CN103540838B - 一种低温容器用钢板及生产方法 - Google Patents

Abstract

一种低温容器用钢板及生产方法，属于特种钢板及钢板生产方法技术领域。这种低温容器用钢板由以下重量百分比的组分熔炼而成：C≤0.12%，Si0.15～0.50%，Mn1.2～1.6%，Ni0.3～0.8%，P≤0.010%，S≤0.005%，Al0.020～0.045%，Nb≤0.040%，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明开创了一种新的低温容器用钢板及生产方法，在较少贵重合金使用量条件下确保钢板力学性能良好，使钢板具有良好的组织、综合性能和焊接性能，提高了钢板交货态和模焊态的低温冲击韧性，满足了市场对于优质低温容器用钢的需要，为大型工程低温设备国产化作出了积极的贡献，具有显著的经济效益。

Description

一种低温容器用钢板及生产方法

技术领域

本发明涉及一种低温容器用钢板及这种钢板的生产方法，属于特种钢板及钢板生产方法技术领域。

背景技术

近年来，石油化工和煤化工等行业的深度开发，用于制造煤化工、石油化工等设备中的各种冷凝塔设备需要的低温压力容器用钢得到迅猛发展，市场对于厚规格低温压力容器用钢的需求越来越大，客户对钢板板厚1/2处冲击韧性要求越来越严格，并且提出长时间（大于10小时）模焊性能要求，这些以前都是没有过的。国内大厚度、大单重钢力学性能如板厚1/2处负温冲击功、尤其是Z向性能不佳，而且生产的成本较高，致使国内大厚度、大单重低温压力容器用钢板不能满足市场需求。

低温压力容器用钢板要求钢质纯净、夹杂物含量低、性能优良，具有良好的强韧配合及低温韧性，完全符合标准要求，尤其是低温冲击韧性，远远高于标准要求，具有高纯净度、高韧性、高内在质量、高技术要求的特点，主要应用于石油、化工设备脱乙烷塔、CO2吸收塔、中压闪蒸塔、冷却器、脱乙烷塔、再吸收塔、压缩机机壳、丙烷低温储罐制造等。为了满足制造低温焊接压力容器的需要，研制和生产优质的低温压力容器用钢板是冶金企业面临的十分重要的任务。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种低温容器用钢板及生产方法，这低温容器用钢板及生产方法能够通过调整优化钢板中合金元素的配比、优化生产工艺，在较少贵重合金使用量条件下确保钢板力学性能良好，使钢板具有良好的组织、综合性能和焊接性能，以提高钢板交货态和模焊态的低温冲击韧性，满足市场对于优质低温容器用钢的需要。

解决上述技术问题的技术方案是：

一种低温容器用钢板，它由以下重量百分比的组分熔炼而成：C≤0.12%，Si0.15～0.50%，Mn1.20～1.60%，Ni0.30～0.80%，P≤0.010%，S≤0.005%，Al0.020～0.045%，Nb≤0.040%，余量为Fe和不可避免的杂质。

上述低温容器用钢板，所述钢板厚度≤120mm。

一种低温容器用钢板的生产方法，它按照以下工艺步骤进行：

（1）冶炼：将含有上述重量百分含量化学成分的钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，喂Al线700米以上，白渣保持时间≥35min，石灰用量≥17kg/t钢，过程及扒渣[Al]≥0.015%，总精炼时间≥60min，精炼完毕后吊包VD炉真空处理，真空前加入SiCa块120kg以上，真空度不大于66Pa，真空保持时间≥20分钟时破坏真空，最大限度减少钢中非金属夹杂物、有害元素含量，保证钢水的纯净度；

（2）浇铸：真空破坏后，钢板厚度＜60mm厚钢板采用300mm连铸机浇铸,过热度控制在15℃～40℃；钢板厚度≥60mm，采用相应锭型的锭模浇注，过热度控制在30℃～50℃；

（3）加热：钢锭及钢坯均执行II组钢加热制度，其中，在1000℃以下升温速度100-120℃/h，钢锭最高加热温度1240℃，均热温度1200℃～1220℃；钢坯最高加热温度1220℃，均热温度1180℃～1200℃，总加热时间12±2min/cm；

（4）轧制：第一阶段轧制温度为930℃～1100℃，此阶段单道次压下量为10%～25%，累计压下率为70～90％；第二阶段轧制温度为860～900℃，累计压下率为30～50％；

（5）热处理：根据钢板不同厚度，对钢板进行不同热处理方式，其中：

对于板厚≤20mm钢板，采用正火工艺，正火工艺：900℃±10℃，总加热时间50min～80min，其中保温时间1.5min/mm，水冷加速冷却，钢板返红温度550℃～650℃，冷却速度≤10℃/s；

对于板厚>20mm～40mm钢板，采用正火加速冷却+回火工艺，正火工艺：910℃±10℃，总加热时间2.5min/mm，其中保温时间1.5min/mm，水冷加速冷却，钢板返红温度550℃～650℃，回火工艺：温度630℃±5℃，总加热时间：3.5min/mm；

对于板厚>40mm～80mm钢板，采用淬火+回火工艺，淬火工艺：910℃±10℃，总加热时间：PLC+30min，最大水量：约4000m3的水冷，淬火时的辊速：3m/min；回火工艺：温度650℃±5℃，总加热时间：3.5min/mm；

对于板厚>80mm～120mm钢板，采用正火加速冷却+淬火+回火工艺，正火工艺：910℃±10℃，总加热时间2.5min/mm，其中保温时间1.5min/mm，水冷加速冷却，钢板返红温度550℃～650℃；淬火工艺：860℃±10℃，总加热时间：PLC+30min，最大水量：约4000m3的水冷，淬火时的辊速：2.5m/min；回火工艺：温度650℃±5℃，总加热时间：4.5min/mm。

上述低温容器用钢板的生产方法，所述精炼时喂入Al线，真空脱气处理前加入150kg/炉的CaSi块。

上述低温容器用钢板的生产方法，所述连铸进行电磁搅拌或轻压下，加强凝固末端强冷。

上述低温容器用钢板的生产方法，所述轧制的第一阶段的开轧温度为1050～1100℃，终轧温度为920～980℃；第二阶段的开轧温度为860～900℃，终轧温度为820～800℃。

本发明的有益之处是：

本发明的低温容器用钢板的化学成分设计采用价格低廉的碳、锰固溶强化，通过调整优化钢板中其它元素的配比，能在低碳当量条件下确保钢板力学性能良好，使钢板具有良好的组织、综合性能和焊接性能，还能减低成本，增强市场竞争力。

本发明钢板的生产方法中采用晾钢轧制工艺，解决了轧机轧制压力不足而造成的晶粒粗大不均、有优良的综合性能，另外钢板延伸率有相当大的富裕量，可广泛用于石化、煤化等工程，应用前景广阔。本发明通过合适的热处理工艺，具有以下优点：钢板交货态和模焊态的低温冲击功高，板厚1/2处-70℃横向V型冲击功150焦以上；厚度（Z向）拉伸断面收缩率高，断面收缩率在50%-60%之间；钢板热处理最大厚度可达到120mm。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、-70℃冲击功及Z向断面收缩率较高、焊接性能好的特点。

本发明的低温容器用钢板及生产方法开创了一种新的低温容器用钢板及生产方法，在较少贵重合金使用量条件下确保钢板力学性能良好，使钢板具有良好的组织、综合性能和焊接性能，提高了钢板交货态和模焊态的低温冲击韧性，满足了市场对于优质低温容器用钢的需要，为大型工程低温设备国产化作出了积极的贡献，具有显著的经济效益和社会效益。

具体实施方式

本发明提供了一种低温容器用钢板及生产方法。

本发明钢板采用的化学成分设计，碳、锰固溶强化；加入少量的Nb细化晶粒，其碳氮化物起到弥散强化作用；加入少量的Ni能够提高低温韧性；通过后续合理的热处理工艺，钢板具有良好的力学性能。其中，各组分及含量在本发明中的作用是：

碳C≤0.12%：碳对钢的屈服、抗拉强度、焊接性能产生显著影响。碳通过间隙固溶能显著提高钢板强度，但碳含量过高，又会影响钢的焊接性能及韧性。

硅Si0.15-0.50%：在炼钢过程中作为还原剂和脱氧剂，同时硅也能起到固溶强化作用，但超过0.50%时，会造成钢的韧性下降，降低钢的焊接性能。

锰Mn1.20-1.60%：锰成本低廉，能增加钢的韧性、强度和硬度，提高钢的淬透性，改善钢的热加工性能；锰量过高，会减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。

镍Ni0.30-0.80%：镍能减小低温时的位错在基体金属中运动的总阻力，镍还可以提高层错能，抑制在低温时大量位错的形成，促进低温时螺位错交滑移，使裂纹扩展消耗功增加故韧性提高，从而降低钢材的韧脆转变温度。但镍是贵重金属，过高的镍将会增加成本。

磷P≤0.010%，硫S≤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，在锻造和轧制时造成裂纹；因此应尽量减少磷和硫在钢中的含量。

铝Al0.020%～0.045%：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。

铌Nb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。铌可降低钢的过热敏感性及回火脆性。焊接过程中，铌原子的偏聚及析出可以阻碍加热时奥氏体晶粒的粗化，并保证焊接后得到比较细小的热影响区组织，改善焊接性能。

本发明的低温容器用钢板的生产方法，以得到屈强比适中，板厚1/2处-70℃冲击韧性及Z向性能好的低温压力容器用钢板，它包括以下步骤：

（1）钢板厚度≥60mm采用模铸生产；＜60mm厚钢板采用连铸生产。

（2）冶炼：将含有上述各重量百分含量化学成分的钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，喂Al线700米以上，白渣保持时间≥35min。石灰用量≥17kg/t钢，过程及扒渣[Al]≥0.015%，总精炼时间≥60min。精炼完毕后吊包VD炉真空处理，真空前加入SiCa块150kg/炉，真空度不大于66Pa，真空保持时间≥20分钟时破坏真空，最大限度减少钢中非金属夹杂物、有害元素含量，保证钢水的纯净度。

（3）浇铸：真空破坏后，钢板厚度＜60mm厚钢板采用300mm连铸机浇铸,过热度控制在15℃～40℃；钢板厚度≥60mm，采用相应锭型的锭模浇注，过热度控制在30℃～50℃。

（4）加热：钢锭及钢坯均执行II组钢加热制度，其中：钢坯最高加热温度1220℃，均热温度1180℃～1200℃，总加热时间12±2min/cm；钢锭在1000℃以下升温速度100-120℃/h，钢锭最高加热温度1240℃，均热温度1200℃～1220℃；

（5）轧制：采用II型控轧工艺，第一阶段轧制在1050～1100℃之间，此阶段大多数道次压下量为10～25%，累计压下率70％～90％，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860～900℃，终轧温度820～800℃，累计压下率≥30％。轧后钢板入ACC快速冷却，返红温度650℃～700℃。

（6）钢板轧后堆垛缓冷，堆放时要求钢板头部或肩部尽可能对齐，堆垛时间48小时以上。

（7）热处理：根据钢板不同厚度，对钢板进行不同热处理方式，使得钢板性能优良。

其中：对于板厚≤20mm钢板，采用正火工艺，正火工艺：900℃±10℃，总加热时间50min～80min，其中保温时间1.5min/mm，水冷加速冷却，钢板返红温度550℃～650℃，冷却速度≤10℃/s；

对于板厚>20mm～40mm钢板，采用正火加速冷却+回火工艺，正火工艺：910℃±10℃，总加热时间2.5min/mm且不小于50min，其中保温时间1.5min/mm，水冷加速冷却，钢板返红温度550℃～650℃，冷却速度≤10℃/s。回火工艺：温度630℃±5℃，总加热时间：3.5min/mm。

对于板厚>40mm～80mm钢板，采用淬火+回火工艺，淬火工艺：910℃±10℃，总加热时间：PLC+30min，最大水量：约4000m3的水冷，淬火时的辊速：3m/min；回火工艺：温度650℃±5℃，总加热时间：3.5min/mm。

对于板厚>80mm～120mm钢板，采用正火加速冷却+淬火+回火工艺，正火工艺：910℃±10℃，总加热时间2.5min/mm，其中保温时间1.5min/mm，水冷加速冷却，钢板返红温度550℃～650℃，冷却速度≤10℃/s。淬火工艺：860℃±10℃，总加热时间：PLC+30min，最大水量：约4000m3的水冷，淬火时的辊速：2.5m/min；回火工艺：温度650℃±5℃，总加热时间：4.5min/mm。

在上述低温容器用钢板的生产方法中，精炼时喂入Al线，真空脱气处理前加入150kg/炉的CaSi块。

在上述低温容器用钢板的生产方法中，连铸进行电磁搅拌或轻压下，加强凝固末端强冷。

在上述低温容器用钢板的生产方法中，轧制的第一阶段的开轧温度为1050～1100℃，终轧温度为920～980℃；第二阶段的开轧温度为860～900℃，终轧温度为820～800℃。

本发明的实施例如下：

实施例1

本实施例为：10mm厚低温压力容器用钢板及生产方式，钢板由以下重量百分比的组分熔炼而成：C：0.10%，Si：0.30%，Mn：1.47%，Ni：0.38%，P：0.008%，S：0.001%，Al：0.040%，Nb：0.019%，余量为铁和不可避免的杂质。

本实施例的钢板生产方法的步骤如下：

1）冶炼：将含有以上重量百分比组分的钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，加入石灰17kg/t钢，喂入Al线700米除去钢水中的氧，白渣保持时间35min，钢水温度达到1640℃转入VD炉真空脱气处理，真空度为不大于66.6Pa，真空保持时间22分钟，真空前加入CaSi块165kg；

2）浇铸：真空解除后在1535℃进行浇铸，连铸时拉速0.65m/s,在电磁搅拌或轻压下，加强凝固末端强冷，得到连铸坯；

3）加热：加热至最高温度1220℃后保温，总加热时间12min/cm（钢板厚度）；

4）轧制：第一阶段轧开轧温度为1100℃，终轧温度为960℃，累计下压率为70%，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，开轧温度为900℃，终轧温度为840℃，累计压下率为40%，两阶段的单道次压下率为20-25%，得到钢板粗品；

5）热处理：对钢板粗品进行正火处理，正火温度为900℃，保温系数：60min，出炉后空冷，得到成品钢板。

本实施例的钢板的力学性能如下：

注：试样大小B法，即冲击式样大小为7.5mm（厚度）*10mm（宽）*55mm（长）

实施例2

本实施例为：32mm厚低温压力容器用钢板和生产方式，钢板由以下重量百分比的组分熔炼而成：C：0.11%，Si：0.28%，Mn：1.43%，Ni：0.33%，P：0.003%，S：0.001%，Al：0.035%，Nb：0.017%余量为铁和不可避免的杂质。

本实施例的钢板生产方法的步骤如下：

1）冶炼：将含有以上重量百分比组分的钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，加入石灰19kg/t钢，喂入Al线750米除去钢水中的氧，白渣保持时间45min，钢水温度达到1635℃转入VD炉真空脱气处理，真空度为不大于66.6Pa，真空保持时间21分钟，真空前加入CaSi块155kg；

2）浇铸：真空解除后在1538℃进行浇铸，连铸时进行电磁搅拌或轻压下，加强凝固末端强冷，得到连铸坯；

3）加热：将连铸坯进行加热处理，加热至最高温度1220℃后保温，总加热时间12min/cm（钢板厚度）；

4）轧制：第一阶段轧开轧温度为1100℃，终轧温度为960℃，累计下压率为70%，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，开轧温度为900℃，终轧温度为840℃，累计压下率为30%，两阶段的单道次压下率为10-14%，得到钢板粗品；

5）热处理：对钢板粗品进行正火+回火处理，正火温度为910℃，保温系数：1.5min/mm（钢板厚度），出炉后空冷，回火工艺：630℃，总加热时间3.5min/mm（钢板厚度）得到成品钢板。

本实施例的钢板的力学性能如下：

实施例3

本实施例为：64mm厚低温压力容器用钢板和生产方式，钢板由以下重量百分比的组分熔炼而成：C：0.08%，Si：0.33%，Mn：1.46%，Ni：0.67%，P：0.009%，S：0.002%，Al：0.035%，Nb：0.03%余量为铁和不可避免的杂质。

本实施例的钢板生产方法的步骤如下：

1）冶炼：将含有以上重量百分比组分的钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，喂入石灰21kg/t钢，Al线720米除去钢水中的氧，白渣保持时间40min，钢水温度达到1645℃转入VD炉真空脱气处理，真空度为不大于66.6Pa，真空保持时间22分钟，真空前加入CaSi块165kg；

2）浇铸：真空解除后在1557℃进行浇铸，模铸工艺按现场要求执行；

3）加热：钢锭在1000℃以下升温速度100-120℃/h，钢锭最高加热温度1240℃，均热温度1200℃～1220℃，总加热时间在21小时；

4）轧制：第一阶段轧开轧温度为1100℃，终轧温度为960℃，累计下压率为70%，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，开轧温度为900℃，终轧温度为840℃，累计压下率为30%，两阶段的单道次压下率为10-14%，得到钢板粗品；

6）热处理：对钢板粗品进行淬火+回火处理，淬火温度为910℃，保温系数：PLC+30min，淬火时辊速3m/min，回火工艺：650℃，保温时间3.5min/mm，得到成品钢板。

本实施例的钢板的力学性能：

实施例4

本实施例为：110mm厚低温压力容器用钢板生产方式，钢板由以下重量百分比的组分熔炼而成：C：0.09%，Si：0.24%，Mn：1.42%，Ni：0.74%，P：0.007%，S：0.004%，Al：0.032%，Nb：0.022%余量为铁和不可避免的杂质。

本实施例的钢板生产方法的步骤如下：

1）冶炼：将含有以上重量百分比组分的钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，石灰总加入量18.9kg/t钢，并喂入740米Al线除去钢水中的氧，白渣保持时间,42min，钢水温度达到或超过1560℃转入VD炉真空脱气处理，真空度为不大于66.6Pa，真空保持时间不低于20分钟，真空前加入CaSi块排出钢水中的非金属夹杂物、有害元素，保证钢水的纯净；

2）浇铸：真空解除后在1557℃进行浇铸，模铸工艺按现场要求执行；

3）加热：钢锭在1000℃以下升温速度100-120℃/h，钢锭最高加热温度1240℃，均热温度1200℃～1220℃，总加热时间在27小时；

4）轧制：第一阶段轧开轧温度为1050℃，终轧温度为950℃，累计下压率为60%，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，开轧温度为890℃，终轧温度为830℃，累计压下率为40%，两阶段的单道次压下率为10-12%，得到钢板粗品；

5）热处理：采用正火加速冷却+淬火+回火工艺，正火工艺：920℃，总加热时间2.5min/mm，其中保温时间1.5min/mm，水冷加速冷却，钢板返红温度580℃。淬火工艺：860℃，总加热时间：PLC+30min，淬火时的辊速：2.5m/min；回火工艺：温度655℃，总加热时间：4.5min/mm。

本实施例钢板的力学性能：

Claims (2)

1.一种低温容器用钢板的生产方法，其特征在于：它按照以下工艺步骤进行：

1）冶炼：将钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，加入石灰17kg/t钢，喂入Al线700米除去钢水中的氧，白渣保持时间35min，钢水温度达到1640℃转入VD炉真空脱气处理，真空度为不大于66.6Pa，真空保持时间22分钟，真空前加入CaSi块165kg；所述钢水由以下重量百分比的组分熔炼而成：C：0.10%，Si：0.30%，Mn：1.47%，Ni：0.38%，P：0.008%，S：0.001%，Al：0.040%，Nb：0.019%，余量为铁和不可避免的杂质；

2）浇铸：真空解除后在1535℃进行浇铸，连铸时拉速0.65m/s,在电磁搅拌或轻压下，加强凝固末端强冷，得到连铸坯；

3）加热：加热至最高温度1220℃后保温，总加热时间为钢板厚度12min/cm；

4）轧制：第一阶段开轧温度为1100℃，终轧温度为960℃，累计压下率为70%，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，开轧温度为900℃，终轧温度为840℃，累计压下率为40%，两阶段的单道次压下率为20-25%，得到钢板粗品；

5）热处理：对钢板粗品进行正火处理，正火温度为900℃，保温系数：60min，出炉后空冷，得到10mm厚成品钢板。

2.一种低温容器用钢板的生产方法，其特征在于：它按照以下工艺步骤进行：

1）冶炼：将钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，加入石灰19kg/t钢，喂入Al线750米除去钢水中的氧，白渣保持时间45min，钢水温度达到1635℃转入VD炉真空脱气处理，真空度为不大于66.6Pa，真空保持时间21分钟，真空前加入CaSi块155kg；所述钢水由以下重量百分比的组分熔炼而成：32mm厚低温压力容器用钢板和生产方式，钢板由以下重量百分比的组分熔炼而成：C：0.11%，Si：0.28%，Mn：1.43%，Ni：0.33%，P：0.003%，S：0.001%，Al：0.035%，Nb：0.017%余量为铁和不可避免的杂质；

2）浇铸：真空解除后在1538℃进行浇铸，连铸时进行电磁搅拌或轻压下，加强凝固末端强冷，得到连铸坯；

3）加热：将连铸坯进行加热处理，加热至最高温度1220℃后保温，总加热时间为钢板厚度12min/cm；

4）轧制：第一阶段开轧温度为1100℃，终轧温度为960℃，累计压下率为70%，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，开轧温度为900℃，终轧温度为840℃，累计压下率为30%，两阶段的单道次压下率为10-14%，得到钢板粗品；

5）热处理：对钢板粗品进行正火+回火处理，正火温度为910℃，保温系数按钢板厚度：1.5min/mm，出炉后空冷，回火工艺：630℃，总加热时间按钢板厚度3.5min/mm得到成品钢板。