高韧性、高耐磨蚀性浆体管线用钢的制造方法技术

本发明专利技术涉及一种高韧性、高耐磨蚀性浆体管线用钢的制造方法，是经过冶炼、锻造、热轧、冷却后卷取，该钢的化学成分（重量％）为：Ｃ０．０２～０．０５、Ｍｎ０．５０～１．０、Ｓｉ０．１５～０．４５、Ｃｒ０．５０～０．８０、Ｃｕ０．１５～０．４０、Ｎｉ０．１０～０．２５、Ｍｏ０．１５～０．３０、Ｎｂ０．０２～０．０５、Ｃａ０．００１０～０．００８０、Ｎ０．００７０～０．０３、Ｔｉ０．０１～０．０２２、Ｓ≤０．００６０，卷取温度为：５４０±２０℃。本发明专利技术充分利用固溶氮和析出氮化物的作用，获得了良好的强韧性配合，良好的焊接性以及高耐磨蚀性。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种合金钢的制造方法，特别是一种浆体输送管线用钢的制造方法。目前，针对浆体(煤浆、灰浆和矿浆等)输送管线钢的研究和开发工作尚处于起步阶段，目前都是用输送石油和天然气的X-系列管线钢或者耐候钢代用，例如X-60，其成分为C 0.08～0.12,Mn1.2～1.5,Nb＜0.05,V＜0.05,Ti＜0.05。有些钢种还加入Cu、Ni、Mo。由于浆体管线输送钢要求高韧性、高焊接性能、高强度(＞420MPa)，同时该钢是在液固双相介质工作，受到液体介质的腐蚀性和固体颗粒的磨损性的双重作用，现有管线钢的耐磨蚀性难于满足技术要求。例如美国于1984～1991年使用X-52管线钢输送磷矿，经使用发现，管壁磨蚀率为230μm/年，超过设计标准150μm/年，后来在某些地段改为X-56，但其管壁磨蚀率仍然超过设计标准。其原因在于提高耐磨蚀性的方法会降低钢的可焊接性。反之亦然。因此，现有合金化技术无法在浆体输送管线钢方面取得突破的根本原因就在于难于解决焊接性和耐磨蚀性的矛盾。为解决这个矛盾，日本专利申请特开昭53-46445公开了一种“具有低温韧性、耐蚀、耐磨损性优异的钢板的制造方法”，是采用复合钢板制造这种钢管，其表面为含Cr、Ni、Cu的合金钢层，具有良好的耐磨蚀性，而里层为一般微合金钢，保证良好的韧性和焊接性。其制造方法复杂、成本高。本专利技术的目的是得到一种浆体管线用钢的制造方法，通过将合金成分和控轧控冷工艺结合，可使该钢获得高韧性、良好的焊接性以及高耐磨蚀性的良好结合。为实现上述目的，本专利技术提出的技术解决方案为一种，是经过冶炼、锻造、热轧、冷却后卷取，该钢的化学成分(重量％)为C0.02～0.05、Mn 0.50～1.0、Si 0.15～0.45、Cr 0.50～0.80、Cu0.15～0.40、Ni 0.10～0.25、Mo 0.15～0.30、Nb 0.02～0.05、Ca0.0010～0.0080、N 0.0070～0.03、Ti 0.01～0.022、S≤0.0060，卷取温度为540±20℃。该钢的化学成分(重量％)为C 0.03～0.05、Mn 0.60～0.8、Si 0.18～0.40、Cr 0.65～0.75、Cu 0.20～0.30、Ni 0.10～0.20、Mo0.15～0.25、Nb 0.03～0.05、Ca 0.0020～0.0050、N 0.0080～0.02、Ti 0.010～0.020、1×10-5≤≤3.5×10-5。附图说明图1为本专利技术钢中Ti、N浓度关系。图2为氮含量对本专利技术试验钢强度的影响。下面对本专利技术做进一步详细叙述。本专利技术的技术关键在于采用氮合金化技术，降碳增氮，充分利用其对钢的耐磨蚀性的有利作用，同时降低钢中的碳，以改善焊接性能。另外，将该成分与控轧控冷工艺相结合，以形成针状铁素体，保证设计钢的高韧性、良好的焊接性和高耐磨蚀性的良好结合，得到强度相当于X60级含氮浆体输送管线用钢。自从氮提高钢的耐腐蚀性的有效作用被认识以来，氮在不锈钢，甚至其它钢中获得了越来越广泛的应用，这改变了传统冶金学上把氮作为有害元素的看法。实际上，除了提高耐腐蚀性以外，氮还由于其强烈的加工硬化作用，而有利于钢的耐冲击磨损性。由于固溶氮有钉扎位错的强烈作用，不可否认，它对韧性的不良影响。但应当考虑，适当氮和钢中钛结合，可以细化均热过程中奥氏体晶粒，从而对韧性、特别是焊接热影响区的韧性有利。由于氮和碳在稳定和形成奥氏体方面有类似作用，钢中在加入氮的同时，可以降低碳含量，从而降低碳当量，进一步提高焊接性。下面对本专利技术中各个合金元素的作用进行介绍C:0.02～0.05(重量％，以下同)，固溶强化的主要元素，但其含量如太高，将降低韧性和焊接性能，其含量控制0.02～0.05。使碳当量降低，Ceq＜0.380，而冷裂纹指数Pcm＜0.160，以保证良好的焊接性。Mn:0.50～1.0，固溶强化的重要元素，而且一定含量的Mn有助于贝氏体的获得。但其含量必须控制，否则提高碳当量，影响焊接性能。Si:0.15～0.45，在钢中有一定的脱氧作用，同时有限量的Si和Ca复合可以将Al2O3变性为CaO.Al2O3.SiO2，有利于针状铁素体的形成，对提高钢的强韧性有利。Cr:0.50～0.80，一方面起固溶强化作用，另一方面可以提高钢的耐腐蚀性能，当如含量太高，将提高碳当量，降低焊接性能，Cu:0.15～0.40，一方面起固溶强化作用，另一方面可以提高钢的耐腐蚀性能。但如其含量太高，将提高碳当量，影响焊接性能。并会降低热加工性能。Ni:0.10～0.25，一方面起固溶强化作用，另一方面可以提高钢的耐腐蚀性能，同时大约50％Cu含量的Ni可以减少甚至消除C引起的热脆。但如其含量太高，将提高碳当量，降低焊接性能。Mo:0.15～0.30，最重要的作用是影响钢的相变特性，有助于低温卷曲时针状铁素体的形成。另外，它会提高耐腐蚀性能。当如其含量太高，将提高碳当量，降低焊接性能。Nb:0.02～0.05，微合金元素，在控轧过程可以提高再结晶温度，并且其碳氮化物的析出会细化组织，从而提高钢的强度和韧性。一般而言0.02～0.05的Nb已经足够。Ca:0.0010～0.0080，对硫化物变性，控制其形态，从而改善横向韧性。但由于其蒸气压太高，不容易加入钢液，为此其含量控制0.0010～0.0080。S≤0.0060，杂质元素，越低越好。N:0.0070～0.03，在钢中可以改善钢的耐磨蚀性(固溶氮可以提高耐腐蚀性，其产生的加工硬化效应可以提高钢的耐磨蚀性，而部分存在的Ti(C,N)的存在也有利于钢的耐磨蚀性)。同时，由于氮的加工硬化作用，由板卷制成管时的冷加工硬化效应造成的强度提高可以抵消包格申效应导致的强度的降低。此外，Ti(C,N)的存在有利于形成针状铁素体，进一步提高钢的强韧性。但含量太高的氮将会降低钢的韧性。Ti:0.01～0.022，同N结合，形成TiN可以颗粒，阻碍奥氏体晶粒长大，从而细化相变组织，提高钢的强韧性。但其含量必须控制在1×10-5≤≤3.5×10-4，以保证TiN从奥氏体中析出，而不是从钢液中析出。本专利技术的关键在于采用N合金化技术，利用N取代部分C(降低C含量)，改善钢的强韧性，形成Ti(C,N)有利于形成针状铁素体，并通过控制N和Ti含量对铁素体晶粒尺寸和形貌的影响。N和Ti含量的影响实际上反映的是钢中TiN析出相的影响。一般认为，钢中的TiN具有阻碍均热时奥氏体晶粒长大的作用，从而使相变后的铁素体晶粒细化。同时，它还是针状铁素体形核的有效核心。不过，钢中的TiN必须是从奥氏体中析出，而不是从液相中析出时，才有上述作用。这就要求，钢中浓度积小于1500℃时与液相平衡的临界值，但大于1300℃时与奥氏体平衡的临界值。它们分别由下列两方程来计算。TiN与奥氏体平衡lg=0.32-8000/T(1)TiN与液相平衡 lg=5.9-16586/T(2)T为温度，对方程(1)取1573K，对方程(2)取1773K，经推导上述方程(1)、(2)，得到1×10-5≤≤3.5×10-4。卷取温度为540±20℃，由于加入Mo使贝氏体的转变点降低，因此需要在低温进行卷取；同时保证形成针状本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高韧性、高耐磨蚀性浆体管线用钢的制造方法，是经过冶炼、锻造、热轧、冷却后卷取，其特征在于：该钢的化学成分（重量％）为：Ｃ ０．０２～０．０５、Ｍｎ ０．５０～１．０、Ｓｉ ０．１５～０．４５、Ｃｒ ０．５０～０．８０、Ｃｕ ０．１５～０．４０、Ｎｉ ０．１０～０．２５、Ｍｏ ０．１５～０．３０、Ｎｂ ０．０２～０．０５、Ｃａ ０．００１０～０．００８０、Ｎ ０．００７０～０．０３、Ｔｉ ０．０１～０．０２２、Ｓ≤０．００６０，卷取温度为：５４０±２０℃。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：江来珠，王建会，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]