專利名稱：一種提高現(xiàn)有針狀鐵素體管線鋼強度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高強度低合金控軋控冷鋼的領(lǐng)域，主要用于提高現(xiàn)有針狀鐵素體管線鋼的強度。
背景技術(shù)：
管線鋼是國民經(jīng)濟發(fā)展所依賴的重要鋼鐵材料，管線鋼生產(chǎn)水平及材料所具有性能水平也是國家鋼鐵工業(yè)及鋼鐵材料水平的一個重要標(biāo)志。當(dāng)前，我國對管線鋼的需求量是非?？捎^的，4000公里西氣東輸工程、蘭成渝輸油管道、忠武天然氣管道以及數(shù)千公里中俄、中哈等長距離、大口徑過境輸油氣管道正在規(guī)劃和建設(shè)。到2010年，我國的長輸管道長度將從現(xiàn)有的2萬多公里快速增加到20萬公里。
高壓、大輸量、大管徑的管線輸送，可以大幅度降低輸送成本，是管線建設(shè)的主要發(fā)展趨勢。為滿足這一發(fā)展趨勢，一般是通過提高管線鋼的強度來解決。因此，研制開發(fā)高強度級別的管線鋼，是管線鋼研究者和生產(chǎn)者努力的目標(biāo)。目前國內(nèi)外在建設(shè)的高壓大輸量輸送原油和天然氣管線的通用選擇為X52～X70強度級別管線鋼，在全世界管線鋼的年產(chǎn)量中，小于X52級別的約占30％，X52～X65級別占到60％，X70及以上級別不足10％。目前管線鋼研究和生產(chǎn)人員對X80甚至X100以上級別的管線鋼進行了不少探索和開發(fā)工作，其主要方法是采取新的化學(xué)成分設(shè)計和熱機械控制軋制(TMCP)工藝，進行較大規(guī)模的技術(shù)和設(shè)備改造來達到目的。
針狀鐵素體管線鋼主要指含碳量小于0.1％的Mn-Nb-Mo(Ti)系高強度管線鋼，且在向低碳和超低碳方向發(fā)展，其組織狀態(tài)通常為針狀鐵素體+少量的(準(zhǔn))多邊形鐵素體+極少量的珠光體+M/A組元。與鐵素體—珠光體和少珠光體管線鋼相比，針狀鐵素體管線鋼的TMCP工藝的最大特點是冷卻速度相對比較高，并且，針狀鐵素體管線鋼具有優(yōu)良的強韌性能、焊接性能、抗硫化氫性能和低的包辛格效應(yīng)。當(dāng)前我國西氣東輸管線用鋼的顯微組織已確定為針狀鐵素體為主的組織，預(yù)計在未來的十年內(nèi)，針狀鐵素體管線鋼的研制與生產(chǎn)將在我國大口徑高壓天然氣輸送管線建設(shè)中占有主導(dǎo)地位。
發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容本發(fā)明的目的在于，在不改變現(xiàn)有管線鋼化學(xué)成分和TMCP工藝的前提下，對現(xiàn)有針狀鐵素體管線鋼通過一種簡單的熱處理，充分發(fā)揮鋼中彌散析出相的強化作用，大幅度提高其強度。
本發(fā)明提供了一種提高現(xiàn)有針狀鐵素體管線鋼強度的方法，其特征在于在現(xiàn)有熱機械控制軋制生產(chǎn)過程后，增加一析出強化熱處理過程，熱處理溫度為550～650℃，保溫時間1～10小時。
本發(fā)明提高現(xiàn)有針狀鐵素體管線鋼強度的方法中，所述增加的析出強化熱處理過程可以在現(xiàn)有的熱機械控制軋制過程的后段，溫度降至550～650℃時直接進行；也可以在現(xiàn)有的熱機械控制軋制過程完成后，再重新加熱到550～650℃進行。
本發(fā)明只需在現(xiàn)有針狀鐵素體管線鋼TMCP生產(chǎn)線的后段添加簡單的熱處理裝置(有些鋼廠的生產(chǎn)線后段已具備類似的熱處理裝置)，通過簡單的熱處理，就能夠使其強度級別大幅度提高，韌性基本保持不變。而不需要刻意追求通過化學(xué)成分設(shè)計、TMCP工藝及原有軋制設(shè)備的改造來實現(xiàn)高強度級別管線鋼的生產(chǎn)。
采用該熱處理工藝的依據(jù)是管線鋼中的微合金元素諸如Nb、V、Ti都有一個重要特征，就是與鋼中的C、N元素形成碳氮化合物。在熱軋或軋后的冷卻過程中，在鐵素體中以第二相形式彌散析出，起到強化作用。在600℃左右的溫度范圍內(nèi)，能夠從過飽和固溶體中形成極細的、與鐵素體部分相容的析出物，這些析出物阻礙位錯移動，從而大大提高屈服極限。而在管線鋼用于軋制板卷或板材的TMCP生產(chǎn)過程中，通常，對于板卷采用軋后冷卻至卷取溫度進行卷取，對于板材采用軋后冷卻至一定的溫度后自然冷卻，由于針狀鐵素體管線鋼軋后要求的控制冷卻速度相對比較高，微合金化元素的碳氮化合物的析出強化潛力沒有完全發(fā)揮出來。本發(fā)明中所添加的保溫過程就是利用這一原理，使這些微合金元素的碳氮化合物在保溫過程中充分析出，進一步發(fā)揮其彌散析出強化作用。在本熱處理工藝下，除了強度提高外，韌性降低不明顯甚至并不降低。這是因為添加的保溫過程使組織更加均勻化、組織中形成亞晶和島狀馬氏體回火，在一定程度上改善了韌性。
本發(fā)明條件下生產(chǎn)的針狀鐵素體管線鋼與現(xiàn)有條件下生產(chǎn)的相同材料相比具有如下優(yōu)點本發(fā)明條件下生產(chǎn)的針狀鐵素體管線鋼具有更高的強度，且韌性基本保持不變，顯微組織更加均勻，組織形態(tài)也基本不變。
具體實施例方式實施例1針對一種商業(yè)用針狀鐵素體管線鋼的軋制板材(板厚14.6mm)，化學(xué)成分見表1，在熱處理爐中重新加熱到600℃，然后在這個溫度下保溫10小時，保溫結(jié)束后出爐空冷。處理前后板材的力學(xué)性能和顯微組織分別見表2和

圖1。強度級別由原有的X80級別提升到接近X100級別，組織形態(tài)在處理前后不變，仍為針狀鐵素體。
表1、實施例管線鋼的化學(xué)成分(wt％)

表2、熱處理前后板材的力學(xué)性能

注夏比沖擊試樣為全尺寸試樣，所有試樣都沒有沖斷。
實施例2針對中國科學(xué)院金屬研究所研制的一種實驗用針狀鐵素體管線鋼，化學(xué)成分見表3。在實驗軋機上軋制時，采用兩種不同的方法得到8mm厚的軋制板材。一種方法是熱機械控制軋制過程后，直接模擬卷曲；另一種方法是根據(jù)本發(fā)明，在熱機械控制軋制過程后增加一個析出強化的熱處理過程，即先在600℃下保溫6小時，然后才模擬卷曲。這兩種方法得到材料的力學(xué)性能見表4。管線鋼強度級別由原有的X80級別提升到超過X90級別，組織形態(tài)在兩種方法中不變，都為針狀鐵素體。
表3、實施例管線鋼的化學(xué)成分(wt％)

表4、不同方法得到的材料的力學(xué)性能

注夏比沖擊試樣為半尺寸試樣。
權(quán)利要求
1.一種提高現(xiàn)有針狀鐵素體管線鋼強度的方法，其特征在于在現(xiàn)有熱機械控制軋制生產(chǎn)過程后，增加一析出強化熱處理過程，熱處理溫度為550～650℃，保溫時間1～10小時。
2.按照權(quán)利要求1所述提高現(xiàn)有針狀鐵素體管線鋼強度的方法，其特征在于所述增加的析出強化熱處理過程在現(xiàn)有的熱機械控制軋制過程的后段，溫度降至550～650℃時直接進行。
3.按照權(quán)利要求1所述提高現(xiàn)有針狀鐵素體管線鋼強度的方法，其特征在于所述增加的析出強化熱處理過程在現(xiàn)有的熱機械控制軋制過程完成后，再重新加熱到550～650℃進行。
全文摘要
一種提高現(xiàn)有針狀鐵素體管線鋼強度的方法，其特征在于在現(xiàn)有熱機械控制軋制生產(chǎn)過程后，增加一析出強化熱處理過程，熱處理溫度為550～650℃，保溫時間1～10小時。本發(fā)明在不改變現(xiàn)有管線鋼化學(xué)成分和TMCP工藝的前提下，對現(xiàn)有針狀鐵素體管線鋼通過一種簡單的熱處理，充分發(fā)揮鋼中彌散析出相的強化作用，大幅度提高其強度。
文檔編號C21D8/10GK1487101SQ0213081
公開日2004年4月7日 申請日期2002年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月30日
發(fā)明者趙明純, 單以銀, 肖福仁, 楊柯 申請人:中國科學(xué)院金屬研究所