耐冲蚀磨损性能优良的X65管线钢板及制备方法

摘要

一种耐冲蚀磨损性能优良的X65管线钢板及制备方法，属于管线钢生产技术领域。X65管线钢板的化学成分为：C：0.06～0.09％，Si：0.10～0.35％，Mn：1.30～1.60％，P：≤0.018％，S：≤0.005％，Alt：0.01～0.06％，Nb：0.03～0.06％，Ti：0.008～0.025％，Cr：0.30～0.50％，余量为Fe和不可避免杂质元素，均为重量百分数。制备方法包括钢水冶炼、钢板轧制、冷却工序等。优点在于：本发明提供的X65管线钢板具有优良的耐磨损冲蚀性能，韧性和可焊性良好，可广泛用于煤浆、矿浆和油砂等管道工程建设中。

说明书

技术领域

本发明属于管线钢生产技术领域，特别是涉及一种耐冲蚀磨损性能优良的X65 管线钢板及制备方法，用于制造输送煤浆、矿浆和油砂等浆体的直缝埋弧焊钢管。

背景技术

常见的X65、X70、X80级石油天然气输送用管线钢的应用在我国已达到比较成熟 的阶段。但管道运输的优势不仅体现在石油天然气等气体和液体运输过程中。目前， 全世界已建成浆体长距离运输管道上百条，运输的物料有煤矿、铁精矿、铜精矿、磷 精矿、石灰石、铝土矿等几十种，其中管道输送浆体无论从环保还是经济性考虑都有 着独特的优势。

输送煤浆、矿浆和油砂等浆体的新型耐磨管线钢要求具有高强韧性、低屈强比和 较强的耐磨性，来抵抗一定程度的物料磨损，以适应浆体输送对材料的要求。新型耐 磨管线钢的钢级一般为X65钢级，其技术难点为其耐冲蚀磨损性要求明显高于普通X65 管线钢及其它同类产品。一般对钢板的耐磨性能要求如下：

在规定位置、方向取一组三个试样，按照GB 10124-88、NACE TM 01-71及SY/T 5273-2000规定的试验方法在20±2℃、12Mpa压力下进行加速冲蚀磨损试验，磨损介质 为50％水+50％石英砂(重量比)，石英砂粒径为40～70目，试样转速2m/s(线速度)。 一般要求所有试样72小时冲蚀磨损试验后的失厚率均不能超过0.85mm/a，失重率不能 超过0.70％。失厚率和失重率应按公式(1)、(2)计算：

            

            

其中W₁为试验前试样重量(g)，W₂为试验后试样重量(g)，S为试样表面积(cm2)， t为试验时间(h)。

从目前X65管线钢的报导来看，普通的X65管线钢很难满足失厚率和失重率的要 求，需要重新设计合金成分、生产工艺和显微组织。而从已报导的耐磨管线钢的专利 来看，“用热轧卷板制造耐磨钢管的方法”CN101602079B专利的C含量偏高，导致韧 性较差。“一种耐磨损的浆体输送管线用钢及其生产方法”CN102586690A专利的Cu、 V等合金含量偏高，导致成本较高，而且该专利为热轧卷板，用于制造ERW钢管；“高 韧性、高耐磨蚀性浆体管线用钢的制造方法”CN1084798C专利C较低0.02-0.05％， Mn较低0.5-0.8％，但添加了较多的Mo、Cr、Cu等合金，制造成本大大增加；“一种 经济型耐磨钢管及其制造方法”CN102747290A专利C含量较高0.42-0.60％，导致可 焊接和韧性较差。因此，要想在国内大规模应用输送煤浆、矿浆和油砂等的X65管线 钢板，并且具备良好的强韧性和可焊性，需要尽快开发出具备耐冲蚀磨损性能的X65 管线钢板及其制备方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐冲蚀磨损性能优良的X65管线钢板及制备方法，钢 板用于制造直缝埋弧焊管，产品耐冲蚀磨损性能优良，且韧性优良、可焊性好，经济 成本低，适用于输送煤浆、矿浆和油砂等浆体的管道工程建设。

实现上述目的的措施为：

一种耐冲蚀磨损性能优良的X65管线钢板的化学成分为：C：0.06～0.09％，Si： 0.10～0.35％，Mn：1.30～1.60％，P：≤0.018％，S：≤0.005％，Alt：0.01～0.06％， Nb：0.03～0.06％，Ti：0.008～0.025％，Cr：0.30～0.50％，余量为Fe和不可避免杂 质元素，均为重量百分数。

本发明的X65管线钢板可以取消Cr，用Mo：0.15～0.30％取代Cr：0.30～0.50％。

本发明的的X65管线钢板还可以在上述的化学成分中再加Ni：0.00～0.30％。

生产耐冲蚀磨损性能优良的X65管线钢板的制备方法包括钢水冶炼、钢板轧制、 冷却工序等，其特征在于，在工艺中控制如下技术参数：

(1)钢板分两阶段轧制，第一阶段开轧温度1050～1130℃，终轧温度960～1019℃， 第二阶段开轧温度800～880℃，终轧温度Ar3-(10～30)℃范围；

(2)钢板冷却工序：钢板轧制后进行加速冷却，终冷温度控制在300～490℃，冷 却速度控制在20～40℃/s。

采用上述化学成分设计，通过两阶段控轧控冷技术，获得多相显微组织控制，所 述耐冲蚀磨损性能优良的X65管线钢板由少量变形铁素体、贝氏体、残余奥氏体中的 一种或多种构成；贝氏体所占比例为50～70％。

本发明制备出的耐冲蚀磨损性能优良的X65管线钢板，其力学性能为：

-20℃横向全尺寸10×10×55mm V型缺口试样，夏比冲击功≥320J；

-20℃横向落锤剪切面积≥85％；屈强比R_t0.5/R_m≤0.88；

布氏硬度HBW达到190～250；

耐冲蚀磨损试验的失厚率≤0.70mm/a，失重率≤0.60％。

本发明内容的构成要点立足于以下认识：

C元素对提高X65级别管线钢的强度是有效的，同时可提高钢板的硬度值，对耐 磨性也有益处。本发明进行了大量试验，通过对比不同的C含量X65管线钢的耐磨性 能，发现：当C含量大于0.06％时，其耐磨性能明显高于C含量小于0.06％时，见附 图1所示。同时考虑到X65管线钢的可焊性，碳含量至少要控制在0.10％以下，因此， 本发明中C含量控制在0.06～0.09％范围内。

Cr元素对提高X65级别管线钢的强度是有效的，并可显著降低材料的屈强比。较 高的Cr含量对提高材料的强度和硬度有利，获得贝氏体组织，对提高耐磨性有利。本 发明进行了大量试验，通过对比不同的Cr含量，发现：当Cr含量大于0.30％时，其 耐磨性明显高于Cr含量小于0.30％时，见附图2所示。因此，本发明中Cr含量控制 在0.30～0.50％范围内。

Mo元素在钢种主要起到固溶及相变强化作用，提高钢的强度和硬度，获得贝氏体 组织，对提高耐磨性有利。本发明进行了大量试验，通过对比不同的Mo含量，发现： 当Mo含量大于0.15％时，其耐磨性明显高于Mo含量小于0.15％时，见附图3所示。 同时，考虑到成本因素，Mo含量不能太高。因此，本发明中Mo含量控制在0.15～0.30％ 范围内。

Ni元素在钢种起到固溶强化的作用，可提高钢的强度和韧性，但会造成成本的增 加。因此，在本发明化学成分中还可含有Ni：0.00～0.30％。

本发明采用该生产工艺的依据是：

控轧第一阶段通过控制较低的终轧温度，使奥氏体再结晶晶粒充分细化；控轧第 二阶段采用低温控轧工艺，控制终轧温度在Ar3-(10～30)℃范围，形成少量的变形 铁素体，以及充分利用低温控轧效果，在硬化的奥氏体内部积累位错，为后续相变提 供更多的形核点，最终通过轧后加速冷却，控制较低的终冷温度和较高的冷却速度， 得到贝氏体组织，及少量残余奥氏体，贝氏体所占比例为50～70％。本发明进行了大 量试验，通过对比不同的终冷温度，发现：当终冷温度太高时，贝氏体含量较少，其 耐磨性较差。因此本发明中终冷温度控制在300～490℃范围内。本发明对比了不同贝 氏体比例的显微组织，发现：当贝氏体所占比例少于50％时，由于贝氏体含量较少， 硬度值低，其耐磨性较差，达不到标准要求。当贝氏体所占比例大于70％时，由于贝 氏体含量太高，强度和硬度偏高，低温韧性较差。因此本发明中贝氏体所占比例控制 在50～70％范围内。

综上所述，通过控制钢板化学成分、控轧控冷工艺，以及钢板的组织形态，使钢 板的强韧性能和耐冲蚀磨损性能达到一个较好的匹配。本发明所述的X65管线钢板的 力学性能达到以下水平：

(1)屈服Rt0.5：450～600MPa，抗拉Rm：535～760MPa，屈强比R_t0.5/R_m≤0.88；

(2)横向-20℃全尺寸10×10×55mm V型缺口试样，夏比冲击功≥320J；横向-20℃ 落锤剪切面积≥85％；

(3)布氏硬度HBW达到190～250；

(4)耐冲蚀磨损试验的失厚率≤0.70mm/a，失重率≤0.60％。

本发明的优点在于：本发明提供的X65管线钢板具有优良的耐磨损冲蚀性能，韧 性和可焊性良好，可广泛用于煤浆、矿浆和油砂等管道工程建设中。

附图说明

图1为不同C含量对耐冲蚀磨损性能的影响。

图2为不同Cr含量对耐冲蚀磨损性能的影响。

图3为不同Mo含量对耐冲蚀磨损性能的影响。

图4本发明中X65管线钢板的金相组织照片。

具体实施方式

根据本发明耐冲蚀磨损性能优良的X65管线钢板及其制备方法，在100吨转炉 上冶炼，在4300mm生产线上进行控轧控冷。下面通过实施例对本发明作进一步的 描述。实施例中钢板化学成分见表1，工艺制度见表2，力学性能见表3：

实施例化学成分

表1.本发明X65管线钢板实施例化学成分(wt％)

            

实施例工艺制度

表2.本发明X65管线钢板实施例工艺制度

            

实施例力学性能

本发明生产的X65管线钢板的金相组织为少量变形铁素体，以及50-70％的贝氏 体组织形态，参照附图4金相组织照片。实施例力学性能如下表3所示。

表3.本发明X65管线钢板实施例力学性能

                   

本发明通过采用特殊的合金配方，控制C、Cr、Mo等元素含量，使得材料本身为 良好的耐冲蚀磨损性能奠定了基础，同时利用优化的控轧控冷工艺，实现低温控轧和 低温贝氏体相变，提高X65管线钢的韧性和耐磨性，获得的X65管线钢具有优良的耐 冲蚀磨损性能，可广泛用于煤浆、矿浆和油砂等管道工程建设中。