[发明专利]一种管线用镍基合金复合钢板及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合板及其制造方法，尤其涉及一种镍基合金复合钢板及其制造 方法。

背景技术

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 更优良的镍基合金等高合金材料。然而镍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，而且纯镍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，通常设计以碳钢为基层材料，镍基合金为复层 的高合金复合板来代替纯高合金材料的使用。碳钢的使用，可以保证管线的强度和焊接性 能，另外，通过对碳钢的不同设计，可以获得不同性能的基层材料，从而可以满足不同强度、 韧性以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。

就管线用镍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 以及机械复合制管法。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，这些问题 常困扰着制管企业以及复合管用户。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镍基合金管外套碳钢管再机械复合的方法生产，这种方法适合于环 境对界面结合要求不高的情况。对于轧制复合法，差异越大的两种材料，其加工工艺差异可 能越大，从而生产难度也大幅提高。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种管线用镍基合金复合钢板，其为轧制复合板，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；此外该管线用镍基合金复 合钢板兼具有镍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。

为了实现上述目的，本发明提出了一种管线用镍基合金复合钢板，其具有一层镍 基合金层和一层碳钢层，所述镍基合金层与碳钢层之间通过轧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：

C：0.01～0.20％；

Si：0.10～0.5％；

Mn：0.5～2.0％；以及

0＜V≤0.10％，0＜Nb≤0.10％，0＜Ti≤0.02％，0＜Ni≤0.50％，0＜Cu≤0.5％，0 ＜Cr≤0.50％，0＜Mo≤0.3％的至少其中之一；

余量为Fe和不可避免的杂质。

在本发明所述的管线用镍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，其中可以控制P≤0.02％，S≤0.03％。

本发明所述的管线用镍基合金复合钢板的碳钢层中的各化学元素的设计原理为：

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，对焊接性能和韧性不利，也更容易增加珠光体组织以及马奥岛等硬相组织，对钢 的耐腐蚀性能有不利影响，因此，考虑到钢板的强韧性匹配以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％。

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、 磷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％。

Mn：Mn可以推迟珠光体转变，降低临界冷却速度，大大提高钢的淬透性，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Mn含量太高容易出现偏析带以及马氏 体组织，对钢的韧性有不利影响，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Mn含量控制为0.50～2.00％。

V：V是强氮化物、碳化物形成元素。相对于钛、铌的碳氮化物，钒的析出物温度相对 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。

Nb：Nb是微合金钢中重要的添加元素。Nb与氮、碳易形成氮化铌，碳氮化铌以及碳 化铌等析出物。在钢坯加热过程中，铌在钢中可以起到细化奥氏体晶粒的作用。Nb可以大大 提高非再结晶区温度，对于控制轧制，晶粒细化，强度韧性控制有较明显的作用。而且Nb可 以形成纳米级的析出物，有助于强度的提升。但是铌的添加易造成混晶，过多的铌对韧性有 不利影响。一般铌的添加量上限为0.10％。