CN110129538A - 含铜耐微生物腐蚀管线钢中纳米尺寸富铜相的析出方法 - Google Patents

含铜耐微生物腐蚀管线钢中纳米尺寸富铜相的析出方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及含铜耐微生物腐蚀管线钢领域，具体为一种含铜耐微生物腐蚀管线钢中纳米尺寸富铜相的析出方法。按重量百分比计，含铜耐微生物腐蚀管线钢的化学成分为：0％<C<0.1％；0％<Si<0.50％；0％<Mn<2.0％；S<0.003％；P<0.008％；0.5％<Cu<4.0％；0％<Ni<2.0％；Mo<1.0％；Cr<1.0％；Nb<0.1％；V<0.1％；Ti<0.1％；Al<0.1％；Ce<0.2％；余量为Fe及不可避免的杂质。采用上述成分的含铜管线钢在热轧后缓慢冷却，使钢中固溶的铜发生自然时效析出，达到较好耐微生物腐蚀性能的同时，实现降本增效的目的。利用上述方法处理的含铜耐微生物腐蚀管线钢生产过程不需额外的时效热处理。

Description

含铜耐微生物腐蚀管线钢中纳米尺寸富铜相的析出方法
技术领域
本发明涉及含铜耐微生物腐蚀管线钢领域，具体为一种含铜耐微生物腐蚀管线钢中纳米尺寸富铜相的析出方法。
背景技术
含铜耐微生物腐蚀管线钢是针对微生物腐蚀导致的管线失效问题发展的一类钢铁新材料，其利用钢中持续溶出的微量Cu离子，而表现出强烈、广谱和持久的耐微生物腐蚀功能，这种新型管线钢有望成为结构/功能于一体的理想的埋地管线用钢材料。然而，含铜耐微生物腐蚀管线钢为了达到较好的耐微生物腐蚀性能，需要在轧制相变结束后进行额外时效热处理工艺使其基体中析出足够的纳米尺寸富铜相，这使得含铜耐微生物腐蚀管线钢在工业化生产中增加生产工序，降低生产效率，而且生产成本提高。因此，如何建立经济型的适用于大规模工业化生产的铜析出方法对于含铜耐微生物腐蚀管线钢的应用具有重要的现实意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种经济型的、具有优异耐微生物腐蚀性能的含铜管线钢中纳米尺寸富铜相的析出方法，适用于含铜耐微生物腐蚀管线钢工业化大规模生产。采用含铜管线钢在热轧后缓慢冷却的方法，使钢中固溶的铜发生自然时效析出，达到较好耐微生物腐蚀性能的同时，实现降本增效的目的。
本发明的技术方案是：
一种含铜耐微生物腐蚀管线钢中纳米尺寸富铜相的析出方法，包括如下步骤：
步骤(1)，按重量百分比计，含铜耐微生物腐蚀管线钢的化学成分为：0％<C<0.1％；0％<Si<0.50％；0％<Mn<2.0％；S<0.003％；P<0.008％；0.5％<Cu<4.0％；0％<Ni<2.0％；Mo<1.0％；Cr<1.0％；Nb<0.1％；V<0.1％；Ti<0.1％；Al<0.1％；Ce<0.2％；余量为Fe及不可避免的杂质；
步骤(2)，将终轧后的含铜耐微生物腐蚀管线钢进行缓慢冷却，缓慢冷却速率控制在大于0至5℃/s，冷却结束温度为室温。
步骤(2)中，管线钢热轧累积压下量>80％。
步骤(2)中，管线钢终轧温度控制在700～900℃。
按照上述方案获得的含铜耐微生物腐蚀管线钢生产过程不需额外的时效热处理。
本发明的设计思想是：
含铜管线钢在连续冷却过程中，铜在铁素体钢中的析出反应具有典型的扩散型相变特征。随着奥氏体向低温铁素体的转变，铜在铁素体中的固溶度急剧降低，当缓慢冷却时，纳米尺寸富铜析出相可以获得足够的形核时间。因此，铜可以伴随相变、固溶度降低和自然时效析出。由此可以节省终轧快冷后进行的额外时效热处理，在保证优异耐微生物腐蚀基础上，达到降本增效的目的。
本发明的优点及有益效果是：
利用本发明方法处理得到的含铜耐微生物腐蚀管线钢可以最大程度的发挥耐微生物腐蚀功能，且不需在轧制相变结束后进行额外的铜析出热处理，在达到较好耐微生物腐蚀性能的同时，还可实现含铜耐微生物腐蚀管线钢工业化生产的降本增效目的。
附图说明
图1为实施例1中发生硫酸盐还原菌腐蚀后的点蚀形貌。
图2为对比例1中发生硫酸盐还原菌腐蚀后的点蚀形貌。
图3为实施例1管线钢的金相组织。
图4为实施例1管线钢纳米尺寸富Cu相析出形貌。
具体实施方式
为了更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合实施例，对本发明提出的含铜耐微生物腐蚀管线钢中纳米尺寸富铜相的析出方法给予详细说明。
按重量百分比计，实施例和对比例采用的含铜管线钢的化学成分为：
C：0.03％；Si：0.14％；Mn：0.81％；S：0.0017％；P：0.006％；Ni：0.2％；Cr：0.08％；Cu：1.52％；Mo：0.05；Ti：0.01；Nb：0.05，V：0.005；Al：0.001；Ce：0.01；余量为Fe。
含铜管线钢热轧累积压下量为90％，终轧温度为780℃，然后进行缓慢冷却，实施例1～4的冷却速度分别为1、2、3、5℃/s，对比例1～2的冷却速度分别为10、20℃/s，冷却结束温度为室温。
对实施例和对比例管线钢与在土壤中分离出来的硫酸盐还原菌(SRB)接菌在土壤浸出液中共培养14天后的点蚀性能进行评估。微生物腐蚀导致的点蚀是目前世界上公认的微生物腐蚀对材料的最大危害，而点蚀深度被认为是定量评价材料耐硫酸盐还原菌腐蚀性能的重要指标，因此通过激光共聚焦显微镜检测腐蚀后样品表面由硫酸盐还原菌腐蚀导致的最大点蚀深度，测试结果见表1。
表1实施例和对比例的耐微生物腐蚀性能检测结果
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 对比例1 对比例2
最大点蚀深度(μm) 1.1 1.6 1.8 2.6 10.8 11.7
从表1的耐微生物腐蚀性能检测结果可以看出，当冷速在大于0至5℃/s时可获得优异的耐微生物腐蚀性能(实施例1～4)。如果冷速过大，富铜相由于没有足够的形核时间，铜的析出被抑制，表现为耐微生物腐蚀性能不佳(对比例1和2)。
如图1所示，从实施例1中发生硫酸盐还原菌腐蚀后的点蚀形貌可以看出，冷却速度为1℃/s时，管线钢在含有硫酸盐还原菌的土壤浸出液中浸泡14天后，出现浅而少的点蚀坑，最大点蚀深度为1.1μm。如图2所示，从对比例1中发生硫酸盐还原菌腐蚀后的点蚀形貌可以看出，冷却速度为10℃/s时，管线钢在含有硫酸盐还原菌的土壤浸出液中浸泡14天后，出现密而深的点蚀坑，最大点蚀深度为10.8μm。可见，采用本发明冷却速度的管线钢表现出优异的耐硫酸盐还原菌腐蚀性能。
如图3所示，实施例1管线钢的金相组织为多边形铁素体，基体中弥散析出40～50nm的富铜相见图4)。
实施例和对比例结果表明，本发明对含铜管线钢在热轧后缓慢冷却，使钢中固溶的铜发生自然时效析出，达到较好耐微生物腐蚀性能的同时，实现降本增效的目的。利用上述方法处理的含铜耐微生物腐蚀管线钢生产过程不需额外的时效热处理。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种含铜耐微生物腐蚀管线钢中纳米尺寸富铜相的析出方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤(1)，按重量百分比计，含铜耐微生物腐蚀管线钢的化学成分为：0％<C<0.1％；0％<Si<0.50％；0％<Mn<2.0％；S<0.003％；P<0.008％；0.5％<Cu<4.0％；0％<Ni<2.0％；Mo<1.0％；Cr<1.0％；Nb<0.1％；V<0.1％；Ti<0.1％；Al<0.1％；Ce<0.2％；余量为Fe及不可避免的杂质；
步骤(2)，将终轧后的含铜耐微生物腐蚀管线钢进行缓慢冷却，缓慢冷却速率控制在大于0至5℃/s，冷却结束温度为室温。
2.按照权利要求1所述的含铜耐微生物腐蚀管线钢中纳米尺寸富铜相的析出方法，其特征在于，步骤(2)中，管线钢热轧累积压下量>80％。
3.按照权利要求1所述的含铜耐微生物腐蚀管线钢中纳米尺寸富铜相的析出方法，其特征在于，步骤(2)中，管线钢终轧温度控制在700～900℃。
4.按照权利要求1所述的含铜耐微生物腐蚀管线钢中纳米尺寸富铜相的析出方法，其特征在于，含铜耐微生物腐蚀管线钢生产过程不需额外的时效热处理。
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