板的组织包括：粒状贝氏体。
通过上述内容可以看出，采用低合金成分体系的浆体输送用管线钢，通过组分配比使板坯的显微组织以贝氏体组织为主，同时基体硬度均匀更有利于提高耐磨性。基于均匀的粒状贝氏体组织有利于提高卷板的耐磨性，同时具备良好的强韧性匹配的认识，在成分设计中添加少量Mo元素，配合以控制轧制和控制冷却的手段，获得“粒状贝氏体+少量针状铁素体”的组织，生产出具有良好耐磨性的X70级别浆体输送管线钢。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
本发明实施例提供的一种高强度浆体输送管线用热轧卷板，按照质量百分比，其组分包括，C：0.05～0.12wt％，Si：0.1～0.5wt％，Mn：1.0～1.6wt％，P小于等于0.02wt％，S小于等于0.005％wt％，Nb：0.03～0.08wt％，Cr：0.1～0.50wt％，Ti：0.01～0.05wt％，Mo：0.05～0.20wt％，其余为铁以及不可避免的微量杂质；
其中，热轧卷板的组织包括：粒状贝氏体。所述热轧卷板的组织还包括：针状铁素体。所述热轧卷板的金相组织的晶粒度为12级或更细。
屈服强度范围530MPa～585MPa，抗拉强度范围600MPa～660MPa，延伸率A5.65≥22％。-20℃下的冲击功大于等于300J。硬度HV10为200～214。失厚率小于等于0.55mm/a，失重率小于等于0.20％。
针对上述钢材，本实施例还提出了一种制造方法。
一种高强度浆体输送管线用热轧卷板的制造方法，按照质量百分比，其组分包括，C：0.05～0.12wt％，Si：0.1～0.5wt％，Mn：1.0～1.6wt％，P小于等于0.02wt％，S小于等于0.005％wt％，Nb：0.03～0.08wt％，Cr：0.1～0.50wt％，Ti：0.01～0.05wt％，Mo：0.05～0.20wt％，其余为铁以及不可避免的微量杂质。
包括以下工艺步骤：
板坯加热，采用步进加热工艺，充分固溶合金元素，出炉温度控制在1200℃～1240℃，加热时间控制在180min～300min；具体的，采用步进式加热炉对板坯进行加热，该条件下有利于合金元素的充分固溶，同时又不致使奥氏体晶粒过分粗大，为后续轧制工序提供良好的组织基础。
控制轧制，采用粗轧和精轧两阶段轧制的方法对板坯进行轧制，分别在再结晶区和未再结晶区，通过大压下的方式逐步细化奥氏体晶粒进行细化；粗轧阶段采用“1+7”或“3+5”的模式，粗轧阶段共计轧制8道次。粗轧各阶段的粗轧压下率逐步提高。通过多道次的粗轧，将末道次粗轧出口温度控制在950℃～1050℃。为确保板坯厚度的均匀性，末道次压下率应≥26％，将变形充分渗透到板坯心部。
在精轧阶段，对处于奥氏体未再结晶区的板坯进行轧制，进一步细化奥氏体晶粒。精轧入口温度≤930℃，终轧温度为780～840℃，总变形量＞65％。
控制冷却，包括：超快冷、层流冷以及精调区冷却。
轧后的超快冷冷却有利于卷板迅速通过高温段，抑制先共析铁素体的形成，促进贝氏体的形成。同时抑制析出物在高温段的析出和长大，使其在较低温的状态下形成细小、弥散的析出，有利于提高卷板的综合性能。此外，较大的冷速有利于提高卷板厚度方向上的均匀性。因此超快冷的冷速应大于30℃/s，，超快冷出口温度为560℃～650℃。
经层流冷却和精调区冷却后，卷取温度为550℃～630℃，从而获得以粒状贝氏体+少量针状铁素体的显微组织，实现强度与韧性的良好匹配。
在成分设计时，充分考虑焊接性和成形性的问题，采用低合金成分体系，本实施例中要求Pcm≤0.16％，其中：
Pcm＝C+Si/30+(Mn+Cr+Cu)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B≤0.16％。
接下来通过具体的配比方案说明本方案。
以10.0mm～20.0mm规格高强度浆体输送管线用热轧卷板为例，根据本实施例生产的高强度浆体输送管线用热轧卷板性能要求如下：
拉伸性能(横向)：Rt0.5：530MPa～585MPa，Rm：600MPa～660MPa，A5.65≥22％。
V型缺口冲击性能：试验温度：-20℃，试样尺寸：10×10×5.5mm，V型缺口冲击功≥300J，剪切面积100％。
DWTT性能：试验温度：-5℃，剪切面积≥95％。
硬度试验：HV10:201～214
金相组织：晶粒度为12级或更细
耐磨性能：
按照GB10124-88、NACETM01-71及SY/T5273-2000规定的方法在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，试样转速为2m/s。所有试样在规定试验条件下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％。
经检验，本发明的所述的热轧卷板的平均失厚率≤0.55mm/a，平均失重率≤0.20％。
本发明提供的一种高强度浆体输送管线用热轧卷板及其制造方法，通过优化合金成分设计，同时进行控制轧制、控制冷却工艺配合，获得了力学性能优良，耐磨损性能和焊接性能良好、成本低廉的X70级别热轧卷板。
以下通过实施案例对作更详细的描述。这些实施案例仅是对本发明最佳实施方式的描述，并不对本发明的范围有任何的限制。
本发明实施案例的成分如表1所示。
表1实施案例冶炼成分
规格/mm C Si Mn P≤ S≤ Mo Nb Cr Ti Pcm
11.9 0.10 0.19 1.10 0.011 0.001 0.06 0.040 0.40 0.017 0.15
12.7 0.08 0.20 1.25 0.013 0.001 0.06 0.050 0.35 0.016 0.15
14.3 0.08 0.20 1.55 0.009 0.001 0.10 0.055 0.30 0.015 0.16
15.9 0.06 0.19 1.47 0.012 0.001 0.13 0.055 0.20 0.016 0.16
17.5 0.06 0.20 1.50 0.009 0.001 0.18 0.075 0.20 0.014 0.16
本发明实施案例的热轧工艺如表2所示。
表2实施案例热轧工艺
本发明实施案例的热轧卷板力学性能如表3所示。
表3实施案例的力学性能
本发明卷板为粒状贝氏体+少量针状铁素体组织，该类型组织有利于提高卷板的耐磨损性能。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
1、本申请实施例中提供的高强度浆体输送管线用热轧卷板，采用合理的组分搭配；其中，采用微量，即0.05～0.12wt％的C，可以有效的降低碳当量，提高卷板的焊接性和成形性，同时保证卷板的高强度和高硬度；从而整体上提升耐磨性和焊接性。添加Mo元素促进贝氏体和针状铁素体的形成，对先共析铁素体的形成有强烈的抑制作用；还提高淬透性，提升卷板厚度方向上的均匀性，确保获得以粒状贝氏体和少量针状铁素体组织。添加Nb元素使得细晶强化和析出强化；还可形成高度分散的高熔点Nb(C、N)，在高温阶段抑制奥氏体再结晶的发生。在轧制过程中，固溶Nb元素的拖曳效应和Nb(C、N)析出的阻碍作用，抑制奥氏体的恢复、再结晶和晶粒长大，可以显著的细化晶粒尺寸，提高卷板的综合力学性能。Cr元素的固溶强化效果显著，可以提高卷板的强度、耐磨性和淬透性。而Cr元素是中等碳化物形成元素，其碳化物较其他元素碳化物更为细小，更有利于均匀分布在基体中，进而提高基体的强度、硬度和耐磨性。
2、本申请实施例中提供的高强度浆体输送管线用热轧卷板制造方法，通过优化合金成分设计，同时进行控制轧制、控制冷却工艺配合，获得了力学性能优良，耐磨损性能和焊接性能良好、成本低廉的X70级别热轧卷板。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种高强度浆体输送管线用热轧卷板，其特征在于，按照质量百分比，其组分包括，C：0.05～0.12wt％，Si：0.1～0.5wt％，Mn：1.0～1.6wt％，P小于等于0.02wt％，S小于等于0.005％wt％，Nb：0.03～0.08wt％，Cr：0.1～0.50wt％，Ti：0.01～0.05wt％，Mo：0.05～0.20wt％，其余为铁以及不可避免的微量杂质；
其中，热轧卷板的组织包括：粒状贝氏体。
2.如权利要求1所述的高强度浆体输送管线用热轧卷板，其特征在于，所述热轧卷板的组织还包括：针状铁素体。
3.如权利要求2所述的高强度浆体输送管线用热轧卷板，其特征在于：所述热轧卷板的金相组织的晶粒度为12级或更细。
4.如权利要求3所述的高强度浆体输送管线用热轧卷板，其特征在于：屈服强度范围530MPa～585MPa，抗拉强度范围600MPa～660MPa，延伸率A5.65≥22％。
5.如权利要求3所述的高强度浆体输送管线用热轧卷板，其特征在于：-20℃下的冲击功大于等于300J。
6.如权利要求3所述的高强度浆体输送管线用热轧卷板，其特征在于：硬度HV10为200～214。
7.如权利要求3所述的高强度浆体输送管线用热轧卷板，其特征在于：失厚率小于等于0.55mm/a，失重率小于等于0.20％。
8.一种高强度浆体输送管线用热轧卷板的制造方法，其特征在于，按照质量百分比，其组分包括，C：0.05～0.12wt％，Si：0.1～0.5wt％，Mn：1.0～1.6wt％，P小于等于0.02wt％，S小于等于0.005％wt％，Nb：0.03～0.08wt％，Cr：0.1～0.50wt％，Ti：0.01～0.05wt％，Mo：0.05～0.20wt％，其余为铁以及不可避免的微量杂质；
包括以下工艺步骤：
板坯加热，采用步进加热工艺，充分固溶合金元素，出炉温度控制在1200℃～1240℃，加热时间控制在180min～300min；
控制轧制，采用粗轧和精轧两阶段轧制的方法对板坯进行轧制，分别在再结晶区和未再结晶区，通过大压下的方式逐步细化奥氏体晶粒进行细化；
控制冷却，包括：超快冷、层流冷以及精调区冷却。
9.如权利要求8所述的高强度浆体输送管线用热轧卷板的制造方法，其特征在于：
所述粗轧阶段采用“1+7”或者“3+5”的8道次模式，且粗轧末道次出口温度控制在950℃～1050℃；
所述精轧阶段入口温度控制在930℃或以下，终轧温度控制在780～840℃；
其中，所述粗轧阶段，末道次压下率大于等于26％，将变形充分渗透到板坯心部；所述精轧阶段的总变形量大于65％。
10.如权利要求8或9所述的高强度浆体输送管线用热轧卷板的制造方法，其特征在于：
所述超快冷的冷速大于30℃/s，超快冷出口温度控制在560℃～650℃，抑制先共析铁素体的形成，促进贝氏体的形成；
在所述经层流冷却和所述精调区冷却后，卷取温度为550℃～630℃，获得粒状贝氏体与少量针状铁素体的显微组织。
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