CN106011642B - 一种耐腐蚀爆炸复合板用基材管线钢板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种耐腐蚀爆炸复合板用基材管线钢板及其制备方法,属于管线钢技术领域。其化学成份重量百分比为：C：0.03～0.08％，Nb：0.010～0.030％，Si：0.15～0.30％，Mn：1.15～1.35％，Ni：0.15～0.30％，Cr：0.15～0.30％等。经过转炉冶炼；连铸；钢坯再加热后在3300～5500mm轧机生产线上进行两阶段控轧；然后控冷；最后淬火热处理，淬火温度为790～820℃，保温时间为20～40min。优点在于，具有优良的低温韧性及较低的屈强比。

Description

一种耐腐蚀爆炸复合板用基材管线钢板及其制备方法
技术领域
本发明属于管线钢技术领域，特别涉及一种耐腐蚀爆炸复合板用基材管线钢板及其制备方法。产品具有较低的屈强比、优良的低温韧性，以及耐腐蚀性能，适用于高含硫气田用输送管道建设。
背景技术
油气管道输送的介质中如果含有较高含量的硫化氢、二氧化碳、氯离子和水分，如果采用的是普通管线钢材质，将会很快腐蚀穿孔，因此，防止内腐蚀的问题十分突出。为此，在高硫油气田中常采用Cr13马氏体不锈钢、Cr22双相不锈钢、Cr25超级双相不锈钢、含Ni35％以上高Cr-Ni不锈钢，直至镍基合金N08825，但纯不锈钢费用极其昂贵。
耐腐蚀爆炸复合管可以将复材耐蚀合金的耐蚀性能与基材管线钢的高强度有机的结合，解决油气田高腐蚀情况下的集输管线防止内腐蚀的问题，近年来采用不锈钢或镍基合金衬里的双金属耐腐蚀爆炸复合管成为研发热点之一。爆炸复合的实质是炸药爆炸瞬间产生的巨大能量作为能源使金属发生高速碰撞、产生塑性变形而相互咬合，金属或合金结合处只有少量甚至没有扩散，因此每种金属都可以保持其原有的特性，但由于塑性变形较大，加工硬化、位错增殖，因此，爆炸复合后，基材强度会大幅升高，基材屈强比升高，而且爆炸复合后，基材和复材结合界面处，基材硬度HV10会大幅升高。因此，从爆炸复合工艺特点，以及产品使用角度考虑，对爆炸复合板和基材管线钢板的技术要求主要有以下几个方面：
1、爆炸复合板的基材部分要求较低的屈强比，YT≤0.90，这样就对爆炸复合前的基材管线钢板屈强比提出严格的要求，为后续爆炸复合后屈强比升高留出空间。
2、爆炸复合板的基材部分低温韧性要优良，横向－30℃夏比冲击功要达到100J以上，横向-20℃落锤剪切面积达到85％以上。
3、爆炸复合板的基材部分耐腐蚀性能要良好，满足NACE TM0284-96标准A溶液裂纹长度率CLR≤15％，裂纹厚度率CTR≤5％，裂纹敏感率CSR≤2％。
4、爆炸复合板的基材和复材结合界面处，标准要求硬度值≤245HV10。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐腐蚀爆炸复合板用基材管线钢板及其制备方法，解决了爆炸复合板的基材部分－30℃夏比冲击韧性、－20℃落锤韧性、低屈强比性能、A溶液耐腐蚀性能，以及基材和复材结合界面处的硬度升高等问题。
一种耐腐蚀爆炸复合板用基材管线钢板，其中，化学成份重量百分比为：C：0.03～0.08％，Nb：0.010～0.030％，Si：0.15～0.30％，Mn：1.15～1.35％，Alt：0.01～0.05％，P：≤0.015％，S：≤0.0015％，Ti：0.008～0.020％，Ni：0.15～0.30％，Cr：0.15～0.30％，Mo：0.08～0.20％，余量为Fe和不可避免杂质元素。
一种耐腐蚀爆炸复合板用基材管线钢板的制备方法，具体步骤及参数如下：
1、在100～300吨转炉上冶炼，然后连铸成厚度150～300mm的钢坯；
2、钢坯经过1140～1200℃的再加热，然后在3300～5500mm轧机生产线上进行两阶段控轧，第一阶段终轧温度为980～1020℃，然后进行待温，待温厚度为成品钢板厚度的2～4倍，第二阶段开轧温度为910～980℃，终轧温度为840～900℃，然后进行控冷，开冷温度为810～840℃，终冷温度为600～700℃，冷却速度为10～30℃/s；
3、最后通过淬火炉对成品钢板进行临界区淬火热处理，淬火温度为790～820℃，保温时间为20～40min；获得由铁素体、贝氏体、马氏体和MA组成的混合组织，铁素体体积分数为60～80％。
基材管线钢板的制备方法是两阶段控轧，细化奥氏体晶粒，并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，最终通过轧后控冷，获得细化的金相组织；之后通过淬火炉对成品钢板进行临界区淬火热处理，获得由铁素体、贝氏体、马氏体和MA组成的混合组织，铁素体体积分数为60～80％，以保证基材钢板具备非常低的屈强比≤0.70，经后续爆炸复合后，复合板基材部分屈强比≤0.90。
本发明内容的构成要点立足于以下认识：
Nb元素在本发明中进行了大量试验，发现：当Nb含量大于0.03％时，由于细晶强化和析出强化，屈服强度太高，会使基材管线钢板的屈强比偏高；但当Nb含量小于0.01％时，强度性能和低温韧性水平又偏低。因此本发明中Nb含量控制在0.01～0.03％范围内。
Mn元素是易偏析元素，本发明控制Mn：1.15～1.35％范围，可以获得良好的中心偏析水平，对耐腐蚀性能有利。Mn含量太低，材料的抗拉强度不够，屈强比偏高，Mn含量太高，会加剧中心偏析，严重影响低温韧性和耐腐蚀性能。
P、S元素是钢中杂质元素，越低越好，为了获得良好的低温韧性和耐腐蚀性能，本发明进行大量试验，发现杂质元素控制在P：≤0.015％，S：≤0.0015％，对产品的低温韧性、可焊性，尤其是耐腐蚀性能有益，过高的P、S含量会加剧中心偏析，严重影响低温韧性和耐腐蚀性能。
Ni元素是奥氏体稳定性元素，能降低γ→α转变温度，能有效提高管线钢的低温韧性。Ni可通过固溶强化作用提高钢的强度，弥补厚规格钢材中因厚度的增加引起的强度下降，本发明进行了大量试验，发现当Ni含量大于0.15％时，其-20℃低温落锤性能和-30℃夏比冲击性能良好，Ni一般控制在0.15～0.30％范围内。
Cr元素对提高管线钢的抗拉强度是有效的，可显著降低材料的屈强比。但较高的Cr含量会对低温韧性不利。因此Cr含量控制在0.15～0.30％范围内。
Mo元素对提高管线钢的抗拉强度是有效的，可显著降低材料的屈强比。但较高的Mo含量会影响生产成本。因此Mo含量控制在0.08～0.20％范围内。
本发明的优点在于，通过控制基材管线钢板化学成分和生产工艺流程生产出的一种爆炸复合板用基材管线钢，获得了良好的金相组织，具有优良的低温韧性及较低的屈强比，解决了爆炸复合板的基材部分-30℃夏比冲击韧性、-20℃落锤韧性、低屈强比性能、A溶液耐腐蚀性能，以及基材和复材结合界面处的硬度升高等问题。
附图说明
图1为基材管线钢板的金相组织照片。
具体实施方式
实施例1～5
一、实施例中基材L450/L415管线钢板化学成分如下表1所示：
表1钢板化学成分(wt％)
实施例 C Si Mn P S Al Nb Ti Ni Cr Mo
实施例1 0.06 0.20 1.25 0.009 0.0012 0.03 0.02 0.015 0.20 0.20 0.12
实施例2 0.04 0.18 1.35 0.011 0.0012 0.03 0.03 0.016 0.30 0.30 0.08
实施例3 0.05 0.25 1.30 0.010 0.0011 0.03 0.02 0.014 0.15 0.20 0.20
实施例4 0.07 0.28 1.20 0.010 0.0010 0.03 0.02 0.012 0.20 0.15 0.12
实施例5 0.08 0.25 1.15 0.008 0.0009 0.03 0.01 0.015 0.15 0.15 0.10
以上实施例均为化学成分重量百分比，余量均为Fe和不可避免杂质元素。
二、实施例工艺制度如下表2和表3所示：
实施例中基材L450/L415管线钢板经过冶炼、连铸、再加热、两阶段控轧、控冷，和临界区淬火热处理，获得由铁素体、贝氏体、马氏体和MA组成的混合组织，铁素体体积分数为60～80％。
表2实施例工艺制度
表3实施例工艺制度
三、实施例力学性能如下表4所示：
实施例1～5生产的基材L450/L415管线钢板和复材进行爆炸复合后的复合板，检验其基材部分的力学性能见表4所示。
表4实施例力学性能
本发明大量试验结果表明，基材化学成分、制备工艺对产品力学性能至关重要，解决了复合板基材部分的屈强比、低温冲击韧性、低温落锤性能、耐腐蚀性能和结合界面处硬度性能，可实现工程化应用。

Claims (2)

1.一种耐腐蚀爆炸复合板用基材管线钢板，其中，化学成份重量百分比为：C：0.03～0.08％，Nb：0.010～0.030％，Si：0.15～0.30％，Mn：1.15～1.35％，Alt：0.01～0.05％，P：≤0.015％，S：≤0.0015％，Ti：0.008～0.020％，Ni：0.15～0.30％，Cr：0.15～0.30％，Mo：0.08～0.20％，余量为Fe和不可避免杂质元素；
性能：-30℃夏比冲击韧性达到200-300J，-20℃落锤韧性达到88-98％，屈强比达到0.76-0.85，A溶液耐腐蚀性能CLR≤2.5％，CTR≤1.0％，CSR≤0。
2.一种权利要求1所述的基材管线钢板的制备方法，其特征在于，具体步骤及参数如下：
1)在100～300吨转炉上冶炼，然后连铸成厚度150～300mm的钢坯；
2)钢坯经过1140～1200℃的再加热，然后在3300～5500mm轧机生产线上进行两阶段控轧，然后进行控冷；
钢坏在轧机生产线上分两阶段控轧，第一阶段终轧温度为980～1020℃，然后进行待温，待温厚度为成品钢板厚度的2～4倍，第二阶段开轧温度为910～980℃，终轧温度为840～900℃；
钢板控轧后进行控冷，开冷温度为810～840℃，终冷温度为600～700℃，冷却速度为10～30℃/s。
3)最后通过淬火炉对成品钢板进行临界区淬火热处理，淬火温度为790～820℃，保温时间为20～40min
淬火热处理后的获得由铁素体、贝氏体、马氏体和MA组成的混合组织，铁素体体积分数为60～80％。
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