CN108893676A - 一种输送管道用x70级别耐磨管线钢板及制造方法 - Google Patents

一种输送管道用x70级别耐磨管线钢板及制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种输送管道用X70级别耐磨管线钢板及制造方法，涉及钢铁材料领域，其化学成分及质量百分比如下：C：0.060%～0.090%，Mn：1.30%～1.70%，Cr：0.15%～0.25%，Si：0.10%～0.35%，Nb：0.035%～0.070%，Ti：0.010%～0.020%，Ni：0.10%～0.30%，P≤0.010%，S≤0.002%，余量为Fe及不可避免的杂质。本发明在成分设计时首先是确保耐磨管线钢板产品的最终性能满足制管要求，其次考虑在此基础上提高钢的硬度来加强耐磨性，由于成分体系优化及软硬相比例协调的微观组织，在浆体冲蚀磨损时具备比普通管线钢更为优良的耐磨性。

Description

一种输送管道用X70级别耐磨管线钢板及制造方法
技术领域
本发明涉及钢铁材料技术领域，特别是涉及一种输送管道用X70级别耐磨管线钢板及其制造方法。
背景技术
管道运输因其运输量大、适应性强、运营成本低、环境效益优等特点，已在石油天然气等气、液流体运输工程中发挥重要作用。对煤炭、矿料等固体物料进行制浆输送，可充分利用管道运输的优势来缓解物料运输困难，煤炭、电力、冶金、石油、化工、建材等行业物料的长距离、大体量管道输送需要大量的管线用钢。由于煤粉、矿精粉、尾矿、水泥、灰渣等物料具有一定磨削性，在采用管道运输时，与水混合制备成浆料再进行输送，对输送管道有一定程度上的磨损。因此，制造浆体输送管道的钢板必须具有一定的耐磨性才能够满足使用需求。
石油天然气输送管道常用的管线钢是为液体或气体物料的输送设计，未考虑其在输送固、液混合浆体介质时的耐磨性。输送浆体管道不同于油气输送管道，其输送的介质是固液两相流体，为了保证管道的安全运行，防止固体颗粒沉降堵管，其流体的流速相对较大，并且为实现长距离大流量输送也需要较高的输送压力，这样，浆体中的固体颗粒就会对管道内壁造成较大的磨损。管道常用的是X系列管线钢，该系列管线钢可以达到良好的强韧性配合以及优异的焊接性能，但是在耐磨性能上不能满足管道输送浆体的要求。目前国内外已有浆体管道仍采用常规管线钢建造，但其仍采用传统多边形铁素体+珠光体组织，虽然强度级别符合国内输煤管道工程要求，但在耐磨性上不够优异。开发、生产具有一定耐磨性的耐磨管线钢，适应日益增加的固体物料输送需求，尤其是长距离输煤管道，是出于保障浆体输送管道安全性的考虑，同时也有一定的市场前景。
发明内容
为了解决以上技术问题，本发明提供一种输送管道用X70级别耐磨管线钢板，其化学成分及质量百分比如下：C：0.060％～0.090％，Mn：1.30％～1.70％，Cr：0.15％～0.25％，Si：0.10％～0.35％，Nb：0.035％～0.070％，Ti：0.010％～0.020％，Ni：0.10％～0.30％，P≤0.010％，S≤0.002％，余量为Fe及不可避免的杂质。
技术效果：本发明在成分设计时首先是确保耐磨管线钢板产品的最终性能满足制管要求，其次考虑在此基础上提高钢的硬度来加强耐磨性。耐磨管线钢板产品采用以粒状贝氏体为主的组织，提高材料整体硬度，保证强度的同时降低材料表面初始磨损，辅之以少量高位错密度针状铁素体来进行塑性协调，避免在磨粒冲蚀时由于表面过硬而出现脆性剥落，增加材料的磨损失重。由于成分体系优化及软硬相比例协调的微观组织，在浆体冲蚀磨损时具备比普通管线钢更为优良的耐磨性。
本发明进一步限定的技术方案是：
进一步的，产品厚度大于15mm时，添加0＜Mo＜0.30％。
前所述的一种输送管道用X70级别耐磨管线钢板，其化学成分及质量百分比如下：C：0.069％，Mn：1.60％，Cr：0.23％，Si：0.30％，Nb：0.056％，Ti：0.017％，Mo：0.25％，Ni：0.26％，P:0.008％，S：0.0012％，余量为Fe及不可避免的杂质。
前所述的一种输送管道用X70级别耐磨管线钢板，C：0.082％，Mn：1.51％，Cr：0.17％，Si：0.15％，Nb：0.065％，Ti：0.011％，Mo：0.15％，Ni：0.18％，P:0.008％，S：0.0011％，余量为Fe及不可避免的杂质。
前所述的一种输送管道用X70级别耐磨管线钢板，C：0.075％，Mn：1.55％，Cr：0.25％，Si：0.28％，Nb：0.061％，Ti：0.015％，Mo：0.23％，Ni：0.25％，P:0.009％，S：0.0011％，余量为Fe及不可避免的杂质。
本发明的另一目的在于提供一种输送管道用X70级别耐磨管线钢板的制造方法，包括以下步骤：
按成分设计体系配比备料→铁水预处理→顶底复吹转炉冶炼→LF炉精炼→RH真空处理→板坯浇注→步进炉加热→高压水除鳞→控制轧制控制冷却→轧后处理，
其中，LF炉精炼处理后钢中S≤0.002％，N≤0.0035％，全氧含量T.O≤0.002％，C＜0.09％，Cr：0.15％～0.25％，Si：0.10％～0.35％，Nb：0.035％～0.070％，Ti：0.010％～0.020％，Mn：1.30％～1.70％，Ni：0.10％～0.30％，P≤0.010％；
步进炉加热时，加热温度为1200～1220℃，加热时间11～14min/cm；
控制轧制冷却时，采用两阶段控制轧制，第一阶段终轧温度在1060℃以下，第二阶段开轧温度设在910～970℃，终轧温度820～870℃；轧后冷速控制在15～25℃/s范围内，终冷温度400～450℃之间。
前所述的一种输送管道用X70级别耐磨管线钢板的制造方法，产品规格厚15.9mm，板坯加热温度1210℃；第一阶段终轧温度1060℃，第二阶段开轧温度950℃，终轧温度840℃；水冷速度20℃/s，终冷温度440℃。
本发明的有益效果是：
(1)本发明中产品厚度大于15mm时，考虑到Mo是提高淬透性的合金元素，添加0＜Mo＜0.30％，可以提高厚规格钢板的淬透性；
(2)本发明中通过严格的控制加热、轧制和冷却生产出以粒状贝氏体为主的组织，保证强度的同时降低材料表面初始磨损，辅之以少量高位错密度针状铁素体来进行塑性协调，避免在磨粒冲蚀时由于表面过硬而出现脆性剥落，从而提高耐磨性；
(3)本发明中按照工艺要点生产的耐磨管线钢性能完全满足制管要求，加上成分体系优化及软硬相比例协调的微观组织，在浆体冲蚀磨损时具备比普通X70管线钢更为优良的耐磨性。
附图说明
图1a、1b分别为实施例1钢板磨损前后微观组织照片；
图2a、2b分别为实施例2钢板磨损前后微观组织照片；
图3a、3b分别为实施例3钢板磨损前后微观组织照片；
图4为普通X70管线钢微观组织照片。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供的一种输送管道用X70级别耐磨管线钢板及其制造方法，其化学成分见表1。
本发明在120吨顶底复吹转炉中冶炼，连铸成断面为220mm×1800mm的连铸坯，在3500mm炉卷轧机生产线进行控制轧制冷却。
产品规格厚15.9mm，按成分设计体系配比备料→铁水预处理→顶底复吹转炉冶炼→LF炉精炼→RH真空处理→板坯浇注→步进炉加热→高压水除鳞→控制轧制控制冷却→轧后处理，
其中，步进炉加热时，板坯加热温度为1210℃，加热时间11～14min/cm；控制轧制冷却时，采用两阶段控制轧制，第一阶段终轧温度在1060℃，第二阶段开轧温度设在950℃，终轧温度840℃；轧后冷速控制在20℃/s，终冷温度440℃。
实施例2
本实施例提供的一种输送管道用X70级别耐磨管线钢板及其制造方法，与实施例1的区别在于，其化学成分见表1。
实施例3
本实施例提供的一种输送管道用X70级别耐磨管线钢板及其制造方法，与实施例1的区别在于，其化学成分见表1。
表1实施例1～实施例3的化学成分(质量百分数：％)
成分 C Si Mn Cr Nb Ti Mo Ni P S
实施例1 0.069 0.30 1.60 0.23 0.056 0.017 0.25 0.26 0.008 0.0012
实施例2 0.082 0.15 1.51 0.17 0.065 0.011 0.15 0.18 0.008 0.0011
实施例3 0.075 0.28 1.55 0.25 0.061 0.015 0.23 0.25 0.009 0.0011
实施例1～实施例3中耐磨管线钢板的力学性能见表2：
由上述成分设计和制造方法获得的耐磨管线钢均为粒状贝氏体+少量针状铁素体的微观组织，X70级耐磨管线钢板的力学性能和耐磨性为：屈服强度Rt0.5：500～620MPa；抗拉强度Rm：570～740MPa；断后伸长率A50＞24％；-20℃冲击功Akv＞220J；维氏硬度HV10≤235；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(线速度)2m/s，72小时后失重率0.20～0.25％、失厚率0.55～0.65mm/a(毫米每年)。
实施例1～实施例3中耐磨管线钢板与普通X70管线钢的冲蚀磨损试验结果见表3：
实施例 钢级 失重率/％ 失厚率/(mm/a)
实施例1 X70NM 0.231 0.613
实施例2 X70NM 0.206 0.560
实施例3 X70NM 0.227 0.614
对比例 普通X70 0.278 0.752
其中，磨损失重率是指试样磨损后的失重(质量损失)与原始重量的比值；磨损失厚率是指试样磨损后的失重换算成试样的体积损失，再除以试样的磨损表面面积，推算到平均每年试样厚度因磨损而出现的减少值。
耐磨管线钢板磨损前后微观组织变化参见附图，本发明的耐磨管线钢板产品采用以粒状贝氏体为主的组织，提高材料整体硬度，保证强度的同时降低材料表面初始磨损，辅之以少量(10％～30％)高位错密度针状铁素体来进行塑性协调，避免在磨粒冲蚀时由于表面过硬而出现脆性剥落，增加材料的磨损失重。该针状铁素体因为量少、位错密度高，对材料整体硬度影响不大，但在磨损微区，因为其略小的硬度，产生塑性变形，利于冲蚀磨粒“软着陆”，不致出现材料剥落，减少材料磨损失重；同时多次连续微区塑性变形产生加工硬化，区内整体硬度获得提高，最终能更好抵抗磨损。
此外，X60和X70是管线钢API标准中两个强度级别的牌号，X70耐磨管线钢的耐磨性要优于X60，但成本要高于X60，这两个牌号可以分别满足不同用户的使用级别要求。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种输送管道用X70级别耐磨管线钢板，其特征在于，其化学成分及质量百分比如下：C：0.060%～0.090%，Mn：1.30%～1.70%，Cr：0.15%～0.25%，Si：0.10%～0.35%，Nb：0.035%～0.070%，Ti：0.010%～0.020%，Ni：0.10%～0.30%，P≤0.010%，S≤0.002%，余量为Fe及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种输送管道用X70级别耐磨管线钢板，其特征在于：产品厚度大于15mm时，添加0＜Mo＜0.30%。
3.根据权利要求2所述的一种输送管道用X70级别耐磨管线钢板，其特征在于，其化学成分及质量百分比如下：C：0.069%，Mn：1.60%，Cr：0.23%，Si：0.30%，Nb：0.056%，Ti：0.017%，Mo：0.25%，Ni：0.26%，P:0.008%，S：0.0012%，余量为Fe及不可避免的杂质。
4.根据权利要求2所述的一种输送管道用X70级别耐磨管线钢板，其特征在于，其化学成分及质量百分比如下：C：0.082%，Mn：1.51%，Cr：0.17%，Si：0.15%，Nb：0.065%，Ti：0.011%，Mo：0.15%，Ni：0.18%，P:0.008%，S：0.0011%，余量为Fe及不可避免的杂质。
5.根据权利要求2所述的一种输送管道用X70级别耐磨管线钢板，其特征在于，其化学成分及质量百分比如下：C：0.075%，Mn：1.55%，Cr：0.25%，Si：0.28%，Nb：0.061%，Ti：0.015%，Mo：0.23%，Ni：0.25%，P:0.009%，S：0.0011%，余量为Fe及不可避免的杂质。
6.根据权利要求1所述的一种输送管道用X70级别耐磨管线钢板的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
按成分设计体系配比备料→铁水预处理→顶底复吹转炉冶炼→LF炉精炼→RH真空处理→板坯浇注→步进炉加热→高压水除鳞→控制轧制控制冷却→轧后处理，
其中，LF炉精炼处理后钢中S≤0.002%，N≤0.0035%，全氧含量T.O≤0.002%，C＜0.09%，Cr：0.15%～0.25%，Si：0.10%～0.35%，Nb：0.035%～0.070%，Ti：0.010%～0.020%，Mn：1.30%～1.70%，Ni：0.10%～0.30%，P≤0.010%；
步进炉加热时，加热温度为1200～1220℃，加热时间11～14min/cm；
控制轧制冷却时，采用两阶段控制轧制，第一阶段终轧温度在1060℃以下，第二阶段开轧温度设在910～970℃，终轧温度820～870℃；轧后冷速控制在15～25℃/s范围内，终冷温度400～450℃之间。
7.根据权利要求4所述的一种输送管道用X70级别耐磨管线钢板的制造方法，其特征在于：
产品规格厚15.9mm，板坯加热温度1210℃；第一阶段终轧温度1060℃，第二阶段开轧温度950℃，终轧温度840℃；水冷速度20℃/s，终冷温度440℃。
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