CN108103287A - 一种制备耐低温管线钢的热处理方法 - Google Patents

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Abstract

一种制备耐低温管线钢的热处理方法，属于管线钢制造技术领域。通过对控轧控冷得到的粒状贝氏体组织进行两次不同温度的加热淬火，使组织均匀化的同时，显著细化组织，得到具有纳米级板条尺寸的贝氏体铁素体基体，保证了极好的强韧性配合；再通过回火，消除应力的同时使铬的碳化物析出，进一步提高强度。所述制备耐低温管线钢的化学成分为：含铬量在0.5％～0.15％，其余为X80级管线钢的成分范围。优点在于，得到含有纳米尺度超细板条的贝氏体铁素体基体和均匀分布碳化物的混合组织，既确保了良好的低温韧性，又提高了强度，适用于高寒地区的管道铺设。

Description

一种制备耐低温管线钢的热处理方法
技术领域
本发明涉及管线钢制造技术，特别涉及一种制备耐低温管线钢的热处理方法。
背景技术
目前，供气量需求逐年增长，达到每年380亿立方米。相对于石油和煤炭来说，天然气是化石能源中最为清洁高效的能源。中俄东线天然气管道是中国口径最大(1422毫米)、压力最高(12兆帕)的长距离天然气输送管道。因此，需要不断提高输送压力、扩大管径，为了实现这一目标，需要使管线的强度大幅度提高，因为随着管线钢强度的提高，除了可以保证输送压力，还可以减少钢管壁厚和重量，从而大大节约钢材成本。然而，中俄东线地处高寒地区，途经常年冻土区气温低达-63℃，这对钢材的低温韧性提出了极高的要求。综上可知，对于生产中俄东线这类在高寒地区铺设的管道，需要同时提高管线钢强度和韧性。专利“一种提高管线钢低温冲击韧性的热处理工艺”(201110150172.3)报道了一种通过临界区淬火获得双相组织从而提高低温韧性的热处理方法，但是其主要针对于X120管线钢，该等级管线钢合金含量高，成本较高，目前尚未大量使用。同时，该专利只给出了-30℃时的冲击性能，而对于更低温度的冲击性能则未予报到。专利“一种调质型高低温韧性管线钢及制造方法”(201610418422.X)同样只给出了-35℃的冲击性能，并且没有给出强度性能参数。对于同时提高管线钢强度和韧性的热处理方法目前还未见报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制备耐低温管线钢的热处理方法。通过对控轧控冷得到的粒状贝氏体组织进行两次不同温度的加热淬火，使组织均匀化的同时，显著细化组织，得到具有纳米级板条尺寸的贝氏体铁素体基体，保证了极好的强韧性配合；再通过回火，消除应力的同时使铬的碳化物析出，进一步提高强度。
本发明所选用的管线钢的化学成分为：铬含量控制在0.5％～1.5％，其余为X80级管线钢的成分范围。
本发明提供的一种制备耐低温管线钢的热处理方法的制造工艺如下：
采用转炉或电炉冶炼，连铸铸造，然后通过常规控轧控冷得到以粒状贝氏体组织为主的轧态组织。
将控轧控冷后的铸坯装入加热炉中随炉加热至1180～1200℃，时间为1～2小时后淬火到室温。
再将淬火后的铸坯装入加热炉中随炉加热到910～960℃，保温30～60分钟后淬火到室温。
最后将淬火后的铸坯装入加热炉中随炉加热到630～680℃，保温1～2小时后出炉空冷到室温。
本发明涉及的一种制备耐低温管线钢的热处理方法的工艺控制原理如下：
通过对铸坯进行控轧控冷而得到粒状贝氏体组织，该种组织通常尺寸较细小和均匀，为后面的热处理工艺细化组织提供基础。通过第一阶段较高温度的加热淬火，使轧态组织均匀化，同时得到马氏体组织，该组织中不同位向的板条束可以起到分割晶粒细化组织的作用。然后通过第二阶段较低温的加热淬火进一步细化组织，得到含有纳米尺度超细板条的贝氏体铁素体基体，这种组织形态具有极高的低温韧性。最后，通过高温回火使铬的碳化物在板条间和板条上均匀析出，进一步提高钢的强度。铬元素的加入一方面可以提高淬透性，有利于淬火后得到板条类组织；另一方面，可以在回火的过程中以碳化物的形式析出，从而提高强度。
本发明的优点在于：采用应用最广泛的X80管线钢，只提高铬的含量，不增加材料成本。通过对轧态铸坯进行两阶段的加热淬火和回火，得到具有纳米尺度超细板条的贝氏体铁素体基体和均匀分布碳化物的混合组织，既确保了良好的低温韧性，又提高了强度，具有优异的综合力学性能，适用于高寒地区的管道铺设。
附图说明
图1为实例中得到的热处理方法制备的耐低温管线钢组织的金相显微镜照片。
图2为实例中得到的热处理方法制备的耐低温管线钢的超细板条组织的高倍扫描电镜照片。
图3为实例中得到的热处理方法制备的耐低温管线钢组织中析出碳化物的能谱照片。
具体实施方式
下面通过实例对本发明的实质作进一步说明。
本发明一种制备耐低温管线钢的热处理方法，采用真空感应炉冶炼得到连铸坯，其化学成分如表1所示。首先，将连铸坯在中厚板轧机上进行控轧控冷得到粒状贝氏体组织。然后将轧后的铸坯装入加热炉中随炉加热至1200℃，保温1小时后淬火到室温。随后将一次淬火后的铸坯装入加热炉中再次随炉加热到940℃，保温45分钟后淬火到室温。最后将二次淬火后的铸坯装入加热炉中随炉加热到660℃，保温2小时后出炉空冷到室温。所制备的耐低温管线钢的室温拉伸力学性能列于表2，其低温冲击性能和DWTT性能分别列于表3和4。
图1～2分别给出了热处理方法制备的耐低温管线钢的金相和高倍扫描电镜下的微观组织形貌。由图1可以看出，所得到的管线钢组织在金相显微镜呈交错排列。从图2的高倍扫描电镜照片中可以观察到，贝氏体铁素体中俄超细板条约为200nm～400nm，碳化物颗粒尺寸约为100nm～200nm。再由图3的能谱照片可知，该回火析出颗粒为铬的碳化物或氮化物。
表1热处理方法制备的耐低温管线钢的化学成分(wt.％)
表2热处理方法制备的耐低温管线钢的室温拉伸力学性能
表3热处理方法制备的耐低温管线钢的低温冲击性能
表4热处理方法制备的耐低温管线钢的低温DWTT性能

Claims (2)

1.一种制备耐低温管线钢的热处理方法，采用转炉或电炉冶炼及炉外精炼，钢水浇铸成连铸坯；其特征在于：在工艺中控制的技术参数为：
(1)将铸坯在中厚板轧机上进行控轧控冷得到以粒状贝氏体组织为主的轧态组织；
(2)将控轧控冷后的铸坯装入加热炉中随炉加热至1180～1200℃，保温1～2小时后淬火到室温；
(3)将淬火后的铸坯装入加热炉中随炉加热到910～960℃，保温30～60分钟后淬火到室温；
(4)再将淬火后的铸坯装入加热炉中随炉加热到630～680℃，保温1～2小时后出炉空冷到室温；
该热处理方法制备的耐低温管线钢的化学成分控制铬含量在0.5％～1.5％，或X80级管线钢的成分范围。
2.根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于，制备的耐低温管线钢钢板的厚度为：21.5mm。
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