一种管线用镍基合金复合钢板及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种复合板及其制造方法，尤其设及一种儀基合金复合钢板及其制造 方法。
【背景技术】
[0002] 在能源化工等行业，材料的使用环境特别恶劣，腐蚀性极强，常需要使用耐蚀性能 更优良的儀基合金等高合金材料。然而儀基合金等高合金材料价格昂贵，全部使用高合金 材料的成本极高，而且纯儀基合金的屈服强度较低，不适合油气运送等压力较高的使用环 境，再加上使用寿命和维修时间及费用问题，通常设计W碳钢为基层材料，儀基合金为复层 的高合金复合板来代替纯高合金材料的使用。碳钢的使用，可W保证管线的强度和焊接性 能，另外，通过对碳钢的不同设计，可W获得不同性能的基层材料，从而可W满足不同强度、 初性W及耐腐蚀性的环境要求。随着材料使用环境的条件增多，要求更加苛刻，高合金复合 板的使用越来越受到人们的重视。
[0003] 就管线用儀基合金复合钢板而言，目前的主要生产方法包括爆炸复合法、堆焊法 W及机械复合制管法。爆炸复合法很难保证100%复合，经常存在局部未复合区域，并且由 于部分界面结合强度低等原因，出现制管鼓包，同时在使用过程中存在安全风险，运些问题 常困扰着制管企业W及复合管用户。堆焊法生产效率低、制造成本高，也不具竞争力。机械 复合制管法是直接通过儀基合金管外套碳钢管再机械复合的方法生产，运种方法适合于环 境对界面结合要求不高的情况。对于社制复合法，差异越大的两种材料，其加工工艺差异可 能越大，从而生广难度也大幅提局。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的之一在于提供一种管线用儀基合金复合钢板，其为社制复合板，因 此能够实现原子间结合，从而使得各层之间具有很好的结合力;此外该管线用儀基合金复 合钢板兼具有儀基合金和碳钢的优点，性能优良，可适用于多种不同的环境条件。
[0005] 为了实现上述目的，本发明提出了一种管线用儀基合金复合钢板，其具有一层儀 基合金层和一层碳钢层，所述儀基合金层与碳钢层之间通过社制复合实现原子结合;其中， 所述碳钢层的化学元素质量百分比为：
[0006] C:0.01 ~0.20%;
[0007] Si:0.10 ~0.5%;
[000引]?11:0.5~2.0%;^及
[0009] 0<V <0.10%，0<抓<0.10%，0<Ti <0.02%，0<Ni <0.50%，0<〇!< 0.5%，0 <Cr<0.50%，0<Mo<0.3% 的至少其中之一；
[0010] 余量为化和不可避免的杂质。
[0011] 在本发明所述的管线用儀基合金复合钢板的所述碳钢层中，不可避免的杂质主要 是S和P元素，其中可W控制P<0.02%，S<0.03%。
[0012] 本发明所述的管线用儀基合金复合钢板的碳钢层中的各化学元素的设计原理为：
[0013] C:C是奥氏体稳定化元素，在钢中起固溶强化的作用，可明显提高钢的强度，但是C 含量太高，对焊接性能和初性不利，也更容易增加珠光体组织W及马奥岛等硬相组织，对钢 的耐腐蚀性能有不利影响，因此，考虑到钢板的强初性匹配W及对碳钢材料的耐酸性要求， 所述碳钢层中C含量控制为0.01~0.20 %。
[0014] Si :Si是脱氧元素；另外Si可溶于铁素体，起到固溶强化的作用，其仅次于碳、氮、 憐而超过其它合金元素，因此，Si能够显著提高钢的强度和硬度。所述碳钢层中Si含量控制 为 0.10 ~0.5%。
[0015] Mn:Mn可W推迟珠光体转变，降低临界冷却速度，大大提高钢的泽透性，同时对钢 具有固溶强化作用，是钢中的主要固溶强化元素。但Μη含量太高容易出现偏析带W及马氏 体组织，对钢的初性有不利影响，同时偏析带的出现对钢的耐腐蚀性能也会有所降低。所述 碳钢层中Μη含量控制为0.50~2.00%。
[0016] V:V是强氮化物、碳化物形成元素。相对于铁、妮的碳氮化物，饥的析出物溫度相对 较低。一般在奥氏体铁素体相变过程或者是在铁素体转变完成后或是在回火过程中可形成 弥散分布，起到明显的沉淀强化的作用。
[0017] Nb:Nb是微合金钢中重要的添加元素。Nb与氮、碳易形成氮化妮，碳氮化妮W及碳 化妮等析出物。在钢巧加热过程中，妮在钢中可W起到细化奥氏体晶粒的作用。Nb可W大大 提高非再结晶区溫度，对于控制社制，晶粒细化，强度初性控制有较明显的作用。而且Nb可 W形成纳米级的析出物，有助于强度的提升。但是妮的添加易造成混晶，过多的妮对初性有 不利影响。一般妮的添加量上限为0.10%。
[0018] Ti : Ti与钢中C、N形成碳化铁、氮化铁或碳氮化铁，在钢巧加热社制阶段，起到细化 奥氏体晶粒的作用，从而提高钢的强度和初性。但过多的Ti会形成较多粗大的氮化铁，对钢 的强度和初性有害，因此将碳钢层中Ti含量的上限控制为0.02%。
[0019] Ni:Ni在钢中只溶于基体相铁素体和奥氏体，不形成碳化物，奥氏体稳定化作用非 常强，另外Ni元素还可W提高钢的低溫初性，因此在本技术方案中，碳钢层中Ni的加入量控 制在0.5% W内。
[0020] Cu:Cu在钢中主要W固溶态和单质相沉淀析出状态存在，固溶的Cu起到固溶强化 作用；由于Cu在铁素体中的固溶度随溫度降低迅速减小，因而在较低溫度下，W过饱和固溶 的CuW单质形势沉淀析出，起到析出强化作用。另外，在碳钢层中加入0.2-0.5%的Cu还可 W显著提高复合板的抗大气腐蚀能力。
[0021] Cr:Cr是缩小奥氏体相区元素，也是中强碳化物元素，也可溶于铁素体。Cr提高奥 氏体的稳定性，使得C曲线右移，因此可W降低临界冷却速度、提高钢的泽透性。Cr也降低奥 氏体转变溫度，使得形成的(Fe，Cr)3C、（Fe，Cr)7C3和(Fe，Cr)23C7等多种碳化物在较低溫度 析出，使得组织和碳化物细化，可明显提高钢的强度和硬度，但&对钢的初性有不利影响。 综合上述因素，本技术方案将碳钢层中化含量控制在0.50 % W内。
[0022] Mo:Mo在钢中存在于固溶体相和碳化物相中，因此，含钢钢同时具有固溶强化和碳 化物弥散强化的作用，起到显著提高钢的硬度和强度的作用。另外，Mo的添加有利于针状铁 素体与贝氏体组织的控制。基于此，本技术方案将碳钢层中的Mo含量控制在0.30% W内。
[0023] 进一步地，在本发明所述的管线用儀基合金复合钢板中，所述儀基合金层的化学 元素质量百分比为：
[0024] 0<C<0.05%;
[0025] 〇<Si <0.5% ；
[0026] 〇<Mn< 1.0% ；
[0027] S<0.03%;
[0028] P<〇.〇2% ；
[0029] 38.0 <Ni <46.0%；
[0030] 19.5 <Cr< 23.5%;
[0031] 22.0 <化< 38.0%;
[0032] 1.5<Cu<3.0%;
[0033] Al<0.2%；
[0034] 〇.6<Ti <1.2%；
[0035] 2.5 < Mo <3.5%。
[0036] 更进一步地，在上述管线用儀基合金复合钢板中，所述儀基合金层的微观组织为 奥氏体。
[0037] 进一步地，在本发明所述的管线用儀基合金复合钢板中，所述碳钢层的微观组织 为铁素体+少量珠光体，其中铁素体的相比例为80-95%。
[0038] 又或者，上述碳钢层的微观组织为针状铁素体+贝氏体，其中针状铁素体的相比例 为 5-85 %。
[0039] 在本技术方案中，当碳钢层的微观组织为铁素体+少量珠光体组织时，其碳钢屈服 强度为 250MPa-450MPa。
[0040] 在本技术方案中，当碳钢层的微观组织为针状铁素体+贝氏体时，其屈服强度为 420-600MPa〇
[0041] 进一步地，在本发明所述的管线用儀基合金复合钢板中，所述儀基合金层的厚度 为1