CN101713054B - 大厚度加氢反应器卷筒设备用钢板及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大厚度加氢反应器卷筒设备用钢板及其生产方法，该钢板以Cr-Mo钢为基础，添加适量的Ni、Cu、Al、Nb、Mn、Cr等合金元素，控制Sn、Sb、As、P、S等有害元素的含量，采用电炉冶炼、LF精炼炉精炼、拉坯下线堆垛缓冷、电渣重熔、轧制成材、扩氢退火、正火+回火热处理等生产工艺，制得了成品厚钢板。本发明制得的厚钢板厚度达198mm，单块钢板的重量达25吨，钢板的高温抗拉强度和屈服强度良好，-30℃的低温韧性良好，有良好的回火脆化敏感性系数，且生产的钢板纯净度高，成分均匀，内部致密，力学性能均匀。本发明的钢板完全满足加氢反应器卷筒设备的使用要求，适合于制造各种加氢反应器卷筒设备的主体结构件。
Description
技术领域
本发明属于钢冶炼技术领域，具体涉及一种大厚度加氢反应器卷筒设备用钢板及其生产方法。
背景技术
目前加氢反应器卷筒设备用钢普遍都采用Cr-Mo钢，但是由于加氢反应器卷筒设备用钢的使用环境极为苛刻，所以对钢的性能要求也非常高。首先要求有大的厚度，其次有较高的强度和韧性，保证抗疲劳性能，还要有良好的回火脆化敏感性系数，钢板经热处理后的组织应保证贝氏体的回火组织含量大于90％，钢板晶粒度≥5级，钢板中非金属夹杂物按GB/T10561规定的B法按评级图II进行评定，硫化物类(A类)、氧化铝类(B类)、硅酸盐类(C类)及球状氧化物类(D类)、单颗粒球状类(DS类)均不大于1.5级，且应满足A+C≤2.0，D+B≤4.5。目前使用的加氢反应器卷筒设备用钢由于设计成分和生产工艺等因素的影响，制成的成品钢板的厚度都比较小，最厚也只能达到150mm，其强度、韧性和回火脆化敏感性系数等也不能达到临氢设备使用的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种大厚度加氢反应器卷筒设备用钢板，该厚钢板的厚度可达到198mm，钢板的高温抗拉强度和屈服强度良好，具有优良的低温韧性以及良好的焊接性能和耐蚀性能。
本发明的目的还在于提供一种大厚度加氢反应器卷筒设备用钢板的生产方法。
为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种大厚度加氢反应器卷筒设备用钢板，所述钢板的成分质量百分比为：C：≤0.17％、Si：≤0.10％、Mn：0.27％～0.63％、P：≤0.010％、S：≤0.010％、Ni：≤0.20％、Cr：1.95％～2.60％、Nb：0.010％～0.020％、Cu：0.10％～0.15％、Mo：0.87％～1.13％、Sb：≤0.003％、Sn：≤0.01％、As：≤0.016％、V：0.005％～0.010％、Al：0.040％～0.050％，其余为Fe和不可避免杂质。
一种大厚度加氢反应器卷筒设备用钢板的生产方法，包括如下步骤：
(1)将含有质量百分比为：C：≤0.17％、Si：≤0.10％、Mn：0.27％～0.63％、P：≤0.010％、S：≤0.010％、Ni：≤0.20％、Cr：1.95％～2.60％、Nb：0.010％～0.020％、Cu：0.10％～0.15％、Mo：0.87％～1.13％、Sb：≤0.003％、Sn：≤0.01％、As：≤0.016％、V：0.005％～0.010％、Al：0.040％～0.050％成分的钢水经电炉冶炼，之后送入LF精炼炉精炼，精炼45～60分钟，之后拉坯，下线堆垛缓冷16～20小时，带温清理，转电渣重熔制成钢锭；
(2)将钢锭装入均热炉，在500～600℃焖钢2～3小时，之后升温，升温速度为100～120℃/h，升至1250～1280℃后保温5～12小时，然后开坯制成钢坯，钢坯厚度为500mm；
(3)钢坯经两个阶段轧制成材，第一阶段为奥氏体再结晶阶段，控制在950～1150℃，道次压下量为15％，累计压下率70～75％，第二阶段为奥氏体非再结晶阶段，开轧温度900～930℃；
(4)轧制后的钢板装入缓冷坑扩氢退火，装入缓冷坑前钢板的温度为600～700℃；
(5)对钢板进行热处理，采用正火+回火处理，正火温度920～940℃，正火后钢板快速浸入水中冷却40分钟，钢板返红温度≤200℃，回火温度为720～730℃，之后自然冷却，得到成品厚钢板。
其中，步骤(5)中水的温度为25～30℃，最后得到的成品厚钢板的厚度为198mm。
在本发明的加氢反应器卷筒设备用厚钢板中：
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，钢中C含量应控制得比较低，但若控制的太低，会使钢的强度变差，而且C过低会使NbC生成量降低，影响控轧效果，也会增大冶炼控制难度，因此C含量不宜高于0.17％；
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，因此Si含量不高于0.10％；
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，但是Mn含量过高会减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能，因此Mn含量控制在0.27％～0.63％；
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％；
Cu与Ni共存，产生析出相Ni3Cu对钢的高温蠕变性能有利，因此Cu的含量控制在0.10％～0.15％；
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，Cr含量控制在1.95％～2.60％；
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，当同时加入Mo和Nb时，Mo可增大对钢轧制过程中奥氏体再结晶的抑制作用，进而促进奥氏体显微组织的细化，但过多的Mo会损害焊接时形成的热影响区的韧性，降低钢的可焊性，因此Mo含量控制在0.87％～1.13％；
Nb的加入是为了促进钢轧制显微组织的晶粒细化，同时可提高强度和韧性，在Mo存在条件下，Nb在控轧过程中可通过抑制奥氏体再结晶有效地细化显微组织，Nb还可以降低钢的过热敏感性及回火脆性，因此Nb含量为0.010％～0.020％；
V是钢的优良脱氧剂，钢中加V可细化组织晶粒，提高强度和韧性，V与C形成的碳化物在高温高压下还可提高钢的抗氢腐蚀能力，V的含量为0.005％～0.010％；
Al是钢中常用的脱氧剂，钢中加入少量的Al，可细化晶粒，提高冲击韧性，Al还具有抗氧化性和抗腐蚀性能，Al与Cr、Si合用，可显著提高钢的高温不起皮性能和耐高温腐蚀的能力，但Al含量过高则会影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能，因此Al的含量控制为0.040％～0.050％；
Sn、Sb、As是脆化元素，随Sn、Sb、As含量的增加，钢的脆性增大，因此要求Sn、Sb、As的含量尽可能低，在本发明的钢中控制Sb的含量不高于0.003％，Sn的含量不高于0.01％，As的含量不高于0.016％；
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，因此控制P、S的含量均不高于0.010％。
本发明以Cr-Mo钢为基础，通过添加适量的Ni、Cu、Al、Nb、Mn、Cr等合金元素，控制Sn、Sb、As、P、S等有害元素的含量，采用电炉冶炼、LF精炼炉精炼、拉坯下线堆垛缓冷、电渣重熔、开坯、轧制成材、扩氢退火、正火+回火热处理等一系列的生产工艺，制得了成品厚钢板。本发明制得的厚钢板的厚度可达到198mm，单块钢板的重量可达25吨；钢板的高温抗拉强度和屈服强度良好；-30℃的低温韧性良好；有良好的回火脆化敏感性系数，贝氏体的回火组织含量大于90％，钢板晶粒度≥5级；生产的钢板纯净度高，成分均匀，内部致密，力学性能均匀。本发明的钢板完全满足加氢反应器卷筒设备的使用要求，适合于制造各种加氢反应器卷筒设备的主体结构件。
具体实施方式
实施例1
大厚度加氢反应器卷筒设备用钢板，其成分质量百分比为：C：0.17％，Si：0.07％，Mn：0.41％，P：0.010％，S：0.010％，Ni：0.15％，Cr：2.31％，Nb：0.014％，Cu：0.13％，Mo：0.96％，Sb：0.003％，Sn：0.009％，As：0.010％，V：0.007％，Al：0.042％，其余为Fe和不可避免杂质。
大厚度加氢反应器卷筒设备用钢板的生产方法，包括如下步骤：
(1)将含有上述成分的钢水经电炉冶炼，之后送入LF精炼炉精炼，精炼45分钟，精炼过程中，在钢液不至于裸露的情况下，加大吹氩量，渣白取样分析按目标值调整成分，白渣保持时间25分钟，精炼之后拉坯，下线堆垛缓冷18小时，带温清理，转电渣重熔制成钢锭；
(2)为了避免低合金高强度钢锭表面出现炸裂，钢锭实现温送、温清、温装，将钢锭装入均热炉，在600℃焖钢3小时，为保证合金元素充分固溶，采用缓慢升温，升温速度为100℃/h，最高升至1280℃，然后保温9小时，由于钢中合金元素含量较大，直接成材会造成钢板表面微裂纹，因此采用开坯成材，开坯制成钢坯，钢坯厚度为500mm，然后进行温清，彻底清除表面裂纹，清理后装均热炉加热，采用普通II型加热，即钢锭加热至900℃并保持1.5小时，升温速度为100℃/h，保温温度1260℃；
(3)钢坯经两个阶段轧制成材，第一阶段为奥氏体再结晶阶段，控制在950～1150℃，此阶段道次压下量为15％，累计压下率为75％，使奥氏体发生完全再结晶，以细化奥氏体晶粒，并多次挤边、留尾轧制，以消除凹边，晾钢厚度为成品厚度的1.5倍左右，第二阶段为奥氏体非再结晶阶段，开轧温度900～930℃，轧后钢板要进行多道次平整，保证钢板的不平度符合要求，钢板要及时下钢；
(4)为避免钢板冷却不均匀产生的表面延迟裂纹和有害气体夹杂导致的探伤不合格问题，采用扩氢退火工艺，轧制后的钢板在温度不低于600℃时装入缓冷坑扩氢退火，扩氢退火后钢板翻板检查上下表面，表面良好，无铁皮、折迭、结疤等宏观缺陷，探伤结果显示尺寸完全符合要求，探伤合JB/T4730.3I级；
(5)对钢板进行热处理，采用正火+回火处理，由于钢板较长、厚，单重大，采用车底式炉进行正火处理，正火温度920～940℃，正火后钢板快速浸入30℃的水中加速冷却40分钟，钢板返红温度≤200℃，出水后钢板整板纵向瓢曲，由于钢板还有一定的温度，将钢板放置在晾钢台架上，在钢板上放一块或两块钢板自然压平，回火温度为720～730℃，之后自然冷却，得到厚度为198mm的成品厚钢板。
实施例2
大厚度加氢反应器卷筒设备用钢板，其成分质量百分比为：C：0.12％，Si：0.06％，Mn：0.27％，P：0.009％，S：0.007％，Ni：0.20％，Cr：1.95％，Nb：0.010％，Cu：0.10％，Mo：1.13％，Sb：0.003％、Sn：0.01％、As：0.012％、V：0.010％，Al：0.050％，其余为Fe和不可避免杂质。
大厚度加氢反应器卷筒设备用钢板的生产方法，包括如下步骤：
(1)将含有上述成分的钢水经电炉冶炼，之后送入LF精炼炉精炼，精炼60分钟，精炼过程中，在钢液不至于裸露的情况下，加大吹氩量，渣白取样分析按目标值调整成分，白渣保持时间30分钟，精炼之后拉坯，下线堆垛缓冷20小时，带温清理，转电渣重熔制成钢锭；
(2)为了避免低合金高强度钢锭表面出现炸裂，钢锭实现温送、温清、温装，将钢锭装入均热炉，在500℃焖钢2小时，为保证合金元素充分固溶，采用缓慢升温，升温速度为120℃/h，最高升至1250℃，然后保温12小时，之后开坯成材，制成钢坯，钢坯厚度为500mm，然后进行温清，彻底清除表面裂纹，清理后装均热炉加热，采用普通II型加热，即钢锭加热至900℃并保持2.0小时，升温速度为100℃/h，保温温度1260℃；
(3)钢坯经两个阶段轧制成材，第一阶段为奥氏体再结晶阶段，控制在950～1150℃，此阶段道次压下量为15％，累计压下率为70％，使奥氏体发生完全再结晶，以细化奥氏体晶粒，并多次挤边、留尾轧制，以消除凹边，晾钢厚度为成品厚度的1.5倍左右，第二阶段为奥氏体非再结晶阶段，开轧温度900～930℃，轧后钢板要进行多道次平整，保证钢板的不平度符合要求，钢板要及时下钢；
(4)轧制后的钢板在温度不低于600℃时装入缓冷坑扩氢退火，扩氢退火后钢板翻板检查上下表面，表面良好，无铁皮、折迭、结疤等宏观缺陷，探伤结果显示尺寸完全符合要求，探伤合JB/T4730.3I级；
(5)对钢板进行热处理，采用正火+回火处理，采用车底式炉进行正火处理，正火温度920～940℃，正火后钢板快速浸入25℃的水中加速冷却40分钟，钢板返红温度≤200℃，再将钢板放置在晾钢台架上，在钢板上放一块或两块钢板自然压平，回火温度为720～730℃，之后自然冷却，得到厚度为198mm的成品厚钢板。
实施例3
大厚度加氢反应器卷筒设备用钢板，其成分质量百分比为：C：0.15％，Si：0.09％，Mn：0.63％，P：0.010％，S：0.008％，Ni：0.18％，Cr：2.60％，Nb：0.020％，Cu：0.15％，Mo：1.13％，Sb：0.003％，Sn：0.01％，As：0.016％，V：0.005％，Al：0.040％，其余为Fe和不可避免杂质。
大厚度加氢反应器卷筒设备用钢板的生产方法，包括如下步骤：
(1)将含有上述成分的钢水经电炉冶炼，之后送入LF精炼炉精炼，精炼50分钟，精炼过程中，在钢液不至于裸露的情况下，加大吹氩量，渣白取样分析按目标值调整成分，白渣保持时间30分钟，精炼之后拉坯，下线堆垛缓冷16小时，带温清理，转电渣重熔制成钢锭；
(2)为了避免低合金高强度钢锭表面出现炸裂，钢锭实现温送、温清、温装，将钢锭装入均热炉，在500℃焖钢3小时，为保证合金元素充分固溶，采用缓慢升温，升温速度为100℃/h，最高升至1260℃，然后保温5小时，之后开坯成材，制成钢坯，钢坯厚度为500mm，然后进行温清，彻底清除表面裂纹，清理后装均热炉加热，采用普通II型加热，即钢锭加热至900℃并保持1.5小时，升温速度为100℃/h，保温温度1260℃；
(3)钢坯经两个阶段轧制成材，第一阶段为奥氏体再结晶阶段，控制在950～1150℃，此阶段道次压下量为15％，累计压下率为70％，使奥氏体发生完全再结晶，以细化奥氏体晶粒，并多次挤边、留尾轧制，以消除凹边，晾钢厚度为成品厚度的1.5倍左右，第二阶段为奥氏体非再结晶阶段，开轧温度900～930℃，轧后钢板要进行多道次平整，保证钢板的不平度符合要求，钢板要及时下钢；
(4)轧制后的钢板在温度不低于600℃时装入缓冷坑扩氢退火，扩氢退火后钢板翻板检查上下表面，表面良好，无铁皮、折迭、结疤等宏观缺陷，探伤结果显示尺寸完全符合要求，探伤合JB/T4730.3I级；
(5)对钢板进行热处理，采用正火+回火处理，采用车底式炉进行正火处理，正火温度920～940℃，正火后钢板快速浸入30℃的水中加速冷却40分钟，钢板返红温度≤200℃，再将钢板放置在晾钢台架上，在钢板上放一块或两块钢板自然压平，回火温度为720～730℃，之后自然冷却，得到厚度为198mm的成品厚钢板。
取实施例1、实施例2、实施例3中经热处理后的钢板的头尾样进行检验，取样位置为钢板整个宽度方向，对样品进行了力学、冲击、高拉性能测试，测试结果见表1～表5。
表1 常温力学性能测试数据(一)
表2 常温力学性能测试数据(二)
表3 475℃高温拉伸性能测试数据
表4 低温状态不同温度冲击性能测试数据
表5 高温状态不同温度拉伸性能测试数据
表1～表5中的力学、冲击、高拉性能测试数据证明，本发明的钢板具有较低的J系数，组织致密、宏观上不存在缺陷，还具有较高的低温韧性值、良好的高温拉伸性能以及良好的焊接性能和耐蚀性能，完全满足加氢反应器卷筒设备用钢的设计要求。
Claims (5)
1.一种大厚度加氢反应器卷筒设备用钢板，其特征在于，所述钢板的成分质量百分比为：C：≤0.17％、Si：≤0.10％、Mn：0.27％～0.63％、P：≤0.010％、S：≤0.010％、Ni：≤0.20％、Cr：1.95％～2.60％、Nb：0.010％～0.020％、Cu：0.10％～0.15％、Mo：0.87％～1.13％、Sb：≤0.003％、Sn：≤0.01％、As：≤0.016％、V：0.005％～0.010％、Al：0.040％～0.050％，其余为Fe和不可避免杂质；所述钢板的厚度为198mm。
2.一种权利要求1所述钢板的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将含有质量百分比为：C：≤0.17％、Si：≤0.10％、Mn：0.27％～0.63％、P：≤0.010％、S：≤0.010％、Ni：≤0.20％、Cr：1.95％～2.60％、Nb：0.010％～0.020％、Cu：0.10％～0.15％、Mo：0.87％～1.13％、Sb：≤0.003％、Sn：≤0.01％、As：≤0.016％、V：0.005％～0.010％、Al：0.040％～0.050％成分的钢水经电炉冶炼，之后送入LF精炼炉精炼，精炼45～60分钟，之后拉坯，下线堆垛缓冷16～20小时，带温清理，转电渣重熔制成钢锭；
(2)将钢锭装入均热炉，在500～600℃焖钢2～3小时，之后升温，升温速度为100～120℃/h，升至1250～1280℃后保温5～12小时，然后开坯制成钢坯，钢坯厚度为500mm；
(3)钢坯经两个阶段轧制成材，第一阶段为奥氏体再结晶阶段，控制在950～1150℃，道次压下量为15％，累计压下率70～75％，第二阶段为奥氏体非再结晶阶段，开轧温度900～930℃；
(4)轧制后的钢板装入缓冷坑扩氢退火；
(5)对钢板进行热处理，正火温度920～940℃，正火后钢板快速浸入水中冷却40分钟，钢板返红温度≤200℃，回火温度为720～730℃，之后自然冷却，得到成品厚钢板。
3.根据权利要求2所述的钢板的生产方法，其特征在于，步骤(4)中轧制后的钢板在装入缓冷坑前的温度为600～700℃。
4.根据权利要求2所述的钢板的生产方法，其特征在于，步骤(5)中水的温度为25～30℃。
5.根据权利要求2所述的钢板的生产方法，其特征在于，步骤(5)中得到的成品厚钢板的厚度为198mm。
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