CN103305752A - 一种大厚度高性能SA302GrC钢板及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种大厚度高性能SA302GrC钢板及其生产方法，属于钢铁冶炼工艺技术领域。技术方案是包含冶炼、浇铸、加热、轧制、轧后冷却、正火后加速冷却和回火工序，各化学成分质量百分比如下：C 0.10～0.18%，Si0.15～0.40%，Mn1.20～1.45%，P≤0.015%，S≤0.010%，Ni0.40～0.55%，Mo0.45～0.60%，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明具有以下优点：强韧性匹配良好，屈服强度Re≥345Mpa；板厚1/4位置-10℃横向夏比冲击功不小于41J；钢质更纯净，抗层状撕裂性能良好，全厚度方向Z≥35%；焊接性能好；钢板厚度达到135mm。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，具有良好的强韧性匹配。
Description
技术领域
本发明涉及一种大厚度高性能SA302GrC钢板及其生产方法，特别是135mm大厚度高性能SA302GrC钢板，属于钢铁冶炼工艺技术领域。
背景技术
近几年石化工业的发展主要是围绕煤化工产业二次深加工、装置大型化，以高温高压技术的应用为标帜。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。正因为对材料本身的要求非常严格，生产十分困难。特别是SA302GrC钢板，在煤化工领域应用广泛，厚度达135mm，生产难度更加困难。
发明内容
本发明目的是提供一种大厚度高性能SA302GrC钢板及其生产方法，具有良好的强韧性匹配，性能高，解决背景技术中存在的上述问题。
发明的技术方案是：一种大厚度高性能SA302GrC钢板，由以下重量百分含量的化学成分组成：C≤0.25%，Si 0.15～0.40%，Mn 1.15～1.50%，P ≤0.020%，S ≤0.020%，Ni 0.40～0.70%， Mo 0.45～0.60%，其余为Fe和不可避免的杂质。
更具体的各化学成分质量百分比如下：C 0.10～0.18%，Si 0.15～0.40%，Mn 1.20～1.45%，P ≤0.015%，S ≤0.010%，Ni 0.40～0.55%， Mo 0.45～0.60%，其余为Fe和不可避免的杂质。
所述大厚度高性能SA302GrC钢板，厚度为135mm。
一种大厚度高性能SA302GrC钢板的生产方法，包含冶炼、浇铸、加热、轧制、轧后冷却、正火后加速冷却和回火工序，各工序具体工艺步骤如下：
①冶炼工序：钢水各化学成分质量百分比如下：C 0.10～0.18%，Si 0.15～0.40%，Mn 1.20～1.45%，P ≤0.015%，S ≤0.010%，Ni 0.40～0.55%， Mo 0.45～0.60%，其余为Fe和不可避免的杂质，钢水先经电炉冶炼，在P≤0.012%，大包温度≥1570℃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浇铸工序：采用模铸生产，过热度不超过40℃，采用钢锭模进行浇铸，,保证大厚度、大单重钢板有足够的压下量和成材原料； 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℃；
③加热工序：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轧制工序：钢板开坯成材，开坯厚度为600mm；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，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；
⑤轧后冷却工序：经轧制后的钢板在下线后堆垛缓冷72小时；
⑥、正火后加速冷却工序：对钢板进行正火后加速冷却处理，正火温度为930±10℃，保温时间为2.5min/mm，钢板出炉加速冷却至≤300℃；
⑦回火工序：对正火后的钢板进行回火，回火温度690±10℃、保温时间为3.5min/mm。
所述的轧制工序，第一阶段压下量为8～25%，第二阶段累计压下率≥50％。
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+正火（加速冷却）+回火生产工艺，生产出符合大厚度高性能要求的135mm厚SA302GrC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含量为0.10～0.18%，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的含量在1.20～1.45%，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的含量在 0.40～0.55%，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； Mo 0.45～0.60%，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正火（加速冷却）+回火，采用本工艺生产的135mm厚SA302GrC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。
本发明具有以下优点：（1）强韧性匹配良好，屈服强度Re≥345Mpa；板厚1/4位置-10℃横向夏比冲击功不小于41J；（2）本发明的钢质更纯净，P≤0.15%，S≤0.003%；（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135mm。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
以下通过实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
本发明的SA302GrC钢的实际成分（按重量百分比）为：C 0.16%、Si 0.24%、Mn 1.33%、 P 0.012%、 S 0.002 %、Al 0.028%、V 0.006 %、Ni 0.46%、Cr 0.04%、Mo 0.52%、Cu 0.07%、Ti 0.002%， Ceq为 0.53%，轧成135mm钢板。其力学性能：屈服强度：452MPa，抗拉强度：595MPa，屈强比：0.76，A%：28%，-10℃冲击功AKV（横向）：131、143、151J，Z向：45%。
实施例2
本发明的SA302GrC钢的实际成分（按重量百分比）为：C 0.11%、Si 0.20%、Mn 1.30%、 P 0.010%、 S 0.002 %、Al 0.025%、V 0.004 %、Ni 0.42%、Cr 0.05%、Mo 0.50%、Cu 0.07%、Ti 0.002%， Ceq为 0.47%，轧成135mm钢板。其力学性能：屈服强度：435MPa，抗拉强度：575MPa，屈强比：0.76，A%：28%，-10℃冲击功AKV（横向）：135、142、155J，Z向：50%。
实施例3
本发明的SA302GrC钢的实际成分（按重量百分比）为：C 0.17%、Si 0.35%、Mn 1.40%、 P 0.011%、 S 0.002 %、Al 0.028%、V 0.006 %、Ni 0.50%、Cr 0.04%、Mo 0.57%、Cu 0.07%、Ti 0.002%， Ceq为 0.56%，轧成135mm钢板。其力学性能：屈服强度：445MPa，抗拉强度：582MPa，屈强比：0.76，A%：29%，-10℃冲击功AKV（横向）：125、128、118J，Z向：45%。
各实施例的工艺步骤如下：
①冶炼工序：钢水各化学成分质量百分比如下：C 0.10～0.18%，Si 0.15～0.40%，Mn 1.20～1.45%，P ≤0.015%，S ≤0.010%，Ni 0.40～0.55%， Mo 0.45～0.60%，其余为Fe和不可避免的杂质，钢水先经电炉冶炼，在P≤0.012%，大包温度≥1570℃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浇铸工序：采用模铸生产，过热度不超过40℃，采用钢锭模进行浇铸，,保证大厚度、大单重钢板有足够的压下量和成材原料； 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℃；
③加热工序：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轧制工序：钢板开坯成材，开坯厚度为600mm；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，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；第一阶段压下量为8～25%，第二阶段累计压下率≥50％。
⑤轧后冷却工序：经轧制后的钢板在下线后堆垛缓冷72小时；
⑥正火后加速冷却工序：对钢板进行正火后加速冷却处理，正火温度为930±10℃，保温时间为2.5min/mm，钢板出炉加速冷却至≤300℃；
⑦回火工序：对正火后的钢板进行回火，回火温度690±10℃、保温时间为3.5min/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，本发明采用正火（加速冷却）+回火工艺生产，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。
Claims (5)
1.一种大厚度高性能SA302GrC钢板，其特征在于由以下重量百分含量的化学成分组成：C≤0.25%，Si 0.15～0.40%，Mn 1.15～1.50%，P ≤0.020%，S ≤0.020%，Ni 0.40～0.70%， Mo 0.45～0.60%，其余为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种大厚度高性能SA302GrC钢板，其特征在于：各化学成分质量百分比如下：C 0.10～0.18%，Si 0.15～0.40%，Mn 1.20～1.45%，P ≤0.015%，S ≤0.010%，Ni 0.40～0.55%， Mo 0.45～0.60%，其余为Fe和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1或2所述的一种大厚度高性能SA302GrC钢板，其特征在于：所述大厚度高性能SA302GrC钢板，厚度为135mm。
4.一种大厚度高性能SA302GrC钢板的生产方法,其特征在于包含冶炼、浇铸、加热、轧制、轧后冷却、正火后加速冷却和回火工序，各工序具体工艺步骤如下：
①冶炼工序：钢水各化学成分质量百分比如下：C 0.10～0.18%，Si 0.15～0.40%，Mn 1.20～1.45%，P ≤0.015%，S ≤0.010%，Ni 0.40～0.55%， Mo 0.45～0.60%，其余为Fe和不可避免的杂质，钢水先经电炉冶炼，在P≤0.012%，大包温度≥1570℃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浇铸工序：采用模铸生产，过热度不超过40℃，采用钢锭模进行浇铸，,保证大厚度、大单重钢板有足够的压下量和成材原料； 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℃；
③加热工序：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轧制工序：钢板开坯成材，开坯厚度为600mm；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，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；
⑤轧后冷却工序：经轧制后的钢板在下线后堆垛缓冷72小时；
⑥、正火后加速冷却工序：对钢板进行正火后加速冷却处理，正火温度为930±10℃，保温时间为2.5min/mm，钢板出炉加速冷却至≤300℃；
⑦回火工序：对正火后的钢板进行回火，回火温度690±10℃、保温时间为3.5min/mm。
5.根据权利要求4所述的一种大厚度高性能SA302GrC钢板的生产方法,其特征在于：所述的轧制工序，第一阶段压下量为8～25%，第二阶段累计压下率≥50％。
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