一種耐磨損的漿體輸送管線用鋼及其生產方法
2023-06-25 06:51:46 2
專利名稱：一種耐磨損的漿體輸送管線用鋼及其生產方法
技術領域：
本發明涉及一種具有耐衝蝕磨損性能的煤漿、礦漿等漿體輸送管線用鋼及其製造方法。
背景技術：
煤炭、礦石等資源的長距離運輸一直以來以火車、汽車、輪船等交通運輸工具為主，這些運輸方式存在中間損耗大、成本偏高、汙染環境及運輸效率低等缺點，同時這些運輸方式還受制於氣候、運力等諸多限制條件。漿體管道輸送是將顆粒狀的固體物料與液體輸送介質混合，採用泵動力在管道內進行輸送，並在目的地按用戶要求提供漿體或者脫水產品的一種輸送方式。國外早在十九世紀就開始嘗試通過管道輸送水煤漿和礦漿等，美國黑梅薩輸煤管道工程是國際上運行時間最長的一條漿體輸送管道。該工程1970年建成投產，全長440km，輸送規模為5. OMt/a, 至2005年停運止共運行了 35年之久。我國也在上世紀逐漸建成多條礦漿輸送管道。如國內首條昆鋼大紅山鐵礦礦漿管道，全長115km，採用HFW高頻電阻焊，管徑Φ 244. 5mm，鋼級API X65 ;太鋼兩條礦漿管道長 410km,管徑Φ 229. 7mm,鋼級API X60和X65。X60和X65採用低碳微合金化鋼成分設計，鋼中 C O. 04 O. 12%, Si O. 10 O. 40%, Mn I. 00 I. 70%, Nb O. 010 O. 05%, V O O. 08%, Ti O. 005 O. 030%, P ( O. 022%, S 彡 O. 005%，採用 TMCP 工藝生產。國內外雖已建成數條漿體管道，但漿體管線用鋼及鋼管大部分直接套用API 5L 標準的X系列鋼級如X52，X60，X65等，這些鋼的特點是為了滿足油氣工業特別是天然氣輸送安全對延性斷裂止裂的要求，均採用較低的碳含量，以提高鋼的韌性，因此在耐磨損性能特別是漿體對鋼管的衝蝕磨損性能上不具備優勢。據報導，美國於1984 1991年使用X52 管線鋼輸送磷礦，經使用發現管壁磨損率為230 μ m/年，後來在某些地段改為X56鋼，但其管壁磨損率仍然超過設計標準，管道的實際使用壽命大大降低。已有研究表明，衝蝕是衝擊磨損和衝擊腐蝕兩種作用的綜合結果，是疲勞磨損的派生形式，就本質上來說，是由於機械力造成的表面疲勞破壞，且液體的化學和電化學作用加速了它的破壞速度。鋼的抗衝蝕磨損性能主要決定於其金相組織和強化機制。在漿體衝蝕條件下，應用經過特殊設計的漿體管道用鋼可以比API 5L同級別的油氣管道延長使用壽命20 45%。鑑於此，研製開發一種具有良好抗衝蝕磨損性能的漿體長距離輸送管線用鋼，以提高我國漿體管線的設計和使用壽命，保證管道的安全、可靠運行，促進我國煤漿和礦漿管道運輸事業的發展，保障能源安全具有顯著的經濟和社會效益。
發明內容
本發明針對目前漿體輸送管線用鋼普遍採用的API 5L X系列存在的耐衝蝕磨損性能不能滿足漿體輸送管道用鋼要求等不足，提供一種耐衝蝕磨損性能好，且強韌性和焊接性良好，性價比較高的漿體輸送管線用鋼及生產方法。實現上述目的的措施一種耐磨損的漿體輸送管線用鋼，其化學成分按重量百分比為C O. 04 O. 16%，SiO. 15 O. 25%，Mn O. 80 I. 60%，Nb O. 020 O. 065%，Ti O. 010 O. 025%， Cu O. 05 O. 25 %，Cr O. 10 O. 30 %，P 彡 O. 022 %，S 彡 O. 004 %, CEIIff ( O. 43, CEPcm ( O. 21，其餘為鐵及不可避免的夾雜元素。一種耐磨損的漿體輸送管線用鋼，其化學成分按重量百分比為C O. 04 O. 16%, Si O. 15 O. 25%, Mn O. 80 I. 60%, Nb O. 020 O. 065%, V O. 01 O. 07%, Ti O. 010 O. 025%，Cu O. 05 O. 25%，Cr O. 10 O. 30%，P 彡 O. 022%，S 彡 O. 004%， CEIIff ( O. 43，CEPcm ( O. 21，其餘為鐵及不可避免的夾雜元素。一種耐磨損的漿體輸送管線用鋼，其化學成分按重量百分比為C O. 04 O. 16%, Si O. 15 O. 25%, Mn O. 80 I. 60%, Nb O. 020 O. 065%, Mo O. 05 O. 25%, Ti O. 010 O. 025%，Cu O. 05 O. 25%，Cr O. 10 O. 30%，P 彡 O. 022%，S 彡 O. 004%， CEIIff ( O. 43，CEPcm m ( O. 21，其餘為鐵及不可避免的夾雜元素。一種耐磨損的漿體輸送管線用鋼，其化學成分按重量百分比為C O. 04 O. 16%,SiO. 15 O. 25%,Mn O. 80 1.60%，Nb O. 020 O. 065%，V O. 01 O. 065%，Mo O. 05 O. 20%，Ti0. 010 O. 025%，Cu O. 05 O. 25%，Cr O. 10 O. 30%，P 彡 O. 022%， S^O. 004%, CEIIff ( O. 43，CEPcm ( O. 21，其餘為鐵及不可避免的夾雜元素。生產一種耐磨損的漿體輸送管線用鋼的方法，其步驟(I)進行鐵水預處理保證入爐鐵水S重量百分比含量彡O. 005% ；(2)進行爐外精煉與夾雜物變性處理，並連鑄成坯首先在LHF進行處理，處理時間為25 45分鐘，並按設計的目標成分進行合金微調；進行RH真空處理，按照700 800 克/噸鋼餵入CaSi線，控制餵線速度為250 300米/分鐘，控制真空處理時間至少為15 分鐘；3)進行控軋控冷工藝，並按照以下參數予以控制(I)鑄坯再加熱溫度控制在1180 1250°C ；(2)終軋溫度控制在730 860°C ；(3)卷取溫度控制在400 610°C ;(4)冷卻速度控制在10 30°C /秒。各化學元素在本發明中的機理及作用C :C元素是鋼的主要固溶強化元素。但含量過高，則惡化焊接和衝擊韌性。含量過低，鋼的硬度不足，耐磨損性能不佳。本發明合理選擇了鋼中的含碳量，既保證了它的固溶強化效果，使鋼通過控軋後獲得一定比例的硬相組織，同時又不惡化鋼的焊接和衝擊韌性。Si =Si主要以固溶強化形式提高鋼的強度，對提高鋼的抗疲勞性能有一定作用。Mn :Mn在該鋼中是作為主要固溶強化元素，提高鋼的強度。隨著Mn/C比的提高， 鋼的韌性提高。但由於Mn在連鑄過程中，易於在鑄坯中心產生偏析，造成熱軋成品珠光體帶的產生，惡化鋼的韌性，因此Mn的含量不宜超過I. 70%。P、S :低P、超低S含量是為了保證高的鋼質純淨度，獲得該鋼良好的衝擊韌性。Cr :在鋼中起固溶強化作用，顯著提高鋼的強度。Cr通過固溶於鐵素體基體中，提高基體的強度，同時提高鋼的耐衝蝕磨損性能。Cu及Mo :在鋼中主要起固溶及沉澱強化作用，提高鋼的強度。當該兩元素含量低於O. 30%時，沉澱強化作用不明顯。Cu及Mo在鋼中主要是彌補鋼材厚度提高時，強度的不足。Nb =Nb在鋼中主要通過提高再結晶溫度來細化晶粒，提高鋼的強度。V :V與Nb複合添加，其抑制奧氏體再結晶的效果更強。V在鋼中還能產生較強的析出強化效果，通過合適的熱軋工藝控制，可以獲得細小、均勻彌散的碳氮化物第二相粒子， 顯著提高鋼的耐衝蝕磨損性能。但當其含量高於O. 05%時會惡化衝擊韌性。Ti的加入有利於焊接時熱影響區的晶粒控制，這對改善焊接熱影響區的韌性是非常有利的。同時Ti是強氮化物形成元素，Ti的氮化物能有效地釘扎奧氏體晶界，因此有助於控制奧氏體晶粒的長大，細化晶粒。Ti的含量控制在O. 008 O. 025%範圍內。控制CEnw ( O. 43，CEpcm ( O. 21是為了保證該鋼獲得良好的焊接性能。控軋控冷工藝控制首先是控制鋼坯的再加熱過程。防止再加熱溫度過高，以免奧氏體晶粒粗化；過低，則合金元素未充分固溶。精軋階段通過在奧氏體未再結晶區軋制，獲得具有較高位錯密度的形變奧氏體，終軋時一部分奧氏體轉變成珠光體和先共析鐵素體， 同時未相變的奧氏體在隨後的冷卻和卷取過程中，轉變成貝氏體。鐵素體軟相和珠光體、貝氏體硬相的結合使該鋼獲得良好的強韌性匹配及一定的抗衝蝕磨損性能。本發明可以製成屈服強度為450MPa級的漿體輸送管線用鋼，並且其抗衝蝕磨損性能優良，強韌性好，比同級別的API 5L X65 (L450)鋼高出10%以上，可提高管道的使用壽命10%以上。而且由於採用低碳微合金化成分設計，鋼材的焊接和成型性能良好，利於制管工藝。該鋼採用控軋控冷工藝生產，生產簡便易行，鋼的組織均勻性好，軋制過程變形抗力小，對軋機損耗小，適於大規模推廣應用。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明予以進一步描述表I為本發明各實施例及對比例的化學成分及取值列表；表I中各實施例均按照以下步驟生產，各參數在其範圍內為任意取值(I)進行鐵水預處理保證入爐鐵水S重量百分比含量< O. 005% ；(2)進行爐外精煉與夾雜物變性處理，並連鑄成坯首先在LHF進行處理，處理時間為25 45分鐘，並按設計的目標成分進行合金微調；進行RH真空處理，按照700 800 克/噸鋼餵入CaSi線，控制餵線速度為250 300米/分鐘，控制真空處理時間至少為15 分鐘；3)進行控軋控冷工藝，並按照以下參數予以控制(I)鑄坯再加熱溫度控制在1180 1250°C ；(2)終軋溫度控制在730 860°C ；(3)卷取溫度控制在400 610°C ;(4)冷卻速度控制在10 30°C /秒。表2為本發明各實施例的試驗及對比例的機械性能(取樣方向與軋向成90° );表3為各實施例中耐衝蝕磨損能力與及對比例的試驗比照列表。
表I本發明各實施例及對比例化學成分)
權利要求
1.一種耐磨損的漿體輸送管線用鋼，其化學成分按重量百分比為C 0.04 O. 16%， Si O. 15 O. 25 %，Mn O. 80 I. 60 %，Nb O. 020 O. 065 %, Ti O. 010 O. 025 %, Cu O. 05 O. 25 %，Cr O. 10 O. 30 %，P 彡 O. 022 %，S 彡 O. 004 %, CEIIff ( O. 43, CEPcm ( O. 21，其餘為鐵及不可避免的夾雜元素。
2.一種耐磨損的漿體輸送管線用鋼，其化學成分按重量百分比為C 0.04 O. 16%， Si O. 15 O. 25%，Mn O. 80 I. 60%，Nb O. 020 O. 065%，V O. 01 O. 07%，Ti 0.010 O. 025%,Cu O. 05 O. 25%，Cr O. 10 O. 30%，P 彡 O. 022%，S 彡 O. 004%，CEIIW 彡 O. 43， CEPcm ( O. 21，其餘為鐵及不可避免的夾雜元素。
3.一種耐磨損的漿體輸送管線用鋼，其化學成分按重量百分比為C 0.04 O. 16%， Si O. 15 O. 25 %，Mn O. 80 I. 60 %，Nb O. 020 O. 065 %, Mo O. 05 O. 25 %，Ti O. 010 O. 025 %，CuO. 05 O. 25 %，Cr O. 10 O. 30 %，P 彡 O. 022 %，S 彡 O. 004 %， CEIIff ^ O. 43，CEPcm m < O. 21，其餘為鐵及不可避免的夾雜元素。
4.一種耐磨損的漿體輸送管線用鋼，其化學成分按重量百分比為:C O. 04 O. 16%, Si O. 15 O. 25 %，Mn O. 80 I. 60 %，Nb O. 020 O. 065 %，V O. 01 O. 065 %, Mo O. 05 O. 20%，Ti0. 010 O. 025%，Cu O. 05 O. 25%，Cr O. 10 O. 30%，P 彡 O. 022%， S^O. 004%, CEIIff ( O. 43，CEPcm ( O. 21，其餘為鐵及不可避免的夾雜元素。
5.生產權利要求I 4所述的一種耐磨損的漿體輸送管線用鋼的方法，其步驟(1)進行鐵水預處理保證入爐鐵水S重量百分比含量<O. 005% ；(2)進行爐外精煉與夾雜物變性處理，並連鑄成坯首先在LHF進行處理，處理時間為 25 45分鐘，並按設計的目標成分進行合金微調；進行RH真空處理，按照700 800克/ 噸鋼餵入CaSi線，控制餵線速度為250 300米/分鐘，控制真空處理時間至少為15分鐘；3)進行控軋控冷工藝，並按照以下參數予以控制(1)鑄坯再加熱溫度控制在1180 1250°C；(2)終軋溫度控制在730 860°C；(3)卷取溫度控制在400 610°C;(4)冷卻速度控制在10 30°C/秒。
全文摘要
本發明涉及一種具有耐衝蝕磨損性能的煤漿、礦漿等漿體輸送管線用鋼及生產方法。其化學成分按重量百分比為C0.04～0.16%，Si0.15～0.25%，Mn0.80～1.60%，Nb0.020～0.065%，Ti0.010～0.025%，Cu0.05～0.25%，Cr0.10～0.30%，P≤0.022%，S≤0.004%，CEIIW≤0.43，CEPcm≤0.21；生產步驟鐵水預處理；爐外精煉與夾雜物變性處理，並連鑄成坯；控軋控冷工藝。本發明不僅屈服強度在450MPa級，且其抗衝蝕磨損性能優良，強韌性好，比同級別的API5LX65(L450)鋼高出10%以上，管道的使用壽命可提高10%以上，且焊接和成型性能良好，鋼的組織均勻性好，軋制過程變形抗力小，對軋機損耗小。
文檔編號C21D11/00GK102586690SQ20121003819
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月20日 優先權日2012年2月20日
發明者劉佔增, 劉小國, 孔君華, 崔雷, 張鵬武, 李利巍, 杜明, 楊海林, 鄭琳, 郭斌 申請人:武漢鋼鐵(集團)公司