[发明专利]一种提高管线钢低温冲击韧性的热处理工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种高级别管线钢的热处理工艺，特别是一种高强度X120管线钢的热处理工艺，具体地说是一种提高管线钢低温冲击韧性的热处理工艺。

背景技术

石油、天然气是人类社会赖以生存的重要能源，是经济社会赖以发展的物质基础之一。目前，已探明的油气主要集中在深海和环境条件恶劣的偏远山区，而油气的需求市场集中在城市。油气管线作为连接这两个地区的桥梁，已经成为了油气输送最为经济而有效的工具。

令人关注的公共安全和环境问题、以及管线制造和安装成本等因素使管线设计采用更高的强度、良好的止裂性能、抗氢致裂纹能力、良好的焊接和成形性能等。目前，X80管线钢已经在中国的西气东输复线工程上得到大量的应用。X120管线钢的应用具有巨大的经济效益，可分别使长距离油气管线成本节约5%～12%和5%～18%，主要体现在材料节约、提高输送压力、减小施工量、降低维护费用、优化整体方案等方面。

在机器制造业中，广泛采用低、中碳碳钢或低、中碳低合金钢等结构钢。结构钢传统的热处理工艺是调质，即完全淬火加高温回火。淬火所得组织为马氏体，高温回火后为回火索氏体。此种显微组织提供了强度和韧性的良好配合。对亚共析结构钢采用完全淬火的理由是避免出现未溶铁素体而使钢的性能变坏。但近年来，随着强韧化工艺的发展，人们在生产实践和科学试验中发现,对亚共析钢采用不完全淬火有助于在不降低材料强度的同时提高其韧性。所谓亚温淬火,亦即亚共析钢的不完全淬火，或称临界区淬火、两相区加热淬火，是将钢加热至奥氏体和铁素体两相区进行淬火。亚温淬火及随后回火是一种使钢强韧匹配较好的工艺。此工艺对钢的原始组织有一定要求，一般在亚温淬火前均需进行一次完全淬火或调质处理。

具有马氏体、贝氏体等非平衡原始组织钢，经亚温淬火后的强度、塑性和韧性均优于原始组织为正火态的钢。马氏体、上贝氏体和下贝氏体的性能基本接近，即非平衡组织作为亚温淬火的原始组织均可获得良好的强韧性。亚温淬火的强韧化效应是与两相的相对量和形态有关，其中强度主要取决于马氏体的相对量、形态以及“ 强化了的” 铁素体的强化程度，而韧性和塑性主要取决于铁素体的形态和分布。亚温淬火能明显抑制钢的回火脆性。

发明内容

本发明的目的是提供一种提高管线钢低温冲击韧性的热处理工艺，该工艺在较小程度降低管线钢强度的同时大幅提高其低温冲击韧性，使管线钢同时具有高强度和优良的低温冲击韧性。

本发明的目的是通过以下的技术方案来实现的：

一种提高管线钢低温冲击韧性的热处理工艺，其特征在于该热处理工艺包括以下工序：

1）将管线钢钢板加热到930～950℃，保温0.5-1.5h后淬火；

2）将淬火后的钢板再次加热到A_c3温度以下20~40℃，保温0.5-1.5h后淬火；

3）将两次淬火后的钢板加热到400~450℃，保温40~80min后出炉空冷，得到优良低温冲击韧性的管线钢。

本发明步骤1）中，可以将管线钢钢板加热到940℃，保温1h后淬火。

所述管线钢为高强韧X120管线钢钢板，其化学成分质量比为：C 0.03~0.06，Si 0.2~0.4，Mn 1~1.8，P<0.005，S<0.001，N<0.006，Nb 0.03~0.08，B 0.001~0.0015，Ni 0.3~0.6，Cr 0.1~0.4，Cu 0.1~0.4，Mo 0.1~0.5，余量为Fe和微量杂质。

本发明特别适用于高强韧X120管线钢钢板中，所述高强韧X120管线钢钢板由控轧控冷工艺获得。所述高强韧X120管线钢钢板的板厚为12.7mm。

本发明可以有效解决X120管线钢强度高冲击韧性低的矛盾，在较小程度降低X120管线钢的强度的同时，能大幅提高其低温冲击韧性（-30℃），优化了X120管线钢的力学性能，使其完全满足现在石油天然气管道工程的性能需求。

本发明的效果如下：

1)        本发明可显著的细化晶粒。经预先淬火后，得到的非平衡组织贝氏体，具有高位错密度，在两相区加热时，非平衡组织中的部分位错保留了下来，这些位错能增大奥氏体的形核率，奥氏体的起始晶粒被细化；由于组织中存在塑性未溶铁素体，阻碍奥氏体晶界迁移，抑制其长大；同时由于两相区淬火加热温度较低，不利于原子扩散，晶界迁移速度较小。最终导致奥氏体晶粒明显被细化。