耐蚀性优异的高强度线材及其制造方法与流程

本发明涉及一种耐蚀性优异的高强度线材及其制造方法。
背景技术：
：深海原油输送用铠装电缆(ARMORCABLE)为在海上支撑输送原油的柔性(Flexible)管所承载的负荷的加强件，其已知为需要具有以下特性的产品，所述特性除了包括高强度，还包括有抗氢致开裂性、耐蚀性等。适用于现有铠装电缆的钢种是碳含量为0.3～0.8％的普通的硬钢用产品，除此之外其他的成分为：Si为0.2～0.3％、Mn为0.3～0.6％、P及S为常规水平即0.015％及0.012％以下。生产铠装电缆等的工序通过以下步骤来生产最终产品：一般利用以10～25mm等多种尺寸生产的线材，并在客户公司通过铅浴槽热处理进行恒温相变，从而确保由微细的先共析铁素体和珠光体组成的相，或者微细的珠光体，然后进行拉伸加工而缩小其尺寸，然后根据用途进行轧制而生产最终产品。如果可以省略所述铅浴槽热处理及拉伸工序，则预期能够提高生产性，经济效果会大。并且，由于大陆架的能源枯竭，导致油井采油环境正往深海移动，因此，目前的趋势为，适用于铠装电缆的钢种的碳含量从亚共析钢(hypo-eutectoidsteel)变化为共析钢(eutectoidsteel)。即，使用由共析钢构成的线材时，拉伸强度为1400MPa的水平，与亚共析钢相比，高出400MPa，由于强度高，从而最终产品的厚度减少，使得长度增加，因此能够在更深的深海中实现油井采油。但是，由于油井内存在H2S，需要抗氢性大，然而随着碳含量的增加，珠光体分数会增加，并且该组织已知为抗氢性差的组织，因此碳含量高的钢的使用会受到限制。并且，耐蚀性也是重要的因素，但是当碳含量增加时，腐蚀敏感度会增加，因此碳含量增加时存在耐蚀性会降低的问题。因此，目前需要开发一种客户公司可省略铅浴槽热处理及拉伸工序，同时耐蚀性优异的高强度线材及其制造方法，所述高强度线材可以优选适用于深海原油输送用铠装电缆(ARMORCABLE)等。技术实现要素：要解决的技术问题本发明的一个目的在于，提供一种耐蚀性优异的高强度线材及其制造方法，所述高强度线材可以优选适用于深海原油输送用铠装电缆(ARMORCABLE)等。另外，本发明的技术问题并不限定于上述内容。本发明的技术问题可以通过本说明书的全部内容来理解，只要是具有本发明所属
技术领域：
的常规的技术的技术人员，在理解本发明的附加技术问题方面不会有困难。技术方案本发明的一个方面涉及一种耐蚀性优异的高强度线材，以重量％计，所述线材包含：C：0.04～0.25％、Si：0.07～0.6％、Mn：5.0～9.0％、P：0.030％以下、S：0.030％以下、余量Fe及不可避免的杂质。并且，本发明的另一个方面涉及一种耐蚀性优异的高强度线材的制造方法，所述方法包括如下步骤：将钢坯在Ae3+150℃～Ae3+250℃的温度下维持120分钟以上，以重量％计，所述钢坯包含：C：0.04～0.25％、Si：0.07～0.6％、Mn：5.0～9.0％、P：0.030％以下、S：0.030％以下、余量Fe及不可避免的杂质；在Ae3+100℃以上的温度下对所述钢坯进行轧制，并将最终轧制(减定径(RSM))入口温度设为Ae3+100℃～Ae3+150℃而进行最终轧制，由此得到线材；在Ae3+50℃的温度下对所述线材进行收卷；以及将所述收卷的所述线材以10℃/s以上的冷却速度冷却至650～750℃的冷却终止温度，然后以1℃/s以下的冷却速度冷却至150～250℃的冷却终止温度。此外，上述技术问题的解决方案中没有列出本发明的所有特征。本发明的多种特征和基于该特征的优点及效果，可以通过参照下述的具体实施方式了解得更加详细。发明效果根据本发明，可以得到以下效果，即在客户公司省略铅浴槽热处理及拉伸工序，只实施板轧制的情况下，也能够提供可确保优异的拉伸强度的同时还具有优异的耐蚀性的高强度线材及其制造方法。附图说明图1表示当Mn含量为6重量％时，根据不同温度形成的面心立方(FCC)、体心立方(BCC)及碳化物的相分数的图表。图2为对发明例1的微细组织进行拍摄的照片。图3为对比较例6的微细组织进行拍摄的照片。具体实施方式下面，将对本发明的优选实施方式进行说明。但是，本发明的实施方式可以进行多种变形，本发明的范围并不限定于以下说明的实施方式。并且，本发明的实施方式是为了向该
技术领域：
内的普通技术人员更加全面地说明本发明而提供的。根据本发明的一个方面的耐蚀性优异的高强度线材，以重量％计，包含：C：0.04～0.25％、Si：0.07～0.6％、Mn：5.0～9.0％、P：0.030％以下、S：0.030％以下、余量Fe及不可避免的杂质。下面，各合金元素的单位为重量％。C(碳)：0.04～0.25％C是为了确保材料强度而添加的元素，其作用为，沿奥氏体相进行淬火时形成的马氏体的C轴方向侵入，从而诱发晶格扭曲，由此使材料具有高强度。为了确保因碳含量低而具有充分的延展性或韧性的针状马氏体，C含量优选为0.25％以下。当C含量大于0.25％时，会产生硬的针状马氏体或针状马氏体和板状马氏体混合的组织，因此对线材进行轧制时，会发生断裂或引起分层(Delamination)。另一方面，当C含量小于0.04％时，难以确保高的强度。因此，C含量优选为0.04～0.25％。Si(硅)：0.07～0.6％Si易固溶于铁素体内，其起到抑制碳化物生成的作用，当添加Si时，会产生强度增加的效果。一般而言，添加0.1％的Si时，强度会提高14～16MPa。当Si含量小于0.07％时，上述效果不充分,当Si含量大于0.6％时，会出现强度的增加效果钝化的倾向。因此，Si含量优选为0.07～0.6％。Mn(锰)：5.0～9.0％Mn以置换型固溶体的形式固溶于微细组织内并加以使用，其起到增加强度的作用。并且，为了确保淬透性而添加Mn。以本发明中的控制范围添加Mn时，可以确保充分的淬透性，因此在斯太尔摩冷却区域上只进行空气冷却也能够形成针状马氏体。当Mn含量小于5.0％时，难以确保高强度，当Mn含量大于9.0％时，产生严重的Mn偏析，在轧制过程中产生沿长度方向裂开的分层。因此，Mn含量优选为5.0～9.0％。P及S：分别为0.030％以下P及S为杂质，虽然没有特别规定其含量，但是，如同现有钢线，从确保延展性的角度考虑，分别优选为0.030％以下。本发明的其余成分为铁(Fe)。不过，在常规的制造过程中，从原料或周围环境不可避免地混入意料之外的杂质，因此不能排除这种情况。只要是本领域的普通技术人员都能够熟知这些杂质，因此在本说明书中不会特别提及所有内容。并且，优选地，本发明的线材的微细组织包含95面积％以上的针状马氏体。针状马氏体由于强度高、韧性突出，因此即使发生变形，龟裂发生敏感度也低。并且，针状马氏体能够在碳含量低的合金系中形成，由于碳含量低时在耐蚀性方面优异，因此优选包含95面积％以上的针状马氏体。更加优选为98面积％以上。此时，所述线材包含(Fe,Mn)23C6渗碳体，所述渗碳体的大小为，沿长度方向为230nm以下，沿宽度方向为10nm以下，渗碳体之间的间隔为205nm以下。(Fe,Mn)23C6渗碳体为在冷却中形成的因子，渗碳体之间的间隔越微细越能够提高强度。本发明的线材的拉伸强度可以为1400MPa以上。并且，当以40～60％总变形量进行板轧制时，可以确保1600MPa以上的优异的拉伸强度，并且可以确保10％以上的伸长率。并且，在5％的H2SO4溶液中浸渍10小时的情况下，具有优异的耐蚀性，所形成的腐蚀凹坑(pit)的最大深度为24μm以下。耐蚀性优异的高强度线材的制造方法下面，将对本发明的另一个方面的耐蚀性优异的高强度线材的制造方法进行详细说明。本发明的另一个方面的耐蚀性优异的高强度线材的制造方法包括如下步骤：将具有上述合金组成的钢坯在Ae3+150℃～Ae3+250℃的温度下维持120分钟以上；在Ae3+100℃以上的温度下对所述钢坯进行轧制，并将最终轧制(减定径(RSM))入口温度设为Ae3+100℃～Ae3+150℃而进行最终轧制，由此得到线材；在Ae3+50℃的温度下对所述线材进行收卷；以及将所述收卷的线材以10℃/s以上的冷却速度冷却至650～750℃的冷却终止温度，然后以1℃/s以下的冷却速度冷却至150～250℃的冷却终止温度。钢坯的加热步骤在线材加热炉中，将具有上述合金组成的钢坯在Ae3+150℃～Ae3+250℃温度范围维持120分钟以上，从而熔融形成在晶界的(Fe,Mn)23C6渗碳体。所述温度范围为维持奥氏体单相且不会引起奥氏体晶粒粗大化的范围，是对去除残存的碳化物有效的温度范围。当高于Ae3+250℃时，奥氏体晶粒会非常粗大，导致冷却后形成的最终微细组织的粗化倾向增大，因此优选控制为Ae3+250℃以下；当低于Ae3+150℃时，难以维持奥氏体单相，因此优选在Ae3+150℃～Ae3+250℃下进行加热。当加热时间少于120分钟时，残存的碳化物有可能无法充分被溶解，因此优选维持在120分钟以上。对加热时间的上限没有必要特别限定，但维持长时间时，生产性会明显降低，因此可以将维持时间限制为180分钟以下。钢坯的轧制及收卷步骤在Ae3+100℃以上的温度下对从加热炉中提取的钢坯进行轧制(粗轧、中精轧及精轧)，并将最终轧制(减定径(RSM))入口温度设为Ae3+100℃～Ae3+150℃而进行最终轧制，由此得到线材，然后在Ae3+50℃的温度下进行收卷。当轧制温度低于Ae3+100℃时，在轧制过程中，有可能因变形而产生微细组织，并且有碳化物在晶界析出的可能性，因此优选控制为Ae3+100℃以上。将最终轧制(减定径(RSM))入口温度控制在Ae3+100℃～Ae3+150℃是为了之后在水冷却区域中进行冷却并将收卷温度控制为Ae3+50℃时使材质的偏差最小化。冷却步骤将所述收卷的线材以10℃/s以上的冷却速度冷却至650～750℃的冷却终止温度，然后以1℃/s以下的冷却速度冷却至150～250℃的冷却终止温度。所述冷却可以在斯太尔摩冷却器上进行。图1表示当Mn含量为6重量％时，在不同温度区间形成的FCC、BCC及(Fe,Mn)23C6渗碳体。可以确认，到700℃为止保持为FCC单相，之后进行冷却时，转变为BCC组织，从500℃开始形成渗碳体，最终构成马氏体。因此，在斯太尔摩冷却区域上进行收卷后，以11mm的线材为基准，以10℃/s以上的冷却速度急速冷却至650～750℃的冷却终止温度，然后以1℃/s以下的冷却速度缓慢冷却至150～250℃的冷却终止温度，由此形成本发明中所需的针状马氏体。进行所述缓慢冷却时，冷却速度的下限没有必要特别限定，但是冷却速度过慢会导致生产性下降至难以实际操作的程度，并且因缓慢冷却而形成的晶界碳化物会导致延展性的急剧下降，因此可以将0.5℃/s的冷却速度设为下限。此时，优选地，通过如上所述的制造方法制造的线材的厚度为8～10mm。就本发明的线材而言，由于客户公司可以只进行轧制而省略铅浴淬火(LP，Leadpatenting)热处理及拉伸工序，因此为了优选适用于具有3～6mm厚度的最终产品铠装电缆等，优选将厚度控制为8～10mm。线材的板轧制步骤另外，客户公司为了确保最终产品，可以对通过所述制造方法制造的线材进一步进行以下步骤，即以40～60％总变形量进行轧制(板轧制)。这是为了确保最终产品的厚度和强度。为了确保本发明所目的的强度，优选地，以40～60％总变形量施加。此时，所确保的厚度为3～6mm左右。当总变形量大于60％时，马氏体内会形成缺陷，在轧制过程中会发生断裂。所述总变形量可通过以下关系式1进行计算。[关系式1]总变形量(％)＝100×(1-最终产品的截面面积/线材的截面面积)就本发明的线材而言，通过省略热处理及拉伸工序而只进行轧制，也能够制造最终产品。一般而言，客户公司实施的热处理工序是为了确保微细的珠光体组织而进行的，拉伸工序是为了缩减尺寸和提高强度而进行的，就本发明的线材而言，由于大量添加了Mn，并且微细组织为硬的马氏体，因此可以省略热处理及拉伸工序。因此，在线材上形成针状马氏体后，只施加板轧制而得到产品的成型，此时可以确保1600MPa以上的拉伸强度和10％以上的总伸长率。另外，轧制速度可以为100～300m/分钟。这是因为，当轧制速度低于100m/分钟时，生产性会降低，当高于300m/分钟时，存在发生热裂纹的可能性。下面，将通过实施例对本发明进行更加具体的说明。不过需注意的是，下述的实施例只是为了例示本发明而进行更加详细的说明而提出的，并不是为了限定本发明的保护范围。本发明的保护范围由根据权利要求书上记载的事项和能够由此合理类推的事项所决定。(实施例)将具有如下表1所示的成分组成的钢坯在加热炉温度1150℃下维持了125分钟，并将轧制温度设为1050℃，最终轧制入口温度设为1000℃，收卷温度设为910℃而制造了线材。观察线材的拉伸强度(TS)和微细组织并表示在下述表2中。就除了比较例6以外的其他比较例及发明例而言，制造成厚度为11mm的线材，并且进行收卷后以10℃/s的冷却速度冷却至700℃，然后以0.8℃/s的冷却速度进行空气冷却至200℃。之后，没有进行热处理及拉伸工序，并且对总变形量50％进行板轧制，从而得到了板轧制材料。对板轧制材料的拉伸强度、伸长率及最大腐蚀凹坑(pit)的深度进行测定，并表示在下述表2中。比较例6中，用目前常用并出售的线材，制造成16mm的厚度，并且进行收卷后以5℃/s的冷却速度进行冷却。之后，进行热处理、拉伸加工及板轧制，从而得到了最终的板轧制材料。对经过热处理及拉伸后的拉伸强度、板轧制材料的拉伸强度、伸长率及最大腐蚀凹坑(pit)的深度进行测定，并表示在下述表2中。对于耐蚀性的评价，在5％的H2SO4溶液中浸渍10小时后，对所形成的腐蚀凹坑(pit)的最大深度进行测定，并进行比较分析。表1区分CSiMnPS比较例10.050.504.0010090发明例10.050.506.0012095发明例20.050.508.0011098比较例20.050.5010.009080比较例30.020.506.0010095比较例40.050.806.0011098发明例30.050.256.009080发明例40.100.506.009885发明例50.200.506.0010095比较例50.300.506.0010592比较例60.720.250.7510080在上述表1中，C、Si及Mn的单位为重量％，P及S的单位为重量ppm。表2在上述表2中，拉伸强度(TS)的单位为MPa，(Fe,Mn)23C6的长度、宽度及间隔的单位为nm。可以得知，发明例1至5的最终板轧制材料的拉伸强度为1600MPa以上，伸长率为10％以上，最大腐蚀凹坑的深度为24μm以下，因此具有优异的耐蚀性。并且，观察拍摄发明例1的微细组织的照片即图2，可以确认形成了针状马氏体。比较例6作为目前常用并出售的线材，如所述表2所示，16mm线材的拉伸强度为980MPa水平，进行LP热处理时为1070MPa，进行拉伸加工时为1510MPa。经过最终板轧制后的拉伸强度为1610MPa，伸长率为11％。比较例6由于碳含量高，并且微细组织为珠光体，因此可以得知必须要经过LP热处理及拉伸工序，并且可以确认最大腐蚀凹坑的深度为37μm，与发明例相比，耐蚀性较差。并且，观察拍摄比较例6的微细组织照片即图3，可以确认形成了珠光体。比较例1、2及发明例1、2表示基于Mn含量的变化。比较例1为添加4％的Mn的情形，虽然形成了针状马氏体，但是由于Mn含量低，板轧制材料的拉伸强度为1400Mpa而较差。发明例1、2为Mn含量分别为6％、8％的情形，线材强度高，经过最终板轧制后所确保的强度分别为1605、1720MPa，显示出具有与现有钢材相似或其以上的强度，同时伸长率为10％以上而优异。比较例2为Mn含量为10％的情形，线材强度高，但是在轧制过程中发生了断裂。比较例3、5及发明例4、5示出基于C含量的变化。比较例3为C含量为0.02％的情形，虽然形成针状马氏体组织，但最终产品的强度低。发明例4及5为C含量分别为0.1％、0.2％的情形，最终板轧制后所确保的强度分别为1640MPa、1700MPa，可以确保优异的拉伸强度。比较例5为C含量为0.3％的情形，形成针状马氏体及板状马氏体的混合组织，从而在轧制过程中发生断裂。并且，可以确认，随着C含量的增加，(Fe,Mn)23C6渗碳体的尺寸增加，但是渗碳体的晶粒之间的间隔显示出减少的倾向。以上，参照实施例进行了说明，但是所属
技术领域：
的技术人员可以理解为，在没有超出上述权利要求书上记载的本发明的思想及领域的范围内，可以对本发明进行多种修改及变更。当前第1页1 2 3