一种管线用镍基合金复合钢板及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种管线用镍基合金复合钢板，其具有一层镍基合金层和一层碳钢层；所述碳钢层的化学元素质量百分比为：C：0.01～0.20％；Si：0.10～0.5％；Mn：0.5～2.0％；以及0＜V≤0.10％，0＜Nb≤0.10％，0＜Ti≤0.02％，0＜Ni≤0.50％，0＜Cu≤0.5％，0＜Cr≤0.50％，0＜Mo≤0.3％的至少其中之一；余量为Fe和不可避免的杂质。本发明专利技术还公开了一种管线用镍基合金复合钢板的制造方法，其包括步骤：(1)获得碳钢坯料和镍基合金坯料；(2)采用对称分离方法组坯；(3)复合轧制，获得两组双层复合钢板；(4)轧后空冷或水冷至室温，或固溶处理。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种复合板及其制造方法，尤其涉及一种镍基合金复合钢板及其制造方法。
技术介绍
在能源化工等行业，材料的使用环境特别恶劣，腐蚀性极强，常需要使用耐蚀性能更优良的镍基合金等高合金材料。然而镍基合金等高合金材料价格昂贵，全部使用高合金材料的成本极高，而且纯镍基合金的屈服强度较低，不适合油气运送等压力较高的使用环境，再加上使用寿命和维修时间及费用问题，通常设计以碳钢为基层材料，镍基合金为复层的高合金复合板来代替纯高合金材料的使用。碳钢的使用，可以保证管线的强度和焊接性能，另外，通过对碳钢的不同设计，可以获得不同性能的基层材料，从而可以满足不同强度、韧性以及耐腐蚀性的环境要求。随着材料使用环境的条件增多，要求更加苛刻，高合金复合板的使用越来越受到人们的重视。就管线用镍基合金复合钢板而言，目前的主要生产方法包括爆炸复合法、堆焊法以及机械复合制管法。爆炸复合法很难保证100％复合，经常存在局部未复合区域，并且由于部分界面结合强度低等原因，出现制管鼓包，同时在使用过程中存在安全风险，这些问题常困扰着制管企业以及复合管用户。堆焊法生产效率低、制造成本高，也不具竞争力。机械复合制管法是直接通过镍基合金管外套碳钢管再机械复合的方法生产，这种方法适合于环境对界面结合要求不高的情况。对于轧制复合法，差异越大的两种材料，其加工工艺差异可能越大，从而生产难度也大幅提高。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种管线用镍基合金复合钢板，其为轧制复合板，因此能够实现原子间结合，从而使得各层之间具有很好的结合力；此外该管线用镍基合金复合钢板兼具有镍基合金和碳钢的优点，性能优良，可适用于多种不同的环境条件。为了实现上述目的，本专利技术提出了一种管线用镍基合金复合钢板，其具有一层镍基合金层和一层碳钢层，所述镍基合金层与碳钢层之间通过轧制复合实现原子结合；其中，所述碳钢层的化学元素质量百分比为：C：0.01～0.20％；Si：0.10～0.5％；Mn：0.5～2.0％；以及0＜V≤0.10％，0＜Nb≤0.10％，0＜Ti≤0.02％，0＜Ni≤0.50％，0＜Cu≤0.5％，0＜Cr≤0.50％，0＜Mo≤0.3％的至少其中之一；余量为Fe和不可避免的杂质。在本专利技术所述的管线用镍基合金复合钢板的所述碳钢层中，不可避免的杂质主要是S和P元素，其中可以控制P≤0.02％，S≤0.03％。本专利技术所述的管线用镍基合金复合钢板的碳钢层中的各化学元素的设计原理为：C：C是奥氏体稳定化元素，在钢中起固溶强化的作用，可明显提高钢的强度，但是C含量太高，对焊接性能和韧性不利，也更容易增加珠光体组织以及马奥岛等硬相组织，对钢的耐腐蚀性能有不利影响，因此，考虑到钢板的强韧性匹配以及对碳钢材料的耐酸性要求，所述碳钢层中C含量控制为0.01～0.20％。Si：Si是脱氧元素；另外Si可溶于铁素体，起到固溶强化的作用，其仅次于碳、氮、磷而超过其它合金元素，因此，Si能够显著提高钢的强度和硬度。所述碳钢层中Si含量控制为0.10～0.5％。Mn：Mn可以推迟珠光体转变，降低临界冷却速度，大大提高钢的淬透性，同时对钢具有固溶强化作用，是钢中的主要固溶强化元素。但Mn含量太高容易出现偏析带以及马氏体组织，对钢的韧性有不利影响，同时偏析带的出现对钢的耐腐蚀性能也会有所降低。所述碳钢层中Mn含量控制为0.50～2.00％。V：V是强氮化物、碳化物形成元素。相对于钛、铌的碳氮化物，钒的析出物温度相对较低。一般在奥氏体铁素体相变过程或者是在铁素体转变完成后或是在回火过程中可形成弥散分布，起到明显的沉淀强化的作用。Nb：Nb是微合金钢中重要的添加元素。Nb与氮、碳易形成氮化铌，碳氮化铌以及碳化铌等析出物。在钢坯加热过程中，铌在钢中可以起到细化奥氏体晶粒的作用。Nb可以大大提高非再结晶区温度，对于控制轧制，晶粒细化，强度韧性控制有较明显的作用。而且Nb可以形成纳米级的析出物，有助于强度的提升。但是铌的添加易造成混晶，过多的铌对韧性有不利影响。一般铌的添加量上限为0.10％。Ti:Ti与钢中C、N形成碳化钛、氮化钛或碳氮化钛，在钢坯加热轧制阶段，起到细化奥氏体晶粒的作用，从而提高钢的强度和韧性。但过多的Ti会形成较多粗大的氮化钛，对钢的强度和韧性有害，因此将碳钢层中Ti含量的上限控制为0.02％。Ni：Ni在钢中只溶于基体相铁素体和奥氏体，不形成碳化物，奥氏体稳定化作用非常强，另外Ni元素还可以提高钢的低温韧性，因此在本技术方案中，碳钢层中Ni的加入量控制在0.5％以内。Cu：Cu在钢中主要以固溶态和单质相沉淀析出状态存在，固溶的Cu起到固溶强化作用；由于Cu在铁素体中的固溶度随温度降低迅速减小，因而在较低温度下，以过饱和固溶的Cu以单质形势沉淀析出，起到析出强化作用。另外，在碳钢层中加入0.2-0.5％的Cu还可以显著提高复合板的抗大气腐蚀能力。Cr:Cr是缩小奥氏体相区元素，也是中强碳化物元素，也可溶于铁素体。Cr提高奥氏体的稳定性，使得C曲线右移，因此可以降低临界冷却速度、提高钢的淬透性。Cr也降低奥氏体转变温度，使得形成的(Fe,Cr)3C、(Fe,Cr)7C3和(Fe,Cr)23C7等多种碳化物在较低温度析出，使得组织和碳化物细化，可明显提高钢的强度和硬度，但Cr对钢的韧性有不利影响。综合上述因素，本技术方案将碳钢层中Cr含量控制在0.50％以内。Mo:Mo在钢中存在于固溶体相和碳化物相中，因此，含钼钢同时具有固溶强化和碳化物弥散强化的作用，起到显著提高钢的硬度和强度的作用。另外，Mo的添加有利于针状铁素体与贝氏体组织的控制。基于此，本技术方案将碳钢层中的Mo含量控制在0.30％以内。进一步地，在本专利技术所述的管线用镍基合金复合钢板中，所述镍基合金层的化学元素质量百分比为：0＜C≤0.05％；0＜Si≤0.5％；0＜Mn≤1.0％；S≤0.03％；P≤0.02％；38.0≤Ni≤46.0％；19.5≤Cr≤23.5％；22.0≤Fe≤38.0％；1.5≤Cu≤3.0％；Al≤0.2％；0.6≤Ti≤1.2％；2.5≤Mo≤3.5％。更进一步地，在上述管线用镍基合金复合钢板中，所述镍基合金层的微观组织为奥氏体。进一步地，在本专利技术所述的管线用镍基合金复合钢板中，所述碳钢层的微观组织为铁素体+少量珠光体，其中铁素体的相比例为80-95％。又或者，上述碳钢层的微本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种管线用镍基合金复合钢板，其特征在于，其具有一层镍基合金层和一层碳钢层，所述镍基合金层与碳钢层之间通过轧制复合实现原子结合；其中，所述碳钢层的化学元素质量百分比为：C：0.01～0.20％，Si：0.10～0.5％，Mn：0.5～2.0％；以及0＜V≤0.10％，0＜Nb≤0.10％，0＜Ti≤0.02％，0＜Ni≤0.50％，0＜Cu≤0.5％，0＜Cr≤0.50％，0＜Mo≤0.3％的至少其中之一，余量为Fe和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种管线用镍基合金复合钢板，其特征在于，其具有一层镍基合金层和一层碳钢层，
所述镍基合金层与碳钢层之间通过轧制复合实现原子结合；其中，所述碳钢层的化学元素
质量百分比为：
C：0.01～0.20％，Si：0.10～0.5％，Mn：0.5～2.0％；以及0＜V≤0.10％，0＜Nb≤
0.10％，0＜Ti≤0.02％，0＜Ni≤0.50％，0＜Cu≤0.5％，0＜Cr≤0.50％，0＜Mo≤0.3％的
至少其中之一，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.如权利要求1所述的管线用镍基合金复合钢板，其特征在于，所述镍基合金层的化学
元素质量百分比为：
0＜C≤0.05％,0＜Si≤0.5％,0＜Mn≤1.0％,S≤0.03％,P≤0.02％，38.0≤Ni≤
46.0％,19.5≤Cr≤23.5％,22.0≤Fe≤38.0％,1.5≤Cu≤3.0％，Al≤0.2％，0.6≤Ti≤
1.2％，2.5≤Mo≤3.5％。
3.如权利要求1或2所述的管线用镍基合金复合钢板，其特征在于，所述碳钢层的微观
组织为铁素体+珠光体，其中铁素体的相比例为80-95％。
4.如权利要求1或2所述的管线用镍基合金复合钢板，其特征在于，所述碳钢层的微观
组织为贝氏体+针状铁素体，其中针状铁素体的相比例为5-85％。
5.如权利要求2所述的管线用镍基合金复合钢板，其特征在于，所述镍基合金层的微观
组织为奥氏体。
6.如权利要求1或2所述的管线用镍基合金复合钢板，其特征在于，所述镍基合金层的
厚度为1～10mm，所述碳钢层的厚度为5～50mm。
7.如权利要求6所述的管线用镍基合金复合钢板，其特征在于，所述碳钢层的厚度为10
～35mm。
8.如权利要求1所述的管线用...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁晓军，马天军，焦四海，丁建华，王宝森，李占杰，张庆峰，闫博，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31