CN115522120A - 低碳马氏体耐磨耐大气腐蚀矿浆输送用管线钢及生产方法 - Google Patents

低碳马氏体耐磨耐大气腐蚀矿浆输送用管线钢及生产方法 Download PDF

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Abstract

一种低碳马氏体耐磨耐大气腐蚀矿浆输送用管线钢及生产方法，属于冶金技术领域。其成分及质量含量为C：0.12～0.18%，Si:0.25～0.35%，Mn：1.3～1.5%，P≤0.015%，S≤0.003%，Als：0.015～0.04%，Nb：0.015～0.025%，Cu：0.20～0.30%，Cr：0.35～0.45%，Ni：0.07～0.10%，Ti：0.01～0.02%，N≤55ppm，余量为Fe和不可避免杂质。通过成分耐候性设计，轧制、冷却等工艺创新，所得矿浆输送用管线钢为马氏体+铁素体组织，硬度、力学性能合格且稳定，耐磨性为X80M管线钢的1.3倍以上，耐大气腐蚀效果好。

Description

低碳马氏体耐磨耐大气腐蚀矿浆输送用管线钢及生产方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种低碳马氏体耐磨耐大气腐蚀矿浆输送用管线钢及生产方法。
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，已经在石油、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、大体量管道运输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的磨削性，在采用管道运输时，与水混合制成浆料再进行输送，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管线钢必须具有一定的耐磨性才能够满足使用需求。输送浆体管道不同于油气输送管道，其输送介质为固液两相流体，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，同时，管材多暴露于空气中，需要具备一定的耐腐蚀性能。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匹配以及优异的焊接性能，但是在耐磨、耐大气腐蚀性能上不佳，管道的使用寿命低、安全性差，不能满足管道输送浆体的长期稳定要求。
目前，国内外浆体管线仍采用常规管线钢制造，组织为传统的针状铁素体+珠光体组织，其耐磨性、耐大气腐蚀性不够优异。因此，开发具有一定耐磨及耐大气腐蚀的管线钢，对于增加管道寿命和安全性，适应日益增加的固体物料输送需求，具有较高的实际意义。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种低碳马氏体耐磨耐大气腐蚀矿浆输送用管线钢及生产方法，该管线钢合金成本低，力学性能良好。本发明采用如下技术方案：
一种低碳马氏体耐磨耐大气腐蚀矿浆输送用管线钢，其化学成分及质量百分含量为C：0.12～0.18％，Si:0.25～0.35％，Mn：1.30～1.50％，P≤0.015％，S≤0.003％，Als：0.015～0.040％，Nb：0.015～0.025％，Cu：0.20～0.30％，Cr：0.35～0.45％，Ni：0.07～0.10％，Ti：0.010～0.020％，N≤55ppm，余量为Fe和不可避免的杂质；其中Cu、Ni二者质量百分含量的比例为Cu/Ni≥2。
所述管线钢厚度为3～15mm，其金相组织为铁素体和马氏体，其中马氏体的比例为68～72％。
所述管线钢耐腐蚀性指数I为6.10～6.35，硬度291～317HBW，屈服强度687～739MPa，抗拉强度817～855MPa，延伸率16～21％。
本发明管线钢化学成分设计的依据：
C：碳是廉价而有效间隙固溶强化元素，为了保证钢板具有较高的强度、硬度和淬透性，需要相当的碳含量做保证，在一定范围内钢板的硬度随碳含量的增加而相应的增加，同时一定的碳含量可以和Ti、Nb形成碳化物析出，增加耐磨性。但碳含量过高会导致塑性、韧性降低，焊接性能下降。因此，综合考虑各方面影响因素，本发明C含量控制在0.12～0.18％。
Si：加入适量Si对钢水进行脱氧，并和钙、铝一起形成硅酸盐，改善钢质，同时Si又是固溶强化元素，能够增加钢材强度和硬度，过高的Si易产生钢表面红锈，同时使钢的焊接性能恶化。因此，本发明Si含量控制在0.25-0.35％。
Mn：锰是固溶强化元素，起到强化基体增加碳化物的弥散度和稳定性的作用，能够提高钢的淬透性，有效提高强度和耐磨性，但过量的Mn易形成严重的中心偏析，影响组织和性能。因此，本发明Mn按1.30～1.50％控制。
Als：铝在炼钢过程中的主要作用是脱氧，还可以与钢中的氮结合形成AlN，若钢中的氮含量较高，加入的Ti不足以固定氮原子，铝也可以起到固氮的作用，但过高的Al也会恶化焊接性能。因此，本发明中铝含量控制在合适的范围内，Al控制在0.015～0.040％。
Nb：主要作用是通过在钢中形成细小碳氮化物抑制再结晶和晶粒长大，起到细化晶粒的作用，空冷时又具有一定的析出强化的作用。考虑到强度需求，本发明中Nb的加入量为0.015～0.025％。
Cu：铜在钢中一方面起到一定的强化作用，另一方面显著提高钢板的耐蚀性，促进在钢板表面形成致密的Fe3O4，阻止基体的进一步腐蚀。Cu含量过低起不到耐蚀作用，Cu含量过高增加成本同时容易出现热裂纹。因此，本发明Cu含量控制在0.20～0.30％。
Cr：铬能增加钢的淬透性并有二次硬化的作用，可提高碳钢的硬度和耐磨性而不使钢变脆，根据耐候钢的Cr添加量作为参考，确定Cr含量为0.35～0.45％。
Ni：镍可以提高钢对疲劳的抗力和减小钢对缺口的敏感性，同时Cu/Ni按照≥2添加可以防止生产过程中由于铜脆而产生裂纹，在成本与性能之间的综合考量，确定Ni的添加量为0.07～0.10％。
Ti：是固碳、氮元素，其碳化物TiC颗粒细小且具有极高的硬度，弥散分布在钢板的基体中能够有效地提高钢板的硬度和耐磨性。另外，钢中形成细小钛的碳氮化物能有效抑制加热时晶粒的长大。但含量过高时会与N结合形成的粗大的TiN夹杂，降低钢板的低温韧性。本发明采用微Ti成分设计，Ti加入量控制在0.010～0.020％。
本发明管线钢成分的设定，通过耐大气腐蚀公式：I＝26.1(％Cu)+3.88(％Ni)+1.2(％Cr)+1.49(％Si)+17.28(％P)-7.29(％Cu)(％Ni)-9.1(％Ni)(％P)-33.39(％Cu)2可以得出其耐腐蚀性指数在6.10～6.35。在ASTM标准中，钢材具有较好的耐大气腐蚀性能时，要求其按上述公式计算出的耐腐蚀指数应为6.0或6.0以上，本发明管线钢成分满足这一条件，因此，具有良好的耐大气腐蚀性能。
上述低碳马氏体耐磨耐大气腐蚀矿浆输送用管线钢的生产方法，包括铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、RH精炼、连铸、加热、轧制、冷却、卷取工序。
所述冷却工序，采用分段冷却的方式，通过一段冷却至中冷温度630～670℃后，空冷5～8s，之后进行二段冷却，二段冷却采用快速密集冷却，冷却速率≥37℃/s，冷却至80℃±20℃后进入卷取工序。
所述RH精炼工序，真空度≤1mbar，纯脱气时间6～12min，出站前喂入纯钙线2.5～3.0kg/吨钢，出站温度1550～1570℃。
所述连铸工序，过热度10～25℃，连铸浇铸时保证中包温度1527～1542℃，拉速1.1～1.3m/min。
所述加热工序，加热温度1220～1260℃，加热时间150～180min。
所述轧制工序，采用两阶段轧制模式，一阶段在完全再结晶区轧制，粗轧采用3+5道次轧制，最后2道次压下率之和控制在21～28％，粗轧累计压下率控制在72～80％，在粗轧和精轧之间的中间辊道上投放保温罩和边部加热器；二阶段在未再结晶区轧制，终轧温度850～910℃。
本发明管线钢生产工艺设计的依据：
本发明炼钢工艺制定：
1、通过预脱硫，减少铁水中的S含量，同时铁水中含氧量降低，提高渣铁中硫的分配系数，有利于精炼脱硫，两方面减轻了精炼LF炉的脱S压力，从而将LF的任务重心转移至合金成分控制和钢水纯净度提升。
2、根据成分设计中P的含量要求，转炉出钢前P≤0.010％，出钢1/2时加入碳粉、硅铁、电解锰、铜板、镍板、铬铁；然后进行LF精炼，LF钢渣成还原性时加入铌铁，精炼过程微正压操作，减少钢水增N。
3、RH精炼要求真空度在1mbar以下，过程加入Ti铁，保持纯脱气时间6-12min，出站前喂入纯钙线2.5-3kg/吨钢，调整出站温度在1550-1570℃，出站过程将两侧透气砖气量调整为钢液面微动，有效促进夹杂物的上浮。
4、根据液相线计算公式得出钢水的液相线温度为1517，为确保连铸过热度在10-25℃；连铸浇铸时保证中包温度在1527-1542℃，拉速控制在1.1-1.3m/min，采用保护浇铸，防止钢液吸气、提高钢液在中间包内的停留时间、促进非金属夹杂物上浮去除同时连铸过程中采用电磁搅拌、轻压下等技术防止液相穴内富集溶质母液的流动，降低合金元素偏析，以保证良好的铸坯质量，铸坯下线冷检，冷检合格后进行热轧加热轧制。
本发明轧制工艺制定：
1、轧制工序再结晶区轧制时，充分利用板坯温度高有利于变形的特点加大压下率进行反复轧制，使奥氏体在发生动态再结晶、静态再结晶和动态回复过程中细化，粗轧采用3+5道次轧制，最后两道次压下率对改善产品的冲击韧性很关键，在考虑设备能力的同时，确定本发明的最后2道次压下率控制在21～28％之间，粗轧累计压下率控制在72～80％之间。终轧温度的设定一方面要考虑精轧机组的负荷，由于在奥氏体区轧制温度不能过低，否则轧机容易超负荷跳闸，另一方面终轧温度设在Ar3以上20～40℃，综合考虑本发明终轧温度按850～910℃控制。
2、冷却工序中采用分段冷却方式，通过一段冷却获得一定比例的先共析铁素体，中冷温度和空冷时间控制是关键，中冷温度太高、空冷时间过短，先共析铁素体来不及转变，最终组织铁素体比例偏少，材质强度高、延伸率和冲击韧性不足，相反则延伸率和冲击韧性由于强度、硬度偏低，因此，本发明中冷温度控制630～670℃，空冷时间5～8s。二段冷却采用快速密集冷却，冷却速率≥37℃/s，卷取温度控制在80℃±20℃，通过在线淬火将剩余的奥氏体转变成马氏体，最终获得马氏体+铁素体的金相组织，其中马氏体的比例为68～72％。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
1、本发明耐磨耐腐蚀输送浆体用管线钢具有良好的耐大气腐蚀性能；2本发明生产的浆体输送管线钢组织为马氏体+铁素体的金相组织，其中马氏体的比例为68～72％，软硬相搭配合理，使管线钢在具有较好耐磨性的同时韧性良好，适合陆上矿浆输送使用；3、本发明管线钢与X80M相比，具有较高的硬度，在对比磨粒磨损实验中，耐磨效果可达到X80M的1.3倍以上，增加使用的安全性和使用寿命。
附图说明
图1为实施例1管线钢的金相组织图(500×)；
图2为实施例2管线钢的金相组织图(500×)；
图3为实施例3管线钢的金相组织图(500×)；
图4为实施例4管线钢的金相组织图(500×)；
图5为实施例5管线钢的金相组织图(500×)；
图6为实施例6管线钢的金相组织图(500×)；
图7为实施例7管线钢的金相组织图(500×)；
图8为实施例8管线钢的金相组织图(500×)；
图9为实施例9管线钢的金相组织图(500×)。
具体实施方式
本发明低碳马氏体耐磨耐大气腐蚀矿浆输送用管线钢的生产方法，包括铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、RH精炼、连铸、加热、轧制、冷却、卷取工序。
1、铁水预处理：通过铁水预处理脱硫，减少铁水中的S含量，同时铁水中含氧量降低，提高渣铁中硫的分配系数，有利于精炼脱硫，两方面减轻了精炼LF炉的脱S压力，从而将LF的任务重心转移至合金成分控制和钢水纯净度提升。
2、转炉冶炼：根据成分设计中P的含量要求，转炉出钢前P≤0.010％，出钢1/2时加入碳粉、硅铁、电解锰、铜板、镍板、铬铁。
3、LF精炼：LF钢渣成还原性时加入铌铁，精炼过程微正压操作，减少钢水增N。
4、RH精炼：真空度≤1mbar，真空后期加入Ti铁，保持纯脱气时间6～12min，出站前喂入纯钙线2.5～3kg/吨钢，调整钢水出站温度在1550～1570℃，出站过程将两侧透气砖气量调整为钢液面微动，有效促进夹杂物的上浮。
5、连铸：根据液相线计算公式得出钢水的液相线温度为1517℃，为确保连铸过热度在10～25℃；连铸浇铸时保证中包温度在1527～1542℃，拉速控制在1.1～1.3m/min，采用保护浇铸，防止钢液吸气及二次氧化、提高钢液在中间包内的停留时间、促进非金属夹杂物上浮去除同时连铸过程中采用电磁搅拌、轻压下等技术防止液相穴内富集溶质母液的流动，降低合金元素偏析，以保证良好的铸坯质量，铸坯下线冷检，冷检合格后进行热轧加热轧制。
6、加热：铸坯加热工艺即要考虑奥氏体晶粒尺寸的大小又要考虑合金元素的溶解，为了保证低碳马氏体耐磨耐大气腐蚀矿浆输送用途管线钢性能稳定性，铸坯加热温度为1220～1260℃，加热时间为150～180min。
7、轧制：采用两阶段轧制模式，一阶段在完全再结晶区轧制，粗轧采用3+5道次轧制，最后2道次压下率之和控制在21～28％，粗轧累计压下率控制在72～80％，终轧温度按850～910℃控制。
8、冷却：采用分段冷却方式，通过一段冷却获得一定比例的先共析铁素体，中冷温度控制在630～670℃，空冷时间5～8s。之后进行二段冷却，二段冷却采用快速密集冷却，冷却速率≥37℃/s，通过在线淬火将剩余的奥氏体转变成马氏体，最终获得马氏体+铁素体的金相组织，其中马氏体的比例为68～72％。
9、卷取：卷取温度控制在80℃±20℃。
实施例1
本实施例按照所述的低碳马氏体耐磨耐大气腐蚀矿浆输送用管线钢的成分进行冶炼，铸坯成分重量百分比为：C：0.12％，Si：0.25％，Mn：1.50％，P：0.015％，S：0.003％，Als：0.015％，Nb：0.025％，Ti：0.010％，Cu：0.20％，Cr：0.35％，Ni：0.07％，N：0.0040％；其余为Fe及不可避免的杂质。
RH精炼真空度≤1mbar，纯脱气时间8min，出站前纯钙线喂入量2.5kg/吨钢，出站温度1550℃。连铸过热度10℃，拉速1.10m/min，铸坯下线进行冷检。将连铸铸坯加热到1220℃，加热时间170min；粗轧累计压下率80％，最后两道压下之和28％，终轧温度870℃。冷却工序采用分段冷却模式，通过一段冷却至中冷温度650℃后，空冷7s，二冷段采用加速密集冷却，冷却速率37℃/s，卷取温度80℃。
本实施例管线钢成品厚度、硬度、力学性能及耐磨损情况见表1，其金相组织图见图1，由图1可知，本实施例管线钢金相组织为铁素体和马氏体，其中马氏体比例为68％。
选取厚度3mm的X80M钢与本实施例管线钢进行三体冲击磨粒磨损实验，经过MLD-10型动载磨料磨损试验，其中转速为200r/min，磨料为8-10目石英砂，石英砂直径φ＝2-3mm，磨损45min，磨损完毕对试样进行称重，得到二者耐磨性检验结果(见表1)，并对结果进行对比分析。
表1、实施例1管线钢成品硬度、力学性能及耐磨损情况
Figure BDA0003815547640000081
Figure BDA0003815547640000091
由表1可知，本实施例所生产的3mm厚度的低碳马氏体耐磨耐大气腐蚀矿浆输送用管线钢硬度、强度值稳定，延伸率合格，满足耐大气腐蚀指数要求，耐磨效果可达到相近强度级别管线钢X80M的1.40倍。
实施例2
本实施例按照所述的低碳马氏体耐磨耐大气腐蚀矿浆输送用管线钢的成分进行冶炼，铸坯成分重量百分比为：C：0.18％，Si：0.35％，Mn：1.40％，P：0.012％，S：0.001％，Als：0.040％，Nb：0.015％，Ti：0.020％，Cu：0.30％，Cr：0.45％，Ni：0.10％，N：0.0045％；其余为Fe及不可避免的杂质。
RH精炼真空度≤1mbar，纯脱气时间6min，出站前纯钙线喂入量2.7kg/吨钢，出站温度1570℃。连铸过热度25℃，拉速1.30m/min，铸坯下线进行冷检。将连铸铸坯加热到1240℃，加热时间150min；粗轧累计压下率76％，最后两道压下之和27％，终轧温度850℃。冷却工序采用分段冷却模式，通过一段冷却至中冷温度630℃后，空冷5s，二冷段采用加速密集冷却，冷却速率38℃/s，卷取温度60℃。
本实施例管线钢成品厚度、硬度、力学性能及耐磨损情况见表2，其金相组织图见图2，由图2可知，本实施例管线钢金相组织为铁素体和马氏体，其中马氏体比例为70％。
选取厚度3mm的X80M钢与本实施例管线钢进行三体冲击磨粒磨损实验(实验过程及参数如实施例1所述)，得到二者耐磨性检验结果(见表2)，并对结果进行对比分析。
表2、实施例2管线钢成品硬度、力学性能及耐磨损情况
Figure BDA0003815547640000101
由表2可知，本实施例所生产的3mm厚度的低碳马氏体耐磨耐大气腐蚀矿浆输送用管线钢硬度、强度值稳定，延伸率合格，满足耐大气腐蚀指数要求，耐磨效果可达到相近强度级别管线钢X80M的1.38倍。
实施例3
本实施例按照所述的低碳马氏体耐磨耐大气腐蚀矿浆输送用管线钢的成分进行冶炼，铸坯成分重量百分比为：C：0.15％，Si：0.30％，Mn：1.30％，P：0.013％，S：0.002％，Als：0.025％，Nb：0.020％，Ti：0.017％，Cu：0.22％，Cr：0.44％，Ni：0.08％，N：0.0055％；其余为Fe及不可避免的杂质。
RH精炼真空度≤1mbar，纯脱气时间12min，出站前纯钙线喂入量3.0kg/吨钢，出站温度1560℃。连铸过热度15℃，拉速1.20m/min，铸坯下线进行冷检。将连铸铸坯加热到1260℃，加热时间180min；粗轧累计压下率78％，最后两道压下之和28％，终轧温度910℃。冷却工序采用分段冷却模式，通过一段冷却至中冷温度670℃后，空冷8s，二冷段采用加速密集冷却，冷却速率40℃/s，卷取温度100℃。
本实施例管线钢成品厚度、硬度、力学性能及耐磨损情况见表3，其金相组织图见图3，由图3可知，本实施例管线钢金相组织为铁素体和马氏体，其中马氏体比例为72％。
选取厚度3mm的X80M钢与本实施例管线钢进行三体冲击磨粒磨损实验(实验过程及参数如实施例1所述)，得到二者耐磨性检验结果(见表3)，并对结果进行对比分析。
表3、实施例3管线钢成品硬度、力学性能及耐磨损情况
Figure BDA0003815547640000111
由表3可知，本实施例所生产的3mm厚度的低碳马氏体耐磨耐大气腐蚀矿浆输送用管线钢硬度、强度值稳定，延伸率合格，满足耐大气腐蚀指数要求，耐磨效果可达到相近强度级别管线钢X80M的1.41倍。
实施例4
本实施例按照所述的低碳马氏体耐磨耐大气腐蚀矿浆输送用管线钢的成分进行冶炼，铸坯成分重量百分比为：C：0.12％，Si：0.35％，Mn：1.50％，P：0.015％，S：0.003％，Als：0.040％，Nb：0.025％，Ti：0.020％，Cu：0.23％，Cr：0.45％，Ni：0.09％，N：0.0032％；其余为Fe及不可避免的杂质。
RH精炼真空度≤1mbar，纯脱气时间12min，出站前纯钙线喂入量2.8kg/吨钢，出站温度1570℃。连铸过热度22℃，拉速1.30m/min，铸坯下线进行冷检。将连铸铸坯加热到1260℃，加热时间180min；粗轧累计压下率75％，最后两道压下之和25％，终轧温度850℃。冷却工序采用分段冷却模式，通过一段冷却至中冷温度670℃后，空冷5s，二冷段采用加速密集冷却，冷却速率37℃/s，卷取温度100℃。
本实施例管线钢成品厚度、硬度、力学性能及耐磨损情况见表4，其金相组织图见图4，由图4可知，本实施例管线钢金相组织为铁素体和马氏体，其中马氏体比例为71％。
选取厚度10mm的X80M钢与本实施例管线钢进行三体冲击磨粒磨损实验(实验过程及参数如实施例1所述)，得到二者耐磨性检验结果(见表4)，并对结果进行对比分析。
表4、实施例4管线钢成品硬度、力学性能及耐磨损情况
Figure BDA0003815547640000121
由表4可知，本实施例所生产的10mm厚度的低碳马氏体耐磨耐大气腐蚀矿浆输送用管线钢硬度、强度值稳定，延伸率合格，满足耐大气腐蚀指数要求，耐磨效果可达到相近强度级别管线钢X80M的1.46倍。
实施例5
本实施例按照所述的低碳马氏体耐磨耐大气腐蚀矿浆输送用管线钢的成分进行冶炼，铸坯成分重量百分比为：C：0.13％，Si：0.25％，Mn：1.43％，P：0.012％，S：0.002％，Als：0.015％，Nb：0.018％，Ti：0.012％，Cu：0.20％，Cr：0.42％，Ni：0.07％，N：0.0037％；其余为Fe及不可避免的杂质。
RH精炼真空度≤1mbar，纯脱气时间6min，出站前纯钙线喂入量2.7kg/吨钢，出站温度1560℃。连铸过热度12℃，拉速1.20m/min，铸坯下线进行冷检。将连铸铸坯加热到1220℃，加热时间160min；粗轧累计压下率77％，最后两道压下之和24％，终轧温度870℃。冷却工序采用分段冷却模式，通过一段冷却至中冷温度650℃后，空冷6s，二冷段采用加速密集冷却，冷却速率41℃/s，卷取温度70℃。
本实施例管线钢成品厚度、硬度、力学性能及耐磨损情况见表5，其金相组织图见图5，由图5可知，本实施例管线钢金相组织为铁素体和马氏体，其中马氏体比例为70％。
选取厚度10mm的X80M钢与本实施例管线钢进行三体冲击磨粒磨损实验(实验过程及参数如实施例1所述)，得到二者耐磨性检验结果(见表5)，并对结果进行对比分析。
表5、实施例5管线钢成品硬度、力学性能及耐磨损情况
Figure BDA0003815547640000131
由表5可知，本实施例所生产的10mm厚度的低碳马氏体耐磨耐大气腐蚀矿浆输送用管线钢硬度、强度值稳定，延伸率合格，满足耐大气腐蚀指数要求，耐磨效果可达到相近强度级别管线钢X80M的1.43倍。
实施例6
本实施例按照所述的低碳马氏体耐磨耐大气腐蚀矿浆输送用管线钢的成分进行冶炼，铸坯成分重量百分比为：C：0.18％，Si：0.28％，Mn：1.30％，P：0.013％，S：0.001％，Als：0.023％，Nb：0.015％，Ti：0.010％，Cu：0.30％，Cr：0.35％，Ni：0.10％，N：0.0040％；其余为Fe及不可避免的杂质。
RH精炼真空度≤1mbar，纯脱气时间7min，出站前纯钙线喂入量3.0kg/吨钢，出站温度1550℃。连铸过热度10℃，拉速1.10m/min，铸坯下线进行冷检。将连铸铸坯加热到1240℃，加热时间150min；粗轧累计压下率74％，最后两道压下之和24％，终轧温度910℃。冷却工序采用分段冷却模式，通过一段冷却至中冷温度630℃后，空冷8s，二冷段采用加速密集冷却，冷却速率39℃/s，卷取温度60℃。
本实施例管线钢成品厚度、硬度、力学性能及耐磨损情况见表6，其金相组织图见图6，由图6可知，本实施例管线钢金相组织为铁素体和马氏体，其中马氏体比例为70％。
选取厚度10mm的X80M钢与本实施例管线钢进行三体冲击磨粒磨损实验(实验过程及参数如实施例1所述)，得到二者耐磨性检验结果(见表6)，并对结果进行对比分析。
表6、实施例6管线钢成品硬度、力学性能及耐磨损情况
Figure BDA0003815547640000141
由表6可知，本实施例所生产的10mm厚度的低碳马氏体耐磨耐大气腐蚀矿浆输送用管线钢硬度、强度值稳定，延伸率合格，满足耐大气腐蚀指数要求，耐磨效果可达到相近强度级别管线钢X80M的1.32倍。
实施例7
本实施例按照所述的低碳马氏体耐磨耐大气腐蚀矿浆输送用管线钢的成分进行冶炼，铸坯成分重量百分比为：C：0.18％，Si：0.25％，Mn：1.42％，P：0.013％，S：0.003％，Als：0.015％，Nb：0.025％，Ti：0.010％，Cu：0.30％，Cr：0.35％，Ni：0.10％，N：0.0040％；其余为Fe及不可避免的杂质。
RH精炼真空度≤1mbar，纯脱气时间12min，出站前纯钙线喂入量2.8kg/吨钢，出站温度1570℃。连铸过热度25℃，拉速1.20m/min，铸坯下线进行冷检。将连铸铸坯加热到1260℃，加热时间160min；粗轧累计压下率72％，最后两道压下21％，终轧温度870℃。冷却工序采用分段冷却模式，通过一段冷却至中冷温度650℃后，空冷5s，二冷段采用加速密集冷却，冷却速率38℃/s，卷取温度100℃。
本实施例管线钢成品厚度、硬度、力学性能及耐磨损情况见表7，其金相组织图见图7，由图7可知，本实施例管线钢金相组织为铁素体和马氏体，其中马氏体比例为70％。
选取厚度15mm的X80M钢与本实施例管线钢进行三体冲击磨粒磨损实验(实验过程及参数如实施例1所述)，得到二者耐磨性检验结果(见表7)，并对结果进行对比分析。
表7、实施例7管线钢成品硬度、力学性能及耐磨损情况
Figure BDA0003815547640000151
由表7可知，本实施例所生产的15mm厚度的低碳马氏体耐磨耐大气腐蚀矿浆输送用管线钢硬度、强度值稳定，延伸率合格，满足耐大气腐蚀指数要求，耐磨效果可达到相近强度级别管线钢X80M的1.42倍。
实施例8
本实施例按照所述的低碳马氏体耐磨耐大气腐蚀矿浆输送用管线钢的成分进行冶炼，铸坯成分重量百分比为：C：0.14％，Si：0.35％，Mn：1.30％，P：0.012％，S：0.001％，Als：0.040％，Nb：0.015％，Ti：0.012％，Cu：0.20％，Cr：0.40％，Ni：0.07％，N：0.0039％；其余为Fe及不可避免的杂质。
RH精炼真空度≤1mbar，纯脱气时间6min，出站前纯钙线喂入量2.5kg/吨钢，出站温度1560℃。连铸过热度16℃，拉速1.10m/min，铸坯下线进行冷检。将连铸铸坯加热到1220℃，加热时间150min；粗轧累计压下率73％，最后两道压下22％，终轧温度910℃。冷却工序采用分段冷却模式，通过一段冷却至中冷温度670℃后，空冷7s，二冷段采用加速密集冷却，冷却速率37℃/s，卷取温度90℃。
本实施例管线钢成品厚度、硬度、力学性能及耐磨损情况见表8，其金相组织图见图8，由图8可知，本实施例管线钢金相组织为铁素体和马氏体，其中马氏体比例为72％。
选取厚度15mm的X80M钢与本实施例管线钢进行三体冲击磨粒磨损实验(实验过程及参数如实施例1所述)，得到二者耐磨性检验结果(见表8)，并对结果进行对比分析。
表8、实施例8管线钢成品硬度、力学性能及耐磨损情况
Figure BDA0003815547640000161
由表8可知，本实施例所生产的15mm厚度的低碳马氏体耐磨耐大气腐蚀矿浆输送用管线钢硬度、强度值稳定，延伸率合格，满足耐大气腐蚀指数要求，耐磨效果可达到相近强度级别管线钢X80M的1.45倍。
实施例9
本实施例按照所述的低碳马氏体耐磨耐大气腐蚀矿浆输送用管线钢的成分进行冶炼，铸坯成分重量百分比为：C：0.12％，Si：0.33％，Mn：1.50％，P：0.015％，S：0.002％，Als：0.022％，Nb：0.017％，Ti：0.020％，Cu：0.21％，Cr：0.45％，Ni：0.08％，N：0.0045％；其余为Fe及不可避免的杂质。
RH精炼真空度≤1mbar，纯脱气时间7min，出站前纯钙线喂入量3.0kg/吨钢，出站温度1550℃。连铸过热度11℃，拉速1.30m/min，铸坯下线进行冷检。将连铸铸坯加热到1240℃，加热时间180min；粗轧累计压下率73％，最后两道压下21％，终轧温度850℃。冷却工序采用分段冷却模式，通过一段冷却至中冷温度630℃后，空冷8s，二冷段采用加速密集冷却，冷却速率37℃/s，卷取温度60℃。
本实施例管线钢成品厚度、硬度、力学性能及耐磨损情况见表9，其金相组织图见图9，由图9可知，本实施例管线钢金相组织为铁素体和马氏体，其中马氏体比例为72％。
选取厚度15mm的X80M钢与本实施例管线钢进行三体冲击磨粒磨损实验(实验过程及参数如实施例1所述)，得到二者耐磨性检验结果(见表9)，并对结果进行对比分析。
表9、实施例9管线钢成品硬度、力学性能及耐磨损情况
Figure BDA0003815547640000171
Figure BDA0003815547640000181
由表9可知，本实施例所生产的15mm厚度的低碳马氏体耐磨耐大气腐蚀矿浆输送用管线钢硬度、强度值稳定，延伸率合格，满足耐大气腐蚀指数要求，耐磨效果可达到相近强度级别管线钢X80M的1.43倍。
本发明所生产的低碳马氏体耐磨耐大气腐蚀矿浆输送用管线钢，金相组织为约马氏体+铁素体的组织，其中马氏体的比例为68～72％，软硬相匹配优异，硬度、力学性能合格且稳定。磨粒磨损试验显示本发明的矿浆输送用管线钢耐磨性为X80M管线钢的1.3倍以上，且本发明钢种具有耐大气腐蚀效果，产品能在极端恶略的环境条件下使用。

Claims (8)

1.一种低碳马氏体耐磨耐大气腐蚀矿浆输送用管线钢，其特征在于，所述管线钢化学成分及质量百分含量为C：0.12～0.18%，Si:0.25～0.35%，Mn：1.30～1.50%，P≤0.015%，S≤0.003%，Als：0.015～0.040%，Nb：0.015～0.025%，Cu：0.20～0.30%，Cr：0.35～0.45%，Ni：0.07～0.10%，Ti：0.010～0.020%，N≤55ppm，余量为Fe和不可避免的杂质；其中Cu、Ni二者质量百分含量的比例为Cu/Ni≥2。
2.根据权利要求1所述的低碳马氏体耐磨耐大气腐蚀矿浆输送用管线钢，其特征在于，所述管线钢厚度为3～15mm，其金相组织为铁素体和马氏体，其中马氏体的比例为68～72%。
3.根据权利要求1或2所述的低碳马氏体耐磨耐大气腐蚀矿浆输送用管线钢，其特征在于，所述管线钢耐腐蚀性指数I为6.10～6.35，硬度291～317HBW，屈服强度687～739MPa，抗拉强度817～855MPa，延伸率16～21%。
4.基于权利要求1-3任一项所述的低碳马氏体耐磨耐大气腐蚀矿浆输送用管线钢的生产方法，其特征在于，所述生产方法包括铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、RH精炼、连铸、加热、轧制、冷却、卷取工序；
所述冷却工序，采用分段冷却的方式，通过一段冷却至中冷温度630～670℃后，空冷5～8s，之后进行二段冷却，二段冷却采用快速密集冷却，冷却速率≥37℃/s，冷却至80℃±20℃后进入卷取工序。
5.根据权利要求4所述的低碳马氏体耐磨耐大气腐蚀矿浆输送用管线钢的生产方法，其特征在于，所述RH精炼工序，真空度≤1mbar，纯脱气时间6～12min，出站前喂入纯钙线2.5～3.0kg/吨钢，出站温度1550～1570℃。
6.根据权利要求5所述的低碳马氏体耐磨耐大气腐蚀矿浆输送用管线钢的生产方法，其特征在于，所述连铸工序，过热度10～25℃，连铸浇铸时保证中包温度1527～1542℃，拉速1.1～1.3m/min。
7.根据权利要求6所述的低碳马氏体耐磨耐大气腐蚀矿浆输送用管线钢的生产方法，其特征在于，所述加热工序，加热温度1220～1260℃，加热时间150～180min。
8.根据权利要求7所述的低碳马氏体耐磨耐大气腐蚀矿浆输送用管线钢的生产方法，其特征在于，所述轧制工序，采用两阶段轧制模式，一阶段在完全再结晶区轧制，粗轧采用3+5道次轧制，最后2道次压下率之和控制在21～28%，粗轧累计压下率控制在72～80%；二阶段在未再结晶区轧制，终轧温度850～910℃。
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