CN118234884A - 耐磨性优异的热轧钢板、钢管以及它们的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热轧钢板、钢管以及它们的制造方法，更详细地，涉及一种耐磨性优异的高锰热轧钢板、利用所述热轧钢板制造的钢管以及它们的制造方法。

Description

耐磨性优异的热轧钢板、钢管以及它们的制造方法

技术领域

本发明涉及一种热轧钢板、钢管以及它们的制造方法，更详细地，涉及一种耐磨性优异的高锰热轧钢板、利用所述热轧钢板制造的钢管以及它们的制造方法。

背景技术

在疏浚航线以确保航海船舶的水深和水域或者疏浚填海以建造腹地时，用于此的疏浚用钢管需要对碎石、沙子等具有优异的耐磨性。此外，在采矿工业中用于矿物等资源的开采和运输等的钢管的情况下，耐磨特性与生产成本具有密切的关系，因此，为了有效的生产成本，需要优异的耐磨特性。

在用作耐磨钢管的以铁素体或马氏体作为主要组织的碳钢的情况下，由于近期出现了耐磨性的限制，因此需要一种可以克服它们的缺点的替代材料。

另外，奥氏体钢材由于其加工硬化特性而具有优异的耐磨性，并且用作各种工业的耐磨部件。为了提高高锰钢的耐磨性，不断地努力通过使高锰钢中含有高含量的碳且包含大量的锰来增加奥氏体组织和抗性。

此外，在用于疏浚和矿物开采/运输的钢管、中小口径钢管的情况下，利用热轧材料来制造ERW钢管并使用，在大口径钢管的情况下，制造利用热轧材料的螺旋钢管和利用厚板材的埋弧焊(Submerged Arc Welding，SAW)钢管并使用。在高锰钢的情况下，对利用厚板材的钢管进行了很多开发，但高锰钢热轧钢材和利用其的钢管还需要进行开发。

发明内容

要解决的技术问题

根据本发明的一个方面，目的在于提供一种耐磨性优异的热轧钢板、钢管以及它们的制造方法。

本发明的技术问题不限于上述内容。只要是本领域技术人员，可以从本说明书的全部内容容易理解本发明的附加的技术问题。

技术方案

本发明的一个方面可以提供一种热轧钢板，以重量％计，所述热轧钢板包含：锰(Mn)：10-20％、碳(C)：0.6-2.0％、铬(Cr)：5.0％以下、铝(Al)：0.5％以下、硅(Si)：1.0％以下、磷(P)：0.1％以下、硫(S)：0.02％以下、余量的铁(Fe)和其它不可避免的杂质，所述热轧钢板具有以奥氏体为主相的微细组织，并且包含沿着奥氏体晶界形成的膜状析出物，通过所述热轧钢板的制管后的加工硬化，硬度增加1.1倍以上。

所述析出物的厚度可以为0.1-2.0μm。

所述钢板的拉伸强度可以为800MPa以上，伸长率可以为30％以上。

所述钢板的维氏硬度可以为220Hv以上。

所述钢板的厚度可以为4-20mm。

本发明的另一个方面可以提供一种钢管，以重量％计，所述钢管包含：锰(Mn)：10-20％、碳(C)：0.6-2.0％、铬(Cr)：5.0％以下、铝(Al)：0.5％以下、硅(Si)：1.0％以下、磷(P)：0.1％以下、硫(S)：0.02％以下、余量的铁(Fe)和其它不可避免的杂质，所述钢管具有以奥氏体为主相的微细组织，并且包含沿着奥氏体晶界形成的膜状析出物，所述钢管的硬度为钢板硬度的1.1倍以上。

所述钢管的维氏硬度可以为250Hv以上。

本发明的一个方面可以提供一种制造热轧钢板的方法，所述方法包括以下步骤：将钢坯进行再加热，以重量％计，所述钢坯包含：锰(Mn)：10-20％、碳(C)：0.6-2.0％、铬(Cr)：5.0％以下、铝(Al)：0.5％以下、硅(Si)：1.0％以下、磷(P)：0.1％以下、硫(S)：0.02％以下、余量的铁(Fe)和其它不可避免的杂质；将经所述再加热的钢坯进行热轧以获得热轧钢板；以及将所述热轧钢板冷却至低于500℃的温度范围后进行收卷，其中，收卷起始温度为500℃以下，收卷平均温度低于300℃。

所述再加热可以在1000-1250℃的温度范围内进行，所述热轧可以在800℃以上的精轧温度下进行，所述冷却时的冷却速度可以为5℃/秒以上。

所述热轧后的钢板的厚度可以为4-20mm。

本发明的另一个方面可以提供一种制造钢管的方法，所述方法包括将所述热轧钢板进行制管以获得钢管的步骤。

有益效果

根据本发明的一个方面，可以提供一种耐磨性优异的热轧钢板、钢管以及它们的制造方法。

附图说明

图1是用光学显微镜(200倍率)观察根据本发明的一个方面的发明例1的微细组织的照片。

最佳实施方式

以下，对本发明的优选的具体实施方案进行说明。本发明的具体实施方案可以变型为各种形式，并且不应解释为本发明的范围限定于以下说明的具体实施方案。本具体实施方案是为了向本领域技术人员更详细地说明本发明而提供的。

以下，对本发明进行详细的说明。

以下，对本发明的钢的组成进行详细的说明。

在本发明中，除非另有说明，否则表示各元素的含量的％以重量为基准。

以重量％计，本发明的钢可以包含：锰(Mn)：10-20％、碳(C)：0.6-2.0％、铬(Cr)：5.0％以下、铝(Al)：0.5％以下、硅(Si)：1.0％以下、磷(P)：0.1％以下、硫(S)：0.02％以下、余量的铁(Fe)和其它不可避免的杂质。

锰(Mn)：10-20％

锰(Mn)是起到使奥氏体稳定化的作用的非常重要的元素，并且可以提高均匀伸长率。为了确保奥氏体作为主要组织，所述锰(Mn)的含量优选为10％以上。当锰(Mn)的含量小于10％时，奥氏体的稳定性降低，在制造步骤的轧制工艺中可能会形成马氏体组织，因此无法充分确保奥氏体组织，从而可能难以确保充分的均匀伸长率。另一方面，当锰(Mn)的含量超过20％时，制造成本大幅上升，并且由于过度添加锰而可能导致耐蚀性降低，在制造工艺步骤中进行加热时可能会发生严重的内部氧化，因此可能会发生表面质量降低的问题。更优选的锰(Mn)含量的下限可以为11.5％，更优选的锰(Mn)含量的上限可以为19.5％。

碳(C)：0.6-2.0％

碳(C)是使奥氏体稳定化的元素，不仅起到提高均匀伸长率的作用，而且是非常有利于提高强度和加工硬化率的元素。当碳(C)的含量小于0.6％时，可能难以在常温下形成稳定的奥氏体，因此存在难以确保充分的强度和加工硬化率的问题。另外，当碳(C)的含量超过2.0％时，析出大量的碳化物，从而均匀伸长率降低，因此可能难以确保优异的伸长率，并且可能会发生过早断裂。为了提高耐磨性，最大限度地提高碳(C)的含量是有利的，但即使通过热处理抑制碳化物的析出，在碳(C)的固溶方面也存在限制，从而钢材的物理性能可能会变差，因此优选将碳(C)含量的上限限制为2.0％。更优选的碳(C)含量的下限可以为0.75％，更优选的碳(C)含量的上限可以为1.85％。

铬(Cr)：5.0％以下

铬(Cr)可以固溶在奥氏体中以起到增加钢材的强度的作用。此外，铬(Cr)是提高钢材的耐蚀性的元素，但在奥氏体晶界形成碳化物，因此可能会降低韧性。因此，本发明中添加的铬的含量优选考虑与C及其它一同添加的元素之间的关系来决定，为了防止碳化物的形成，铬(Cr)的含量优选为5％以下。铬(Cr)的含量更优选可以为4％以下。当所述铬(Cr)的含量超过5％时，难以有效地抑制奥氏体晶界处的铬基碳化物的生成，因此冲击韧性可能会降低。在本发明中，可以根据需要控制铬(Cr)的含量，并且可以包括0％。

铝(Al)：0.5％以下

铝(Al)是在炼钢工艺中作为脱氧剂包含的成分，在本发明中，所述铝(Al)的含量可以为0.5％以下。在本发明中，铝(Al)的含量可以排除0％。

硅(Si)：1.0％以下

硅(Si)是与Al一起在炼钢工艺中作为脱氧剂包含的成分，在本发明中，所述硅(Si)的含量可以为1.0％以下，并且可以排除0％。

磷(P)：0.1％以下

磷(P)是在钢中不可避免地添加的代表性的杂质，当添加过多的磷(P)时，可能会导致质量变差，因此可以将磷(P)含量的上限限制为0.1％。

硫(S)：0.02％以下

硫(S)是与P一起在钢中不可避免地添加的杂质，可以将硫(S)含量的上限限制为0.02％。

除了上述组成之外，本发明的钢可以包含余量的铁(Fe)和不可避免的杂质。不可避免的杂质是可能在常规的制造工艺中无意间混入的，因此无法排除该杂质。这种杂质对于常规的钢铁制造领域的技术人员而言是众所周知的，因此在本说明书中不特别描述其所有内容。

以下，对本发明的钢的微细组织进行详细的说明。

在本发明中，除非另有特别说明，否则表示微细组织的分数的％是以面积为基准。

根据本发明的一个方面的热轧钢板可以具有以奥氏体为主相的微细组织。

在本发明中，为了通过在磨损环境中由于材料自身的优异的加工硬化而提高硬度来确保耐磨性，可以具有以奥氏体为主相的微细组织。更优选地，可以包含97面积％以上的奥氏体。

根据本发明的一个方面的钢可以包含沿着奥氏体晶界形成的膜状析出物，并且所述析出物的厚度可以为0.1-2.0μm。

本发明的目的在于，通过在奥氏体晶界形成膜状析出物，充分确保强度，从而确保耐磨性。根据本发明的析出物可以包含碳化物，并且可以包含Cr与C一起形成的碳化物。当这种析出物的厚度小于0.1μm时，无法充分确保强度，因此存在耐磨性降低的问题，当所述析出物的厚度超过2.0μm时，存在延展性和韧性降低的问题。

将根据本发明的一个方面的热轧钢板进行制管而形成的钢管可以具有以奥氏体为主相的微细组织，并且可以在晶界处包含膜状析出物，并且所述析出物的厚度可以为0.1-2.0μm。

以下，对本发明的制造钢的方法进行详细的说明。

根据本发明的一个方面的钢可以通过将满足上述合金组成的钢坯进行再加热、热轧、冷却和收卷来制造。

再加热

可以在1000-1250℃的温度范围内将满足本发明的合金组成的钢坯进行再加热。

可以在进行热轧之前将板坯进行再加热。在所述板坯步骤中，为了板坯的铸造组织、偏析和二次相的固溶和均质化，可以进行再加热。当再加热温度低于1000℃时，难以充分确保所述再加热效果，并且由于加热炉的温度变得过低，热轧时可能存在变形阻力增加的问题。另一方面，当再加热温度超过1250℃时，可能会发生铸造组织内的偏析带处的部分熔融和表面质量变差。

热轧

可以在800℃以上的精轧温度下将经所述再加热的板坯进行热轧以获得厚度为4-20mm的热轧钢板。

在本发明中，可以通过进行热轧来制造厚度为4-20mm的热轧钢板。为了生产性，优选将精轧温度限制为800℃以上，更优选地，可以在未再结晶温度(Tnr)以下的精轧温度下进行热轧。

冷却和收卷

可以将经所述热轧的钢板以5℃/秒以上的冷却速度冷却至500℃以下的温度范围后进行收卷，收卷起始温度可以为500℃以下，收卷平均温度可以为300℃以下。

在本发明中，为了防止形成粗大的碳化物，可以冷却至低于500℃的温度范围。当冷却终止温度超过500℃时，由于在收卷后冷却至常温的期间形成粗大的碳化物，导致均匀伸长率降低，因此可能难以确保优异的伸长率，并且可能会发生过早断裂。对所述收卷温度的下限不作特别限定，即使在常温下进行也没有问题。

当冷却速度小于5℃/秒时，形成粗大的碳化物，因此可能会存在强度降低和伸长率降低的问题。对平均冷却速度的上限不作特别限定，但可以根据设备规格适当选择。

此外，本发明的目的在于，通过控制收卷起始温度和收卷平均温度来防止粗大的碳化物的形成，从而可以确保奥氏体系钢材所特有的优异的强度和伸长率，并且通过提高加工硬化率来确保优异的耐磨性。

在本发明中，收卷起始温度表示利用收卷设备开始收卷时的钢板的温度，收卷平均温度表示卷板总长度的收卷温度的平均值。当收卷起始温度超过500℃或收卷平均温度超过300℃时，过度形成碳化物，因此可能会存在延展性和韧性降低的问题。

根据本发明的一个方面的钢管可以通过将满足上述合金组成和制造方法的热轧钢板进行制管来制造。

制管

可以将根据本发明的一个方面的钢板进行制管以获得钢管。

在本发明中，对制造焊接钢管的方法不作特别限定，可以利用常规的制造ERW钢管的方法。然而，由于Mn含量高，在ERW焊接时，在钢材熔融后凝固的过程中生成的氧化物可能会导致间隙缺陷的发生。为了防止这种问题，可以设置附加的装置以在进入焊接点之前将窄间隙中的熔融金属和氧化物完全排出并防止暴露于大气和冷却水。

如上所述制造的本发明的钢板的厚度可以为4-20mm，拉伸强度可以为800MPa以上，伸长率可以为30％以上，制管为钢管后的硬度为热轧钢板硬度的1.1倍以上，因此可以具有加工硬化率和耐磨性优异的特性。

此外，本发明的钢板的硬度可以为220Hv以上，钢管的硬度可以为250Hv以上。

以下，通过实施例对本发明进行更具体的说明。但是，需要注意的是，以下实施例仅用于例示本发明以进行更详细的说明，并不用于限制本发明的权利范围。

具体实施方式

(实施例)

根据下表2的条件，将具有下表1的合金组成的钢坯制成热轧钢板，并以下表3的厚度制造钢板。此外，再加热温度应用相同的1150℃。

[表1]

[表2]

在下表3中，对所述制得的钢板测量微细组织和机械物理性能并示出，并且示出用钢板制造ERW焊接钢管后的钢管的物理性能。微细组织是用200倍率的光学显微镜观察钢板厚度的1/4部分并示出，拉伸强度和伸长率是在钢板厚度的1/4部分采集API 5L标准的试片并进行拉伸试验后示出其结果。此时，当微细组织具有97％以上的奥氏体时，用O表示。并且，当在奥氏体晶界处形成厚度为0.1-2.0μm的析出物时，用O表示。对于机械物理性能，通过维氏硬度试验测量钢板的硬度，并测量制管后的硬度，计算它们的比例并示出。

[表3]

如表3所示，在满足本发明的合金组成和制造条件的发明例的情况下，满足本发明中提出的微细组织的特征，并且确保了本发明中所期望的物理性能。

图1是用光学显微镜(200倍率)观察根据本发明的一个方面的发明例1的微细组织的照片。

另一方面，比较例1是C的含量未达到本发明中提出的范围的情况，与发明例相比，强度不足，并且制造为钢管后的加工硬化率也不足。

比较例2是Mn和C的含量不在本发明中提出的范围的情况，钢板的强度差，并且由于Mn含量的不足，奥氏体的稳定性差，因此无法确保伸长率。

比较例3是收卷起始温度和平均温度不在本发明的范围，由于过度形成粗大的碳化物，从而延展性差。

以上，通过实施例对本发明进行了详细说明，但也可以包括其它不同形式的实施例。因此，权利要求的技术思想和范围并不受限于实施例。

Claims (11)

1.一种热轧钢板，以重量％计，所述热轧钢板包含：锰(Mn)：10-20％、碳(C)：0.6-2.0％、铬(Cr)：5.0％以下、铝(Al)：0.5％以下、硅(Si)：1.0％以下、磷(P)：0.1％以下、硫(S)：0.02％以下、余量的铁(Fe)和其它不可避免的杂质，

所述热轧钢板具有以奥氏体为主相的微细组织，并且包含沿着奥氏体晶界形成的膜状析出物，

通过所述热轧钢板的制管后的加工硬化，硬度增加1.1倍以上。

2.根据权利要求1所述的热轧钢板，其中，所述析出物的厚度为0.1-2.0μm。

3.根据权利要求1所述的热轧钢板，其中，所述钢板的拉伸强度为800MPa以上，伸长率为30％以上。

4.根据权利要求1所述的热轧钢板，其中，所述钢板的维氏硬度为220Hv以上。

5.根据权利要求1所述的热轧钢板，其中，所述钢板的厚度为4-20mm。

6.一种钢管，以重量％计，所述钢管包含：锰(Mn)：10-20％、碳(C)：0.6-2.0％、铬(Cr)：5.0％以下、铝(Al)：0.5％以下、硅(Si)：1.0％以下、磷(P)：0.1％以下、硫(S)：0.02％以下、余量的铁(Fe)和其它不可避免的杂质，

所述钢管具有以奥氏体为主相的微细组织，并且包含沿着奥氏体晶界形成的膜状析出物，

所述钢管的硬度为钢板硬度的1.1倍以上。

7.根据权利要求6所述的钢管，其中，所述钢管的维氏硬度为250Hv以上。

8.一种制造热轧钢板的方法，其包括以下步骤：

将钢坯进行再加热，以重量％计，所述钢坯包含：锰(Mn)：10-20％、碳(C)：0.6-2.0％、铬(Cr)：5.0％以下、铝(Al)：0.5％以下、硅(Si)：1.0％以下、磷(P)：0.1％以下、硫(S)：0.02％以下、余量的铁(Fe)和其它不可避免的杂质；

将经所述再加热的钢坯进行热轧以获得热轧钢板；以及

将所述热轧钢板冷却至低于500℃的温度范围后进行收卷，其中，收卷起始温度为500℃以下，收卷平均温度低于300℃。

9.根据权利要求8所述的制造热轧钢板的方法，其中，所述再加热在1000-1250℃的温度范围内进行，所述热轧在800℃以上的精轧温度下进行，所述冷却时的冷却速度为5℃/秒以上。

10.根据权利要求8所述的制造热轧钢板的方法，其中，所述热轧后的钢板的厚度为4-20mm。

11.一种制造钢管的方法，其包括以下步骤：将根据权利要求8至10中任一项所述的制造热轧钢板的方法制造的热轧钢板进行制管以获得钢管。