一种耐点蚀易焊接用管线钢及其制备方法

1.本发明属于管线钢制备技术领域，涉及一种耐点蚀易焊接用管线钢及其制备方法。

背景技术：

2.管线钢曾被誉为国民经济的重要“生命线”，因为它是石油、天然气等油气资源传输的重要载体。能源需求不断地促进着油气管线建设的发展。近些年，随着钢铁冶炼制备技术的不断发展，管线钢的品质也不断提高。但是，钢中的氧、硫、氮等夹杂物依然无法去除，过分追求钢的“洁净”，其冶炼制造成本非常大。传统观念认为，钢中的夹杂物会破坏钢基体的连续性，恶化钢材的综合力学性能。鉴于管线钢的服役条件，管线钢除了具备良好的焊接性能外，耐腐蚀也是其重要的性能指标。其中，点蚀是管线钢腐蚀的主要形式之一，主要发生在钢中夹杂物等析出相粒子及基体之间。随着钢铁制备技术快速发展，制造业对管线钢的品质也提出了更高的要求，研发出耐腐蚀或和易焊接的管线钢已成为管线钢领域的热点方向之一。
3.发明专利cn 106011667 a公开了一种耐候耐腐蚀直缝埋弧焊钢管，该发明通过添加并利用ni、cr、mo、cu等元素的最佳配比使得钢管具有高强度，优异的耐腐蚀性能，并适用于直缝埋弧焊工艺。显然，该发明采用添加ni、mo、cu等贵重合金，无疑增加了冶金制造成本，同时合金配比精确控制难度较大。
4.发明专利cn 112695246 a公开了一种耐酸腐蚀的高强度管线钢及其制造方法，该工艺针对管线内部的h2s腐蚀，与通用的低c高mn成分设计不同，采用低c、低mn、高cr的合金化成分体系，从成分上消除了高锰体系所引起的锰合金元素偏析问题，避免了带状偏析组织形成，具有优异的耐腐蚀性能，并且具有较高的强度和韧性。该专利所涉及的腐蚀属于均匀腐蚀范畴，不涉及点蚀机制，特别是并没有对焊接性能进行评价。
5.发明专利cn 111235465 a公开了一种8-15mm厚耐腐蚀高止裂海底管线钢x65mo及其生产方法，采用添加适量的相对廉价的稀土铈铁合金替代一部分nb、cr进行低成本的设计思路，充分发挥控轧控冷工艺，通过合金元素的细晶强化、沉淀强化的机理实现材料的高强度、高韧性以及耐腐蚀的热轧卷板。该发明利用稀土ce具备低温韧性、耐腐蚀的有益特性和配合控制轧制工艺来提升管线钢基材的耐蚀增韧性能，并没有对焊接性能进行描述。
6.发明专利cn 102154587 b公开了一种大线能量焊接用管线钢及其制造方法，该工艺同时添加了大量的ti、ni、cu、nb和稀土等贵重合金元素，冶炼成本较高。并且该专利严格控制钛与氮比在2～4之间，铝与氮比在3～10之间。一方面其精确控制存在难度，另一方面钢中存在大量的nb元素，生成氮化铌所起到的作用未被提及。
7.发明专利cn 113046653 a公开了一种大线能量焊接性能优异的管线钢及其制造方法，采用了镁系合金化技术，球化了钢的硫化锰夹杂物，使大型夹杂物转变为细小的含镁氧化物，成为了原始奥氏体晶粒凝固形核核心，有效细化了钢板的组织，并且含镁材质的基体在焊接过程中，能阻止晶粒的长大及恶化，有效减少焊接的不利影响。该工艺添加了同时
添加了大量的ni、cr、mo、cu和nb等贵重合金元素，增加了冶炼制造成本。并且该专利仅对管线钢基材性能进行了展示，未对产品的焊接性能及耐点蚀性能进行报道。
8.从以上现有技术可知，为了使管线钢承受具有优异的抗腐蚀性能和高热输入焊接工艺，现有的管线钢大都通过添加ni、mo、cu和nb等贵重合金元素和配合控轧控冷轧制工艺。显然，管线钢的冶炼成本显著增加，另外同时提升管线钢的耐点蚀和耐腐蚀性能的文献鲜有报道。

技术实现要素：

9.针对现有技术的不足，本发明提供一种耐点蚀易焊接用管线钢及其制备方法，以低碳-中锰-高铬-低铜的成分为基础，通过自制钛-稀土-钙-氮包芯线来调整冶炼工艺，对钢中夹杂物的长宽比、形状和钢中氧化物和氮化物的数目进行合理控制，实现管线钢耐点蚀性能的同时，兼备承受高热输入焊接条件。
10.为实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
11.技术方案之一：一种耐点蚀易焊接用管线钢，其特征在于，化学成分按质量分数为：c:0.03～0.08％,si:0.05～0.35％,mn:1.5～1.85％,al:0.003～0.08％,cr:0.2～0.35％,cu:0.08～0.15％,nb:0.01～0.08％,b:0.001～0.005,ti:0.005～0.015％,re:0.0001～0.001％,ca:0.001～0.006％,p:0.001～0.02％,s:0.001～0.004％,o:0.002～0.007％,n:0.004～0.01％,且满足关系式：20≤[mn]/[c]≤40,0.3％≤[cr]+[cu]+[nb]+[b]≤0.6％,[cr]/[cu]:≥2.5,其中[]表示元素质量分数，余量为fe；钢中夹杂物粒径最大值标记为dmax，粒径最小值定义为dmin，夹杂物的长宽比标记为dmax/dmin；在钢基材中夹杂物长宽比符合1≤dmax/dmin≤1.5的夹杂物占夹杂物总数量≥85％，夹杂物长宽比dmax/dmin≥3占夹杂物总数量≤6％；钢中氧化物数量为500～2000个/mm2；粒径尺寸在0.1～3μm的ti-re-si-ca系氧化物数量占总夹杂物数量≥75％，其中粒径尺寸＞5μm的氧化物数量≤20个/mm2；钢中氮化物包括氮化硼和/或氮化铌，粒径中尺寸≥300nm的氮化物的数量≤50个/mm2；钢中单独析出的硫化物数量占夹杂物总数量≤4％。
[0012]
进一步的，钢中稀土元素re是ce、la、y中任一种或任两种组合。
[0013]
进一步的，所述氧化物包括氧化钛、稀土氧化物、氧化钙中任一种或任两种以上复合氧化物。
[0014]
进一步的，所述硫化物包括硫化锰、硫化钙、稀土硫化物中任一种或任两种以上复合硫化物。
[0015]
进一步的，钢中60～90％的硫化物依附在氧化物粒子周围。
[0016]
进一步的，30～60％的晶内铁素体组织形核在ti-re-si-ca系氧化物+硫化物或和氮化物粒子边缘。
[0017]
进一步的，钢板在≤600kj高热输入焊接条件下，母材焊接热影响区在-40℃冲击韧性≥80j。
[0018]
技术方案之二：一种耐点蚀易焊接用管线钢的制备方法，包括以下步骤：
[0019]
步骤1、制线：将钛、硅、钙、稀土、硼的合金进行氮化处理并破碎成颗粒粉末，并由铝带包卷形成包芯线，增强深脱氧效果；所述包芯线成分按质量分数分为：钛含量为15～35wt.％，钙含量为5～22wt.％，稀土含量为1～25wt.％，硼含量为1～12wt.％，氮含量1～
10wt.％，铝含量为5～30wt.％，硅含量为5～24wt.％，其余为不可避免的杂质，且其中稀土、钙和硅的含量之和大于钛和铝的含量之和，目的是进行深脱硫处理并增强夹杂物改性及球化作用；
[0020]
所述包芯线的芯料粒径0.5～5mm，芯料重量为150～500g/m，线直径为8～15mm；
[0021]
将所述包芯线放置在精炼站的喂线机上备用；
[0022]
步骤2、炼钢：
[0023]
1)在所述冶炼钢水过程中，采用转炉或电炉冶炼，出钢至钢包，其中熔炼和出钢阶段要底吹氩气；2)钢包转至精炼站，调整钢水成分和温度，精炼过程要氩气保护；3)在钢水的溶解氧达到≤20ppm、溶解氮达到≤50ppm后，喂入所述包芯线，钢水在吹氩量＞300l/min下搅拌≥4min；调整钢水成分满足钢材化学成分要求，出站；4)所述铸坯过程中，钢水进行全保护浇铸，获得铸坯；
[0024]
步骤3、轧制：
[0025]
所述铸坯送入轧机进行轧制，终轧温度≥850℃；轧后水冷至450～700℃再空冷至室温。
[0026]
进一步的，所述步骤1)中，钛、硅、钙、稀土、硼合金破碎后由行星式球磨机混匀，球磨速度200r/min～400r/min，球磨时间30～120min。
[0027]
进一步的，所述步骤3)中，轧制工艺采用两阶段控制轧制或再结晶区高温连续轧制。
[0028]
本发明技术方案的技术原理和设计思想是：现有改善管线钢耐腐蚀或和耐高热输入焊接性能主要通过合金化和控轧控冷技术，并且同时提升管线钢点蚀和焊接性能的研究甚少。本发明通过对合金成分和冶炼过程优化保证基材的强度同时，低铜高铬耐蚀元素配比设计又保证了基材的耐均匀腐蚀能力。在钢中引入钛-稀土-钙系氧化物基多相粒子并实现对各夹杂物的长宽比和数量等合理控制，同时分散了易点蚀作用的硫化物相的析出。实现有效多相氧化物粒子诱导铁素体形核、氮化物阻碍奥氏体晶粒长大、分散易点蚀硫化物析出的多重作用。钢中夹杂物粒子被改性和球化显著提升了管线钢的耐点蚀性能。
[0029]
本发明技术方案采用低碳-中锰-高铬-低铜-微铌较为廉价的成分体系，20≤[mn]/[c]≤40的限定，保证了钢材的基体强度，由避免高锰所引起的锰偏析以及带状偏析组织形成，降低了点蚀的倾向。通过对关系式0.3≤[cr]+[cu]+[nb]+[b]≤0.6和[cr]/[cu]:≥2.5的合理控制，可摆脱管线钢对镍、钒、钼等昂贵合金的依赖；包芯线中钛所形成的含钛氧化物是形成晶内微细针状铁素体的强有效元素；包芯线中稀土、硅、钙合金元素可深脱硫并对夹杂物进行有效改性和球化。不采用钢带而用铝带包覆芯料，形成钙铝复合脱氧，实现深度脱氧的目的。大量细小球化后的含钛-稀土-钙系氧化物粒子在粗大奥氏体晶内诱发铁素体形核，有效分散了点蚀敏感性强的硫化物(如硫化锰)单独析出，削弱了管线钢的点蚀倾向。另外，氮化铌、氮化硼在晶界聚集，抑制粗大奥氏体晶粒长大，细化了管线钢基材焊接热影响区组织。通过大量实验研究，明确并限定了夹杂物长宽比、数量等，其满足特定关系参数时，可使管线钢具备最佳的目标效果。
[0030]
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
[0031]
1)本发明不添加ni、mo、v等贵重合金，基于低碳-中锰-高铬-低铜-微铌较为廉价合金的成分体系，通过特制ti-re-si-ca-n铝带包芯线进行夹杂物特殊处理，增强深脱氧深
脱硫、夹杂物变性和球化效果，充分发挥钛-稀土-钙基氧化物及铌/硼氮化物诱发晶内铁素体形核和阻碍晶粒长大的协同作用，提高收得率，节约了合金资源。
[0032]
2)本发明通过特殊冶炼制备方法，对钢中夹杂物数量及长宽比进行有效控制，同时有效分散了粗大长条状硫化物相的析出，削弱了粗大条状硫化物单独析出的点蚀倾向，兼顾了管线钢承受高热输入焊接和耐点蚀性能。
附图说明
[0033]
图1为本发明实施例1钢中典型的ti-ce-ca基氧化物夹杂的电子扫描照片，其右上角附有复合氧化物的eds谱图。
具体实施方式
[0034]
下面结合实施例对本发明的实施方式作进一步说明：
[0035]
下面将更详细地描述本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
[0036]
实施例1
[0037]
本实施例中，兼备耐点蚀易焊接用管线钢板，其化学成分按质量分数为：c:0.05％，si:0.15％,mn:1.7％,al:0.03％,cr:0.25％,cu:0.08％,nb:0.05％,b:0.003,ti:0.01％,ce:0.0008％,ca:0.003％,p:0.004％,s:0.003％,o:0.005％,n:0.008％,且满足关系式：20≤[mn]/[c]≤40,0.3％≤[cr]+[cu]+[nb]+[b]≤0.6％,[cr]/[cu]:≥2.5,余量为fe。
[0038]
钢中夹杂物粒径最大值标记为dmax，粒径最小值定义为dmin，夹杂物的长宽比标记为dmax/dmin。在钢基材中夹杂物长宽比为1≤dmax/dmin≤1.5的夹杂物数量占夹杂物总数量85％，夹杂物长宽比dmax/dmin≥3占夹杂物总数量5％。钢中氧化物包含氧化钛、稀土氧化物和氧化钙一种或两种及以上，数量为800个/mm2。粒径尺寸在0.1～3μm的氧化物数量占总夹杂物数量85％，其中粒径尺寸＞5μm的氧化物数量为15个/mm2。钢中氮化物包括氮化硼和氮化铌一种或两种，钢中尺寸≥300nm的氮化物的数量20个/mm2。钢中单独析出的硫化物数量占夹杂物总数量3％。所述钢材中，钢中60％的硫化物依附在氧化物粒子周围，其中硫化物包括硫化锰、硫化钙、稀土硫化物一种或两种及以上。钢板中40％的晶内铁素体组织形核在ti-ce-si-ca系氧化物+硫化物或和氮化物粒子边缘。
[0039]
上述钢材制备方法包括以下工艺步骤：将钛、钙、稀土、硅、硼的合金进行氮化处理并破碎成颗粒粉末，并在行星式球磨机中充分混均，球磨速度320r/min，球磨时间80min，由铝带包卷形成包芯线，其中钛含量为20wt.％，钙含量为18wt.％，稀土铈含量为5wt.％，硼含量为5wt.％，氮含量8wt.％，铝含量为18wt.％，硅含量为22wt.％，其余为不可避免的杂质，且其中稀土ce、si、ca的含量之和大于ti和al含量；合金包芯线的芯料粒径2mm，重量为350g/m，线直径为12mm；将所述合金包芯线安置精炼站的喂线机上；
[0040]
采用电炉冶炼钢水，出钢至钢包，其中熔炼和出钢阶段要底吹氩气；钢包转至精炼站，调整钢水成分和温度，精炼过程要氩气保护；钢水的氧含量达到15ppm、氮含量达到50ppm后，喂入所述合金包芯线，钢水在吹氩量380l/min条件下搅拌5min；调整钢水合金成
分满足管线钢板化学成分要求，出站；钢水进行全保护浇铸，获得铸坯；
[0041]
铸坯送入轧机采用两阶段控制轧制工艺，轧机初轧温度1150℃，终轧温度1020℃；轧后水冷至500℃再空冷至室温。
[0042]
根据上述步骤，其管线钢板在150kj/cm高热输入焊接条件下，母材热影响区在-40℃冲击韧性为254j。
[0043]
实施例2
[0044]
本实施例中，兼备耐点蚀易焊接用管线钢板，其化学成分按质量分数为：c:0.06％,si:0.08％,mn:1.85％,al:0.05％,cr:0.28％,cu:0.11％,nb:0.04％,b:0.002,ti:0.015％,la:0.0007％,ca:0.004％,p:0.003％,s:0.004％,o:0.006％,n:0.01％,且满足关系式：20≤[mn]/[c]≤40,0.3％≤[cr]+[cu]+[nb]+[b]≤0.6％,[cr]/[cu]:≥2.5,余量为fe。
[0045]
钢中夹杂物粒径最大值标记为dmax，粒径最小值定义为dmin，夹杂物的长宽比标记为dmax/dmin。在钢基材中夹杂物长宽比为1≤dmax/dmin≤1.5的夹杂物数量占夹杂物总数量93％，夹杂物长宽比dmax/dmin≥3占夹杂物总数量4％。钢中氧化物包含氧化钛、稀土氧化物和氧化钙一种或两种及以上，数量为680个/mm2。粒径尺寸在0.1～3μm的氧化物数量占总夹杂物数量90％，其中粒径尺寸＞5μm的氧化物数量为10个/mm2。钢中氮化物包括氮化硼和氮化铌一种或两种，钢中尺寸≥300nm的氮化物的数量15个/mm2。钢中单独析出硫化物数量占夹杂物总数量2％。所述钢材中，钢中50％的硫化物依附在氧化物粒子周围，其中硫化物包括硫化锰、硫化钙、稀土硫化物一种或两种及以上。钢板中35％的晶内铁素体组织形核在ti-la-si-ca系氧化物+硫化物或和氮化物粒子边缘。
[0046]
上述钢材制备方法包括以下工艺步骤：将钛、稀土镧、硅、钙、硼的合金进行氮化处理并破碎成颗粒粉末，并在行星式球磨机中充分混均，球磨速度200r/min，球磨时间120min，由铝带包卷形成包芯线，其中钛含量为34wt.％，钙含量为20wt.％，稀土含量为15wt.％，硼含量为4wt.％，氮含量5wt.％，铝含量为10wt.％，硅含量为8wt.％，其余为不可避免的杂质，且其中稀土la、si、ca的含量之和大于ti和al的含量之和；合金包芯线的芯料粒径为2mm，芯料重量为230g/m，线直径为8mm；将所述合金包芯线安置精炼站的喂线机上；
[0047]
采用电炉冶炼钢水，出钢至钢包，其中熔炼和出钢阶段要底吹氩气；钢包转至精炼站，调整钢水成分和温度，精炼过程要氩气保护；钢水的氧含量达到18ppm、氮含量达到30ppm后，喂入所述合金包芯线，钢水在吹氩量320l/min条件下搅拌6min；调整钢水合金成分满足管线钢板化学成分要求，出站；钢水进行全保护浇铸，获得铸坯；
[0048]
铸坯送入轧机采用两阶段控制轧制工序，轧机初轧温度1150℃，终轧温度920℃，轧后水冷480℃再空冷至室温。
[0049]
根据上述步骤，其钢板在250kj/cm高热输入焊接条件下，母材热影响区在-40℃冲击韧性为217j。
[0050]
实施例3
[0051]
本实施例中，兼备耐点蚀易焊接用管线钢板，其化学成分按质量分数为：c:0.07％,si:0.25％,mn:1.55％,al:0.06％,cr:0.3％,cu:0.12％,nb:0.05％,b:0.001,ti:0.01％,y:0.0006％,ca:0.005％,p:0.002％,s:0.003％,o:0.005％,n:0.007％,且满足关系式:20≤[mn]/[c]≤40,0.3％≤[cr]+[cu]+[nb]+[b]≤0.6％,[cr]/[cu]:≥2.5,余量为
fe。
[0052]
钢中夹杂物粒径最大值标记为dmax，粒径最小值定义为dmin，夹杂物的长宽比标记为dmax/dmin。在钢基材中夹杂物长宽比为1≤dmax/dmin≤1.5的夹杂物数量占夹杂物总数量88％，夹杂物长宽比dmax/dmin≥3占夹杂物总数量3％。钢中氧化物包含氧化钛、稀土钇氧化物和氧化钙一种或两种及以上，数量为950个/mm2。粒径尺寸在0.1～3μm的氧化物数量占总夹杂物数量78％，其中粒径尺寸＞5μm的氧化物数量为15个/mm2。钢中氮化物包括氮化硼和氮化铌一种或两种，钢中尺寸≥300nm的氮化物的数量45个/mm2。钢中单独析出硫化物数量占夹杂物总数量1％。所述钢材中，钢中65％的硫化物依附在氧化物粒子周围，其中硫化物包括硫化锰、硫化钙、稀土硫化物一种或两种及以上。钢板中50％的晶内铁素体组织形核在ti-y-si-ca系氧化物+硫化物或和氮化物粒子边缘。
[0053]
上述钢材制备方法包括以下工艺步骤：将钛、稀土钇、硅、钙、硼的合金进行氮化处理并破碎成颗粒粉末，并在行星式球磨机中充分混均，球磨速度250r/min，球磨时间100min。由铝带包卷形成包芯线，其中钛含量为15wt.％，钙含量为5wt.％，稀土含量为18wt.％，硼含量为10wt.％，氮含量10wt.％，铝含量为20wt.％，硅含量为15wt.％，其余为不可避免的杂质，且其中稀土y、si、ca的含量之和大于ti和al的含量之和；铝带包芯线的芯料粒径为3mm，芯料重量为350g/m，线直径为10mm；将所述合金包芯线安置精炼站的喂线机上；
[0054]
采用转炉冶炼钢水，出钢至钢包，其中熔炼和出钢阶段要底吹氩气；钢包转至精炼站，调整钢水成分和温度，精炼过程要氩气保护；钢水的氧含量达到15ppm、氮含量达到45ppm后，喂入所述合金包芯线，钢水在吹氩量480l/min条件下搅拌4min；调整钢水合金成分满足管线钢板化学成分要求，出站；钢水进行全保护浇铸，获得铸坯；
[0055]
铸坯送入轧机进行轧制，采用再结晶区连续高温热轧工序，终轧温度1050℃，轧后水冷至550℃再空冷至室温。
[0056]
根据上述步骤，其钢板在430kj/cm高热输入焊接条件下，母材热影响区在-40℃冲击韧性为154j。
[0057]
实施例4
[0058]
本实施例中，兼备耐点蚀易焊接用管线钢板，其化学成分按质量分数为：c:0.04％，si:0.2％,mn:1.6％,cr:0.32％,cu:0.1％,b:0.002％,al:0.05％,nb:0.08％,ti:0.015％,ce+la:0.001％,ca:0.005％,p:0.003％,s:0.002％,o:0.007％,n:0.006％,且满足关系式:20≤[mn]/[c]≤40,0.3％≤[cr]+[cu]+[nb]+[b]≤0.6％,[cr]/[cu]:≥2.5,余量为fe。
[0059]
钢中夹杂物粒径最大值标记为dmax，粒径最小值定义为dmin，夹杂物的长宽比标记为dmax/dmin。在钢基材中夹杂物长宽比为1≤dmax/dmin≤1.5的夹杂物数量占夹杂物总数量92％，夹杂物长宽比dmax/dmin≥3占夹杂物总数量2％。钢中氧化物包含氧化钛、稀土氧化物和氧化钙一种或两种及以上，氧化物数量为1500个/mm2。粒径尺寸在0.2～3μm的氧化物数量占总夹杂物数量84％，其中粒径尺寸＞5μm的氧化物数量为17个/mm2。钢中氮化物包括氮化硼和氮化铌一种或两种，钢中尺寸≥300nm的氮化物的数量50个/mm2。钢中单独析出硫化物数量占夹杂物总数量3％。所述钢材中，钢中45％的硫化物依附在氧化物粒子周围，其中硫化物包括硫化锰、硫化钙、稀土硫化物一种或两种及以上。钢板中60％的晶内铁
素体组织形核在ti-ce/la-si-ca系氧化物+硫化物或和氮化物粒子边缘。
[0060]
上述钢材制备方法包括以下工艺步骤：将钛、稀土铈、稀土镧、硅、钙、硼的合金进行氮化处理并破碎成颗粒粉末，并在行星式球磨机中充分混均，球磨速度350r/min，球磨时间50min。由铝带包卷形成包芯线，其中钛含量为20wt.％，钙含量为20wt.％，稀土含量为10wt.％，硼含量为5wt.％，氮含量10wt.％，铝含量为18wt.％，硅含量为15wt.％，其余为不可避免的杂质，且其中稀土ce+la、si、ca的含量之和大于ti和al的含量之和；铝带包芯线的芯料粒径为4mm，芯料重量为400g/m，线直径为10mm；将所述包芯线安置精炼站的喂线机上；
[0061]
采用电炉冶炼钢水，出钢至钢包，其中熔炼和出钢阶段要底吹氩气；钢包转至精炼站，调整钢水成分和温度，精炼过程要氩气保护；钢水的氧含量达到20ppm、氮含量达到30ppm后，喂入所述合金包芯线，钢水在吹氩量420l/min条件下搅拌5min；调整钢水合金成分满足管线钢板化学成分要求，出站；钢水进行全保护浇铸，获得铸坯；
[0062]
铸坯送入轧机采用两阶段控制轧制工序，轧机初轧温度1100℃，终轧温度900℃；轧后水冷至680℃再空冷至室温。
[0063]
根据上述步骤，其钢板在530kj/cm高热输入焊接条件下，母材热影响区在-40℃冲击韧性为120j。
[0064]
实施例5
[0065]
本实施例中，兼备耐点蚀易焊接用管线钢板，其化学成分按质量分数为：c:0.05％,si:0.06％,mn:1.75％,al:0.04％,cr:0.35％,cu:0.1％,nb:0.02％,b:0.001,ti:0.015％,ce+y:0.0008％,ca:0.006％,p:0.002％,s:0.001％,o:0.006％,n:0.005％,且满足关系式:20≤[mn]/[c]≤40,0.3％≤[cr]+[cu]+[nb]+[b]≤0.6％,[cr]/[cu]:≥2.5,余量为fe。
[0066]
钢中夹杂物粒径最大值标记为dmax，粒径最小值定义为dmin，夹杂物的长宽比标记为dmax/dmin。在钢基材中夹杂物长宽比为1≤dmax/dmin≤1.5的夹杂物数量占夹杂物总数量85％，夹杂物长宽比dmax/dmin≥3占夹杂物总数量6％。钢中氧化物包含氧化钛、稀土氧化物和氧化钙一种或两种及以上，数量为1800个/mm2。粒径尺寸在0.1～3μm的氧化物数量占总夹杂物数量80％，其中粒径尺寸＞5μm的氧化物数量为50个/mm2。钢中氮化物包括氮化硼和氮化铌一种或两种，钢中尺寸≥300nm的氮化物的数量18个/mm2。钢中单独析出硫化物数量占夹杂物总数量2％。所述钢材中，钢中55％的硫化物依附在氧化物粒子周围，其中硫化物包括硫化锰、硫化钙、稀土硫化物一种或两种及以上。钢板中55％的晶内铁素体组织形核在ti-ce/y-si-ca系氧化物+硫化物或和氮化物粒子边缘。
[0067]
上述钢材制备方法包括以下工艺步骤：将钛、稀土铈、稀土钇、硅、钙、硼进行氮化处理并破碎成颗粒粉末，并在行星式球磨机中充分混均，球磨速度400r/min，球磨时间30min。由铝带包卷形成包芯线，其中钛含量为10wt.％，钙含量为15wt.％，稀土含量为7wt.％，硼含量为8wt.％，氮含量5wt.％，铝含量为30wt.％，硅含量为20wt.％，其余为不可避免的杂质，且其中稀土ce+y、si和ca的含量之和大于ti和al的含量之和；铝带包芯线的芯料粒径为3mm，芯料重量为500g/m，线直径为15mm；将所述包芯线安置精炼站的喂线机上；
[0068]
采用电炉冶炼钢水，出钢至钢包，其中熔炼和出钢阶段要底吹氩气；钢包转至精炼站，调整钢水成分和温度，精炼过程要氩气保护；钢水的氧含量达到12ppm、氮含量达到30ppm后，喂入所述合金包芯线，钢水在吹氩量320l/min条件下搅拌8min；调整钢水合金成
分满足管线钢板化学成分要求，出站；钢水进行全保护浇铸，获得铸坯；
[0069]
铸坯送入轧机进行轧制，采用再结晶区连续高温热轧工序，终轧温度1000℃，轧后水冷至640℃再空冷至室温。
[0070]
根据上述步骤，其钢板在600kj/cm高热输入焊接条件下，母材热影响区在-40℃冲击韧性为88j。
[0071]
对比例1
[0072]
本对比例中，一种管线钢板，其化学成分按质量分数为:c:0.08％,si:0.2％,mn:1.5％,cr:0.1％,cu:0.15％,mo:0.15％,al:0.08％,nb:0.01％,b:0.001,ca:0.002％,p:0.005％,s:0.006％,o:0.007％,n:0.009％,余量为fe和残留元素，不满足20≤[mn]/[c]≤40,0.3％≤[cr]+[cu]+[nb]+[b]≤0.6％,[cr]/[cu]:≥2.5关系式。
[0073]
上述钢材采用电炉冶炼钢水，出钢至钢包，其间底吹氩气；钢包运送至精炼站精炼，调整钢水成分和温度；精炼过程采用氩气进行保护；在钢水的溶解氧达到20ppm、溶解氮达到35ppm后，喂入铝钙脱氧合金块，钢水进行底吹氩气搅拌7min；调整钢水合金成分满足管线钢化学成分要求，出站；钢水进行全保护浇铸，获得铸坯；铸坯采用热装加热炉加热，铸坯的加热温度1200℃，加热时间120min，轧机初轧温度1150℃，终轧温度980℃；轧后水冷至500℃再空冷至室温。所述钢板中粒径尺寸在0.2～3μm的夹杂物数量占总夹杂物数量35％，其中粒径尺寸＞5μm的夹杂物数量为80个。根据上述步骤，其钢板在400kj/cm高热输入焊接条件下，热影响区的显微组织为粗大的侧板条铁素体和魏氏组织；焊接热影响区-40℃冲击韧性两次检测值分别为18j和44j。该对比例没有添加特殊的ti-re-si-ca-n铝带包芯线，钢中无法获得弥散有益的夹杂物粒子，更没有对夹杂物数量和长宽比的合理控制，导致钢基材焊接性能不佳。另外，大尺寸夹杂物增多，降低了基材的耐点蚀性能。
[0074]
对比例2
[0075]
本对比例中，一种管线钢板，其化学成分按质量分数为：c:0.08％，si:0.25％，mn:1.65％，cr:0.15％，mo:0.1％,ni:0.1％，cu:0.1％，al:0.006％，ca:0.003％，p:0.007％，s:0.008％，o:0.006％，n:0.006％，余量为fe和残留元素。
[0076]
上述钢材采用电炉冶炼钢水，出钢至钢包，其间底吹氩气；钢包运送至精炼站精炼，调整钢水成分和温度；精炼过程采用氩气进行保护；在钢水的溶解氧达到30ppm、溶解氮达到45ppm后，喂入铝钙脱氧合金块，钢水进行底吹氩气搅拌8min；调整钢水合金成分满足管线钢化学成分要求，出站；钢水进行全保护浇铸，获得铸坯；铸坯采用热装加热炉加热，铸坯的加热温度1250℃，加热时间80min，在再结晶区进行高温连续轧制，终轧温度1100℃；轧后水冷至460℃再空冷至室温。根据上述步骤，其钢板在600kj/cm高热输入焊接条件下，热影响区的显微组织为粗大的贝氏体铁素体和多边形铁素体；焊接热影响区-40℃冲击韧性两次检测值分别为37j和12j。该对比例管线钢添加了mo、ni、cu等耐腐蚀合金元素，但是无疑增加了钢材的制造成本；铝钙脱氧对夹杂物趋于有益化的调控能力不足；微合金元素的增多，基材淬透性增加；最终在高热输入焊接下，其热影响区的冲击韧性难以满足服役要求。
[0077]
显然，本发明的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变
动仍处于本发明创造的保护范围之中。

技术特征：

1.一种耐点蚀易焊接用管线钢，其特征在于，化学成分按质量分数为：c:0.03～0.08％,si:0.05～0.35％,mn:1.5～1.85％,al:0.003～0.08％,cr:0.2～0.35％,cu:0.08～0.15％,nb:0.01～0.08％,b:0.001～0.005,ti:0.005～0.015％,re:0.0001～0.001％,ca:0.001～0.006％,p:0.001～0.02％,s:0.001～0.004％,o:0.002～0.007％,n:0.004～0.01％,且满足关系式：20≤[mn]/[c]≤40,0.3％≤[cr]+[cu]+[nb]+[b]≤0.6％，[cr]/[cu]:≥2.5,其中[]表示元素质量分数，余量为fe；钢中夹杂物粒径最大值标记为dmax，粒径最小值定义为dmin，夹杂物的长宽比标记为dmax/dmin；在钢基材中夹杂物长宽比符合1≤dmax/dmin≤1.5的夹杂物占夹杂物总数量≥85％，夹杂物长宽比dmax/dmin≥3占夹杂物总数量≤6％；钢中氧化物数量为500～2000个/mm2；粒径尺寸在0.1～3μm的ti-re-si-ca系氧化物数量占总夹杂物数量≥75％，其中粒径尺寸＞5μm的氧化物数量≤20个/mm2；钢中氮化物包括氮化硼和/或氮化铌，粒径中尺寸≥300nm的氮化物的数量≤50个/mm2；钢中单独析出的硫化物数量占夹杂物总数量≤4％。2.根据权利要求1所述的一种耐点蚀易焊接用管线钢，其特征在于，钢中稀土元素re是ce、la、y中任一种或任两种以上组合。3.根据权利要求1所述的一种耐点蚀易焊接用管线钢，其特征在于，所述氧化物包括氧化钛、稀土氧化物、氧化钙中任一种或任两种以上复合氧化物。4.根据权利要求1所述的一种耐点蚀易焊接用管线钢，其特征在于，所述硫化物包括硫化锰、硫化钙、稀土硫化物中任一种或任两种以上复合硫化物。5.根据权利要求1所述的一种耐点蚀易焊接用管线钢，其特征在于，钢中60～90％的硫化物依附在氧化物粒子周围。6.根据权利要求1所述的一种耐点蚀易焊接用管线钢，其特征在于，30～60％的晶内铁素体组织形核在ti-re-si-ca系氧化物+硫化物或和氮化物粒子边缘。7.根据权利要求1所述的一种耐点蚀易焊接用管线钢，其特征在于，钢板在≤600kj高热输入焊接条件下，母材焊接热影响区在-40℃冲击韧性≥80j。8.一种耐点蚀易焊接用管线钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、制线：将钛、硅、钙、稀土、硼的合金进行氮化处理并破碎成颗粒粉末，并由铝带包卷形成包芯线，增强深脱氧效果；所述包芯线成分按质量分数分为：钛含量为15～35wt.％，钙含量为5～22wt.％，稀土含量为1～25wt.％，硼含量为1～12wt.％，氮含量1～10wt.％，铝含量为5～30wt.％，硅含量为5～24wt.％，其余为不可避免的杂质，且其中稀土、钙和硅的含量之和大于钛和铝的含量之和，目的是进行深脱硫处理并增强夹杂物改性及球化作用；所述包芯线的芯料粒径0.5～5mm，芯料重量为150～500g/m，线直径为8～15mm；将所述包芯线放置在精炼站的喂线机上备用；步骤2、炼钢：1)在所述冶炼钢水过程中，采用转炉或电炉冶炼，出钢至钢包，其中熔炼和出钢阶段要底吹氩气；2)钢包转至精炼站，调整钢水成分和温度，精炼过程要氩气保护；3)在钢水的溶解氧达到≤20ppm、溶解氮达到≤50ppm后，喂入所述包芯线，钢水在吹氩
量＞300l/min下搅拌≥4min；调整钢水成分满足钢材化学成分要求，出站；4)所述铸坯过程中，钢水进行全保护浇铸，获得铸坯；步骤3、轧制：所述铸坯送入轧机进行轧制，终轧温度≥850℃；轧后水冷至450～700℃再空冷至室温。9.根据权利要求8所述的一种耐点蚀易焊接用管线钢的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中，钛、硅、钙、稀土、硼合金破碎后由行星式球磨机混匀，球磨速度200r/min～400r/min，球磨时间30～120min。10.根据权利要求8所述的一种耐点蚀易焊接用管线钢的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中，轧制工艺采用两阶段控制轧制或再结晶区高温连续轧制。

技术总结

本发明属于管线钢制备技术领域，涉及一种耐点蚀易焊接用管线钢及其制备方法，其特征在于，化学成分按质量分数为：C:0.03～0.08％,Si:0.05～0.35％,Mn:1.5～1.85％,Al:0.003～0.08％,Cr:0.2～0.35％,Cu:0.08～0.15％,Nb:0.01～0.08％,B:0.001～0.005,Ti:0.005～0.015％,RE:0.0001～0.001％,Ca:0.001～0.006％,P:0.001～0.02％,S:0.001～0.004％,O:0.002～0.007％,N:0.004～0.01％,且满足关系式：20≤[Mn]/[C]≤40,0.3％≤[Cr]+[Cu]+[Nb]+[B]≤0.6％,[Cr]/[Cu]:≥2.5,其中[]表示元素质量分数，余量为Fe。本发明通过成分优化和对钢中夹杂物改性与球化处理，充分利用夹杂物有益作用，实现管线钢耐点蚀兼备承受高热输入焊接条件。输入焊接条件。