一種X80高耐磨損性熱煨彎管用熱軋平板及其生產方法與流程

2023-05-17 08:20:01 1

本發明屬於低碳微合金鋼領域，尤其涉及製造高壓、大口徑石油天然氣輸送管道熱煨彎管用鋼及其熱軋平板的生產方法。

背景技術：

彎管是管道上重要的管件產品之一，其在管線上主要起兩方面作用，一是根據需要改變管線的方向；另一個是結構力學作用——可以緩衝管線所在地域的地層遷移，地震及外界環境溫度變化等附在直管上的拉、壓應力和扭矩作用。長期以來，用於長輸管道小曲率半徑的彎管大都採用熱煨彎管，其主要的失效方式為長期磨損造成的壁厚減薄，隨著輸送壓力的不斷提高，這種磨損現象更加突出。

我國彎管制造採用GB/T12459-1990、SY/T5257-91。現在生產的X80級彎管通常是採用X80級管線鋼管做母管，經熱煨加工後製成，由於母管是控軋鋼設計，經熱處理後，其強度和硬度大幅度降低。此外，由於碳含量較低，硬度不高，其耐磨損性能差，另外其它合金元素較多，其生產成本相對也較高。

《一種高強度彎管及其生產方法》(JP 2002129288)公開的API X80～100鋼管，其化學成分包含：C≤0.03％、Si≤0.3％、Mn：0.8％～2.5％、P≤0.015％、S≤0.005％、Nb：0.01％～0.05％、Ti：0.005％～0.030％、Al≤0.05％、N：0.001％～0.06％，以及其它任意金屬Ni： 0.01％～1.0％、Cu：0.1％～1.2％、Cr：0.1％～1.0％、V：0.01％～0.10％、Ca：0.001％～0.005％、Mg：0.0001％～0.002％，其餘為鐵。原料鋼管在800～1000℃熱軋，彎曲然後淬火，得到最終彎管產品。該發明由於碳含量較低，其它合金元素較多，生產成本較高，硬度不高，耐磨損性差。

技術實現要素：

本發明的目的在於克服上述問題和不足而提供一種X80級高耐磨損性熱煨彎管用熱軋平板及其生產方法，通過調整熱煨彎管用鋼的化學成分，使之適合熱處理的需要，在降低成本的同時，取得較好的強化、耐磨損效果。

本發明的目的是這樣實現的：

一種X80高耐磨損性熱煨彎管用熱軋平板，該鋼板的成分按重量百分比計如下：C：0.16％～0.23％、Si：0.25％～0.45％、Mn：1.30％～1.65％、Ti：0.008％～0.025％、Al：0.015％～0.06％、P≤0.020％、S≤0.004％、B：0.0005％～0.0010％餘量為鐵和不可避免的雜質。

所述熱軋平板的微觀組織為貝氏體為主的複合組織，貝氏體體積百分比不低於90％。

本發明X80級高耐磨損性熱煨彎管用鋼的成分設計理由如下：

C:隨著碳含量增加，鋼的強度增加，配合合理的冷速後，硬度明顯提高。由於合金元素含量少，高溫成型性能良好。本發明X80級高耐磨損性熱煨彎管鋼的碳含量應在0.16％～0.23％為宜。

Si：是穩定鐵素體組織的元素，還能抑制碳化物的形成，該元素 在TRIP鋼和DP鋼中起重要作用，但對API鋼而言並非如此。在API鋼中，如果提高Si含量，會因形成珠光體而對轉變性能和韌性產生不利影響。所以本發明將Si的成分含量限定在0.25％～0.45％。

Mn:有固溶強化作用,還可降低γ-α相變溫度,進而細化鐵素體晶粒，能同時提高鋼的強度和韌性，增加Mn含量可細化晶粒，但若超過1.65％，則出現中心偏析，對鑄造性能和衝擊韌性產生不利影響；若低於1.30％，則達不到提高強度的目的。

Ti：添加微量Ti後,鋼的脆化溫度區消失。這是因為在奧氏體高溫區,TiN比Nb(N,C)更易生成,所以N被TiN固定在奧氏體高溫區,有效地阻止了高溫區晶粒的粗化傾向，因此本發明中Ti：0.008％～0.025％。

B:能夠降低相變溫度、抑制塊狀鐵素體的形成、促進貝氏體的轉變，這種合金體系的鋼具有含高密度位錯的細小貝氏體組織，強度高，衝擊韌性好；在X80級高耐磨損性熱煨彎管用鋼中,B含量控制在0.0005％～0.0010％。

本發明將鋼中的雜質元素控制在P≤0.020％，S≤0.004％，在生產可能的情況下，越低越好。

一種X80高耐磨損性熱煨彎管用熱軋平板的生產方法，包括冶煉、爐外精煉、連鑄、軋制、冷卻。

軋制採用控軋控冷工藝，板坯的加熱溫度為1200～1280℃，粗軋溫度為1080～1200℃，精軋溫度為880～1050℃，軋後控制冷卻速度為25～40℃/s，終冷溫度為300～375℃，之後空冷。

板坯加熱溫度：板坯加熱主要目的是合金元素固溶及奧氏體化，為後面的軋制變形做準備，加熱溫度過高，易造成奧氏體晶粒的長大，會影響到鋼材的韌性；加熱溫度過低，合金元素不能充分固溶，達不到合金強化的效果，另外軋制抗力也大。因此選擇的加熱溫度為1200～1280℃。

粗軋溫度：粗軋階段是再結晶軋制階段，是在再結晶溫度以上讓奧氏體充分細化，發生再結晶，若溫度過低，易造成混晶，本發明將粗軋溫度區間設為1080～1200℃。

精軋溫度：精軋階段是未再結晶區軋制階段，奧氏體沿軋制方向拉長、壓扁，晶內產生變形帶，這種加工硬化的奧氏體易促進鐵素體的形核。溫度高，易發生混晶，溫度低，進入兩相區，有先析鐵素體出現，對強韌性不利，所以將精軋溫度區間設為880～1050℃。這種寬達170℃的精軋溫度區間為單張軋制的管線鋼熱軋平板完成精軋區間的位錯積累和隨後的晶粒細化任務創造了可能，也適合於管線鋼熱軋平板精軋期間溫降較大的特點。

軋後控冷速度：將軋後控制冷卻速度設為25～40℃/s，可獲得以貝氏體為主的複合組織，具有良好的強韌性。

終冷溫度：終冷溫度是控制組織轉變產物的區間，溫度高，易出現珠光體，造成強度不足，溫度低MA相的數量增加，造成韌性下降，因此將終冷溫度區間選擇為300～375℃。

本發明有益效果在於：本發明X80級高耐磨損性熱煨彎管用鋼的成分設計合理，與現有技術相比，生產成本可降低15％左右；本發 明熱軋鋼板可獲得以貝氏體為主的複合組織，貝氏體體積百分比不低於90％；具有高溫下易成型，常溫下硬度高的特點，同時，具有良好的成型穩定性能，產品屈服強度達570MPa以上，抗張達650MPa以上，軋態及熱煨彎後硬度285HV10以上，具有良好的抗磨損性能。

附圖說明

圖1為本發明實施例5的顯微組織圖。

具體實施方式

下面通過實施例對本發明作進一步的說明。

本發明實施例根據技術方案的組分配比，進行冶煉、爐外精煉、連鑄、軋制、冷卻。本發明實施例鋼的成分見表1。本發明實施例鋼的軋制工藝參數見表2。本發明實施例鋼的性能見表3。本發明實施例鋼熱煨後的性能見表4。

表1本發明實施例鋼的成分(wt％)

表2本發明實施例鋼的軋制工藝參數

表3本發明實施例鋼的性能

表4本發明實施例鋼熱煨後的性能