CN102732810B - 一种大厚度临氢钢板及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大厚度临氢钢板及其生产方法，钢板由以下重量百分含量的化学成分组成：C≤0.17%，Si0.44～0.86%，Mn0.35～0.73%，P≤0.010%，S≤0.009%，Ni≤0.30%，Cr0.94～1.56%，Cu≤0.20%，Mo0.40～0.70%，Sb≤0.003%，Sn≤0.010%，As≤0.012%，H≤0.0002%，TAl0.020～0.045%，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明具有以下优点：（1）强韧性匹配良好，屈服强度Re≥310Mpa；板厚1/2位置-18℃横向夏比冲击功不小于54J；（2）本发明的钢质更纯净，P≤0.08%，S≤0.004%；（3）抗层状撕裂性能良好，全厚度方向Z≥35%；（4）焊接性能好；（5）钢板厚度达到162mm。试验结果表明：采用本发明的方法所生产的钢板具有纯净度较高、成分均匀、内部致密的特点，钢的冶金水平较高，力学性能完全满足美国ASME的标准要求。成份碳当量设计，具有良好的强韧性匹配。

Description

一种大厚度临氢钢板及其生产方法

技术领域

技术领域

    本发明涉及一种大厚度高性能临氢钢板，同时，还涉及一种该大厚度高性能临氢钢板的生产方法。

背景技术

近几年石化工业的发展主要围绕油品二次深加工、装置大型化，以加氢技术的应用为标帜。加氢用钢板使用条件苛刻，材料长期处于高温、高压及临氢工况下，材料除满足基本的常温力学性能外，还需满足高温下强度、抗回火脆化及氢腐蚀的要求，即由于此类钢板使用条件苛刻，对材料的要求很高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有良好的强韧性匹配的大厚度临氢钢板。

同时，本发明的目的还在于提供了一种大厚度临氢钢板的生产方法，以实现高温下强度、抗回火脆化及氢腐蚀的要求。

为了实现上述目的，本发明的技术方案在于采用了一种大厚度高性能临氢钢板，由以下重量百分含量的化学成分组成：C≤0.17%，Si 0.44～0.86%，Mn 0.35～0.73%，P ≤0.010%，S ≤0.009%，Ni ≤0.30%，Cr 0.94～1.56%，Cu ≤0.20%，Mo 0.40～0.70%，Sb ≤0.003%，Sn ≤0.010%，As ≤0.012%，H ≤0.0002%，TAl 0.020～0.045%，其余为Fe和不可避免的杂质。

所述的各化学成分为：C  0.04～0.17%，Si 0.50～0.80%，Mn 0.40～0.65%，P≤0.007%，S≤0.007%，Ni ≤0.30%， TAl 0.023～0.042%，Cr 1.00～1.50%，Cu ≤0.20%，Mo 0.45～0.65%，Sb ≤0.003%，Sn ≤0.010%，As ≤0.012%，H ≤0.0002%，其余为Fe和不可避免的杂质。

所述的钢板厚度为162mm。

同时，本发明的技术方案还在于采用了一种大厚度临氢钢板的生产方法，具体包括以下步骤：

（1）冶炼工艺：将含有上述各重量百分含量化学成份的钢水先经电炉冶炼，在P≤0.005%，大包温度≥1610℃时出钢，LF炉精炼，白渣保持时间≥25分钟，总精炼时间45分钟以上；S≤0.005％扒渣，VD炉真空处理，真空前加入SiCa块100～150kg，真空度不大于66Pa，真空保持时间≥20分钟时破坏真空，解决了钢水单靠Al线脱氧、钢中非金属夹杂物含量较高的现象，保证了钢质的纯净度；

（2）浇铸工艺：钢板采用模铸生产，过热度不超过40℃，采用41T锭模进行浇铸,保证大厚度、大单重钢板有足够的压下量和成材原料； 

（3）加热工艺：为了避免钢锭表面出现炸裂，钢锭实现温送、温清、温装，装钢前晾炉30分钟以上，焖钢1小时，为保证合金元素充分固溶、r晶粒细小，采用低速烧钢，1000℃以下升温速度≤120℃/h，最高加热温度1280℃；

（4）轧制工艺：钢板开坯成材，开坯厚度600mm；钢板轧制采用II型控轧工艺，第一阶段为奥氏体再结晶阶段，在950～1150℃之间，此阶段大多数道次压下量为8～25%，使奥氏体发生完全再结晶，以细化奥氏体晶粒；第二阶段为奥氏体非再结晶阶段，开轧温度≤920℃，终轧温度≤880℃,在这一阶段内，奥氏体晶粒被拉长，在伸长而未再结晶的奥氏体内形成高密度形变孪晶和形变带，同时微合金碳、氮化物因形变诱导析出，因而增加了铁素体的形核位置，细化了铁素体晶粒，此阶段压下率应尽量大，累计压下率≥50％；

（5）轧后冷却工艺：经轧制后的钢板在下线后堆垛缓冷72小时；

（6）淬火工艺：对钢板进行淬火处理，淬火温度为920—940℃，保温时间为2min/mm，钢板出炉淬火至≤300℃；

（7）回火工艺：对淬火后的钢板进行回火，回火温度680—700℃、保温时间为2min/mm。

本发明的钢板的化学成分设计采用高碳当量，回火贝氏体钢，是通过高碳当量成分的设计及控轧+调质生产工艺，生产出符合大厚度高性能临氢要求的162mm厚SA387Gr11CL2钢板，将其应用于高温、高压及临氢工况下，具有高强度、良好的焊接性能等特点，满足压力容器关键受力处的要求，其生产制造工序简单、可实现批量生产。应用的强化机理为组织强化、细晶强化、析出强化和固溶强化。 C主要与其他元素形成碳化物，起组织强化和析出强化的作用，使钢板强度增加； Mn主要起固溶强化和降低相变温度，提高钢板强度的作用； Ni ≤0.30%，主要作用是增大奥氏体的过冷度，从而细化组织，取得强化效果；另外还能增加钢的耐大气腐蚀能力，提高低温冲击韧性和降低冷脆转变温度；Cr 0.94～1.56%，能提高淬透性和固溶强化，能够提高钢在热处理状态下的强度和硬度；Cu ≤0.20%，可以明显提高钢板的耐腐蚀性，同时提高强度；Mo 0.40～0.70%，可以显著提高钢的淬透性，同时能够提高回火稳定性；杂质元素P、S等含量下限不做限制，在工艺设备能力下尽可能降低，以达到钢质纯净、力学性能均匀的目的。本发明的交货状态为调质，采用调质工艺生产的162mm厚临氢SA387Gr11CL2钢板经过充分晶粒细化，在较大的冷却速度下得到了B组织，经过合适的回火工艺后，其性能指标明显好于正火+回火钢。

由于采用开坯+II型控轧工艺，解决了轧机轧制压力不足而造成的晶粒粗大不均、冲击韧性减低现象，且增大了可生产钢板的厚度规格，适合其它钢厂低轧制压力轧机生产此类钢种。采用本发明的钢板达到了国际领先水平，目前国际上还没有162mm厚大厚度高性能临氢SA387Gr11CL2钢板的生产及应用。

本发明具有以下优点：（1）强韧性匹配良好，屈服强度Re≥310Mpa；板厚1/2位置-18℃横向夏比冲击功不小于54J；（2）本发明的钢质更纯净，P≤0.08%，S≤0.004%；（3）抗层状撕裂性能良好，全厚度方向Z≥35%；（4）焊接性能好；（5）钢板厚度达到162mm。

试验结果表明：采用本发明的方法所生产的钢板具有纯净度较高、成分均匀、内部致密的特点，钢的冶金水平较高，力学性能完全满足美国ASME的标准要求。成份碳当量设计，具有良好的强韧性匹配。

具体实施方式

实施例1 

本发明的临氢SA387Gr11CL2钢的实际成分（按重量百分比）为：C 0.16%、Si 0.58%、Mn 0.58%、 P 0.003%、 S 0.003 %、Al 0.024%、Ni 0.11%、Cr 1.41%、Mo 0.57%、Cu 0.06%，Sb  0.003%，Sn 0.010%，As  0.012%，H 0.0002%，Ceq为 0.67%，轧成162mm钢板。其力学性能：屈服强度452MPa，抗拉强度：595MPa，屈强比=0.76，A=28%，-18℃冲击功AKV（纵向）157、150、176J，Z向：37 42%。

本发明的生产方法如下：（1）冶炼工艺：将含上述组份的钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，并喂Al线720米，大包温度≥1610℃时吊包VD炉真空处理，真空前加入SiCa块120kg，真空度不大于66Pa，真空保持时间≥20分钟时破坏真空，解决了钢水单靠Al线脱氧、钢中非金属夹杂物含量较高的现象，保证了钢质的纯净度；

（2）浇铸工艺： 钢板采用模铸生产，过热度不超过40℃，采用41T锭模进行浇铸,保证大厚度、大单重钢板有足够的压下量和成材原料；

（3）加热工艺：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，装钢前晾炉30分钟以上，焖钢1小时，为保证合金元素充分固溶、r晶粒细小，采用低速烧钢，1000℃以下升温速度≤120℃/h，最高加热温度1250℃；

（4）轧制工艺：钢板开坯成材，开坯厚度600mm。钢板轧制采用II型控轧工艺，第一阶段为奥氏体再结晶阶段，在950～1150℃之间，此阶段大多数道次压下量为8～25%，使奥氏体发生完全再结晶，以细化奥氏体晶粒；第二阶段为奥氏体非再结晶阶段，开轧温度≤920℃，终轧温度≤880℃,在这一阶段内，奥氏体晶粒被拉长，在伸长而未再结晶的奥氏体内形成高密度形变孪晶和形变带，同时微合金碳、氮化物因形变诱导析出，因而增加了铁素体的形核位置，细化了铁素体晶粒，此阶段压下率应尽量大，累计压下率≥50％；                           

（5）轧后冷却工艺：经轧制后的钢板在下线后堆垛缓冷72小时；

（6）淬火工艺：对钢板进行淬火处理，淬火温度为930±10℃，保温时间为2min/mm，钢板出炉淬火至≤300℃；

（7）回火工艺：对淬火后的钢板进行回火，回火温度690±10℃、保温时间为2min/mm。

实验证明：本发明的钢板具有较高的低温韧性值、良好的焊接性能和抗层状撕裂性能，本发明采用调质工艺生产，与控轧工艺相比，整张钢板力学性能均匀，质量稳定，适合大批量生产。

实施例2

本发明的临氢SA387Gr11CL2钢的实际成分（按重量百分比）为：C 0.08%、Si 0.7%、Mn 0.6%、 P 0.005%、 S 0.005 %、Al 0.035%、Ni 0.3%、Cr 1.2%、Mo 0.5%、Cu 0.14%、Sb 0.002%，Sn  0.009%，As  0.01%，H 0.0002%，轧成162mm钢板。其力学性能：屈服强度452MPa，抗拉强度： 560 MPa，屈强比= 0.81 ，A= 25 %，-18℃冲击功AKV（纵向）189、203、164J，Z向：47%。

本发明的生产方法如下：（1）冶炼工艺：将含上述组份的钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，并喂Al线720米，大包温度≥1610℃时吊包VD炉真空处理，真空前加入SiCa块120kg，真空度不大于66Pa，真空保持时间≥20分钟时破坏真空，解决了钢水单靠Al线脱氧、钢中非金属夹杂物含量较高的现象，保证了钢质的纯净度；

（2）浇铸工艺： 钢板采用模铸生产，过热度不超过40℃，采用41T锭模进行浇铸,保证大厚度、大单重钢板有足够的压下量和成材原料；

（3）加热工艺：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，装钢前晾炉30分钟以上，焖钢1小时，为保证合金元素充分固溶、r晶粒细小，采用低速烧钢，1000℃以下升温速度≤120℃/h，最高加热温度1250℃；

（4）轧制工艺：钢板开坯成材，开坯厚度600mm。钢板轧制采用II型控轧工艺，第一阶段为奥氏体再结晶阶段，在950～1150℃之间，此阶段大多数道次压下量为8～25%，使奥氏体发生完全再结晶，以细化奥氏体晶粒；第二阶段为奥氏体非再结晶阶段，开轧温度≤920℃，终轧温度≤880℃,在这一阶段内，奥氏体晶粒被拉长，在伸长而未再结晶的奥氏体内形成高密度形变孪晶和形变带，同时微合金碳、氮化物因形变诱导析出，因而增加了铁素体的形核位置，细化了铁素体晶粒，此阶段压下率应尽量大，累计压下率≥50％；                           

（5）轧后冷却工艺：经轧制后的钢板在下线后堆垛缓冷72小时；

（6）淬火工艺：对钢板进行淬火处理，淬火温度为930±10℃，保温时间为2min/mm，钢板出炉淬火至≤300℃；

（7）回火工艺：对淬火后的钢板进行回火，回火温度690±10℃、保温时间为2min/mm。

最后所应说明的是：以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种大厚度临氢钢板，其特征在于：由以下重量百分含量的化学成分组成：C≤0.17%，Si0.44～0.86%，Mn0.35～0.73%，P≤0.010%，S≤0.009%，Ni≤0.30%，Cr0.94～1.56%，Cu≤0.20%，Mo0.40～0.70%，Sb≤0.003%，Sn≤0.010%，As≤0.012%，H≤0.0002%，TAl0.020～0.045%，其余为Fe和不可避免的杂质；所述的钢板厚度为162mm；

其制备方法包括以下步骤：（1）冶炼工艺：钢水先经电炉冶炼，在P≤0.005%，温度在1610℃-1640℃时出钢，LF炉精炼，白渣保持时间≥25分钟，总精炼时间45分钟以上；S≤0.005％扒渣，VD炉真空处理，真空度≤66Pa，真空保持时间≥20分钟时破坏真空；

（2）浇铸工艺：钢板采用模铸生产，采用41T钢锭模进行浇铸，钢锭脱帽后带模入坑缓冷，缓冷24小时后温送到轧钢进行温清，温清温度150℃～250℃；

（3）加热工艺：装钢前晾炉30分钟以上，焖钢1小时；采用低速烧钢，1000℃以下升温速度≤120℃/h，最高加热温度1280℃；

（4）轧制工艺：钢板开坯成材，开坯厚度600mm；钢板轧制采用II型控轧工艺，第一阶段为奥氏体再结晶阶段，在950～1150℃之间，此阶段大多数道次压下量为8～25%，使奥氏体发生完全再结晶，以细化奥氏体晶粒；第二阶段为奥氏体非再结晶阶段，开轧温度890℃-920℃，终轧温度850℃-880℃；

（5）轧后冷却工艺：经轧制后的钢板在下线后堆垛缓冷72～75小时；

（6）淬火工艺：对钢板进行淬火处理，淬火温度为920～940℃，保温时间为2min/mm，钢板出炉淬火至200℃-300℃；

（7）回火工艺：对淬火后的钢板进行回火，回火温度680～700℃、保温时间为2min/mm。

2.根据权利要求1所述的大厚度临氢钢板，其特征在于：由以下重量百分含量的化学成分组成：C0.04～0.17%，Si0.50～0.80%，Mn0.40～0.65%，P≤0.007%，S≤0.007%，Ni≤0.30%，TAl0.023～0.042%，Cr1.00～1.50%，Cu≤0.20%，Mo0.45～0.65%，Sb≤0.003%，Sn≤0.010%，As≤0.012%，H≤0.0002%，其余为Fe和不可避免的杂质。

3.一种如权利要求1或2中所述的大厚度临氢钢板的生产方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）冶炼工艺：钢水先经电炉冶炼，在P≤0.005%，温度在1610℃-1640℃时出钢，LF炉精炼，白渣保持时间≥25分钟，总精炼时间45分钟以上；S≤0.005％扒渣，VD炉真空处理，真空度≤66Pa，真空保持时间≥20分钟时破坏真空；

（2）浇铸工艺：钢板采用模铸生产，采用41T钢锭模进行浇铸，钢锭脱帽后带模入坑缓冷，缓冷24小时后温送到轧钢进行温清，温清温度150℃-250℃；

（3）加热工艺：装钢前晾炉30分钟以上，焖钢1小时；采用低速烧钢，1000℃以下升温速度≤120℃/h，最高加热温度1280℃；

（4）轧制工艺：钢板开坯成材，开坯厚度600mm；钢板轧制采用II型控轧工艺，第一阶段为奥氏体再结晶阶段，在950～1150℃之间，此阶段大多数道次压下量为8～25%，使奥氏体发生完全再结晶，以细化奥氏体晶粒；第二阶段为奥氏体非再结晶阶段，开轧温度890℃-920℃，终轧温度850℃-880℃；

（5）轧后冷却工艺：经轧制后的钢板在下线后堆垛缓冷72～75小时；

（6）淬火工艺：对钢板进行淬火处理，淬火温度为920～940℃，保温时间为2min/mm，钢板出炉淬火至200℃-300℃；

（7）回火工艺：对淬火后的钢板进行回火，回火温度680～700℃、保温时间为2min/mm。