CN102345054B - 一种120mm低温压力容器钢16MnDR厚板及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种120mm低温压力容器钢16MnDR厚板，所述厚板包含如下质量百分比的化学成分(单位，wt%)：C：0.10～0.17、Si：0.25～0.45、Mn：1.10～1.40、P≤0.015、S≤0.005、Als：0.015～0.055、Nb：0.015～0.045、Ti：0.010～0.020，其它为Fe和残留元素。碳当量[Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15]：≤0.40。通过KR铁水预处理、转炉冶炼、吹氩处理、LF精炼、VD精炼、模铸、加热、控轧控冷、堆冷、热处理工艺，在保证16MnDR成分的基础上，严格控制钢中P、S等影响钢板塑韧性的有害元素含量，同时严格控制轧钢的加热制度，轧制过程中严格控制终轧温度、返红温度及冷却速度，采用钢板堆垛缓冷等方法，从而保证了16MnDR钢种120mm厚度钢板的各项性能指标达到标准要求。

Description

一种120mm低温压力容器钢16MnDR厚板及其生产方法

技术领域

本发明属于中厚钢板生产技术领域，具体涉及到一种120mm低温压力容器钢16MnDR厚板及其生产方法。

背景技术

在公知的技术中，传统的容器钢已不能满足人们的需求，特别是低温压力容器钢，这给实际应用造成极大不便。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种生产简便、应用广泛的120mm低温压力容器钢16MnDR厚板及其生产方法。

一种120mm低温压力容器钢16MnDR厚板，包含如下质量百分比的化学成分(单位，wt%)：C：0.10～0.17、Si：0.25～0.45、Mn：1.10～1.40、P≤0.015、S≤0.005 、Als：0.015～0.055、Nb：0.015～0.045、Ti：0.010～0.020，其它为Fe和残留元素。

所述化学成分的碳当量≤0.40。

为达到上述目的，所述120mm低温压力容器钢16MnDR厚板的生产方法，它包括如下步骤：

a．KR铁水预处理：到站铁水必须扒前渣与扒后渣，保证液面渣层厚度≤20mm，铁水经KR搅拌脱硫后保证铁水S≤0.005%，保证脱硫周期≤21min、脱硫温降≤20℃；

b．转炉冶炼：采用100/120吨顶底复吹转炉，入炉铁水中按质量百分比含S≤0.003%、含P≤0.080%，铁水温度≥1270℃，铁水装入量误差按±1t来控制，过程枪位按前期1.0-1.3m、中期1.2-1.6m、后期1.0-1.1m控制，造渣碱度R按2.5-4.0控制，出钢目标P≤0.015%、C≥0.05%、S≤0.005%，出钢过程中向钢包内加硅铝钡钙、锰铁合金、硅铁合金和石灰、萤石，出钢前用挡渣塞挡前渣出钢，出钢结束前采用挡渣锥挡渣，保证渣层厚度≤30mm，转炉出钢过程中要求全程吹氩；

c．吹氩处理：氩站一次性加入铝线，在氩站要求强吹氩3min，流量200-500NL/min，钢液面裸眼直径控制在300～500mm，离氩站温度不得低于1570℃；

d．LF精炼：精炼过程中全程吹氩，加入渣料，碱度按4.0-6.0控制，加入脱氧剂，加热采用电流进行加热，加热时间按两次控制，一加热7-12min、二加热6-10min，二加热过程中补加脱氧剂，并要求粘渣次数大于6次，离站前加入硅钙线，加硅钙线前必须关闭氩气，不采用真空脱气的上钢温度1565±15℃，采用真空脱气的上钢温度1610±15℃；

e．VD精炼：VD真空度必须达到67Pa以下，保压时间必须≥15min，破真空后软吹2-5min或不吹，软吹过程中钢水不得裸露，在线包抽真空时间1.7min，覆盖剂保证铺满钢液面，加覆盖剂前必须关闭氩气，上钢温度1565±15℃；

f．模铸：上线使用前锭模温度≤120℃，浇注时中注管上口与钢包下水口的距离控制在≤140mm，浇注前，模铸保护渣一半采取草绳吊挂的方式挂在锭模中，吊挂高度高于锭模底部300～400mm，另一半在开浇后1～4min内加完，浇注到帽口1/3位置时，向每个锭模内添加40Kg碳化稻壳，浇注完毕后，先用氧管将帽口内的碳化稻壳铺平后，再向每个锭内添加40-80Kg的碳化稻壳，并用氧管均匀铺平，浇注完毕60min内，要对每支锭及时补加40Kg以上的碳化稻壳保证帽口部位不见红，同时要求在注毕1-2h内，向每个锭模内补加40-80Kg的碳化稻壳；

g．加热:加热温度及加热时间如下：焖钢温度600-650℃，时间2h，升温速度100℃/S，当温度升至800℃时保温6h，升温速度100℃/S，温度升至1000℃时升温速度不限，温度升至1280℃时保温15h，温度在1260℃时出钢；

h．控轧控冷：累计压下率≥60%，开轧温度1020℃～1080℃，晾钢厚度大于180mm，二阶段开轧温度≤900℃，终轧温度800～880℃，轧后通过调整冷却集管组数，返红温度在630～720℃之间，冷却速度3～12℃/S，然后送往矫直机矫直；

i．堆冷:堆垛缓冷温度不低于250℃，堆冷时间≥24小时；

j．热处理：在外机炉进行正火处理，温度为900±20℃，保温时间2.0-2.4min/mm，出炉后空冷。

由于本发明通过KR铁水预处理、转炉冶炼、吹氩处理、LF精炼、VD精炼、模铸、加热、控轧控冷、堆冷、热处理工艺，在保证16MnDR成分的基础上，严格控制钢中P、S等影响钢板塑韧性的有害元素含量，同时严格控制轧钢的加热制度，轧制过程中严格控制终轧温度、返红温度及冷却速度，采用钢板堆垛缓冷等方法，从而保证了16MnDR钢种120mm厚度钢板的各项性能指标达到标准要求。在冶炼过程中，严格控制钢中P（磷）、S（硫）等有害元素，保证钢水的纯净度基本达到洁净钢水平。在后续轧制加热过程中，为防止钢坯内部晶粒粗大，适当降低加热温度，避免钢坯内部原始奥氏体晶粒过分长大，为钢坯在轧制过程中晶粒的细化奠定坚实基础。在轧制过程中，通过采用国内先进的TMCP轧制技术和钢板堆垛缓冷技术，能够保证16MnDR钢板性能需求。与传统的16MnDR碳当量不变的情况下，通过TMCP轧制和钢板堆垛缓冷方式，确保了钢板性能达到国家标准要求。

具体实施方式

本发明所述的生产简便、应用广泛的120mm低温压力容器钢16MnDR厚板包含如下质量百分比的化学成分(单位，wt%)：C：0.10～0.17、Si：0.25～0.45、Mn：1.10～1.40、P≤0.015、S≤0.005 、Als：0.015～0.055、Nb：0.015～0.045、Ti：0.010～0.020，其它为Fe和残留元素。

碳当量[Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15]：≤0.40。

为达到上述目的，本发明采取的生产方法包括：KR铁水预处理、转炉冶炼、吹氩处理、LF精炼、VD精炼、模铸、加热、控轧控冷、堆冷、热处理。在所述KR铁水预处理中，到站铁水必须扒前渣与扒后渣，保证液面渣层厚度≤20mm，铁水经KR搅拌脱硫后保证铁水S≤0.005%，保证脱硫周期≤21min、脱硫温降≤20℃；在所述转炉冶炼中，采用100/120吨顶底复吹转炉，入炉铁水中按质量百分比含S≤0.003%、P≤0.080%，铁水温度≥1270℃，铁水装入量误差按±1t来控制，废钢严格采用优质边角料，过程枪位按前期1.0-1.3m、中期1.2-1.6m、后期1.0-1.1m控制，造渣碱度R按2.5-4.0控制，出钢目标P≤0.015%、C≥0.05%、S≤0.005%，出钢过程中向钢包内硅铝钡钙、锰铁合金、硅铁合金和石灰、萤石，出钢前用挡渣塞挡前渣出钢，出钢结束前采用挡渣锥挡渣，保证渣层厚度≤30mm，转炉出钢过程中要求全程吹氩；在所述吹氩处理中，氩站一次性加入铝线，在氩站要求强吹氩3min，流量200-500NL/min，钢液面裸眼直径控制在300～500mm，离氩站温度不得低于1570℃；在所述LF精炼中，精炼过程中全程吹氩，吹氩强度根据不同环节需要进行调节，加入精炼渣料，碱度按4.0-6.0控制，精炼脱氧剂以电石、铝粒、硅铁粉为主，加入量根据钢水中氧含量及造白渣情况适量加入，加热过程根据节奏富余和温度情况选择适当电流进行加热，加热时间按两次控制，一加热7-12min、二加热6-10min，二加热过程中要求根据造渣情况，补加脱氧剂，并要求粘渣次数大于6次，离站前加入硅钙线，加硅钙线前必须关闭氩气，上钢温度1565±15℃（不采用真空脱气）/1610±15℃（采用真空脱气）；在所述VD精炼中，VD真空度必须达到67Pa以下，保压时间必须≥15min，破真空后软吹2-5min或不吹，软吹过程中钢水不得裸露，正常在线包抽真空时间：（抽真空前钢水温度—目标离站温度）/1.7min，覆盖剂，保证铺满钢液面，加覆盖剂前必须关闭氩气，上钢温度1565±15℃；在所述模铸中，浇钢前保证锭模设备状况良好，确保上线使用前锭模温度≤120℃，确保浇注时中注管上口（盆砖上沿）与钢包下水口的距离控制在≤140mm，浇注前，模铸保护渣一半采取草绳吊挂的方式挂在锭模中，吊挂高度高于锭模底部300～400mm，另一半在开浇后1～4min内加完，浇注到帽口1/3位置时，向每个锭模内添加40Kg碳化稻壳，浇注完毕后，先用氧管将帽口内的碳化稻壳铺平后，再向每个锭内添加40-80Kg的碳化稻壳，并用氧管均匀铺平，浇注完毕60min内，要对每支锭及时补加40Kg以上的碳化稻壳保证帽口部位不见红，同时要求在注毕1-2h内，向每个锭模内补加40-80Kg的碳化稻壳以确保帽口保温效果；在所述加热中，加热温度及加热时间如下：焖钢温度600-650℃，时间2h，升温速度100℃/S，当温度升至800℃时保温6h，升温速度100℃/S，温度升至1000℃时升温速度不限，温度升至1280℃时保温15h，温度在1260℃时出钢；在所述控轧控冷中，结合炼钢化学成分，为防止混晶和晶粒粗大，严格坚持“高温、低速、大压下”的轧制要求，累计压下率≥60%，开轧温度1020℃～1080℃，晾钢厚度大于180mm，为精轧阶段累计变形量及细化晶粒、位错强化奠定基础，二阶段开轧温度≤900℃，确保变形渗透使奥氏体内部晶粒被压扁拉长，增大晶界有效面积并有效形成大量变形带，为奥氏体相变提供更多的形核点，达到细化奥氏体晶粒的目的，终轧温度800～880℃，由于轧后缓冷易使晶粒长大，并且组织中的C、Mn等合金固溶量有限，因此要控制适当的冷却速度，为了获得优良的综合力学性能，根据板厚的不同，轧后采用不同的层流冷却，通过调整冷却集管组数，返红温度在630～720℃之间，冷却速度3～12℃/S，然后送往矫直机矫直；在所述堆冷中，采用高温堆冷工艺可有效避免因快速冷却产生的残余应力，同时可大大降低钢板中氢的含量，充分实现热扩散效果，改善钢板探伤缺陷，钢板堆垛缓冷工艺如下：堆垛缓冷温度不低于250℃，堆冷时间≥24小时；在所述热处理中，在外机炉进行正火处理，温度为900±20℃，保温时间2.0-2.4min/mm，出炉后空冷。

实施例1

通过KR铁水预处理、转炉冶炼、吹氩处理、LF精炼、VD精炼、模铸、加热、控轧控冷、堆冷、热处理工艺，获得一种120mm低温压力容器钢16MnDR厚板，它包含如下质量百分比的化学成分(单位，wt%)：C：0.12、Si：0.44、Mn：1.11、P：0.013、S：0.001 、Als：0.053、Nb：0.017、Ti：0.018，其它为Fe和残留元素。

实施例2

通过KR铁水预处理、转炉冶炼、吹氩处理、LF精炼、VD精炼、模铸、加热、控轧控冷、堆冷、热处理工艺，获得一种120mm低温压力容器钢16MnDR厚板，它包含如下质量百分比的化学成分(单位，wt%)：C：0.17、Si：0.27、Mn： 1.37、P：0.005、S：0.005 、Als：0.018、Nb：0.043、Ti：0.011，其它为Fe和残留元素。

机械力学性能分析

成份及机械力学性能按GB 3531-2008执行，机械力学性能具体见下表。

120mm低温压力容器钢16MnDR厚板机械力学性能

本次试生产120mm厚16MnDR共计20批，其中：屈服强度控制在300～380 MPa，平均达到了340 MPa，比标准富裕75MPa；抗拉强度控制在470～530 MPa，平均达到了510 MPa，比标准富裕70MPa；伸长率控制在23%-26%，平均达到25%，比标准富裕4%；-30℃ V型冲击功控制在120～200J，平均达到了170J，完全达到16MnDR的水平。

外检及探伤：所研制的钢板外检，正品率100%，按JB/T 47030进行探伤，合一级率为80%，合三级率为100%，达到了预期效果。

Claims (1)

1.一种120mm低温压力容器钢16MnDR厚板的生产方法，所述120mm低温压力容器钢16MnDR厚板包含如下质量百分比的化学成分(单位，wt%)：C：0.10～0.17、Si：0.25～0.45、Mn：1.10～1.40、P≤0.015、S≤0.005 、Als：0.015～0.055、Nb：0.015～0.045、Ti：0.010～0.020，其它为Fe和残留元素，其特征在于：包括如下步骤：

a．KR铁水预处理：到站铁水必须扒前渣与扒后渣，保证液面渣层厚度≤20mm，铁水经KR搅拌脱硫后保证铁水S≤0.005%，保证脱硫周期≤21min、脱硫温降≤20℃；

b．转炉冶炼：采用100/120吨顶底复吹转炉，入炉铁水中按质量百分比含S≤0.003%、含P≤0.080%，铁水温度≥1270℃，铁水装入量误差按±1t来控制，过程枪位按前期1.0-1.3m、中期1.2-1.6m、后期1.0-1.1m控制，造渣碱度R按2.5-4.0控制，出钢目标P≤0.015%、C≥0.05%、S≤0.005%，出钢过程中向钢包内加硅铝钡钙、锰铁合金、硅铁合金和石灰、萤石，出钢前用挡渣塞挡前渣出钢，出钢结束前采用挡渣锥挡渣，保证渣层厚度≤30mm，转炉出钢过程中要求全程吹氩；

c．吹氩处理：氩站一次性加入铝线，在氩站要求强吹氩3min，流量200-500NL/min，钢液面裸眼直径控制在300～500mm，离氩站温度不得低于1570℃；

d．LF精炼：精炼过程中全程吹氩，加入渣料，碱度按4.0-6.0控制，加入脱氧剂，加热采用电流进行加热，加热时间按两次控制，一加热7-12min、二加热6-10min，二加热过程中补加脱氧剂，并要求粘渣次数大于6次，离站前加入硅钙线，加硅钙线前必须关闭氩气，不采用真空脱气的上钢温度1565±15℃，采用真空脱气的上钢温度1610±15℃；

e．VD精炼：VD真空度必须达到67Pa以下，保压时间必须≥15min，破真空后软吹2-5min或不吹，软吹过程中钢水不得裸露，在线包抽真空时间1.7min，覆盖剂保证铺满钢液面，加覆盖剂前必须关闭氩气，上钢温度1565±15℃；

f．模铸：上线使用前锭模温度≤120℃，浇注时中注管上口与钢包下水口的距离控制在≤140mm，浇注前，模铸保护渣一半采取草绳吊挂的方式挂在锭模中，吊挂高度高于锭模底部300～400mm，另一半在开浇后1～4min内加完，浇注到帽口1/3位置时，向每个锭模内添加40Kg碳化稻壳，浇注完毕后，先用氧管将帽口内的碳化稻壳铺平后，再向每个锭内添加40-80Kg的碳化稻壳，并用氧管均匀铺平，浇注完毕60min内，要对每支锭及时补加40Kg以上的碳化稻壳保证帽口部位不见红，同时要求在注毕1-2h内，向每个锭模内补加40-80Kg的碳化稻壳；

g．加热:加热温度及加热时间如下：焖钢温度600-650℃，时间2h，升温速度100℃/S，当温度升至800℃时保温6h，升温速度100℃/S，温度升至1000℃时升温速度不限，温度升至1280℃时保温15h，温度在1260℃时出钢；

h．控轧控冷：累计压下率≥60%，开轧温度1020℃～1080℃，晾钢厚度大于180mm，二阶段开轧温度≤900℃，终轧温度800～880℃，轧后通过调整冷却集管组数，返红温度在630～720℃之间，冷却速度3～12℃/S，然后送往矫直机矫直；

i．堆冷:堆垛缓冷温度不低于250℃，堆冷时间≥24小时；

j．热处理：在外机炉进行正火处理，温度为900±20℃，保温时间2.0-2.4min/mm，出炉后空冷。