CN103215512B - 一种压力容器钢12Cr2Mo1R及其150mm厚板的生产工艺 - Google Patents
一种压力容器钢12Cr2Mo1R及其150mm厚板的生产工艺 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种压力容器钢12Cr2Mo1R，包含如下质量百分比的化学成分(单位，wt%)：C：0.10～0.14、Si：0.12～0.18、Mn：0.45～0.55、P：≤0.015、S：≤0.005、Cr：2.20～2.40、Mo：0.95～1.05、Als：0.02～0.04，其它为Fe和残留元素。所述化学成分的碳当量≤0.40。进一步提供一种生产150mm厚12Cr2Mo1R压力容器钢板的生产工艺，由于本发明通过合理的成分设计、工艺冶炼、模铸浇注、控制空冷、热处理工艺，本发明生产的150mm厚12Cr2Mo1R压力容器钢板强度高、塑性好、韧性强的，该生产工艺能够减少150mm厚12Cr2Mo1R压力容器钢板中合金元素的偏析、疏松等缺陷，改善其淬透性差的弱点。
Description
技术领域
本发明涉及钢铁冶炼技术领域，尤其涉及一种压力容器钢12Cr2Mo1R及其150mm厚板的生产工艺。
背景技术
压力容器用钢板由于所制造的容器都要承受不同的压力与强度。一般常压为31.4MPa或更高；工作温度常于-20℃-450℃之间，也有低于-20℃。根据容器的工作条件与加工工艺，要求容器用钢板必须具有良好的冷弯和焊接性能；有良好的塑性和韧性；有高温短时强度或长期强度性能。为了使容器能承受更高的压力，减轻结构自身重量，压力容器用钢板材质除用优质碳素钢材之外，目前大多采用低合金结构钢作材质。压力容器钢板系专用板材，主要用于制造石油、化工、气体分离和贮运等的容器或其他类似设备，如各种塔式容器、热交换器、贮罐和罐车等。申请号：200910312452.2的发明公开了一种Q370R压力容器用钢,是由以下重量百分比的组分制备而成:C:0.14-0.18%,Si:0.25-0.50%,Mn:1.45-1.60%,P≤0.020%,S≤0.015%,Nd:0.28-0.45%,余量为Fe和不可避免的杂质。同时还公开了一种Q370R压力容器用钢的制备方法。以上技术方案，生产成本高，生产难度大。随着国民经济的快速发展，中国石油化工行业对压力容器钢的强度、塑性、韧性的要求越来越高，12Cr2Mo1R材质的需求量大幅度上升，为满足石油化工业的需求，结合现有的生产设备工艺状况，成功开发了保性能、保探伤的150mm厚12Cr2Mo1R压力容器钢，为了使12Cr2Mo1R具有较高的强度和韧性,其合金添加量较大，所以钢板容易发生偏析、疏松等缺陷，再加上特厚板淬透性差，因此该压力容器用特厚钢板生产难度大。
发明内容
本发明提供一种强度高、塑性好、韧性强的压力容器钢12Cr2Mo1R，进一步提供一种生产150mm厚12Cr2Mo1R压力容器钢板的生产工艺，该生产工艺能够减少150mm厚12Cr2Mo1R压力容器钢板中合金元素的偏析、疏松等缺陷，改善其淬透性差的弱点。
实现上述目的采取的技术方案是：一种压力容器钢12Cr2Mo1R，包含如下质量百分比的化学成分(单位，wt%)：C：0.10～0.14、Si：0.12～0.18、Mn：0.45～0.55、P：≤0.015、S：≤0.005、Cr：2.20～2.40、Mo：0.95～1.05、Als：0.02～0.04，其它为Fe和残留元素。
所述化学成分的碳当量≤0.40。
所述压力容器钢12Cr2Mo1R具有90%回火贝氏体和10%铁素体。
进一步提供一种生产150mm厚12Cr2Mo1R压力容器钢板的生产工艺，其步骤包括：
a.KR铁水预处理：使铁水按质量百分比含S≤0.005%,P＜0.080%;要求扒渣彻底，保证渣层厚度小于20mm；
b.转炉冶炼:终点按质量百分比含C≥0.06%,出钢按质量百分比含P＜0.015%；
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精炼环节：脱氧剂采取电石、铝线、铝粒等脱氧为主，白渣成渣后确保白渣保持时间≥15min；
e.VD精炼：当VD真空度达到67pa后，保压时间不小于20min;破真空后调小氩气量软吹大于5min,浇注坚持“高温慢注，低温快注”原则，以钢液面不裸露为主；
f.模铸环节：确保上线使用前锭模温度≤120℃，中注管上口（盆砖上沿）与钢包下水口的距离控制在≤140mm，浇注到帽口1/3位置时，向每个锭模内添加40Kg碳化稻壳；
g.加热工艺：最高加热温度不大于1260℃,1000℃以下时升温速度100℃/h，不小于1000℃升温速度不限，保温时间为10-13min/cm,保证钢锭均匀烧透，严禁钢锭过热、过烧；
h.控轧控冷：采用二阶段控制轧制，一阶段采用“高温低速大压下”轧制，增大应力应变向钢板内部渗透，使得钢板内部缺陷更容易焊合，同时可使奥氏体晶粒通过不断结晶再细化；开轧温度1000-1150℃，辊速20-30rad/min，单道次压下量40mm-60mm,粗轧阶段终轧温度大于950℃，二阶段轧制开轧温度880-900℃，晾钢厚度为成品厚度+（80-100）mm.二阶段采取小压下轧制，累计压下率大于50%，终轧温度800-820℃，轧后通过调整ACC集管，返红温度控制在680-700℃，冷速控制在4-8℃/s,可以多次冷却；
i.堆冷工艺：钢板堆垛缓冷之前的温度应高于400℃，钢板下线后堆冷48h；
j.热处理工艺：热处理工艺采用正火快冷+回火工艺,正火温度：930±10℃，保温时间2.2-2.4min/mm,冷却方式为水冷60-80s,回火温度710±10℃，保温时间4min/mm,出炉后空冷。
由于本发明通过合理的成分设计、工艺冶炼、模铸浇注、、控制空冷、热处理工艺，在保证12Cr2Mo1R成分的基础上，严格控制钢种P、S等有害元素，保证钢水纯净度，为保证钢锭充分均匀奥氏体化，同时确保钢锭原始晶粒不至于过分长大，以获得轧后钢板原始晶粒细化，严格控制加热工艺与轧制工艺，钢板轧后进入ACC层流冷却装置，充分细化相变前的奥氏体组织，阻止或延迟碳化物在冷却过程过早析出，使其在铁素体中弥散析出充分，采用钢板堆垛缓冷方式成功提高了特厚板12Cr2Mo1R钢板性能达到了国家标准要求。本发明生产的150mm厚12Cr2Mo1R压力容器钢板强度高、塑性好、韧性强的，该生产工艺能够减少150mm厚12Cr2Mo1R压力容器钢板中合金元素的偏析、疏松等缺陷，改善其淬透性差的弱点。
具体实施方式
实施例1：
一种压力容器钢12Cr2Mo1R，包含如下质量百分比的化学成分(单位，wt%)：C：0.10、Si：0.12、Mn：0.45、P：≤0.015、S：≤0.005、Cr：2.20、Mo：0.95、Als：0.02，其它为Fe和残留元素。
所述化学成分的碳当量≤0.40。
所述压力容器钢12Cr2Mo1R具有90%回火贝氏体和10%铁素体。
进一步提供一种生产150mm厚12Cr2Mo1R压力容器钢板的生产工艺，其步骤包括：
a.KR铁水预处理：S≤0.005%,P＜0.080%;要求扒渣彻底，保证渣层厚度小于20mm；
b.转炉冶炼:终点C≥0.06%,出钢P＜0.015%；
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/min，钢液面裸眼直径控制在300mm，离氩站温度不得低于1570℃；
d.LF精炼环节：脱氧剂采取电石、铝线、铝粒等脱氧为主，白渣成渣后确保白渣保持时间≥15min；
e.VD精炼：当VD真空度达到67pa后，保压时间不小于20min;破真空后调小氩气量软吹大于5min,浇注坚持“高温慢注，低温快注”原则，以钢液面不裸露为主；
f.模铸环节：确保上线使用前锭模温度100℃，中注管上口（盆砖上沿）与钢包下水口的距离控制在≤140mm，浇注到帽口1/3位置时，向每个锭模内添加40Kg碳化稻壳；
g.加热工艺：最高加热温度不大于1260℃,1000℃以下时升温速度100℃/h，不小于1000℃升温速度不限，保温时间为10min/cm,保证钢锭均匀烧透，严禁钢锭过热、过烧；
h.控轧控冷：采用二阶段控制轧制，一阶段采用“高温低速大压下”轧制，增大应力应变向钢板内部渗透，使得钢板内部缺陷更容易焊合，同时可使奥氏体晶粒通过不断结晶再细化；开轧温度1000℃，辊速20rad/min，单道次压下量40mm,粗轧阶段终轧温度大于950℃，二阶段轧制开轧温度880℃，晾钢厚度为成品厚度+（80-100）mm.二阶段采取小压下轧制，累计压下率大于50%，终轧温度800℃，轧后通过调整ACC集管，返红温度控制在680℃，冷速控制在4℃/S,可以多次冷却；
i.堆冷工艺：钢板堆垛缓冷之前的温度应高于400℃，钢板下线后堆冷48h；
j.热处理工艺：热处理工艺采用正火快冷+回火工艺,正火温度：920℃，保温时间2.2min/mm,冷却方式为水冷60S,回火温度700℃，保温时间4min/mm,出炉后空冷。
机械力学性能分析
成分及机械力学性能按GB713-2008执行，机械力学性能具体见下表。
150mm低温压力容器钢12Cr2Mo1R厚板机械力学性能及高温拉伸性能:
150mm压力容器钢12Cr2Mo1R厚板金相组织:
本次试生产150mm厚12Cr2Mo1R共计30批，其中：屈服强度控制在350～420MPa，平均达到了370MPa，比标准富裕60MPa；抗拉强度控制在550～630MPa，平均达到了590MPa，比标准富裕70MPa；伸长率控制在23%-28%，平均达到26%，比标准富裕7%；-30℃V型冲击功控制在110～190J，平均达到了160J，完全达到12Cr2Mo1R的水平。
外检及探伤：所研制的钢板外检，正品率100%，按JB/T47030进行探伤，合一级率为90%，合三级率为100%，达到了预期效果。
实施例2：
一种压力容器钢12Cr2Mo1R，包含如下质量百分比的化学成分(单位，wt%)：C：0.12、Si：0.15、Mn：0.50、P：≤0.015、S：≤0.005、Cr：2.30、Mo：1.00、Als：0.03，其它为Fe和残留元素。
所述化学成分的碳当量≤0.40。
所述压力容器钢12Cr2Mo1R具有90%回火贝氏体和10%铁素体。
进一步提供一种生产150mm厚12Cr2Mo1R压力容器钢板的生产工艺，其步骤包括：
a.KR铁水预处理：S≤0.005%,P＜0.080%;要求扒渣彻底，保证渣层厚度小于20mm；
b.转炉冶炼:终点C≥0.06%,出钢P＜0.015%；
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300NL/min，钢液面裸眼直径控制在400mm，离氩站温度不得低于1570℃；
d.LF精炼环节：脱氧剂采取电石、铝线、铝粒等脱氧为主，白渣成渣后确保白渣保持时间≥15min；
e.VD精炼：当VD真空度达到67pa后，保压时间不小于20min;破真空后调小氩气量软吹大于5min,浇注坚持“高温慢注，低温快注”原则，以钢液面不裸露为主；
f.模铸环节：确保上线使用前锭模温度110℃，中注管上口（盆砖上沿）与钢包下水口的距离控制在≤140mm，浇注到帽口1/3位置时，向每个锭模内添加40Kg碳化稻壳；
g.加热工艺：最高加热温度不大于1260℃,1000℃以下时升温速度100℃/h，不小于1000℃升温速度不限，保温时间为11min/cm,保证钢锭均匀烧透，严禁钢锭过热、过烧；
h.控轧控冷：采用二阶段控制轧制，一阶段采用“高温低速大压下”轧制，增大应力应变向钢板内部渗透，使得钢板内部缺陷更容易焊合，同时可使奥氏体晶粒通过不断结晶再细化；开轧温度1070℃，辊速25rad/min，单道次压下量50mm,粗轧阶段终轧温度大于950℃，二阶段轧制开轧温度890℃，晾钢厚度为成品厚度+（80-100）mm.二阶段采取小压下轧制，累计压下率大于50%，终轧温度810℃，轧后通过调整ACC集管，返红温度控制在690℃，冷速控制在6℃/S,可以多次冷却；
i.堆冷工艺：钢板堆垛缓冷之前的温度应高于400℃，钢板下线后堆冷48h；
j.热处理工艺：热处理工艺采用正火快冷+回火工艺,正火温度：930℃，保温时间2.3min/mm,冷却方式为水冷70S,回火温度710℃，保温时间4min/mm,出炉后空冷。
机械力学性能分析
成分及机械力学性能按GB713-2008执行，机械力学性能具体见下表。
150mm低温压力容器钢12Cr2Mo1R厚板机械力学性能及高温拉伸性能:
150mm压力容器钢12Cr2Mo1R厚板金相组织:
本次试生产150mm厚12Cr2Mo1R共计30批，其中：屈服强度控制在350～420MPa，平均达到了370MPa，比标准富裕60MPa；抗拉强度控制在550～630MPa，平均达到了590MPa，比标准富裕70MPa；伸长率控制在23%-28%，平均达到26%，比标准富裕7%；-30℃V型冲击功控制在110～190J，平均达到了160J，完全达到12Cr2Mo1R的水平。
外检及探伤：所研制的钢板外检，正品率100%，按JB/T47030进行探伤，合一级率为90%，合三级率为100%，达到了预期效果。
实施例3：
一种压力容器钢12Cr2Mo1R，包含如下质量百分比的化学成分(单位，wt%)：C：0.14、Si：0.18、Mn：0.55、P：≤0.015、S：≤0.005、Cr：2.40、Mo：1.05、Als：0.04，其它为Fe和残留元素。
所述化学成分的碳当量≤0.40。
所述压力容器钢12Cr2Mo1R具有90%回火贝氏体和10%铁素体。
进一步提供一种生产150mm厚12Cr2Mo1R压力容器钢板的生产工艺，其步骤包括：
a.KR铁水预处理：S≤0.005%,P＜0.080%;要求扒渣彻底，保证渣层厚度小于20mm；
b.转炉冶炼:终点C≥0.06%,出钢P＜0.015%；
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500NL/min，钢液面裸眼直径控制在500mm，离氩站温度不得低于1570℃；
d.LF精炼环节：脱氧剂采取电石、铝线、铝粒等脱氧为主，白渣成渣后确保白渣保持时间≥15min；
e.VD精炼：当VD真空度达到67pa后，保压时间不小于20min;破真空后调小氩气量软吹大于5min,浇注坚持“高温慢注，低温快注”原则，以钢液面不裸露为主；
f.模铸环节：确保上线使用前锭模温度120℃，中注管上口（盆砖上沿）与钢包下水口的距离控制在≤140mm，浇注到帽口1/3位置时，向每个锭模内添加40Kg碳化稻壳；
g.加热工艺：最高加热温度不大于1260℃,1000℃以下时升温速度100℃/h，不小于1000℃升温速度不限，保温时间为13min/cm,保证钢锭均匀烧透，严禁钢锭过热、过烧；
h.控轧控冷：采用二阶段控制轧制，一阶段采用“高温低速大压下”轧制，增大应力应变向钢板内部渗透，使得钢板内部缺陷更容易焊合，同时可使奥氏体晶粒通过不断结晶再细化；开轧温度1150℃，辊速30rad/min，单道次压下量60mm,粗轧阶段终轧温度大于950℃，二阶段轧制开轧温度900℃，晾钢厚度为成品厚度+（80-100）mm.二阶段采取小压下轧制，累计压下率大于50%，终轧温度820℃，轧后通过调整ACC集管，返红温度控制在700℃，冷速控制在8℃/S,可以多次冷却；
i.堆冷工艺：钢板堆垛缓冷之前的温度应高于400℃，钢板下线后堆冷48h；
j.热处理工艺：热处理工艺采用正火快冷+回火工艺,正火温度：940℃，保温时间2.4min/mm,冷却方式为水冷80S,回火温度720℃，保温时间4min/mm,出炉后空冷。
机械力学性能分析
成分及机械力学性能按GB713-2008执行，机械力学性能具体见下表。
150mm低温压力容器钢12Cr2Mo1R厚板机械力学性能及高温拉伸性能:
150mm压力容器钢12Cr2Mo1R厚板金相组织:
本次试生产150mm厚12Cr2Mo1R共计30批，其中：屈服强度控制在350～420MPa，平均达到了370MPa，比标准富裕60MPa；抗拉强度控制在550～630MPa，平均达到了590MPa，比标准富裕70MPa；伸长率控制在23%-28%，平均达到26%，比标准富裕7%；-30℃V型冲击功控制在110～190J，平均达到了160J，完全达到12Cr2Mo1R的水平。
外检及探伤：所研制的钢板外检，正品率100%，按JB/T47030进行探伤，合一级率为90%，合三级率为100%，达到了预期效果。
Claims (2)
1.一种压力容器钢12Cr2Mo1R，其特征在于：包含如下质量百分比的化学成分：C：0.10%～0.14%、Si：0.12%～0.15%、Mn：0.45%～0.55%、P：≤0.015%、S：≤0.005%、Cr：2.20%～2.40%、Mo：0.95%～1.05%、Als：0.02%～0.04%，其它为Fe和残留元素，所述化学成分的碳当量≤0.40，所述压力容器钢12Cr2Mo1R具有90%回火贝氏体和10%铁素体；热处理工艺采用正火快冷+回火工艺，回火温度710-720℃。
2.一种生产如权利要求1所述压力容器钢12Cr2Mo1R钢板的生产工艺，其特征在于：其步骤包括，
a.KR铁水预处理：使铁水按质量百分比含S≤0.005%，P＜0.080%；要求扒渣彻底，保证渣层厚度小于20mm；
b.转炉冶炼:终点按质量百分比含C≥0.06%,出钢按质量百分比含按质量百分比含P＜0.015%；
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精炼环节：脱氧剂采取电石、铝线、铝粒脱氧为主，白渣成渣后确保白渣保持时间≥15min；
e.VD精炼：当VD真空度达到67pa后，保压时间不小于20min；破真空后调小氩气量软吹大于5min,浇注坚持“高温慢注，低温快注”原则，以钢液面不裸露为准；
f.模铸环节：确保上线使用前锭模温度≤120℃，盆砖上沿处的中注管上口与钢包下水口的距离控制在≤140mm，浇注到帽口1/3位置时，向每个锭模内添加40Kg碳化稻壳；
g.加热工艺：最高加热温度不大于1260℃,1000℃以下时升温速度100℃/h，不小于1000℃升温速度不限，保温时间为10-13min/cm,保证钢锭均匀烧透，严禁钢锭过热、过烧；
h.控轧控冷：采用二阶段控制轧制，一阶段采用“高温低速大压下”轧制，增大应力应变向钢板内部渗透，使得钢板内部缺陷更容易焊合，同时可使奥氏体晶粒通过不断结晶再细化；开轧温度1000-1150℃，辊速20-30rad/min，单道次压下量40mm-60mm,粗轧阶段终轧温度大于950℃，二阶段轧制开轧温度880-900℃，晾钢厚度为成品厚度+80～100mm.二阶段采取小压下轧制，累计压下率大于50%，终轧温度800-820℃，轧后通过调整ACC集管，返红温度控制在680-700℃，冷速控制在4-8℃/s,可以多次冷却；
i.堆冷工艺：钢板堆垛缓冷之前的温度应高于400℃，钢板下线后堆冷48h；
j.热处理工艺：热处理工艺采用正火快冷+回火工艺,正火温度：930±10℃，保温时间2.2-2.4min/mm,冷却方式为水冷60-80s,回火温度710-720℃，保温时间4min/mm,出炉后空冷；
所述12Cr2Mo1R压力容器钢板的厚度为150mm。
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