CN103305758A - 一种低温压力容器用钢板及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种低温压力容器用钢板及其生产方法,属于钢铁冶炼工艺技术领域。技术方案是包含冶炼、连铸、加热、轧制、水冷及热堆垛、热处理工序,由以下质量百分比的组分熔炼而成,C:0.03%-0.06%,Si:0.16%-0.30%,Mn:0.60%-0.70%,P≤0.008%,S≤0.005%,Ni:3.40%-3.70%,Mo:0.07%-0.12%,Nb:0.010%-0.020%,Ti:0.010%-0.020%,Alt:0.020%-0.040%,余量为Fe和微量不可避免的杂质。本发明具有以下优点:连铸生产,成本低,效益高;良好的低温冲击韧性,尤其是板厚1/2处钢板最薄弱部位的-101℃冲击功>150J;C含量极低,具有良好的焊接性;Z向性能优良,能达到最高的Z35级别;采用本发明的方法所生产的钢板纯净度较高,成分均匀,力学性能优良;碳当量低,焊接性能良好。
Description
技术领域
本发明涉及一种低温压力容器用钢板及其生产方法,属于钢铁冶炼工艺技术领域。
背景技术
近代科学技术的发展促进了液化气体的生产和使用,特别是石油和空分制氧设备以及合成氨设备的广泛应用,使低温压力容器用含Ni 3.5%的、最低使用温度达-101℃、牌号为08Ni3DR(3.5Ni)的用量越来越大。低温压力容器用钢板的生产难度大、成本高,要求具有良好强韧性匹配,如何能满足上述要求、生产出低温压力容器用钢板是本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明目的是提供一种低温压力容器用钢板及其生产方法,工艺参数设计合理,生产成本低,具有优良的低温冲击韧性,晶粒细小,完全解决了背景技术中存在的上述问题。
发明的技术方案是:一种低温压力容器用钢板,由以下质量百分比的组分熔炼而成,C:0.03%-0.06%,Si:0.16%-0.30%,Mn:0.60%-0.70%,P≤0.008%,S≤0.005%,Ni:3.40%-3.70%,Mo: 0.07%-0.12%, Nb:0.010%-0.020%,Ti:0.010%-0.020%,Alt:0.020%-0.040%,余量为Fe和微量不可避免的杂质。
所述低温压力容器用钢板的最大厚度为50mm。
本发明的钢板的化学成分设计采用低碳当量、Ni-Mo-Nb-Ti系铁素体钢,是通过低碳当量成分的设计及控轧控冷+热处理的生产工艺,生产出符合低温压力容器要求的8mm-50mm厚连铸型08Ni3DR(3.5Ni)钢板,将其应用于低温设备如甲醇洗涤塔、甲醇捕雾器、H2S浓缩塔等的制作,具有良好的焊接性能和低温冲击性能,其生产制造工序简单、可实现批量生产。本发明中C含量在0.03%-0.06%,采用超低碳设计,一方面有利于提高钢的韧性,另一方面可显著地改善钢的焊接性能;Si含量在0.16%-0.30%之间,Si主要以固溶强化形式提高钢的强度,但不可含量过高,以免降低钢的韧性;Mn含量选择在0.60-0.70%,Mn主要起固溶强化和降低相变温度提高钢板强度的作用,能显著提高钢的淬透性,随Mn含量的增加,钢板的塑性和低温冲击韧性略有下降,强度显著提高,因此为保韧性Mn含量也不易过高;P含量≤0.008%,S含量≤0.005%:在一般情况下,磷和硫都是钢中有害元素,增加钢的脆性。磷使焊接性能变坏,降低塑性,使冷弯性能变坏;硫降低钢的延展性和韧性,在轧制时造成裂纹;因此应尽量减少磷和硫在钢中的含量。Ni含量控制在3.40%-3.70%之间,在铁-碳相图上,Ni使共析点向左下方移动,降低钢的临界点AC3点;Ni是非碳化物形成元素,它与碳作用不形成碳化物,但Ni与Fe能形成α或γ固溶体,随着Ni含量的提高,奥氏体的稳定性增大,能显著提高铁素体的韧性,从而提高低温钢的低温韧性。Ni减小低温时的位错在基体金属中运动的阻力,故韧性提高,Ni还可以提高层错能,抑制在低温时大量位错的形成,促进低温时位错的交滑移,使裂纹扩展消耗功增加,也使韧性增加,因此,Ni是保证-101℃横向冲击功的最主要元素。Al含量0.020%-0.040%:铝是钢中常用的脱氧剂。钢中加入少量的铝,可细化晶粒,提高冲击韧性。铝还具有抗氧化性和抗腐蚀性能,过高则影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能。Nb含量0.010%-0.020%:铌的加入是为了促进钢轧制显微组织的晶粒细化,可同时提高强度和韧性,铌可在控轧过程中通过抑制奥氏体再结晶,有效的细化显微组织,并通过析出强化基体。Ti含量0.010%-0.020%:Ti是良好的脱氧剂,钢中加Ti可与C、N元素形成Ti的碳化物、氮化物或碳氮化物,这些化合物具有好的晶粒细化效果。Mo含量0.07%-0.12%:Mo是中强碳化物形成元素,增加固溶体原子间结合力,降低铁的自扩散激活能,从而增加过冷奥氏体的稳定性,抑制大量的先共析铁素体析出,得到合适的少量铁素体。
一种低温压力容器用钢板的生产方法,包含冶炼、连铸、加热、轧制、水冷及热堆垛、热处理工序,各工序参数如下:
①冶炼工序:将含有以下质量百分比C:0.03%-0.06%,Si:0.16%-0.30%,Mn:0.60%-0.70%,P≤0.008%,S≤0.005%,Ni:3.40%-3.70%,Mo: 0.07%-0.12%, Nb:0.010%-0.020%,Ti:0.010%-0.020%,Alt:0.020%-0.040%组分的钢水先经电炉冶炼,送入LF精炼炉精炼,钢水温度达到或超过1600℃转入VD炉真空脱气处理;
②连铸工序:保真空破坏后温度在1560℃~1580℃,然后进行浇铸,得到铸坯;
③加热工序:钢坯最高加热温度1180℃-1200℃,均热温度1160℃-1180℃,总加热时间≥12min/cm;
④轧制工序:采用II型控轧工艺,第一阶段为奥氏体再结晶阶段,温度950℃~1100℃之间,此阶段大多数道次压下率为8%~25%,累计压下率≥50%,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≤850℃,终轧温度≤810℃,此阶段压下率应尽量大,累计压下率≥50%,轧制后得到半成品钢板;
⑤水冷及热堆垛工序:经轧制后的半成品钢板在快速冷却装置进行在线冷却,返红温度为≤650℃;钢板下线后堆垛温度≥250℃,堆垛缓冷时间≥24小时,防止钢板内应力来不及释放而形成内裂纹;
⑥热处理工序:对钢板进行正火+回火处理,正火温度为860℃±10℃,总加热时间为2min/mm,水冷加速冷却,钢板返红温度≤200℃;回火温度为645±10℃,总加热时间为4min/mm,空冷,得到产品。
所述冶炼工序,原料先经电炉或转炉冶炼,送入LF钢包炉精炼,并喂Al线600米~800米,大包温度≥1600℃时吊包至VD炉真空处理,真空前加入SiCa块100 kg~150kg,真空度≤66Pa,真空保持时间≥20分钟后破坏真空,防止出现钢水仅靠Al线脱氧、钢中非金属夹杂物含量较高的现象;
所述的连铸工序,过热度为15℃-30℃,拉坯速率为0.80 m/min -1.05m/min;连铸坯避风堆垛缓冷,缓冷时间≥24小时。
本发明钢板的生产方法采用连铸工艺生产,成本较低,市场竞争力强;轧制时采用晾钢控制轧制工艺,解决了轧机轧制压力不足而造成的晶粒粗大不均问题,具有优良的综合性能;低温韧性有相当大的富裕量,可广泛用于低温设备的制造,应用前景广阔;本发明钢板的组织均匀、细小、非金属夹杂极微。
本发明具有以下优点:①连铸生产,成本低,效益高;②良好的低温冲击韧性,尤其是板厚1/2处钢板最薄弱部位的-101℃冲击功>150J;③C含量极低,因此具有良好的焊接性;④Z向性能优良,能达到最高的Z35级别。⑤钢板最大厚度可达到50mm。采用本发明的方法所生产的钢板纯净度较高,成分均匀,力学性能优良;碳当量低,焊接性能良好。
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
本实施例的低温压力容器用钢板,厚度35mm,其是由以下质量百分比的组分熔炼而成:C:0.05%,Si:0.19%,Mn:0.62%,P:0.006%,S:0.001%,Ni:3.46%,Mo: 0.07%, Nb:0.012%,Ti:0.017%,Alt:0.039%,余量为Fe和微量不可避免的杂质。
本实施例的低温压力容器用钢板的生产方法,具体步骤为:
(1)冶炼:将含有上述各重量百分含量化学成份的钢水先在转炉中冶炼,然后送入LF精炼炉精炼,喂Al线600米,精炼过程保证精炼渣白,以保证脱氧效果;精炼完毕后吊包VD炉真空处理,真空度65Pa,保持20分钟;
(2)连铸:冶炼后的钢水进行浇铸,采用连铸工艺,过热度为24℃,拉坯速率为0.95m/min,得到连铸坯;
(3)加热:连铸坯放入连续炉内加热,钢坯加热温度最高1200℃,均热温度1170℃,保温4.5小时。
(4)轧制:采用再结晶区+未再结晶区两阶段轧制工艺进行轧制,第一阶段轧制温度为980℃,此阶段累计压下率为55%;第二阶段轧制温度为848℃,累计压下率为60%,得到钢板粗品;
(5)水冷及热堆垛:轧后钢板快速冷却返红温度为630℃;钢板下线后堆垛温度300℃,堆垛缓冷时间26小时;
(6)热处理:对钢板进行正火+回火处理,正火温度为860℃,总加热时间为70min,水冷加速冷却,钢板返红温度25℃;回火温度为645℃,总加热时间为140min,空冷。
本实例的钢板的力学性能:屈服强度500MPa,抗拉强度:570MPa,延伸率:28%,-101℃横向冲击功板厚1/4处300J、300J、300J,板厚1/2处245J、247J、300J,厚度方向断面收缩率:77%、76%、76%。
实施例2
本实施例的低温压力容器用钢板,厚度46mm,其是由以下质量百分比的组分熔炼而成:C:0.06%,Si:0.18%,Mn:0.61%,P:0.006%,S:0.001%,Ni:3.48%,Mo: 0.07%, Nb:0.013%,Ti:0.018%,Alt:0.038%,余量为Fe和微量不可避免的杂质。
本实施例的低温压力容器用钢板的生产方法,具体步骤为:
(1)冶炼:将含有上述各重量百分含量化学成份的钢水先在转炉中冶炼,然后送入LF精炼炉精炼,喂Al线650米,精炼过程保证精炼渣白,以保证脱氧效果;精炼完毕后吊包VD炉真空处理,真空度64Pa,保持20分钟;
(2)连铸:冶炼后的钢水进行浇铸,采用连铸工艺,过热度为25℃,拉坯速率为1.00m/min,得到连铸坯;
(3)加热:连铸坯放入连续炉内加热,钢坯加热温度最高1190℃,均热温度1175℃,保温4.3小时;
(4)轧制:采用再结晶区+未再结晶区两阶段轧制工艺进行轧制,第一阶段轧制温度为990℃,此阶段累计压下率为55%;第二阶段轧制温度为845℃,累计压下率为60%,得到钢板粗品;
(5)水冷及热堆垛:轧后钢板快速冷却返红温度为620℃;钢板下线后堆垛温度320℃,堆垛缓冷时间25小时;
(6)热处理:对钢板进行正火+回火处理,正火温度为860℃,总加热时间为92min,水冷加速冷却,钢板返红温度26℃;回火温度为645℃,总加热时间为184min,空冷。
本实例的钢板的力学性能:屈服强度487MPa,抗拉强度:560MPa,延伸率:28%,-101℃横向冲击功板厚1/4处300J、300J、300J,板厚1/2处264J、300J、300J,厚度方向断面收缩率:70%、69%、67.5%。
实施例3
本实施例的低温压力容器用钢板,厚度50mm,其是由以下质量百分比的组分熔炼而成:C:0.05%,Si:0.20%,Mn:0.63%,P:0.006%,S:0.001%,Ni:3.50%,Mo: 0.08%, Nb:0.012%,Ti:0.018%,Alt:0.036%,余量为Fe和微量不可避免的杂质。
本实施例的低温压力容器用钢板的生产方法,具体步骤为:
(1)冶炼:将含有上述各重量百分含量化学成份的钢水先在转炉中冶炼,然后送入LF精炼炉精炼,喂Al线700米,精炼过程保证精炼渣白,以保证脱氧效果;精炼完毕后吊包VD炉真空处理,真空度64Pa,保持20分钟;
(2)连铸:冶炼后的钢水进行浇铸,采用连铸工艺,过热度为26℃,拉坯速率为0.90m/min,得到连铸坯;
(3)加热:连铸坯放入连续炉内加热,钢坯加热温度最高1190℃,均热温度1170℃,保温4.5小时。
(4)轧制:采用再结晶区+未再结晶区两阶段轧制工艺进行轧制,第一阶段轧制温度为980℃,此阶段累计压下率为52%;第二阶段轧制温度为845℃,累计压下率为55%,得到钢板粗品。
(5)水冷及热堆垛:轧后钢板快速冷却返红温度为600℃;钢板下线后堆垛温度340℃,堆垛缓冷时间28小时;
(6)热处理:对钢板进行正火+回火处理,正火温度为860℃,总加热时间为100min,水冷加速冷却,钢板返红温度25℃;回火温度为645℃,总加热时间为200min,空冷。
本实例的钢板的力学性能:屈服强度455MPa,抗拉强度:550MPa,延伸率:27.5%,-101℃横向冲击功板厚1/4处251J、298J、256J,板厚1/2处190J、170J、172J,厚度方向断面收缩率:58%、61%、64%。
实施例4
本实施例的低温压力容器用钢板,厚度10mm,其是由以下质量百分比的组分熔炼而成:C:0.04%,Si:0.19%,Mn:0.61%,P:0.006%,S:0.002%,Ni:3.45%,Mo: 0.07%, Nb:0.014%,Ti:0.016%,Alt:0.038%,余量为Fe和微量不可避免的杂质。
本实施例的低温压力容器用钢板的生产方法,具体步骤为:
(1)冶炼:将含有上述各重量百分含量化学成份的钢水先在转炉中冶炼,然后送入LF精炼炉精炼,喂Al线600米,精炼过程保证精炼渣白,以保证脱氧效果;精炼完毕后吊包VD炉真空处理,真空度64Pa,保持20分钟;
(2)连铸:冶炼后的钢水进行浇铸,采用连铸工艺,过热度为22℃,拉坯速率为1.05m/min,得到连铸坯;
(3)加热:连铸坯放入连续炉内加热,钢坯加热温度最高1190℃,均热温度1170℃,保温4.1小时;
(4)轧制:采用再结晶区+未再结晶区两阶段轧制工艺进行轧制,第一阶段轧制温度为975℃,此阶段累计压下率为50%;第二阶段轧制温度为850℃,累计压下率为55%,得到钢板粗品。
(5)水冷及热堆垛:轧后钢板快速冷却返红温度为640℃;钢板下线后堆垛温度270℃,堆垛缓冷时间24小时;
(6)热处理:对钢板进行正火+回火处理,正火温度为860℃,总加热时间为50min,水冷加速冷却,钢板返红温度18℃;回火温度为645℃,总加热时间为120min,空冷。
本实例的钢板的力学性能:屈服强度480MPa,抗拉强度:580MPa,延伸率:26%,-101℃横向冲击功300J、300J、300J(10mm钢板板厚1/4位置与板厚1/2为同一位置)。
Claims (5)
1.一种低温压力容器用钢板,其特征在于由以下质量百分比的组分熔炼而成,C:0.03%-0.06%,Si:0.16%-0.30%,Mn:0.60%-0.70%,P≤0.008%,S≤0.005%,Ni:3.40%-3.70%,Mo: 0.07%-0.12%, Nb:0.010%-0.020%,Ti:0.010%-0.020%,Alt:0.020%-0.040%,余量为Fe和微量不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种低温压力容器用钢板,其特征在于:所述低温压力容器用钢板的最大厚度为50mm。
3.一种低温压力容器用钢板的生产方法,其特征在于包含冶炼、连铸、加热、轧制、水冷及热堆垛、热处理工序,各工序参数如下:
①冶炼工序:将含有以下质量百分比C:0.03%-0.06%,Si:0.16%-0.30%,Mn:0.60%-0.70%,P≤0.008%,S≤0.005%,Ni:3.40%-3.70%,Mo: 0.07%-0.12%, Nb:0.010%-0.020%,Ti:0.010%-0.020%,Alt:0.020%-0.040%组分的钢水先经电炉冶炼,送入LF精炼炉精炼,钢水温度达到或超过1600℃转入VD炉真空脱气处理;
②连铸工序:保真空破坏后温度在1560℃~1580℃,然后进行浇铸,得到铸坯;
③加热工序:钢坯最高加热温度1180℃-1200℃,均热温度1160℃-1180℃,总加热时间≥12min/cm;
④轧制工序:采用II型控轧工艺,第一阶段为奥氏体再结晶阶段,温度950℃~1100℃之间,此阶段大多数道次压下率为8%~25%,累计压下率≥50%,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≤850℃,终轧温度≤810℃,此阶段压下率应尽量大,累计压下率≥50%,轧制后得到半成品钢板;
⑤水冷及热堆垛工序:经轧制后的半成品钢板在快速冷却装置进行在线冷却,返红温度为≤650℃;钢板下线后堆垛温度≥250℃,堆垛缓冷时间≥24小时,防止钢板内应力来不及释放而形成内裂纹;
⑥热处理工序:对钢板进行正火+回火处理,正火温度为860℃±10℃,总加热时间为2min/mm,水冷加速冷却,钢板返红温度≤200℃;回火温度为645±10℃,总加热时间为4min/mm,空冷,得到产品。
4.根据权利要求3所述的一种低温压力容器用钢板的生产方法,其特征在于:所述冶炼工序,原料先经电炉或转炉冶炼,送入LF钢包炉精炼,并喂Al线600米~800米,大包温度≥1600℃时吊包至VD炉真空处理,真空前加入SiCa块100 kg~150kg,真空度≤66Pa,真空保持时间≥20分钟后破坏真空。
5.根据权利要求3或4所述的一种低温压力容器用钢板的生产方法,其特征在于:所述的连铸工序,过热度为15℃-30℃,拉坯速率为0.80 m/min -1.05m/min;连铸避风堆垛缓冷,缓冷时间≥24小时。
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