CN103540842A - 一种球罐用无Cr高强度调质钢板的生产方法 - Google Patents

Abstract

一种球罐用无Cr高强调质度钢板的生产方法，工艺步骤为转炉炼钢→钢包炉精炼→真空处理→连铸→加热→轧制→淬火→回火→性能检验→超声波探伤。钢的质量百分组成为：C=0.08~0.10，Si=0.15~0.40，Mn=1.45~1.60，P≤0.015，S≤0.003，V=0.04~0.50，Nb=0.015~0.025，Mo=0.3~0.40，Ni=0.20~0.40，B≤0.0008%，其余为Fe及不可避免的杂质元素，Pcm≤0.21%。本方法生产的球罐用钢板强度提高到690MPa级，减薄了球罐壁厚；钢板屈强比小于0.95，均匀延伸率大于8%，-20℃横向KV2≥100J；不加Cr的成分设计，为实现大线能量焊接提供了可能；Pcm0.21%以下的成分设计，保证了高强钢板的焊接性能；连铸坯的热装降低了生产成本。

Description

一种球罐用无Cr高强度调质钢板的生产方法

技术领域

本发明属于炼钢技术，是一种球罐用无Cr高强度调质钢板的生产方法。

背景技术

国际上自20世纪80年代开发610MPa级球罐用钢板以来，610MPa级球罐用钢板获得了广泛的应用。高参数的球罐钢板的生产技术取得了长足的进步，特别是本世纪初中厚板生产设备的改进，为更高级别中厚钢板的生产提供了可靠的保证。

但是，随着各国国民经济的高速发展，对于大型高参数压力容器用钢板提出了更高的要求。

以中国为例，现行的GB 19189压力容器用调质高强度钢板中最大强度级别为610MPa，已有07MnCrMoVR、07MnNiMoVDR、07MnNiMoDR等三个钢号，最大使用厚度为60mm。具体钢板性能要求见表1。

表1  GB19189压力容器用调质高强度钢板性能要求

610MPa级球罐用钢板调质后其屈强比较高，大于0.95，不利于冷弯成型；时效敏感系数C较大，对于需要冷加工成型的球罐而言钢板冷加工后性能变差；钢板中含有Cr元素，不利于钢板实施大线能量焊接。

随着大型球罐制造的需要，610MPa级球罐用钢板最大厚度不能满足设计的需要，急需更高强度级别的球罐用钢。690MPa级球罐用钢板交货技术条件见表2、表3。在化学成分中必要时加入的元素，加入后必须在质量证明书中注明；Pcm为焊接裂纹敏感性组成，按公式Pcm=C+Si/30+（Mn+Cu+Cr）/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B（%）计算。在拉伸试验检测时当屈服现象不明显时，采用R_P0.2，在质量证明书上需要注明。

 

表2   690MPa级球罐用钢板化学成分（%）

表3   690MPa级球罐用钢板力学性能和工艺性能

中国专利申请号 201110117614.4公开了一种“抗拉强度大于690MPa 级的核容器用钢及生产方法”，主要涉及的是核容器用钢，要求Cr0.10%～0.30%，但对钢板的屈强比、均匀延伸没有要求，同时只要求钢板-20℃时的使用性能；中国专利申请号200510047196.0 公开了一种“高强度低焊接裂纹敏感性厚钢板及其生产方法”，中国专利申请号200510047195.6 公开了一种“大线能量低焊接裂纹敏感性厚钢板及其生产方法”，中国专利申请号200610018010.3 公开了一种“低焊接裂纹敏感性钢板及其生产方法”，这三项发明涉及的是610Mpa级钢板的生产方法，钢板的屈强比高，均匀延伸未作测量。

总之，610MPa级球罐用钢板已不能满足更高参数球罐制造的需要，不能满足球罐制造减少壁厚降低成本的要求；钢板调质后其屈强比较高，不利于冷弯成型；时效敏感系数C较大，对于需要冷加工成型的球罐而言钢板冷加工后性能变差；钢板中含有Cr元素，不利于钢板实施大线能量焊接；钢板均匀延伸低（均匀延伸＜6%)，强塑积小，抵抗冲击载荷的能力不高。

发明内容

本发明旨在提供一种球罐用无Cr高强调质度钢板的生产方法，生产厚度为10～60mm易焊接、低屈强比的690MPa级-20℃低温球罐用高强钢板，满足压力容器球罐制造行业的需求。

本发明的技术方案：

一种球罐用无Cr高强调质度钢板的生产方法，工艺步骤为转炉炼钢→钢包炉精炼→真空处理→连铸→加热→轧制→淬火→回火→性能检验→超声波探伤。钢的质量百分组成为：C=0.08~0.10，Si=0.15~0.40，Mn=1.45~1.60，P≤0.015，S≤0.003，V=0.04~0.50，Nb=0.015~0.025，Mo=0.3~0.40，Ni=0.20~0.40，B≤0.0008%，其余为Fe及不可避免的杂质元素。控制Pcm≤0.21%，按公式Pcm=C+Si/30+（Mn+Cu+Cr）/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B（%）计算。

关键工艺步骤为：

  a.转炉炼钢：铁水硫含量控制在S≤0.020，温度≥1250℃，铁水入转炉前将渣扒干净；转炉终点控制目标为C-T协调出钢P≤0.010，S≤0.020；挡渣出钢渣厚≤50mm，出钢时间4~7min；出钢1/5加入合金，出钢2/5加完合金；出钢后打入Al线不少于300m脱氧。

b. 钢包炉精炼：LF炉控制钢水通电时间≥20min，总吹氩时间≥40分钟，白渣保持时间≥15min；喂Al线调Alt，钢水出站定氧≤5ppm；出站时喂SiCa线或FeCa线400~700m，出站前对钢水进行软吹氩操作，软吹前加入Ti-Fe，软吹氩时间大于5min，软吹结束后加入B-Fe；VD炉控制钢水进VD炉全程吹氩，总吹氩时间≥35分钟；抽真空目标0.5 tor 以下，保持时间不小于15min；钢水出VD炉前软吹大于12 min，出站上连铸台温度1553~1563℃。

c.连铸：钢水过热度小于15℃，液相线温度1516℃，中包温度1526~1531℃；铸坯厚度180 mm、220mm、260mm、300mm的最大拉速分别为为1.3 m/min、1.1 m/min、0.85 m/min、0.70m/min。

d.轧制：加热炉加热段温度1220～1240℃，均热段温度1200～1220℃，板坯采用热装炉加热，加热速度6~10min/cm；粗轧

阶段开轧温度≥1050℃，终轧温度≥980℃，中间坯厚度大于等于3倍成品厚度，

阶段轧制采用大压下制度，保证展宽后有连续2道次压下率≥20%；精轧

阶段开轧温度850~830℃，终轧温度830~800℃，精轧前几个道次压下率≥15%。

e. 轧后冷却：ACC入水温度775℃~800℃，ACC辊速2.0m/s，返红600~630℃。

f. 淬火：温度900~930℃淬火，时间为板厚mm×(1.5~2.0）min/mm，水冷冷速35~45℃/s；回火温度630~690℃，时间为板厚mm×（2.5～3.5）min/mm，空冷。

按以上方法生产的产品，按中国GB2970进行超声波探伤达到

级合格。

本发明专利具备适合球罐用无Cr高强度调质钢板的特点，组织为回火板条贝氏体+回火针状铁素体+少量回火粒状贝氏体。技术原理：控制淬火的冷却速度，从而降低屈服强度、降低钢板的屈强比；提高钢板淬火后针状铁素体的含量，从而大幅度提高钢板形变时的均匀延伸； Pcm0.21%以下的成分设计，提高了钢板的焊接性能，该钢板在不预热及低预热的条件下可正常焊接；热铸坯直装降低了加热的燃料消耗；抗拉强度提高到690MPa级，减薄了球罐壁厚，降低了球罐制造成本，从而实现绿色钢铁的理念。

因此，与610MPa级球罐用高强钢板技术相比，本发明具有以下优点：钢板强度提高到690MPa级，减薄了球罐壁厚；钢板屈强比小于0.95，均匀延伸率大于8%，时效敏感性大幅降低，钢板满足相应温度的冲击吸收功提高到100J以上的标准；不加Cr的成分设计，为实现大线能量焊接提供了可能；Pcm0.21%以下的成分设计，保证了高强钢板的焊接性能；连铸坯的热装降低了生产成本。

附图说明

图1、图2分别为本发明方法生产的XCF690钢金相组织图、拉伸曲线图。

具体实施方式

实施例1：24mm XCF690钢板生产方法。

钢的化学成分如表4。

表4  XCF690钢板成分实绩（%） 

关键工艺步骤如下：

a.铁水硫含量S≤0.020%，温度≥1250℃，铁水入转炉前将渣扒干净。转炉终点控制目标：C-T协调出钢，P =0.010%，S= 0.018%；严格挡渣出钢，渣厚≤50mm，出钢时间7min，出钢1/5加入合金，出钢2/5加完合金；出钢后打入Al线320m脱氧。

b.钢水在LF炉通电时间25min，总吹氩时间46分钟，白渣保持时间18min。喂Al线调Alt，氩站处理钢水结束Als=0.040%，钢水出站定氧4ppm。出站时喂 Fe-Ca线，喂入量520m。出站前对钢水进行软吹氩操作，软吹前加入Ti-Fe，软吹氩时间7min。钢水进VD炉即开启全程吹氩，在VD炉总吹氩时间39分钟。抽真空0.4 tor，保持时间16min。对钢水中C、Si、Mn等成分进行微调。钢水出VD炉前软吹20分钟。钢水出站上连铸台温度1559℃。

c.中包温度1530℃，拉速0.9 m/min。连铸成260X2280断面板坯。

d.加热炉加热段温度控制在1230～1250℃，均热段温度控制在1220～1240℃。热板坯加热速度9min/cm。

阶段开轧温度1060℃，终轧温度990℃。中间坯厚度75mm，连续2道次压下率≥22%，成品厚度24mm。

阶段开轧温度850℃，终轧温度820℃。

e. 轧后冷却：ACC入水温度780℃，ACC辊速2.0m/s，返红600℃。

f. 淬火：930±10℃淬火37min，水冷冷速42℃/s； 680±10℃温度下回火72min，空冷。

实测本实施例24mm钢板性能：屈服强度685MPa、抗拉强度745MPa、屈强比0.92、延伸率22.5%、均匀延伸率9%， -20℃横向冲击功Kv₂平均值286J，时效敏感系数9.1%（5％应变时效冲击功260J），按GB2970进行超声波探伤

级合格。

实施例2：60mm XCF690钢板生产方法。

钢的化学成分如表5。

表5  XCF690钢板成分实绩 （%）

关键工艺步骤如下：

a.铁水硫含量S≤0.020%，温度≥1250℃，铁水入转炉前必须将渣扒干净。转炉终点控制目标：C-T协调出钢、P 0.009%、S 0.015%；严格挡渣出钢，渣厚≤50mm，出钢时间6min，出钢1/5加入合金，出钢2/5加完合金；出钢后打入Al线340m脱氧。

b.钢水在LF炉通电时间26min，总吹氩时间44分钟，白渣保持时间17min。喂Al线调Alt，氩站处理钢水结束Als0.042%，钢水出站定氧4ppm。出站时喂 Fe-Ca线，喂入量600m。出站前对钢水进行软吹氩操作，软吹前加入Ti-Fe，软吹氩时间9min，软吹结束后加入B-Fe共计8Kg。钢水进VD炉即开启全程吹氩，在VD炉总吹氩时间36分钟。抽真空0.3 tor，保持时间16min。对钢水中C、Si、Mn等成分进行微调。钢水出VD炉前软吹19分钟。钢水出站上连铸台温度1562℃。

c.中包温度1528℃，拉速0.9 m/min。连铸成260X2280断面板坯。

d.加热炉加热段温度控制在1230～1250℃，均热段温度控制在1220～1240℃。热板坯加热速度8.5min/cm。

阶段开轧温度1050℃，终轧温度980℃。中间坯厚度140mm，连续2道次压下率≥21%，成品厚度60mm。

阶段开轧温度835℃，终轧温度820℃。

e. 轧后冷却：ACC入水温度780℃，ACC辊速2.0m/s，返红600℃。

f. 淬火： 930±10℃温度下淬火96min，水冷冷速40℃/s； 670±10℃温度下回火181min、空冷。

实测本实施例60mm钢板性能：屈服强度672MPa、抗拉强度725MPa、屈强比0.93、延伸率23.0%、均匀延伸率9%， -20℃横向冲击功Kv₂平均值278J，时效敏感系数13.3%（5％应变时效冲击功241J）按GB2970进行超声波探伤

级合格。

Claims (1)

1.一种球罐用无Cr高强调质度钢板的生产方法，工艺步骤为转炉炼钢→钢包炉精炼→真空处理→连铸→加热→轧制→淬火→回火→性能检验→超声波探伤，其特征在于：

钢的质量百分组成为：C=0.08~0.10，Si=0.15~0.40，Mn=1.45~1.60，P≤0.015，S≤0.003，V=0.04~0.50，Nb=0.015~0.025，Mo=0.3~0.40，Ni=0.20~0.40，B≤0.0008%，其余为Fe及不可避免的杂质元素；

控制Pcm≤0.21%，按公式Pcm=C+Si/30+（Mn+Cu+Cr）/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B（%）计算；

关键工艺步骤为：

a.转炉炼钢：铁水硫含量控制在S≤0.020，温度≥1250℃，铁水入转炉前将渣扒干净；转炉终点控制目标为C-T协调出钢P≤0.010，S≤0.020；挡渣出钢渣厚≤50mm，出钢时间4~7min；出钢1/5加入合金，出钢2/5加完合金；出钢后打入Al线不少于300m脱氧；

b. 钢包炉精炼：LF炉控制钢水通电时间≥20min，总吹氩时间≥40分钟，白渣保持时间≥15min；喂Al线调Alt，钢水出站定氧≤5ppm；出站时喂SiCa线或FeCa线400~700m，出站前对钢水进行软吹氩操作，软吹前加入Ti-Fe，软吹氩时间大于5min，软吹结束后加入B-Fe；VD炉控制钢水进VD炉全程吹氩，总吹氩时间≥35分钟；抽真空目标0.5 tor 以下，保持时间不小于15min；钢水出VD炉前软吹大于12 min，出站上连铸台温度1553~1563℃；

c.连铸：钢水过热度小于15℃，液相线温度1516℃，中包温度1526~1531℃；铸坯厚度180 mm、220mm、260mm、300mm的最大拉速分别为为1.3 m/min、1.1 m/min、0.85 m/min、0.70m/min；

d.轧制：加热炉加热段温度1220～1240℃，均热段温度1200～1220℃，板坯采用热装炉加热，加热速度6~10min/cm；粗轧                                                

阶段开轧温度≥1050℃，终轧温度≥980℃，中间坯厚度大于等于3倍成品厚度，

阶段轧制采用大压下制度，保证展宽后有连续2道次压下率≥20%；精轧

阶段开轧温度850~830℃，终轧温度830~800℃，精轧前几个道次压下率≥15%；

e. 轧后冷却：ACC入水温度775℃~800℃，ACC辊速2.0m/s，返红600~630℃；

f. 淬火：温度900~930℃淬火，时间为板厚mm×(1.5~2.0）min/mm，水冷冷速35~45℃/s；回火温度630~690℃，时间为板厚mm×（2.5～3.5）min/mm，空冷。

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