CN102828124A - 一种非调质型低温压力容器用厚板及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种非调质型低温压力容器用厚板及其生产方法。其成分：C 0.06％～0.09％、Si 0.15％～0.45％、Mn 1.20％～1.80％、P≤0.010％、S≤0.003％、Ni 0.30％～0.50％、Cu 0.10％～0.30％、Cr 0.10％～0.30％、Nb0.02％～0.04％、Al 0.02％～0.04％、Ca 0.001％～0.005％。其方法：钢水浇铸温度≤1540℃，采用电磁搅拌或轻压下工艺；钢坯加热温度1050～1250℃，采用两阶段控轧，再结晶区(≥960℃)总压下率≥55％，未再结晶区(≤900℃)总压下率≥55％；待温期间先保温8s以上，再以≥1℃/s的冷速冷却，并停留5s以上；轧后终冷速度20～30℃/s。本发明钢种无B、Mo、V、Ti，成本低；增加中间坯冷却，减少中间坯待温时间，提高了生产效率，缩短了工艺流程，节约了生产成本。
Description
技术领域
本发明属于低合金钢制造技术领域，尤其涉及一种抗拉强度≥610MPa级别，具有良好低温韧性(-70℃)的非调质型压力容器用厚板及其生产方法。
背景技术
微合金非调质钢是指在制造和应用过程中，通过采用微合金化、控制轧制和控制冷却等强、韧化方法，取消了调质热处理，而能达到或接近调质钢性能的优质或特殊质量钢。非调质钢在生产工艺过程中减少了调质工艺，即减少了一次再加热过程，这为钢厂降低生产成本、节约能源、减少污染提供了最有利可行的技术手段。
长久以来，低温压力容器用钢一直注重其所具有的良好低温韧性，而对于强度方面则没有过多要求，例如16MnDR(-40℃)、15MnNiDR(-45℃)和09MnNiDR(-70℃)三个牌号的非调质钢板虽然具有良好的低温韧性，但其抗拉强度＜610MPa。而调质型微合金钢07MnCrMoVR(-20℃)、07MnNiMoVDR(-40℃)和12MnNiVR(-20℃)虽然具有抗拉强度≥610MPa的特点，但其最低使用温度却仅达到-40℃。另外，3.5Ni、5Ni、9Ni钢板尽管具有更低的使用温度和较高的强度，但其生产成本十分昂贵。
现有涉及非调质低温压力容器用钢的专利有：
公开号为CN 1338528A，名为“大线能量焊接非调质高韧性低温钢及其生产方法”的中国专利，公开了一种具有良好低温韧性(-50℃)的大线能量焊接非调质高韧性低温钢，其热处理工艺为正火或者正火+回火工艺。由于采用此类热处理工艺，钢板很难具有较高的强度。此外，为了保证钢板具有良好的淬透性还加入了B元素，这会对钢板产生明显的冲击功波动。
公开号为CN 101144138A，名为“一种低温压力容器用钢板及其生产方法”的中国专利，公开了一种强度适中，塑性良好，低温韧性高(-40℃)的压力容器用钢板及其生产方法，其热处理工艺为正火工艺。同样由于采用正火工艺，钢板抗拉强度＜610MPa，而相对较高的C含量(0.12～0.19％)对后续的焊接会产生不利影响。
公开号为CN 101545077A，名为“一种低温用钢及其制造方法”的中国专利，公开了一种具有优异的低温韧性(-80℃)，而且可承受大线能量焊接的钢板及其生产方法，其热处理工艺为正火工艺。虽然-80℃低温韧性良好，但其抗拉强度较低(约430MPa)。
为此，有必要开发出生产成本相对较低，抗拉强度≥610MPa级且具有良好低温韧性(-70℃)的低焊接裂纹敏感性钢，可用于建造合成氨、聚丙烯等成套工程中低温装置及二氧化碳、乙烯等低温储罐。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提供一种化学成分设计简单且无需调质处理的、具有低焊接裂纹敏感性、较高强度(Rm≥610MPa)和良好低温韧性(AKv-70℃≥80J)的低温压力容器用厚板及其生产方法。
本发明非调质型低温压力容器用厚板的化学成分重量百分比为：C0.06％～0.09％、Si 0.15％～0.45％、Mn 1.20％～1.80％、P≤0.010％、S≤0.003％、Ni 0.30％～0.50％、Cu 0.10％～0.30％、Cr 0.10％～0.30％、Nb 0.02％～0.04％、Al 0.02％～0.04％、Ca 0.001％～0.005％，余量为Fe及不可避免的杂质，并满足：焊接裂纹敏感性系数Pcm＝C+Si/30+Ni/60+(Mn+Cr+Cu)/20+Mo/15+V/10+5B≤0.26％；再热接裂纹敏感性指数Psr＝Cr+Cu+2Mo+10V+7Nb+5Ti-2≤0。
本发明所述非调质型低温压力容器用厚板的金相组织为铁素体+贝氏体的混合组织；所述厚板的厚度为12～50mm。
本发明中合金元素C、Si、Mn、P、S、Ni、Cu、Cr、Nb、Al、Ca限定量的理由详述如下：
C：确保强度所必须的元素，需要添加0.06％以上，但如果添加量过大，有可能导致低温韧性的下降，因此将其上限值规定为0.09％。
Si：作为脱氧剂，此外对于通过固溶强化来增加钢强度是有效元素，但在含量低于0.15％时上述效果小，如果超过0.45％，则使得HAZ韧性劣化。因此，将Si限定在0.15％～0.45％。
Mn：微合金化钢相变强化和固溶强化机制中起主要作用的合金元素，从确保淬火性的观点出发，需要在1.20％以上。但是，如果添加超过1.80％，则韧性劣化。因此，将Mn限定在1.20％～1.80％。
P、S：在本钢种中都是杂质元素，应限制在P≤0.010％；S≤0.003％。
Ni：在钢中作为置换原子能有效的强化基体，能增加原子间的结合力，显著地提高钢材的低温韧性，但含量过高则易造成钢板氧化铁皮难以脱落，其含量应控制在0.03％～0.50％。
Cu：在钢中通过固然强化及析出强化来提高钢板强度，但添加过多则有可能使得热加工性下降，故其含量控制在0.10％～0.30％。
Cr：在钢中作用与Ni类似。加入量过多导致Cr的碳化物形成影响钢的韧性，故其含量控制在0.10％～0.30％。
Nb：微量Nb的加入使母材再结晶停止温度升高到950℃以上，扩大再结晶轧制温度区间。在冷却过程中，由于Nb原子在晶界的偏聚，使先共析铁素体生成区明显右移，保证了母材在很宽的冷却范围内得到均匀的贝氏体组织。基体中固溶的Nb原子在冷却及相转变后，将在母材内析出Nb(CN)化合物，进一步强化母材。其含量应控制在0.02％～0.04％。
Al：作为钢中脱氧元素，在钢中形成AlN可有效细化晶粒，含量在0.02％～0.04％较为合适。
Ca：对钢进行Ca处理，一方面可以进一步纯洁钢液，另一方面对钢中硫化物进行变性处理，使之变成不可变形的、稳定细小的球状硫化物、抑制S的热脆性、提高钢的低温韧性。Ca加入量的多少，取决于钢中S含量的高低，Ca加入量过低，处理效果不大；Ca加入量过高，形成Ca(O，S)尺寸过大，脆性也增加，可称为断裂裂纹起始点，降低钢的低温韧性，同时还降低钢质纯净度、污染钢液。因此，Ca含量的合适范围为0.001％～0.005％。
本发明非调质型低温压力容器用厚板的生产方法包括冶炼、连铸和热轧，其特点是：
所述连铸的中间包钢水浇铸温度≤1540℃，低温浇铸可细化原始铸态组织，此外采用电磁搅拌或连铸坯轻压下工艺，轻压下量控制在3％～10％之间；
钢坯加热温度在1050～1250℃之间，低于该温度范围加热时，凝固中所生成的对韧性有不良影响的粗大夹杂物有可能以不熔化状态残留；而高于该温度范围加热，则有可能使连铸过程中通过控制冷却速度而产生的析出物再熔化；
热轧采用奥氏体完全再结晶区+奥氏体未再结晶区两个阶段控制轧制，在完全再结晶温度范围内，大轧制道次压下率进行快速连续轧制，确保变形金属发生动态/静态再结晶，细化奥氏体晶粒，为此轧制道次压下率≥15％，再结晶区(≥960℃)总压下率≥55％；在未再结晶区为保证晶粒细化的效果从而达到提高钢的屈服强度和韧性的目的，应使轧制道次压下率≥10％，未再结晶区(≤900℃)总压下率≥55％；
在两阶段之间的待温期间，先保温8s以上，然后通过中间水冷装置(或控冷装置)以≥1℃/s的冷却速度进行喷水冷却，之后停留5s以上以保证钢板温度的均匀性，其主要作用是抑制再结晶，促进变形奥氏体的应变累积效果，同时减少中间坯待温的等候时间，提高现场生产效率；
热轧结束后对钢板进行层流冷却，入水温度为750～800℃，终冷温度控制在550～600℃，冷却速度控制在20～30℃/s之间。
本发明在钢种成分设计上，既取消了淬透性元素B来降低在冶炼、轧制及冷却方面的操作难度，又去除了钢中贵金属元素Mo及微合金元素V、Ti，通过细化晶粒所产生的细晶强化效果来弥补由此产生的强度损失，从而降低了成本；在生产工艺上，通过增加中间坯冷却工艺，不仅促进了完全再结晶轧制阶段变形奥氏体的应变累积效果，还减少了中间坯待温的等候时间，提高了现场生产效率；采用TMCP控轧控冷代替传统的调质热处理，缩短了工艺流程、降低了能源消耗、节约了生产成本。本发明厚板仅添加了少量的合金元素，便具有较高的强度和优异的低温韧性，其-70℃冲击功达到80J以上。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步的说明。
本发明实施例所用钢的实际化学成分见表1。
表1本发明实施例钢的化学成分(wt％)
| 实施例 | C | Si | Mn | P | S | Ni | Cu | Cr | Nb | Als | Ca | Pcm | Psr |
| 1 | 0.063 | 0.16 | 1.26 | 0.008 | 0.002 | 0.34 | 0.13 | 0.11 | 0.02 | 0.02 | 0.001 | 0.15 | -1.62 |
| 2 | 0.071 | 0.24 | 1.38 | 0.009 | 0.002 | 0.38 | 0.18 | 0.14 | 0.02 | 0.03 | 0.002 | 0.17 | -1.54 |
| 3 | 0.069 | 0.29 | 1.64 | 0.006 | 0.003 | 0.45 | 0.26 | 0.22 | 0.03 | 0.02 | 0.002 | 0.19 | -1.31 |
| 4 | 0.084 | 0.37 | 1.78 | 0.008 | 0.003 | 0.43 | 0.21 | 0.25 | 0.02 | 0.03 | 0.004 | 0.22 | -1.4 |
| 5 | 0.088 | 0.41 | 1.80 | 0.007 | 0.002 | 0.48 | 0.28 | 0.30 | 0.04 | 0.04 | 0.004 | 0.23 | -1.14 |
本发明实施例的生产工艺是：采用转炉将铁水经炼钢后进行精炼，用Al线进行脱氧，根据板坯化学成分及其含量，脱氧后加入Ca；然后将钢水温度调整到出钢温度1500℃进行连铸；在连铸过程中采用轻压下工艺，压下量大约为7％；铸坯的板厚为300mm，最后进行热轧。
本发明实施例的热轧工艺是：铸坯加热至1050～1250℃，均热1.5～2.5小时；轧制采用二阶段控轧工艺(再结晶区轧制+未再结晶区轧制)，第一阶段轧制累积压下率保持在55～70％，保温10s左右，然后以1～3℃/s冷却中间坯至900℃，保持10s后进行第二阶段轧制，累积压下率保持在55～70％。完成轧制后在750～800℃进行在线加速冷却，冷却速度控制在25～30℃/s区间。本发明实施例具体轧制工艺见表2，厚板性能见表3。
表2本发明实施例的具体工艺制度
表3本发明实施例的力学性能
Claims (4)
1.一种非调质型低温压力容器用厚板，其特征在于钢的化学成分重量百分比为：C 0.06％～0.09％、Si 0.15％～0.45％、Mn 1.20％～1.80％、P≤0.010％、S ≤0.003％、Ni 0.30％～0.50％、Cu 0.10％～0.30％、Cr 0.10％～0.30％、Nb 0.02％～0.04％、Al 0.02％～0.04％、Ca 0.001％～0.005％，余量为Fe及不可避免的杂质，并满足：焊接裂纹敏感性系数Pcm＝C+Si/30+Ni/60+(Mn+Cr+Cu)/20+Mo/15+V/10+5B≤0.26％；再热接裂纹敏感性指数Psr＝Cr+Cu+2Mo+10V+7Nb+5Ti-2≤0。
2.根据权利要求1所述的非调质型低温压力容器用厚板，其特征在于所述厚板的金相组织为铁素体+贝氏体的混合组织。
3.根据权利要求1所述的非调质型低温压力容器用厚板，其特征在于所述厚板的厚度为12～50mm。
4.一种权利要求1、2或3所述非调质型低温压力容器用厚板的生产方法，包括冶炼、连铸和热轧，其特征在于所述连铸的中间包钢水浇铸温度≤1540℃，并采用电磁搅拌或连铸坯轻压下工艺，轻压下量控制在3％～10％；钢坯加热温度为1050～1250℃，热轧采用两阶段控制轧制，完全再结晶区(≥960℃)道次压下率≥15％，总压下率≥55％；未再结晶区(≤900℃)道次压下率≥10％，总压下率≥55％；在两阶段之间的待温期间，先保温8s以上，再以≥1℃/s的冷却速度进行冷却，之后停留5s以上；轧后水冷，入水温度750～800℃，终冷温度550～600℃，冷却速度20～30℃/s。
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