CN108220547B - 高强度低屈服比型微细球化钢板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及高强度低屈服比型微细球化钢板及其制造方法，更详细地，涉及可以优选利用于油井管的制造中的高强度低屈服比型微细球化钢板及其制造方法。

Description

高强度低屈服比型微细球化钢板及其制造方法
技术领域
本发明涉及高强度低屈服比型微细球化钢板及其制造方法，更详细地，涉及可以优选利用于油井管的制造中的高强度低屈服比型微细球化钢板及其制造方法。
背景技术
一般而言，用于油井管的钢管要求高强度、韧性、耐延迟断裂性等特性，其中，在500m以上的深度中使用的油井管需要同时满足低屈服强度和高拉伸强度的低屈服比特性。尤其，用于油井管支撑架、接头及其他配件的微细球化钢而言，需要高的成型性和加工性，因此其高强度低屈服比特性和成型性也应优异。
相关地，专利文献1公开了关于用于高强度低屈服比油井管的钢材的内容，但是在用于油井管支撑架等配件方面，其屈服强度及拉伸强度过高且屈服比也偏高。此外，专利文献2中，通过确保80％左右的铁素体分率，实现了0.7以下的屈服比，但是为了确保耐磨性和耐腐蚀性，需要在成分体系及微细组织方面进行改善。
现有技术文献
(专利文献1)韩国公开专利公报：第2013-0105008号
(专利文献2)韩国公开专利公报：第2015-0004430号
发明内容
要解决的技术问题
本发明的目的之一在于提供高强度低屈服比型微细球化钢板及其制造方法。
技术方案
本发明的一个方面，提供微细球化钢板，所述钢板，以重量％计，包含：C：0.10～0.40％、Mn：0.1～1.5％、Si：0.005～0.3％、P：0.005～0.02％、S：0.01％以下、Al：0.01～0.1％、Cr：0.01～1.5％、Mo：0.01～0.5％、Cu：0.01～0.4％、Ni：0.01～0.4％、余量的Fe及不可避免的杂质，作为微细组织包含10～30面积％的珠光体、余量的铁素体及球化的碳化物。
本发明的另一个方面，提供制造微细球化钢板的方法，其包括以下步骤：准备热轧钢板，所述热轧钢板，以重量％计，包含：C：0.10～0.40％、Mn：0.1～1.5％、Si：0.005～0.3％、P：0.005～0.02％、S：0.01％以下、Al：0.01～0.1％、Cr：0.01～1.5％、Mo：0.01～0.5％、Cu：0.01～0.4％、Ni：0.01～0.4％、余量的Fe及不可避免的杂质，微细组织由60面积％以上的珠光体和余量的铁素体组成；以及在650～780℃下，对所述热轧钢板进行球化退火，从而获得微细球化钢板，所述微细球化钢板作为微细组织包含10～30面积％的珠光体、余量的铁素体及球化的碳化物。
有益效果
作为本发明的各种效果之一，本发明的钢板具有高强度及低屈服比特性，并且具有优异的成型性、耐磨性及耐腐蚀性，因此能够优选利用于油井管的制造中。
本发明的各种有益的优点和效果并不限定于上述内容，对本发明的具体实施方式进行说明的过程中可以更加容易地理解。
附图说明
图1是观察发明例1的微细组织的照片。
图2是观察比较例6的微细组织的照片。
图3是观察比较例7的微细组织的照片。
最佳实施方式
下面，对本发明的一个方面的高强度低屈服比型微细球化钢板进行详细说明。
首先，对微细球化钢板的合金成分及优选含量的范围进行详细说明。除非另有说明，后述的各成分的含量均以重量为基准。
C：0.10～0.40％
碳是对强度、韧性产生影响的元素。当所述碳的含量小于0.10％时，难以确保目标强度。另一方面，当所述碳的含量超过0.40％时，因强度的过度上升及渗碳体的形成，具有降低韧性及成型性的问题。因此，所述碳的含量优选限制为0.10～0.40％。更有利地，可以包含0.15～0.30％。
Mn：0.1～1.5％
锰作为固溶强化元素，为了防止因强度的增加及FeS的形成所导致的红热脆性而添加。本发明中为了得到所述效果，应添加0.1％以上的锰，另一方面，当锰的含量超过1.5％时，中心偏析及显微偏析等严重，从而使最终碳化物变得粗大。这可以阻碍成型性及焊接性，因此，所述锰的含量限制为0.1～1.5％。更有利地，优选包含0.5～1.0％。
Si：0.005～0.3％
硅具有通过固溶强化来提高强度的效果。当所述硅的含量小于0.005％时，提高强度的效果不充分，当添加超过0.3％的所述硅时，因红色氧化皮的增加，对表面质量产生坏影响。因此，优选使硅的含量为0.005～0.3％。更有利地，可以包含0.1～0.25％。
P：0.005～0.02％
磷是固溶强化效果显著的元素。在确保强度的角度上，应添加0.005％以上的磷，另一方面，当所述磷的含量超过0.02％时，具有使冲击特性劣化的问题，因此，所述磷的上限和下限分别限制为0.005％和0.02％。
S：0.01％以下
硫是钢中不可避免地含有的杂质，其作为容易形成非金属夹杂物的元素，会增加析出物的量，因此需要将其含量尽可能控制为较低。本发明中，硫的上限控制为0.01％。
Al：0.01～0.1％
铝主要是为了脱氧并将氮变成AlN而添加。当铝的含量小于0.01％时，无法实现所述添加目的，当铝的添加量为0.1％以上时，可能产生强度的过度增加及连铸时板坯缺陷的问题，因此，所述铝的含量限制为0.01～0.1％。更有利地，可以包含0.015％以上。
Cr：0.01～1.5％
铬有助于碳化物的球化和微细分散，从而提高钢的淬透性，并且还具有固溶强化效果。本发明中，为了得到所述效果，应添加0.01％以上的铬。另一方面，当所述铬的含量超过1.5％时，会形成中心偏析及不需要的夹杂物，因此，所述铬含量的上限优选限制为1.5％。更有利地，优选包含0.1～1.2％。
Mo：0.01～0.5％
钼具有提高强度及耐腐蚀性的效果。本发明中，为了得到所述效果，应添加0.01％以上的钼。另一方面，当过度添加所述钼时，会形成不需要的第二相，从而会降低韧性，并且钼为高价元素而增加成本，从而在成本方面产生坏影响，因此，钼的上限限制为0.5％。更有利地，可以包含0.1～0.3％。
Cu：0.01～0.4％
铜对耐腐蚀性的提高具有显著效果。本发明中为了得到所述效果，应添加0.01％以上的铜。另一方面，当过度添加所述铜时，对韧性产生坏影响，并且铜为高价元素，在成本的上升方面会产生负担，因此，铜的上限限制为0.4％。更有利地，可以包含0.1～0.3％。
Ni：0.01～0.4％
镍对钢的韧性的提高具有显著效果。本发明中为了得到所述效果，应添加0.01％以上的镍，另一方面，当过度添加镍时，镍作为高价元素，在成本的上升方面会产生负担，因此镍的上限限制为0.4％。更有利地，可以包含0.1～0.3％。
除了所述组成以外，余量为Fe。然而，在通常的制造过程中，从原料或周围环境不可避免地混入不需要的杂质，因此无法排除这些杂质。对于本领域具有通常知识的技术人员而言，都能够知晓这些杂质，因此在本说明书中没有特别提及其全部内容。
下面，对本发明的微细球化钢板的微细组织进行详细说明。
本发明的微细球化钢板中，作为微细组织包含10～30面积％的珠光体、余量的铁素体及球化的碳化物。随着球化的进行，会同时产生强度的减少，当所有的珠光体没有100％转变成球化组织，而是残留10～30面积％的珠光体时，不仅有利于确保拉伸强度，而且相对于拉伸强度，屈服强度降低，从而有利于实现低屈服比。珠光体面积率的更优选的范围为15～28面积％。
根据一个例子，铁素体的平均晶粒尺寸可以为5～30μm。当铁素体的晶粒尺寸小于5μm时，不利于实现低屈服比，当铁素体的晶粒尺寸超过30μm时，可能会引发拉伸强度的降低。
根据一个例子，球化碳化物的平均晶粒尺寸可以为0.2～0.8μm，更优选可以为0.5～0.8μm。球化碳化物的平均晶粒尺寸依赖于球化退火热处理时间，当球化碳化物的平均晶粒尺寸过小时，会降低延展性，另一方面，当球化碳化物的平均晶粒尺寸过大时，会降低拉伸强度。
其中，平均晶粒尺寸是指观察微细球化钢板的一个截面而检测出的粒子的平均圆当量直径(equivalent circular diameter)。
本发明中，对钢板的厚度不作特别的限定，例如，可以为3.0～6.0mm。
本发明的微细球化钢板具有高强度及低屈服比特性，根据一个非限制性例子，本发明的微细球化钢板可以具有500～600MPa的拉伸强度(更优选为超过550MPa且600MPa以下的拉伸强度)、250～480MPa的屈服强度及0.6～0.8的屈服比。
本发明的微细球化钢板具有成型性优异的优点，根据一个非限制性例子，本发明的微细球化钢板可以具有179HV以下的硬度和25％以上的伸长率。
本发明的微细球化钢板具有耐磨性及耐腐蚀性优异的优点，根据一个非限制性例子，根据ASTM-G31标准，将本发明的微细球化钢板在50体积％的硫酸水溶液中浸渍一小时时，其腐蚀降低率可以为20mg/cm2/hr以下。
以上所说明的本发明的微细球化钢板可以通过各种方法来制造，其制造方法不受特别的限制。但是，作为一个优选例子，可以通过如下方法来制造。
下面，对本发明的另一个方面的制造高强度低屈服比型微细球化钢板的方法进行详细说明。
板坯再加热步骤
首先，准备具有前述成分体系的板坯，然后在作为后续工序的热轧工序中以适当的温度再加热所述板坯。其中，板坯的再加热温度可以为常规水平1100～1300℃。当板坯的再加热温度低于1100℃时，难以确保通板所需的板坯的充分的温度，另一方面，当板坯的再加热温度为1300℃以上时，具有产生异常奥氏体的生长及氧化皮导致的表面缺陷的可能性。
热轧步骤
之后，对经过再加热的板坯进行粗轧，然后在Ar3以上的温度下进行精轧，从而获得热轧钢板。其目的在于防止两相区轧制，当进行两相区轧制时，产生无碳化物的先共析铁素体，从而难以获得本发明所需的均质的碳化物。
精轧温度更优选为800～950℃。当精轧温度低于800℃时，因轧制负荷变大，从而在进行后续工序方面会存在困难，另一方面，当精轧温度超过950℃时，具有在表面上引发氧化皮缺陷的可能性。另外，本发明中，对粗轧温度不作特别限制，可以采用常规水平1000～1100℃。
冷却步骤
之后，对热轧钢板进行冷却。此时，将冷却速度限制为50℃/秒以上且300℃/秒以下。这是为了以如上所述的快的冷却速度进行冷却，使热轧钢板在输出辊道(ROT，Run-OutTable)上保持更长时间，从而使珠光体的相变最大化。在低于50℃/秒的冷却速度下，可在ROT上保持的时间不足，从而难以确保60面积％以上的珠光体分率，在超过300℃/秒的冷却速度下，因宽度方向的温度不均匀，难以进行均匀的冷却，从而卷板的形状变得非常差。因此，冷却速度限制为50～300℃/秒。
收卷步骤
之后，在500～700℃的温度下，对经过冷却的热轧钢板进行收卷。收卷温度限制为500～700℃的原因在于，所述温度区间是能够获得最大量的珠光体组织的区间。将收卷温度限制为所述范围时，能够确保由60面积％以上的珠光体和余量的铁素体组成的微细组织。当收卷温度低于500℃时，会形成作为低温相变组织的贝氏体或马氏体组织，因此无法获得均匀的珠光体。另一方面，当收卷温度超过700℃时，形成非常粗大的珠光体，从而具有进行球化时需要非常长的时间的问题。因此，收卷温度优选为500～700℃。
酸洗步骤
之后，可以选择性地对经过收卷的热轧钢板进行酸洗。酸洗时，以常温(约25℃)至200℃的范围进行自然冷却，然后进行酸洗，以去除表层部的氧化皮。此时，当热轧钢板的酸洗温度超过200℃时，热轧钢板的表层部发生过酸洗，从而具有表层部的粗糙度变差的问题，因此，酸洗温度限制为常温至200℃。
球化退火步骤
在分批退火炉(Batch Annealing Furnace，BAF)中，对经过收卷的热轧钢板进行球化退火。此时，退火温度优选为650～780℃。低于650℃的温度是球化层状渗碳体的驱动力弱而实际上是难以球化渗碳体的温度，在超过780℃的温度下，则具有球化碳化物的尺寸变得非常粗大的问题。
本发明中，对球化退火时间不进行特别限定，但是，微细球化钢板的珠光体面积率、球化碳化物的晶粒尺寸及球化率等依赖于球化退火时间，因此需要赋予适当的退火时间，以使珠光体以10～30面积％残留。根据一个非限制性例子，球化退火时间可以是4小时至16小时。
根据一个例子，球化退火时，可以对热轧钢板施加5～15T的磁场。对热轧钢板施加如上所述的范围的磁场时，促进珠光体组织内的碳的扩散，铁素体与渗碳体之间的界面能量上升，从而促进珠光体的球化。因此，能够进一步缩短球化退火时间，从而节约工序成本。不仅如此，使球化的碳化物的平均晶粒尺寸相对粗大化，从而具有改善钢材的延展性的效果。
下面，通过实施例对本发明进行更详细的说明。但是，这些实施例的记载仅是用于例示本发明的实施，本发明并不受限于这些实施例的记载。本发明的权利范围由权利要求书中记载的内容和由此合理推导的内容而决定。
具体实施方式
(实施例)
在1200℃下，对具有下述表1的成分体系的钢坯进行再加热2小时，然后在下述表2的条件下进行热轧及收卷。在各个实施例中，粗轧温度设为1000℃，精轧后的冷却速度设为100℃/秒。之后，对经过收卷的热轧钢板进行酸洗，然后在下述表2的条件下进行了球化退火热处理。下述表2中，FDT表示精轧温度、CT表示收卷温度、BAT温度表示球化退火温度、BAT时间表示球化退火时间。另外，球化退火时，对各个经过收卷的热轧钢板施加10T的磁场。
然后，以所制造的各个微细球化钢板为对象，观察微细组织，并测量球化碳化物的球化率等，然后将其示于下述表3中。
此外，以所制造的各个微细球化钢板为对象，实施拉伸试验及耐腐蚀性试验并测量拉伸强度等，然后将其结果一同示于下述表3中。拉伸试验是以轧制方向为基准，并以JIS5号标准采集来进行试验，耐腐蚀性试验是根据ASTM-G31标准制造试片，然后通过在50体积％的硫酸水溶液中浸渍一小时来测量腐蚀减量比。下述表3中YS、TS、YR、EI分别表示屈服强度、拉伸强度、屈服比(屈服强度/拉伸强度)、伸长率。
[表1]
Figure BDA0001504927840000091
[表2]
Figure BDA0001504927840000092
Figure BDA0001504927840000101
[表3]
Figure BDA0001504927840000102
Figure BDA0001504927840000111
参照图3可以知道，满足本发明所提出的合金组成和微细组织的发明例1～3满足本发明所需的所有材质条件。
另一方面，比较例1及比较例2的碳含量超过本发明的范围，从而拉伸强度分别为631MPa、663MPa，超出了本发明的允许范围500～600MPa。此外，硬度分别为201HV、209HV，超出了本发明的允许范围179HV以下。
比较例3及比较例4的碳含量没有达到本发明的范围，从而珠光体的分率小于10％，并且拉伸强度分别为390MPa、408MPa，超出了本发明的允许范围500～600MPa。
比较例5的合金组成满足本发明所提出的范围，但是球化退火温度没有达到本发明所提出的范围，从而几乎没有进行球化，并且珠光体面积率显示为60％水平。可以知道，最终材质的拉伸强度为670MPa，硬度为211HV，几乎没有实现球化。
比较例6及比较例8的合金组成满足本发明所提出的范围，但是因过度的球化退火，不存在残余珠光体，并且碳化物的平均晶粒尺寸过大，由此显示出具有低拉伸强度和高屈服比。
比较例7的合金组成满足本发明所提出的范围，但是球化退火温度超过了本发明所提出的范围，从而在球化退火过程中进行了逆相变，由此作为最终组织形成了铁素体和贝氏体或马氏体。因此，强度及硬度超出了本发明的允许范围。
比较例9中因收卷温度低，从而球化退火热处理之前形成了贝氏体，由此作为最终组织形成了贝氏体，从而强度及硬度超出了本发明的允许范围。
比较例10及比较例11的锰的含量超出了本发明的范围，从而拉伸强度超出了本发明的允许范围。
比较例12为没有添加铬的例子，其淬透性和球化性能降低，从而没有充分进行球化，因此珠光体的面积率为52％，高于30％，并且屈服强度超出了本发明的范围。此外，比较例13的铬的含量超过了本发明所提出的范围，从而拉伸强度超出了本发明所允许的范围。
比较例14及比较例15的钼的含量超出了本发明的范围，从而拉伸强度超出了本发明所允许的范围。
比较例16至比较例18为没有添加铜及/或镍的例子，其腐蚀降低率超出了本发明的范围。
比较例19的铜的含量超过了本发明所提出的范围，从而拉伸强度超出了本发明所允许的范围。
另外，图1是观察发明例1的微细组织的照片，可以通过视觉确认包含25％的层状的珠光体组织。
此外，图2是观察比较例6的微细组织的照片，可以通过视觉确认不存在残余珠光体，其微细组织仅由铁素体和球化的碳化物组成。
此外，图3是观察比较例7的微细组织的照片，可以通过视觉确认通过逆相变形成了贝氏体及马氏体组织。
以上对本发明的实施例进行了详细的说明，但是本发明的权利范围并不限定于此，在不脱离权利要求书中记载的本发明的技术思想的范围内，可以进行多种修改及变形，这对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说是显而易见的。

Claims (11)

1.微细球化钢板，所述钢板，以重量％计，包含：C：0.10～0.40％、Mn：0.1～1.5％、Si：0.005～0.3％、P：0.005～0.02％、S：0.01％以下、Al：0.01～0.1％、Cr：0.01～1.5％、Mo：0.01～0.5％、Cu：0.01～0.4％、Ni：0.01～0.4％、余量的Fe及不可避免的杂质，
作为微细组织包含10～30面积％的珠光体、余量的铁素体及球化的碳化物，
所述钢板的拉伸强度为500～600MPa，屈服比为0.6～0.8。
2.根据权利要求1所述的微细球化钢板，其中，所述铁素体的平均晶粒尺寸为5～30μm。
3.根据权利要求1所述的微细球化钢板，其中，所述球化碳化物的平均晶粒尺寸为0.2～0.8μm。
4.根据权利要求1所述的微细球化钢板，其中，所述钢板的厚度为3.0～6.0mm。
5.根据权利要求1所述的微细球化钢板，其中，所述钢板的硬度为179HV以下，伸长率为25％以上。
6.根据权利要求1所述的微细球化钢板，其中，根据ASTM-G31标准，将所述钢板在50体积％的硫酸水溶液中浸渍一小时时，所述钢板的腐蚀降低率为20mg/cm2/小时以下。
7.制造微细球化钢板的方法，其包括以下步骤：
准备热轧钢板，所述热轧钢板，以重量％计，包含：C：0.10～0.40％、Mn：0.1～1.5％、Si：0.005～0.3％、P：0.005～0.02％、S：0.01％以下、Al：0.01～0.1％、Cr：0.01～1.5％、Mo：0.01～0.5％、Cu：0.01～0.4％、Ni：0.01～0.4％、余量的Fe及不可避免的杂质，微细组织由60面积％以上的珠光体和余量的铁素体组成；以及
在650～780℃下，对所述热轧钢板进行球化退火4～16小时，从而获得微细球化钢板，所述微细球化钢板作为微细组织包含10～30面积％的珠光体、余量的铁素体及球化的碳化物，所述球化退火时，对所述热轧钢板施加5～15T的磁场。
8.根据权利要求7所述的制造微细球化钢板的方法，其中，所述准备热轧钢板的步骤包括以下步骤：
对板坯进行再加热，所述板坯，以重量％计，包含：C：0.10～0.40％、Mn：0.1～1.5％、Si：0.005～0.3％、P：0.005～0.02％、S：0.01％以下、Al：0.01～0.1％、Cr：0.01～1.5％、Mo：0.01～0.5％、Cu：0.01～0.4％、Ni：0.01～0.4％、余量的Fe及不可避免的杂质；
将所述经过再加热的板坯进行粗轧，然后在Ar3以上的温度下进行精轧，从而获得热轧钢板；以及
以50～300℃/秒的速度将所述热轧钢板进行冷却，然后在500～700℃下进行收卷。
9.根据权利要求8所述的制造微细球化钢板的方法，其中，对所述板坯进行再加热时，再加热温度为1100～1300℃。
10.根据权利要求8所述的制造微细球化钢板的方法，其中，对所述经过再加热的板坯进行粗轧时，粗轧温度为1000～1100℃。
11.根据权利要求8所述的制造微细球化钢板的方法，其中，对所述经过粗轧的板坯进行精轧时，精轧温度为800～950℃。
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