專利名稱：一種提高管線鋼低溫沖擊韌性的熱處理工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高級(jí)別管線鋼的熱處理工藝，特別是一種高強(qiáng)度X120管線鋼的熱處理工藝，具體地說是一種提高管線鋼低溫沖擊韌性的熱處理工藝。
背景技術(shù)：
石油、天然氣是人類社會(huì)賴以生存的重要能源，是經(jīng)濟(jì)社會(huì)賴以發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)之一。目前，已探明的油氣主要集中在深海和環(huán)境條件惡劣的偏遠(yuǎn)山區(qū)，而油氣的需求市場(chǎng)集中在城市。油氣管線作為連接這兩個(gè)地區(qū)的橋梁，已經(jīng)成為了油氣輸送最為經(jīng)濟(jì)而有效的工具。令人關(guān)注的公共安全和環(huán)境問題、以及管線制造和安裝成本等因素使管線設(shè)計(jì)采用更高的強(qiáng)度、良好的止裂性能、抗氫致裂紋能力、良好的焊接和成形性能等。目前，X80管線鋼已經(jīng)在中國(guó)的西氣東輸復(fù)線工程上得到大量的應(yīng)用。X120管線鋼的應(yīng)用具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益，可分別使長(zhǎng)距離油氣管線成本節(jié)約5% 1 和5% 18%，主要體現(xiàn)在材料節(jié)約、提高輸送壓力、減小施工量、降低維護(hù)費(fèi)用、優(yōu)化整體方案等方面。在機(jī)器制造業(yè)中，廣泛采用低、中碳碳鋼或低、中碳低合金鋼等結(jié)構(gòu)鋼。結(jié)構(gòu)鋼傳統(tǒng)的熱處理工藝是調(diào)質(zhì)，即完全淬火加高溫回火。淬火所得組織為馬氏體，高溫回火后為回火索氏體。此種顯微組織提供了強(qiáng)度和韌性的良好配合。對(duì)亞共析結(jié)構(gòu)鋼采用完全淬火的理由是避免出現(xiàn)未溶鐵素體而使鋼的性能變壞。但近年來，隨著強(qiáng)韌化工藝的發(fā)展，人們?cè)谏a(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，對(duì)亞共析鋼采用不完全淬火有助于在不降低材料強(qiáng)度的同時(shí)提高其韌性。所謂亞溫淬火，亦即亞共析鋼的不完全淬火，或稱臨界區(qū)淬火、兩相區(qū)加熱淬火，是將鋼加熱至奧氏體和鐵素體兩相區(qū)進(jìn)行淬火。亞溫淬火及隨后回火是一種使鋼強(qiáng)韌匹配較好的工藝。此工藝對(duì)鋼的原始組織有一定要求，一般在亞溫淬火前均需進(jìn)行一次完全淬火或調(diào)質(zhì)處理。具有馬氏體、貝氏體等非平衡原始組織鋼，經(jīng)亞溫淬火后的強(qiáng)度、塑性和韌性均優(yōu)于原始組織為正火態(tài)的鋼。馬氏體、上貝氏體和下貝氏體的性能基本接近，即非平衡組織作為亞溫淬火的原始組織均可獲得良好的強(qiáng)韌性。亞溫淬火的強(qiáng)韌化效應(yīng)是與兩相的相對(duì)量和形態(tài)有關(guān)，其中強(qiáng)度主要取決于馬氏體的相對(duì)量、形態(tài)以及“強(qiáng)化了的”鐵素體的強(qiáng)化程度，而韌性和塑性主要取決于鐵素體的形態(tài)和分布。亞溫淬火能明顯抑制鋼的回火脆性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種提高管線鋼低溫沖擊韌性的熱處理工藝，該工藝在較小程度降低管線鋼強(qiáng)度的同時(shí)大幅提高其低溫沖擊韌性，使管線鋼同時(shí)具有高強(qiáng)度和優(yōu)良的低溫沖擊韌性。本發(fā)明的目的是通過以下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的
一種提高管線鋼低溫沖擊韌性的熱處理工藝，其特征在于該熱處理工藝包括以下工
序1)將管線鋼鋼板加熱到930 950°C，保溫0.5-1. 5h后淬火；
2)將淬火后的鋼板再次加熱到Ae3溫度以下2(T40°C，保溫0.5-1. 5h后淬火；
3)將兩次淬火后的鋼板加熱到40(T45(TC，保溫4(T80min后出爐空冷，得到優(yōu)良低溫沖擊韌性的管線鋼。本發(fā)明步驟1)中，可以將管線鋼鋼板加熱到940°C，保溫Ih后淬火。所述管線鋼為高強(qiáng)韌X120管線鋼鋼板，其化學(xué)成分質(zhì)量比為C 0.03、. 06， Si 0. 2 0. 4，Mn Γ . 8，Ρ<0· 005，S<0. 001，Ν<0· 006，Nb 0. 03 0· 08，B 0. 00Γ0. 0015，Ni 0. 3 0. 6，Cr 0. Γ0. 4，Cu 0. Γ0. 4，Mo 0. ΓΟ. 5，余量為 Fe 和微量雜質(zhì)。本發(fā)明特別適用于高強(qiáng)韌Χ120管線鋼鋼板中，所述高強(qiáng)韌Χ120管線鋼鋼板由控軋控冷工藝獲得。所述高強(qiáng)韌Χ120管線鋼鋼板的板厚為12. 7mm。本發(fā)明可以有效解決X120管線鋼強(qiáng)度高沖擊韌性低的矛盾，在較小程度降低 X120管線鋼的強(qiáng)度的同時(shí)，能大幅提高其低溫沖擊韌性(_30°C)，優(yōu)化了 X120管線鋼的力學(xué)性能，使其完全滿足現(xiàn)在石油天然氣管道工程的性能需求。本發(fā)明的效果如下
1)本發(fā)明可顯著的細(xì)化晶粒。經(jīng)預(yù)先淬火后，得到的非平衡組織貝氏體，具有
高位錯(cuò)密度，在兩相區(qū)加熱時(shí)，非平衡組織中的部分位錯(cuò)保留了下來，這些位錯(cuò)能增大奧氏體的形核率，奧氏體的起始晶粒被細(xì)化；由于組織中存在塑性未溶鐵素體，阻礙奧氏體晶界遷移，抑制其長(zhǎng)大；同時(shí)由于兩相區(qū)淬火加熱溫度較低，不利于原子擴(kuò)散，晶界遷移速度較小。最終導(dǎo)致奧氏體晶粒明顯被細(xì)化。2)本發(fā)明的熱處理工藝是在兩相區(qū)淬火，所以加熱保溫后組織內(nèi)會(huì)存在一部分未溶鐵素體，淬火后，這部分未溶鐵素體保留了下來，并與非平衡相貝氏體相間分布。由于鐵素體屬于塑性相，所以能提高鋼的低溫沖擊韌性(_30°C)。3)本發(fā)明兩次淬火后，在40(T450°C回火后，在較小程度降低X120管線鋼的強(qiáng)度的同時(shí)能大幅提高其低溫沖擊韌性。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例1得到的組織圖。圖2是本發(fā)明實(shí)施例2得到的組織圖。圖3是本發(fā)明實(shí)施例3得到的組織圖。
具體實(shí)施例方式下面是本發(fā)明的具體實(shí)施例
以下是三種本發(fā)明所述的X120管線鋼的熱處理工藝，采用12. 7mm的X120管線鋼鋼板。將鋼板放入箱式電阻爐中進(jìn)行加熱到940°C保溫Ih淬火，然后再分別加熱到 820^8600C，保溫Ih淬火，最后再分別加熱到40(T450°C，保溫4(T80min，出爐空冷。具體工藝見表1，圖1是本發(fā)明實(shí)施例1得到的組織圖。圖2是本發(fā)明實(shí)施例2得到的組織圖。圖 3是本發(fā)明實(shí)施例3得到的組織圖。將熱處理后的X120管線鋼鋼板進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，并與原始鋼板(軋態(tài))的力學(xué)性能進(jìn)行比較，可以看出熱處理后的鋼板的各項(xiàng)性能完全滿足指標(biāo)要求，具體參數(shù)見表2(注上述檢測(cè)均為鋼板的橫向的性能)。
表1實(shí)施例的熱處理工序
權(quán)利要求
1.一種提高管線鋼低溫沖擊韌性的熱處理工藝，其特征在于該熱處理工藝包括以下工序?qū)⒐芫€鋼鋼板加熱到930 950°C，保溫0. 5-1. 5h后淬火； 將淬火后的鋼板再次加熱到Ae3溫度以下2(T40°C，保溫0. 5-1. 5h后淬火； 將兩次淬火后的鋼板加熱到40(T45(TC，保溫4(T80min后出爐空冷，得到優(yōu)良低溫沖擊韌性的管線鋼。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高管線鋼低溫沖擊韌性的熱處理工藝，其特征在于步驟 1)中，將管線鋼鋼板加熱到940°C，保溫Ih后淬火。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高管線鋼低溫沖擊韌性的熱處理工藝，其特征在于所述管線鋼為高強(qiáng)韌X120管線鋼鋼板，其化學(xué)成分質(zhì)量比為C 0.03、.06，Si 0. 2 0. 4， Mn Γ . 8，Ρ<0· 005，S<0. 001，Ν<0· 006，Nb 0. 03 0· 08，B 0. 00Γ0. 0015，Ni 0. 3 0· 6，Cr 0. Γο. 4，Cu 0. Γο. 4，Mo 0. Γ0. 5，余量為 Fe 和微量雜質(zhì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的提高管線鋼低溫沖擊韌性的熱處理工藝，其特征在于所述高強(qiáng)韌Χ120管線鋼鋼板由控軋控冷工藝獲得。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的提高管線鋼低溫沖擊韌性的熱處理工藝，其特征在于所述高強(qiáng)韌Χ120管線鋼鋼板的板厚為12. 7mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種提高管線鋼低溫沖擊韌性的熱處理工藝，包括以下工序首先將管線鋼鋼板加熱到940℃保溫1h后淬火；其次將淬火后的鋼板再次加熱到Ac3溫度以下20~40℃，保溫1h后淬火；最后將兩次淬火后的鋼板加熱到400~450℃保溫40~80min后出爐空冷，得到優(yōu)良的低溫沖擊韌性的管線鋼。本發(fā)明在較小程度降低管線鋼強(qiáng)度的同時(shí)，能大幅提高其低溫沖擊韌性，優(yōu)化了管線鋼的力學(xué)性能，使其完全滿足現(xiàn)在石油天然氣管道工程的性能需求。本發(fā)明特別適用于高強(qiáng)韌X120管線鋼鋼板中。
文檔編號(hào)C22C38/58GK102230065SQ20111015017
公開日2011年11月2日 申請(qǐng)日期2011年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月7日
發(fā)明者唐荻, 姜金星, 武會(huì)賓, 趙晉斌, 鄭宏偉, 霍松波, 顧鑫 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué), 南京鋼鐵股份有限公司