一種碳鋼與奧氏體不銹鋼復合鋼板及其生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于金屬復合板生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種碳鋼與奧氏體不銹鋼復合 鋼板及其生產(chǎn)方法，適用于制造輸送具有腐蝕性石油、天然氣的鋼管。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前的石油管道的材質(zhì)一般為低碳鋼，如API B-X70、X80等鋼級，但是隨著未來腐 蝕性油氣以及海洋油氣的開發(fā)，一般碳鋼無法滿足其耐蝕性要求，如果繼續(xù)使用一般管線 鋼會帶來較大的質(zhì)量風險。采用不銹鋼與碳鋼復合板為腐蝕性油氣輸送材質(zhì)有著顯著的優(yōu) 勢，其既具有不銹鋼材料耐腐蝕性，又具有一般管線鋼材料的強度和韌性，可以大大降低管 道腐蝕開裂的風險。使用不銹鋼復合板的鋼管是以不銹鋼做內(nèi)襯（多為300系列奧氏體不 銹鋼），以碳鋼為基材，鋼管兼具不銹鋼和碳鋼的優(yōu)點，在綜合性能上（尤其是耐蝕性和強 度）大大優(yōu)于單一的不銹鋼或碳鋼，具有很好的應用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種碳鋼與奧氏體不銹鋼復合鋼板及其生產(chǎn)方法，提高石 油管道的使用安全性，對我國的管道事業(yè)發(fā)展具有重大意義。
[0004] 本發(fā)明的復合鋼板采用鋼坯對稱復合（雙坯疊軋），上下兩層為X70材質(zhì)的碳鋼， 中間兩層為316L不銹鋼，在碳鋼與不銹鋼之間不加助焊劑，在不銹鋼與不銹鋼之間加入隔 離劑；然后對鋼坯進行四邊焊接封邊，利用真空擴散泵進行抽真空處理；
[0005] 鋼坯的組坯工藝為：將冶煉好的X70和316L鋼坯分別進行開坯軋制，乳到設(shè)計的 中間尺寸；然后對鋼坯進行表面拋磨處理；再焊接封邊后抽真空；
[0006] X70+316L復合鋼板的復合界面的剪切強度達到450MPa以上，探傷滿足GB/T 8165《不銹鋼復合鋼板和鋼帶》中結(jié)合率I級的要求，即100%結(jié)合；同時保證X70管線 鋼和316L奧氏體不銹鋼的各項性能要求，即X70抗拉強度達到620MPa，-20°C沖擊功達到 250-350J，-10°C DWTT剪切面積大于85%。不銹鋼抗拉強度達到570MPa，延伸率A50. 8達 到 60%，。
[0007] 本發(fā)明的鋼板成分：基材X70滿足API5L《美國石油管線鋼規(guī)范》要求，本發(fā)明重量 百分含量為：C :0· 03 ~0· 07%，Si :0· 01 ~0· 40%，Mn :1. 00 ~L 65%，P :彡 0· 015%，S : 彡 0· 003%，Alt :0· 01 ~0· 06%，N :彡 0· 006%，H :彡 0· 0002%，余量為 Fe 和不可避免雜 質(zhì)元素，金相組織由針狀鐵素體組織組成。還可添加 Nb、V、Ti微合金及微量添加 Cu、Ni、Cr 等合金進行強化，Nb+V+Ti 彡 0· 15% ;Cu :0· 00 ~0· 30%、Ni :0· 00 ~0· 20%、Cr :0· 00 ~ 0. 30%中選擇的1~3種，金相組織由針狀鐵素體組成。復層316L成分滿足ASTM A240M-05 標準《用于壓力容器和一般用途的鉻和鉻鎳不銹鋼板、薄板和帶鋼的標準規(guī)范》要求，重量 百分含量為C彡0. 03%，Mn彡2. 0%，Si彡0. 75%，此外還含有Cr, Ni, Mo等增加 耐腐蝕 性合金元素。
[0008] 所述的隔離劑為兩塊不銹鋼之間刷涂成分為MgO的隔離劑，組坯焊接封邊后，真 空度達到1〇_4~10 _3Pa。
[0009] 本發(fā)明鋼板生產(chǎn)工藝及控制的技術(shù)參數(shù)為：
[0010] 除保證復合界面結(jié)合強度和探傷性能外，其軋制及水冷工藝的設(shè)計需要同時保證 316L不銹鋼以及X70管線鋼各自的性能要求，工藝參數(shù)控制點需要通過大量的實驗才能獲 得。其軋制及水冷工藝特點為：
[0011] ⑴將冶煉好的X70和316L鋼坯分別進行開坯軋制，軋到設(shè)計的中間尺寸；然后 對鋼坯進行表面拋磨處理（去除氧化層，露出新鮮金屬）后進行復合組坯，鋼坯為對稱復 合，上下兩層為X70材質(zhì)的碳鋼，中間兩層為316L不銹鋼，在碳鋼與不銹鋼之間不添加助焊 劑，在不銹鋼與不銹鋼之間加入隔離劑，圖1為組坯示意圖。然后對鋼坯進行四邊焊接封 邊，利用真空擴散泵進行抽真空處理，真空度達到1〇_ 4~10 _3Pa。
[0012] (2)加熱溫度控制在1170-1250 °C，一階段直軋開軋溫度控制在1100~1200 °C，單 道次壓下率在10~25%，終軋溫度控制在980~1060°C，乳后待溫入水。
[0013] (3)入水溫度控制在800~930°C，冷速10~25°C /S，終冷溫度400~650°C。
[0014] 本發(fā)明的X70+316L復合鋼板：其復合界面的剪切強度在可達到450MPa以上，探傷 可滿足GB/T 8165《不銹鋼復合鋼板和鋼帶》中結(jié)合率I級的要求，即100%結(jié)合。同時保 證X70管線鋼和316L奧氏體不銹鋼的各項性能要求，即X70抗拉強度達到620MPa，-20°C沖 擊功達到250-350J，-10°C DWTT剪切面積大于85% ;不銹鋼抗拉強度達到570MPa，延伸率 A50. 8在60%以上。
[0015] 本
【發(fā)明內(nèi)容】
的構(gòu)成要點立足于以下認識：復合接觸表面的氧化層清理效果對于鋼 板的復合效果影響有很大的影響，為滿足鋼板間復合的要求，真空度需要達到1〇_ 4~KT3Pa 的要求。軋制過程中相關(guān)工藝的設(shè)計需要兼顧鋼板的復合效果（即復合界面的剪切強度） 及不銹鋼（316L)和碳鋼（X70)各層本身的各項性能，因此需要獨特的軋制及水冷工藝來加 以實現(xiàn)。
[0016] 本發(fā)明的優(yōu)點在于，所述的X70+316L復合鋼板，其復合效果良好，界面的剪 切強度在450MPa以上，探傷滿足GB/T 8165《不銹鋼復合鋼板和鋼帶》中結(jié)合率I級 的要求。復合各層具有較高的力學性能，X70抗拉強度達到620MPa，-20°C沖擊功達到 250-350J，-10°C DWTT剪切面積大于85%;316L不銹鋼抗拉強度達到570MPa，延伸率A50. 8 達到60%。復合鋼板具有非常優(yōu)良的強韌性性能，同時不銹鋼層具有良好的抗晶間腐蝕及 抗氫致開裂能力，使得原油輸送管的使用安全性得到提高。
【附圖說明】
[0017] 圖1為鋼坯組坯示意圖。
[0018] 圖2為本發(fā)明的一種金相組織。
[0019] 圖3為本發(fā)明的另一種金相組織。
【具體實施方式】 [0020] 實施例1
[0021]本實驗鋼種基材乂70化學成分(：：0.06%，3丨：0.02%，]\111 :1.55%，？：0.005%， S :0· 002 %，Alt :0· 03 %，N :0· 005 %，H :0· 0001 %，此外 Ni :0· 10 %，Cr :0· 15 %，Nb : 0. 02%，Ti:0. 015%。復層316L成分滿足ASTM A240M-05標準《用于壓力容器和一般用 途的鉻和鉻鎳不銹鋼板、薄板和帶鋼的標準規(guī)范》要求，重量百分含量為C :0. 02%，Mn : 1. 0 %，Si :0· 4%，P :0· 03 %，S :0· 01 %，Cr :16· 5 %，Ni :10 %，Mo :2 %。鋼板規(guī)格為： (20+3) X 2040 X 12000mm(厚度X寬度X長度），其中X70厚度為20mm，不銹鋼厚度為3mm。
[0022] 生產(chǎn)工藝包括鋼坯組坯、加熱、直軋、待溫水冷，具體為：
[0023] (1)將按化學成分設(shè)計冶煉好的鋼坯進行開坯軋制；碳鋼X70鋼坯厚度140mm，不 銹鋼中間鋼坯厚度20mm，利用銑床進行復合面的表面清理，碳鋼與不銹鋼界面不加助焊劑， 不銹鋼與不銹鋼之間加入隔離劑，鋼坯然后對鋼坯進行四邊焊接封邊，利用真空擴散泵進 行抽真空處理，真空度達到2 X l(T3Pa。
[0024] (2)加熱溫度控制在1220°C，一階段直軋開軋溫度控制在1190°C，首道次壓下率 在12%，終軋溫度控制在1000°C，乳后待溫入水。
[0025] (3)入水溫度控制在900°C，冷速20°C /S，終冷溫度500°C。
[0026] 生產(chǎn)的產(chǎn)品性能見下表1。
[0027] 表1鋼板性能
[0028]
【主權(quán)項】
1. 一種碳鋼與奧氏體不銹鋼復合鋼板，其特征在于，鋼坯為對稱復合，上下兩層為X70 材質(zhì)的碳鋼，中間兩層為316L不銹鋼，在碳鋼與不銹鋼之間不加入助焊劑，在不銹鋼與不 銹鋼之間加入隔離劑，然后對鋼坯進行四邊焊接封邊，利用真空擴散泵進行抽真空處理； 鋼坯的組坯工藝為：將冶煉好的X70和316L鋼坯分別進行開坯軋制，乳到設(shè)計的中間 尺寸；然后對鋼坯進行表面拋磨處理；再焊接封邊后抽真空； X70+316L復合鋼板的復合界面的剪切強度達到450MPa以上，探傷滿足GB/T8165 《不銹鋼復合鋼板和鋼帶》中結(jié)合率I級的要求，即100 %結(jié)合；同時保證X70管線鋼 和316L奧氏體不銹鋼的各項性能要求，即X70抗拉強度達到620MPa，-20°C沖擊功達到 250-350J，-10°CDWTT剪切面積大于85%。不銹鋼抗拉強度達到570MPa，延伸率A50. 8達 到 60 % 〇
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的復合鋼板，其特征在于，碳鋼和不銹鋼之間不加助焊劑，所述 的隔離劑為在兩塊不銹鋼之間刷涂成分為MgO的隔離劑，組坯封邊后，真空度達到1(T4~ KT3Pa0
3. -種根據(jù)權(quán)利要求1所述復合鋼板的生產(chǎn)方法，其特征在于，生產(chǎn)工藝及控制的技 術(shù)參數(shù)為： (1) 將冶煉好的X70和316L鋼坯分別進行開坯軋制，乳到設(shè)計的中間尺寸；然后對鋼 坯進行表面拋磨處理，鋼坯為對稱復合，上下兩層為X70材質(zhì)的碳鋼，中間兩層為316L不銹 鋼，在碳鋼與不銹鋼之間不添加助焊劑，在不銹鋼與不銹鋼之間加入隔離劑；然后對鋼坯進 行四邊焊接封邊，利用真空擴散泵進行抽真空處理，真空度達到1〇_ 4~10_3Pa; (2) 加熱溫度控制在1170~1230°C，一階段直軋開軋溫度控制在1150~1200°C，單道 次壓下率在10~25%，終軋溫度控制在980~1060°C，乳后待溫入水； (3) 入水溫度控制在800~930°C，冷速10~25°C/S，終冷溫度400~650°C。
【專利摘要】一種碳鋼與奧氏體不銹鋼復合鋼板及其生產(chǎn)方法，屬于金屬復合板生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域。復合鋼板采用鋼坯對稱復合(雙坯疊軋)，上下兩層為X70材質(zhì)的碳鋼，中間兩層為316L不銹鋼，在碳鋼與不銹鋼之間不加助焊劑，在不銹鋼與不銹鋼之間加入隔離劑；然后對鋼坯進行四邊焊接封邊，利用真空擴散泵進行抽真空處理；鋼坯的組坯工藝為：將冶煉好的X70和316L鋼坯分別進行開坯軋制，軋到設(shè)計的中間尺寸；然后對鋼坯進行表面拋磨處理；再焊接封邊后抽真空。優(yōu)點在于，提高石油管道的使用安全性，對我國的管道事業(yè)發(fā)展具有重大意義。
【IPC分類】B32B15-01, B32B15-18, B23P15-00
【公開號】CN104760351
【申請?zhí)枴緾N201510162301
【發(fā)明人】王小勇, 李家鼎, 孫啟昆, 諶鐵強, 李少坡, 張海, 王海寶, 郝寧, 劉建明, 隋鶴龍, 馬長文, 白學軍, 楊立明
【申請人】首鋼總公司
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2015年4月7日