CN101713051B - 一种100mm厚临氢钢板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种100mm厚临氢钢板，是由以下重量百分比的组分制备而成：C：0.10-0.20％，Si：0.13-0.43％，Mn：0.37-0.73％，P≤0.012％，S≤0.01％，Ni≤0.2％，Cr：0.75-1.25％，Cu≤0.2％，Mo：0.43-0.62％，余量为Fe和不可避免的杂质。同时还公开了该钢板的制备方法。本发明的100mm厚临氢钢板经热处理后，各项力学性能达到标准要求，而且热处理工艺中正火和回火的处理时间大大缩短，有效的降低了加热时能源的消耗，同时冷却时提高了冷却辊的速度，提高了热处理的效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种临氢钢板，特别是一种100mm厚临氢钢板，同时还涉及一种该钢板的制备方法。
背景技术
临氢钢板属于临氢设备用钢，由于其长期处于高温、高压、临氢的状态，钢板容易发生脆化，特别是有相当量的氢扩散、渗入并溶解于钢中，与钢的金属内部再结合形成分子，产生很高的压力，严重时会导致鼓包、皱折或裂纹，而且氢还可以与钢中的碳结合，使钢脱碳及钢中的硫化物与氧化物还原，从而导致钢的脆化。因此要求临氢钢板具有较高的韧性，同时要求具有一定的硬度和强度，以保证能够承受较大的压力。在含氢介质环境中，氢还会在钢的缺陷部位引发氢诱导开裂，因此还需要临氢钢板具有较好的焊接性能，以满足临氢设备的需要，目前我国的大厚度临氢钢板主要依赖进口，用于制造临氢设备的成本较高。
发明内容
本发明的目的是提供一种100mm厚临氢钢板，以提高钢板的强度和冲击韧性。
本发明的另一目的是提供一种100mm厚临氢钢板的制备方法，以提高钢板的焊接性能，并缩短热处理时间，提高热处理的效率。
为了实现以上目的，本发明100mm厚临氢钢板所采用的技术方案是：一种100mm厚临氢钢板，是由以下重量百分比的组分制备而成：C：0.10-0.20％，Si：0.13-0.43％，Mn：0.37-0.73％，P≤0.012％，S≤0.01％，Ni≤0.2％，Cr：0.75-1.25％，Cu≤0.2％，Mo：0.43-0.62％，余量为Fe和不可避免的杂质。
优选的组分为：C：0.13-0.15％，Si：0.26-0.27％，Mn：0.49-0.53％，P≤0.01％，S≤0.01％，Ni：0.10-0.11％，Cr：0.94-0.97％，Cu：0.08-0.12％，Mo：0.45-0.47％，余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明的100mm厚临氢钢板的制备方法，包括冶炼、浇铸、加热、轧制、热处理，其中热处理工艺如下：
1)正火：正火温度：920-940℃，总加热时间2.5min/mm，返红温度：400-410℃；正火后采用水冷，水冷参数∶上下集管水比1∶3，冷却辊速7m/min；
2)回火：回火温度：700-710℃，回火时间2.5min/mm，自然空冷。
本发明100mm厚临氢钢板的成分中，C对钢的强度、低温冲击韧性、焊接性能具有显著影响，为改善钢的低温韧性、焊接性能和耐腐蚀能力；Si在炼钢过程中作为还原剂和脱氧剂，Si和Mo、Cr等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，但若超过0.5％时，会造成钢的韧性下降，降低钢的焊接性能；Mn能增加钢的韧性、强度和硬度，提高钢的淬透性，改善钢的热加工性能，且价格低廉；Ni能提高钢的强度，同时也增强钢的塑性和韧性，在本发明的钢中Ni含量不高于0.20％；Cr能显著提高钢的强度、硬度和耐磨性，同时降低钢的塑性和韧性，Cr元素是本发明钢板中主要的合金元素；Cu与Ni共存，产生析出相Ni3Cu对钢的高温蠕变性能有利；Mo存在于钢的固溶体和碳化物中，有固溶强化作用，并可提高钢的淬透性；P和S在一般情况下都是钢中的有害元素，会增加钢的脆性，P使钢的焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏，S降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时会造成裂纹，因此应尽量减少P和S在钢中的含量。
本发明的100mm厚临氢钢板经热处理后，各项力学性能达到标准要求，其中冲击韧性较好，在0℃下横向冲击功高于标准下限数倍，而且热处理工艺中正火和回火的处理时间大大缩短，有效的降低了加热时能源的消耗，同时冷却时提高了冷却辊的速度，提高了热处理的效率。
具体实施方式
实施例1
本实施例的100mm厚临氢钢板是由以下重量百分比的组分制备而成：C：0.10％，Si：0.13％，Mn：0.37％，P：0.007％，S：0.004％，Ni：0.08％，Cr：0.75％，Cu：0.06％，Mo：0.43％，余量为Fe和不可避免的杂质。
本实施例的100mm厚临氢钢板的制备方法如下：
1)冶炼工艺：将含有上述元素的钢水先经电炉冶炼，再送入LF精炼炉精炼，并喂入Al线，加入SiCa块，然后在VD炉中进行真空处理；
2)浇铸工艺：真空破坏后在1555℃进行浇铸；
3)加热工艺：钢锭温送、温清、温装，装钢前晾炉30分钟，焖钢1小时，确保钢锭与加热炉的温度一致；采用低速烧钢，1000℃以下升温速度为120℃/h，最高加热温度为1250℃，保温时间为2小时；
4)轧制工艺：采用II型控轧工艺，第一阶段为奥氏体再结晶阶段，开轧温度1150℃，终轧温度950℃，累计压下率为70％；第二阶段为奥氏体非再结晶阶段，开轧温度930℃，终轧温度900℃，累计压下率为50％；
5)水冷工艺：经轧制后的钢板在ACC快速冷却装置进行冷却，返红温度为680℃；
6)热处理工艺：
正火：正火温度：920℃，总加热时间2.5min/mm，返红温度：400℃；正火后采用水冷，水冷参数∶上下集管水比1∶3，冷却辊速7m/min；
回火：回火温度：700℃，回火时间2.5min/mm，自然空冷。
实施例2
本实施例的100mm厚临氢钢板是由以下重量百分比的组分制备而成：C：0.20％，Si：0.43％，Mn：0.73％，P：0.009％，S：0.005％，Ni：0.2％，Cr：1.25％，Cu：0.2％，Mo：0.62％，余量为Fe和不可避免的杂质。
本实施例的100mm厚临氢钢板的制备方法同实施例1，其别在于：正火温度为930℃，回火温度为705℃。
实施例3
本实施例的100mm厚临氢钢板是由以下重量百分比的组分制备而成：C：0.15％，Si：0.27％，Mn：0.53％，P：0.005％，S：0.002％，Ni：0.11％，Cr：0.97％，Cu：0.12％，Mo：0.47％，余量为Fe和不可避免的杂质。
本实施例的100mm厚临氢钢板的制备方法同实施例1，其别在于：正火温度为940℃，回火温度为710℃。
实施例4
本实施例的100mm厚临氢钢板是由以下重量百分比的组分制备而成：C：0.13％，Si：0.26％，Mn：0.49％，P：0.008％，S：0.004％，Ni：0.10％，Cr：0.94％，Cu：0.08％，Mo：0.45％，余量为Fe和不可避免的杂质。
本实施例的100mm厚临氢钢板的制备方法同实施例1，其别在于：正火温度为940℃，回火温度为710℃。
模拟焊接性能试验：本发明的100mm厚临氢钢板在正火和回火后分别进行试样模拟焊接试验，其参数为：最大模拟焊接MAX.PWHT：690±10×18h(0～+2)h，最小模拟焊(Min.PWHT)：690±10×6h(0～+2)h。
本发明对实施例1-4中的100mm厚临氢钢板，在正火处理后进行试样最大模拟焊接试验，其力学性能如表1所示：
表1
表1中冲击功为1/4处进行的横向冲击，缺口为V形。
从上表可以看出，本发明的100mm厚临氢钢板在正火处理后进行最大模拟焊，其屈服强度高于标准100MPa左右，拉伸强度居标准中线，冲击功在150-200J之间，个别冲击低于100J，整体性能良好。从上表中，拉伸性能无论是1/2处还是1/4处基本相同，由此说明正火加热和冷却充分，通过下道工序高温度回火可进一步改善冲击韧性。
本发明对实施例1-4中的100mm厚临氢钢板，在回火处理后进行模拟焊接试验，其力学性能如表2所示：
表2
表2中冲击功为1/4处0℃横向冲击，缺口为V形。
表2中屈服强度高于标准100MPa以上，强度偏中上线，冲击功良好，单值个别点低可能受冲击试样的夹杂有关。回火态冲击功相比正火态有所的提升，说明在高温回火后改善了钢板的冲击韧性。
Claims (2)
1.一种100mm厚临氢钢板，其特征在于：是由以下重量百分比的组分制备而成：C：0.10-0.20%，Si：0.13-0.43%，Mn：0.37-0.73%，P≤0.012%，S≤0.01%，Ni≤0.2%，Cr：0.75-1.25%，Cu≤0.2%，Mo：0.43-0.62%，余量为Fe和不可避免的杂质；其制备方法包括冶炼、浇铸、加热、轧制、热处理，其中热处理工艺如下：1）正火：正火温度：920-940℃，总加热时间2.5min/mm，返红温度：400-410℃；正火后采用水冷，水冷参数：上下集管水比1：3，冷却辊速7m/min；2）回火：回火温度：700-710℃，回火时间2.5min/mm，自然空冷。
2.根据权利要求1所述的100mm厚临氢钢板，其特征在于：是由以下重量百分比的组分制备而成：C：0.13-0.15%，Si：0.26-0.27%，Mn：0.49-0.53%，P≤0.01%，S≤0.01%，Ni：0.10-0.11%，Cr：0.94-0.97%，Cu：0.08-0.12%，Mo：0.45-0.47%，余量为Fe和不可避免的杂质。
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