CN102230057B - 采用直接淬火工艺生产石油储罐钢板的方法 - Google Patents
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Abstract
采用直接淬火工艺生产石油储罐钢板的方法，本发明提供一种专用的石油储罐钢化学组成并采用直接淬火工艺。将钢坯加热至1100～1280℃，经再结晶和未再结晶阶段轧制成钢板，在钢板温度为780～900℃时进行在线淬火，平均冷却速度为25～60℃/s，冷却终止温度≤350℃；淬火后钢板经600～700℃离线回火。本发明区别于常规离线淬火+回火的高能耗调质工艺，生产流程短、能源消耗低，钢板具有良好的常规力学性能和大热输入焊接性能。钢板屈服强度大于490MPa，抗拉强度大于610MPa，经≤400KJ/cm大热输入焊接后，焊接热影响区仍具有优良的低温韧性，-20℃冲击功平均值＞50J。
Description
技术领域
本发明属于低合金钢板生产工艺领域，特别涉及一种采用直接淬火工艺生产石油储罐钢板的方法。
背景技术
国际上石油储罐建设逐步向单台容积10～30万立方米的大型化发展，主要采用高强度调质钢板制作。为了提高施工效率，在罐壁板纵缝施工中，已经采用自动气电立焊方法，要求罐壁板的焊接热输入能够达到120kJ/cm。由于焊接热输入的增大，焊接热影响区的高温停留时间变长，奥氏体晶粒严重粗化，并且由于焊后冷却速度缓慢，在焊接热影响区容易形成粗大的侧板条铁素体、魏氏组织和上贝氏体等异常组织，使焊接热影响区强度和韧性下降较大，并容易产生裂纹等缺陷，尤其是在靠近熔合线温度达到1400℃时，这种恶化更加明显。这就带来了传统钢板的焊接热影响区严重脆化问题。
为此，已有技术相继开发出大热输入焊接用调质钢板，用于石油储罐建设。但是，在生产高强调质钢的热处理工序中，普遍采用离线淬火+回火工艺，将轧制后缓慢冷却至室温的钢板，重新再加热到奥氏体化温度以上，再进行淬火。这种方法设备投资高、能源消耗大、生产周期长，不利于企业经济效益的提高。如中国专利申请号200810013605.9“一种大型石油储罐用高强度厚钢板及其低成本制造方法”，中国专利申请号200610028249.9 “一种复合强化高强度高韧性调质钢及其制造方法”，中国专利申请号200810041043.9“低成本的700MPa级高强高韧调质钢板及其制造方法”，中国专利申请号200410017255.5“可大线能量焊接的超高强度钢板及其制造方法”。这些现有技术主要存在如下问题：
(1) 采用离线淬火方法，生产周期长、能源消耗大；
(2) 焊接热输入低。一般焊接热输入小于100KJ/cm。
(3) 合金含量高。如中国专利申请号200810013605.9“一种大型石油储罐用高强度厚钢板及其低成本制造方法”中的昂贵金属Ni的含量为0.2%～0.4%。
发明内容
本发明的目的是提供一种采用直接淬火工艺生产石油储罐钢板的方法，在降低昂贵金属的同时，解决传统离线调质工艺生产石油储罐钢板造成的设备投资高、能源消耗大、生产周期长的技术瓶颈。采用该方法制造的钢板具有更好的大热输入焊接性能，在≤400KJ/cm的大热输入焊接条件下，仍具有良好的低温韧性，有助于提高战略石油储备库建设的施工效率和安全可靠性。
本发明的技术方案是：采用直接淬火工艺生产石油储罐钢板的方法，钢的化学组成质量百分比为：C=0.05%～0.12%、Si=0.15%～0.30%、Mn=1.2%～1.6 %、P＜0.015%、S＜0.010%、Mo≤0.3%、Nb≤0.03 %、Ti=0.005%～0.03%、 Ni=0.01%～0.2 %、V=0.02%～0.05 %、Ca=0.0001%～0.006%、N=0.002%～0.007%、O=0.001%～0.006%，B=0.0001%～0.003%，其余为Fe及不可避免的杂质，Pcm≤0.20%，Ceq≤0.40%；将钢坯加热至1100～1280℃，经再结晶和未再结晶两阶段轧制成钢板，在钢板轧后温度为780～900℃时进行直接淬火，平均冷却速度为25～60℃/s，冷却终止温度≤350℃；淬火后钢板经600～700℃离线回火。
所述的Pcm≤0.20%，是指焊接裂纹敏感组成
度\21.5mm\45mmPcm=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B(%)≤0.20%；所述的Ceq≤0.40%，是指碳当量Ceq=C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14(%)≤0.40%。
冶炼时控制夹杂物类型及尺寸，即在转炉冶炼时进行脱氧，LF炉精炼时控制钢水中的氧含量为1～100ppm，氮含量为1～100ppm时添加Nb、V、Ti、Mo、B、Ca、Ni元素，再经过真空脱气处理后进行连铸。
在前述方法中，所述钢板的厚度为12～50mm，钢板屈服强度大于490MPa，抗拉强度大于610MPa，经≤400KJ/cm大热输入焊接后，焊接热影响区仍具有优良的低温韧性，-20℃冲击功平均值＞50J。
本发明的原理：直接淬火是指轧后钢板处于奥氏体组织时，通过在线快速冷却到马氏体温度点以下，获得完全马氏体组织或马氏体+贝氏体组织。直接淬火相比传统的轧后离线再加热淬火，能够获得更高的强度，且由于轧制过程中因形变累积效应所形成的大量晶体缺陷具有遗传作用，使奥氏体相变后形成的马氏体板条间距小且含有大量高密度位错，这种板条马氏体在回火过程中析出微细且弥散分布的合金碳化物等，在使强度指标提高的同时，形变所造成的马氏体板条细化和板条取向多样化效果，则使断裂单位变得更加细小而显著提高钢材的冲击韧性。因此，在生产相同强度级别钢板时，采用直接淬火不仅能够节约大量能耗、提高生产效率，还能够降低合金含量，有利于焊接性能的提高。
本发明的有益效果。本发明提供一种专用的石油储罐钢化学组成并采用直接淬火工艺进行生产。该化学成分组成的要点是利用极少量的Nb、V、Ti复合微合金化，添加少量的Mo、B等提高钢板淬透性的元素，Ni含量降到0.01%～0.2%范围内，Pcm≤0.20%；在冶炼过程中采用直接淬火工艺，充分利用氧化物冶金原理，有效控制钢中夹杂物的类型、数量、尺寸和分布状态。因而，本发明具有如下进步效果：
(1)化学成分简单，各元素比例合理，昂贵金属Ni的含量低，钢板合金成本大幅下降，冶炼工艺相对简单、易于操作。已有技术中的昂贵金属Ni的含量为0.2%～0.4%，而本发明的Ni含量仅为0.01～0.2%，合金成本显著降低。
(2)采用轧后直接淬火工艺，生产工艺流程缩短，能源消耗降低，钢板具有稳定的综合力学性能。
(3)采用控制夹杂物类型及尺寸的冶炼方法，钢中能够形成大量有益于大热输入焊接HAZ韧性的复合夹杂物，钢板可承受≤400KJ/cm的焊接热输入。
附图说明
图1、图2、图3分别为实施例12mm、21.5mm、45mm厚度钢板回火后金相组织图。
图4为实施例45mm钢板经400KJ/cm焊接热循环CGHAZ的金相组织图。
图5为实施例45mm钢经400KJ/cm气电立焊后熔合线部位的金相组织图。
具体实施方式
下面结合实施例对发明做进一步说明。
采用直接淬火工艺生产石油储罐钢板的方法，其整体工艺流程为：转炉冶炼—LF炉精炼—VD真空脱气处理—板坯浇注—步进式炉加热—高压水除鳞—轧机粗轧—轧机精轧—预矫直—直接淬火—强力矫直—精整—探伤—回火—取样检验—喷号标识—入库。
三个实施例分别选取生产厚度为12、21.5、45的三种钢板，钢的化学组成质量百分比为：C=0.05%～0.12%、Si=0.15%～0.30%、Mn=1.2%～1.6 %、P＜0.015%、S＜0.010%、Mo≤0.3%、Nb≤0.03 %、Ti=0.005%～0.03%、 Ni=0.01%～0.2 %、V=0.02%～0.05 %、Ca=0.0001%～0.006%、N=0.002%～0.007%、O=0.001%～0.006%，B=0.0001%～0.003%，其余为Fe及不可避免的杂质，Pcm≤0.20%，Ceq≤0.40%。关键工艺步骤包括：
冶炼工艺：采用转炉冶炼进行脱氧，LF炉精炼时添加Nb、V、Ti、Mo、B、Ca、Ni元素，控制夹杂物类型及尺寸，经VD真空脱气处理后进行连铸。连铸坯厚度260mm，下线堆冷。
轧制工艺：连铸坯加热至1250℃，再结晶区轧制阶段：道次变形量10～35%，板坯温度≥980℃；45mm厚度钢板的未再结晶区轧制阶段：开轧温度880℃，轧后钢板温度为830℃时进行在线直接淬火，冷却终止温度200℃；12mm和21.5mm厚度钢板的未再结晶区轧制阶段：开轧温度930℃，轧后钢板温度为790℃时进行在线直接淬火，冷却终止温度150℃。
回火工艺：淬火后的45mm厚度钢板回火温度630℃，回火保温时间60min；21.5mm厚度钢板回火温度640℃，回火保温时间30min ；12mm厚度钢板回火温度660℃，回火保温时间20min。
实施例三种厚度规格钢板回火后的力学性能如表1所示，大热输入焊接结果如表2所示，系列温度冲击结果如表3所示。
为了反映本发明的效果，我们引进比较例进行对比。比较例钢板的化学成分如表4所示，采用离线淬火+回火工艺进行调质，力学性能及大热输入焊接结果如表5所示。
表1 实施例钢板回火后的力学性能
表2 实施例大热输入焊接结果
表3 实施例钢板系列温度冲击结果
表4 比较例的化学成分
表5 比较例力学性能及大热输入焊接结果
Claims (1)
1.采用直接淬火工艺生产石油储罐钢板的方法，其特征在于：钢的化学组成质量百分比为C=0.05%～0.12%、Si=0.15%～0.30%、Mn=1.2%～1.6 %、P＜0.015%、S＜0.010%、Mo≤0.3%、Nb≤0.03 %、Ti=0.005%～0.03%、 Ni=0.01%～0.2 %、V=0.02%～0.05 %、Ca=0.0001%～0.006%、N=0.002%～0.007%、O=0.001%～0.006%，B=0.0001%～0.003%，其余为Fe及不可避免的杂质，Pcm≤0.20%，Ceq≤0.40%；将钢坯加热至1100～1280℃，经再结晶和未再结晶阶段轧制成钢板，在钢板轧后温度为780～900℃时进行直接淬火，平均冷却速度为25～60℃/s，冷却终止温度≤350℃；淬火后钢板经600～700℃离线回火；冶炼时控制夹杂物类型及尺寸，即在转炉冶炼时进行脱氧，LF炉精炼时控制钢水中的氧含量为1～100ppm，氮含量为1～100ppm时添加Nb、V、Ti、Mo、B、Ca、Ni元素，再经过真空脱气处理后进行连铸。
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