CN103643127B

CN103643127B - 500MPa级临氢设备用厚钢板的生产方法

Info

Publication number: CN103643127B
Application number: CN201310498512.0A
Authority: CN
Inventors: 温利军; 霍培珍; 董瑞峰; 吴鹏飞; 徐建东; 刘泽田
Original assignee: Baotou Iron and Steel Group Co Ltd
Current assignee: Baotou Iron and Steel Group Co Ltd
Priority date: 2013-10-22
Filing date: 2013-10-22
Publication date: 2015-11-18
Anticipated expiration: 2033-10-22
Also published as: CN103643127A

Abstract

本发明公开了一种500MPa级临氢设备用厚钢板的生产方法，包括：铁水预处理、铁水冶炼、LF炉精炼、RH炉真空脱气处理、连铸、连铸坯加热、轧制、冷却和热处理。本发明的钢板的成分和工艺设计合理，工艺制度比较宽松，可在宽厚板线上稳定生产。

Description

500MPa级临氢设备用厚钢板的生产方法

技术领域

本发明涉及金属材料领域，具体地说，涉及一种500MPa级临氢设备用厚钢板的生产方法。

背景技术

临氢设备用钢主要用于石油化工、核电、汽轮机缸体、火电等高温高压、与氢或氢混合介质接触的大型设备。这类钢一般都含有一定量的Cr和Mo，以使钢板能在较高的工作温度下，强度下降较少，防止碳的石墨化，并能抵御氢的腐蚀。除成分设计有一定的特殊要求外，这类钢还须严格控制Sn、Sb、As、P、S等元素含量以提高钢的纯净度，减少回火脆化倾向，提高钢的高温耐腐蚀性能。由于临氢设备用钢对力学性能和耐蚀性能要求较高，虽然有很多单位对这类钢都进行了研究，但真正能批量生产的不多，而且生产时所采用的生产工艺复杂，或者添加的合金较多。

现有技术中生产临氢设备用厚钢板的方法除添加常用的Cr、Mo外，为保证钢板韧性，还添加了较多的Ni，使得钢板的表面质量不容易控制，且由于Ni价格昂贵，提高了钢的合金成本，同时钢板热处理工艺采用调质工艺，热处理工艺复杂，制造成本高。

发明内容

本发明所要解决技术问题是提供一种500MPa级临氢设备用厚钢板的生产方法，工艺简单、成本低廉。

本发明技术方案如下：

一种500MPa级临氢设备用厚钢板的生产方法，包括：连铸坯生产、连铸坯加热、轧制、冷却和热处理，所述连铸坯的出炉温度为1180-1215℃，加热时间为250～296分钟；所述轧制包括第一阶段轧制和第二阶段轧制，所述第一阶段轧制包括第一次轧制、手动待温和第二次轧制，所述第一阶段轧制开轧时板坯的厚度为所述连铸坯的厚度，所述第一阶段轧制的开轧温度为1175～1210℃，所述第一次轧制将所述板坯的厚度轧制为170～210mm，所述手动待温的温度为1031～1132℃，所述第二次轧制将所述板坯的厚度轧制到所述第二阶段轧制的板坯的开轧厚度，所述第一阶段轧制的终轧温度≥980℃，所述第一阶段轧制的轧制道次数为5～10；所述第二阶段轧制开轧时板坯的厚度为1.5-2.5倍所述生产得到的500MPa级临氢设备用厚钢板的厚度，所述第二阶段轧制的开轧温度为870～920℃，所述第二阶段轧制的终轧温度为820～880℃，所述第二阶段轧制的轧制道次数为3～5；所述冷却为层流冷却，冷却速度为5～15℃/s，终冷温度为620～680℃；所述热处理采用正火和回火工艺，所述正火的温度为900～950℃，并在900～950℃保温20分钟，所述正火后采用自然空冷方式冷却；所述回火的温度为620～640℃，并在620～640℃保温20分钟；生产得到的500MPa级临氢设备用厚钢板的材料的质量百分含量包括：C0.13～0.16％、Si0.5～0.8％、Mn0.5～0.6％、P≤0.012％、S≤0.005％、Cr1.2～1.5％、Mo0.5～0.6％、V0.02～0.04％、Ca0.0015～0.003％、Als0.015～0.03％，其余为铁和杂质。

进一步，所述连铸坯生产包括：铁水预处理、铁水冶炼、LF(LadleFurnace)炉精炼、RH(RuhstahlHausen)炉真空脱气处理和连铸。

进一步：生产得到的500MPa级临氢设备用厚钢板的材料的质量百分含量包括：C0.15％、Si0.55％、Mn0.53％、P0.009％、S0.003％、Cr1.271％、Mo0.526％、V0.025％、Ca0.0026％、Als0.024％；或者，C0.15％、Si0.56％、Mn0.55％、P0.009％、S0.003％、Cr1.273％、Mo0.528％、V0.025％、Ca0.0026％、Als0.025％；或者，C0.13％、Si0.8％、Mn0.5％、P0.009％、S0.005％、Cr1.5％、Mo0.53％、V0.02％、Ca0.003％、Als0.022％；或者，C0.14％、Si0.5％、Mn0.6％、P0.012％、S0.002％、Cr1.2％、Mo0.5％、V0.04％、Ca0.0022％、Als0.015％；或者，C0.16％、Si0.56％、Mn0.58％、P0.008％、S0.004％、Cr1.28％、Mo0.6％、V0.035％、Ca0.0015％、Als0.03％。

本发明的技术效果如下：

1、本发明采用低成本成分设计，贵重金属Mo的含量较低，通过优化轧制工艺来改善钢板性能，对轧后冷却要求较低，正火后采用自然空冷，不需要另加冷却设备，且钢板正火后不经冷却设备冷却，钢板的板形好。

2、本发明的钢板的金相组织是以铁素体和珠光体为主的组织，使该钢板具有良好韧性。

3、本发明生产的钢板抗层状撕裂性能良好，钢板Z向(厚度方向)拉伸的断面收缩率都在57％以上。

4、本发明的钢板的屈服强度在337～351MPa之间，抗拉强度在537～546MPa之间，延伸率≥28％，钢板的强度适中，塑性良好；20℃的冲击功在178J以上，冲击韧性良好。

5、本发明的钢板的成分和工艺设计合理，工艺制度比较宽松，可在宽厚板线上稳定生产。

附图说明

图1为本发明的实施例1的钢板的金相组织图；

图2为本发明的实施例2的钢板的金相组织图；

图3为本发明的实施例3的钢板的金相组织图；

图4为本发明的实施例4的钢板的金相组织图；

图5为本发明的实施例5的钢板的金相组织图。

具体实施方式

本发明的500MPa级临氢设备用厚钢板按照如下组分配料：C0.13～0.16％、Si0.5～0.8％、Mn0.5～0.65％、P≤0.012％、S≤0.005％、Cr1.2～1.5％、Mo0.5～0.6、V0.02～0.04％、Ca0.0015～0.003％、Als0.015～0.030％，其余为铁和杂质。

本发明的500MPa级临氢设备用厚钢板的生产方法的流程如下：

步骤S1：连铸坯生产

连铸坯生产具体包括以下步骤：

步骤S101：铁水预处理

将铁水进行脱硫预处理。铁水预处理工艺：采用镁基脱硫，要求脱硫后铁水S的质量百分含量≤0.005％，温度大于1270℃。

步骤S102：铁水冶炼

铁水冶炼时添加的废钢为钢质纯净的优质废钢。采用顶底复吹转炉脱碳、脱磷。入炉铁水Si的质量百分含量控制在0.80％以下，过程枪位控制在1.6～2.5m之间，终渣碱度控制在2.6～2.8之间，终点C的质量百分含量控制在0.06％以上，P的质量百分含量控制在0.012％以下。出钢时采用挡渣锥进行挡渣，出钢过程中严禁下渣。

采用顶底复吹转炉脱碳、脱磷是为了使钢水里的碳含量达到要求，并减少有害元素磷的含量。

步骤S103：LF炉精炼

LF炉精炼工艺：钢水精炼采取大渣量进行造渣，白渣保持时间控制在8min以上，使用铝线、铝铁线脱氧；精炼结束后确保软吹时间≥12min；根据实际情况控制上钢温度，确保钢水过热度控制在17～31℃之间。

LF炉精炼是为了减少钢水里的夹杂物、调整化学成分及钢水温度，使其满足要求。

步骤S104：RH炉真空脱气处理

RH炉处理工艺：真空度要求小于133Pa，真空处理时间≥40分钟。

RH炉真空脱气处理是为了减少钢水里的夹杂物和有害气体含量，提高钢水的纯净度。

步骤S105：连铸

连铸采用电磁搅拌和轻压下，电磁搅拌的频率为6Hz，电流为270A，压下位置为6、7、8三个段，压下量为2.0mm、2.0mm、2.0mm。

连铸时采用电磁搅拌和轻压下是为了提高板坯的等轴晶比例，减少中心偏析，提高板坯内部质量。

步骤S2：连铸坯加热

连铸坯加热的出炉温度为1180-1215℃，加热时间为250～296分钟。

步骤S3：轧制

轧制包括第一阶段轧制和第二阶段轧制。其中，第一阶段轧制包括第一次轧制、手动待温和第二次轧制。第一阶段轧制开轧时板坯的厚度为连铸坯的厚度。第一阶段轧制的开轧温度为1175～1210℃。第一次轧制将板坯的厚度轧制为170～210mm。手动待温的温度为1031～1132℃。第二次轧制将板坯的厚度轧制到第二阶段轧制的板坯的开轧厚度。第一阶段轧制的终轧温度≥980℃。第一阶段轧制的轧制道次数为5～10。

第二阶段轧制开轧时板坯的厚度为1.5-2.5倍生产得到的500MPa级临氢设备用厚钢板(即成品钢板)的厚度。第二阶段轧制的开轧温度为870～920℃。第二阶段轧制的终轧温度为820～880℃。第二阶段轧制的轧制道次数为3～5。

本发明是在奥氏体再结晶区对上述加热好的连铸坯进行控制轧制。由于该钢的化学成分不含Nb等容易在第二阶段轧制析出第二项粒子的合金元素，因此上述第一、第二阶段的轧制都是属于奥氏体再结晶区控制轧制。上述第一阶段控制轧制属于高温区的奥氏体再结晶控制轧制，第一阶段分两次轧完。第一次轧制的目的是利用板坯温度较高这一有利条件，给予一定的压下量，轧制时采用低速、单道次大压下的轧制策略，要求轧制速度不大于2m/s，至少有两道压下率大于15％，使轧制产生的高温焊合作用在很大程度上消除铸坯内部的疏松、微裂纹等缺陷，使钢板的致密度提高。第二次轧制的目的是利用手动摆动待温后，板坯温度较低这一情况，多道次压下，通过反复再结晶，充分细化奥氏体晶粒，且由于轧完后板坯温度已经比较低，奥氏体晶粒不容易长大，达到细化奥氏体的目的。第一阶段轧制结束后，中间坯在辊道上摆动降温，降温方式为自然空冷，降温至第二阶段开轧温度开始轧制。第二阶段的轧制属于低温再结晶控轧。这一阶段对中间坯进行3～5道次的轧制，奥氏体晶粒被反复破碎、再结晶细化，这样奥氏体晶粒最终在第一阶段轧制细化的基础上，再次被进一步细化，且由于第二阶段轧完后，终轧温度较低，奥氏体晶粒基本不再长大，最终得到细小的奥氏体晶粒。奥氏体晶粒越细小，其晶界面积越大，由奥氏体向铁素体转变时的形核位置就越多，形核率就越高，最终得到的铁素体晶粒就越细小，钢板的强度越高，冲击韧性越好。

步骤S4：冷却

冷却采用层流冷却，冷却速度为5～15℃/s，终冷温度为620～680℃。

轧制后本发明采用层流冷却，将钢板由终轧温度快速冷却至620～680，进一步降低了奥氏体向铁素体的转变温度，进一步细化了铁素体晶粒，从而提高了钢板的强度和韧性。

步骤S5：热处理

热处理采用正火和回火工艺。正火的温度为900～950℃，并在900～950℃保温20分钟。正火出炉后采用自然空冷方式冷却。回火的温度为620～640℃，并在620～640℃保温20分钟。

钢板的正火温度和正火时间以得到细小、均匀的奥氏体晶粒为准，正火温度太高，则奥氏体晶粒粗大，影响钢板性能；正火温度太低，则奥氏体晶粒不均匀，出现混晶现象，影响钢板的性能均匀性。钢板的回火温度和回火时间以保证能充分消除钢板内部的残余应力、改善组织、提高性能为准，且回火温度一般应高于钢板最终使用的温度。

经过上述工艺生产的得到的500MPa级临氢设备用厚钢板按照如下组分配料：C0.13～0.16％、Si0.5～0.8％、Mn0.5～0.6％、P≤0.012％、S≤0.005％、Cr1.2～1.5％、Mo0.5～0.6％、V0.02～0.04％、Ca0.0015～0.003％、Als0.015～0.03％，其余为铁和杂质。

实施例1

将原料按照目标成分配比，经过铁水预处理、铁水冶炼、LF炉精炼、RH炉真空脱气处理和连铸后，得到的连铸坯的厚度为252mm。

连铸坯加热过程中，连铸坯的出炉温度为1188℃，加热时间为296分钟。连铸坯的化学成分的质量百分含量包括：C0.15％、Si0.55％、Mn0.53％、P0.009％、S0.003％、Cr1.271％、Mo0.526％、V0.025％、Ca0.0026％、Als0.024％，余量为Fe和不可避免的杂质。

然后进行轧制工序，轧制工序结束后得到厚度为60mm的钢板。再将该钢板进行冷却和热处理。正火的时间为20分钟，正火出炉后采用自然空冷方式冷却；然后回火，回火的时间也为20分钟。详细的轧制、冷却及热处理的工艺参数见表1。

轧制、冷却和热处理工序对钢板的材料的化学成分的含量影响不大，因此，生产的得到的实施例1的500MPa级临氢设备用厚钢板的材料的化学成分的质量百分含量包括：C0.15％、Si0.55％、Mn0.53％、P0.009％、S0.003％、Cr1.271％、Mo0.526％、V0.025％、Ca0.0026％、Als0.024％，余量为Fe和不可避免的杂质。生产得到的实施例1的钢板的力学性能见表2。

如图1所示，为本发明的实施例1的钢板的金相组织图。从图1可以看出，实施例1的钢板的金相组织为铁素体和珠光体，晶粒的大小均匀，没有带状组织，钢板的机械性能良好且比较均匀。

实施例2

连铸坯加热过程中，连铸坯的出炉温度为1184℃，加热时间为292分钟。连铸坯的化学成分的质量百分含量包括：C0.15％、Si0.56％、Mn0.55％、P0.009％、S0.003％、Cr1.273％、Mo0.528％、V0.025％、Ca0.0026％、Als0.025％，余量为Fe和不可避免的杂质。

然后进行轧制工序，轧制工序结束后得到厚度为70mm的钢板。再将该钢板进行冷却和热处理。正火的时间为20分钟，正火出炉后采用自然空冷方式冷却；然后回火，回火的时间也为20分钟。详细的轧制、冷却及热处理的工艺参数见表1。

连铸坯加热、轧制、冷却和热处理工序对钢板的材料的化学成分的含量影响不大，因此，生产的得到的实施例2的厚规格钢板的材料的化学成分的质量百分含量包括：C0.15％、Si0.56％、Mn0.55％、P0.009％、S0.003％、Cr1.273％、Mo0.528％、V0.025％、Ca0.0026％、Als0.025％，余量为Fe和不可避免的杂质。生产得到的实施例2的钢板的力学性能见表2。

如图2所示，为本发明的实施例2的钢板的金相组织图。从图2可以看出，实施例2的钢板的金相组织为铁素体和珠光体，晶粒的大小均匀，没有带状组织，钢板的机械性能良好且比较均匀。

实施例3

将原料按照目标成分配比，经过铁水预处理、铁水冶炼、LF炉精炼、RH炉真空脱气处理和连铸后，得到的连铸坯的厚度为250mm。

连铸坯加热过程中，连铸坯的出炉温度为1180℃，加热时间为250分钟。连铸坯的化学成分的质量百分含量包括：C0.13％、Si0.8％、Mn0.5％、P0.009％、S0.005％、Cr1.5％、Mo0.53％、V0.02％、Ca0.003％、Als0.022％，余量为Fe和不可避免的杂质。

连铸坯加热、轧制、冷却和热处理工序对钢板的材料的化学成分的含量影响不大，因此，生产的得到的实施例3的厚规格钢板的材料的化学成分的质量百分含量包括：C0.13％、Si0.8％、Mn0.5％、P0.009％、S0.005％、Cr1.5％、Mo0.53％、V0.02％、Ca0.003％、Als0.022％，余量为Fe和不可避免的杂质。生产得到的实施例3的钢板的力学性能见表2。

如图3所示，为本发明的实施例3的钢板的金相组织图。从图3可以看出，实施例3的钢板的金相组织为铁素体和珠光体，晶粒的大小均匀，没有带状组织，钢板的机械性能良好且比较均匀。

实施例4

连铸坯加热过程中，连铸坯的出炉温度为1205℃，加热时间为250分钟。连铸坯的化学成分的质量百分含量包括：C0.14％、Si0.5％、Mn0.6％、P0.012％、S0.002％、Cr1.2％、Mo0.5％、V0.04％、Ca0.0022％、Als0.015％，余量为Fe和不可避免的杂质。

连铸坯加热、轧制、冷却和热处理工序对钢板的材料的化学成分的含量影响不大，因此，生产的得到的实施例4的厚规格钢板的材料的化学成分的质量百分含量包括：C0.14％、Si0.5％、Mn0.6％、P0.012％、S0.002％、Cr1.2％、Mo0.5％、V0.04％、Ca0.0022％、Als0.015％，余量为Fe和不可避免的杂质。生产得到的实施例4的钢板的力学性能见表2。

如图4所示，为本发明的实施例4的钢板的金相组织图。从图4可以看出，实施例4的钢板的金相组织为铁素体和珠光体，晶粒的大小均匀，没有带状组织，钢板的机械性能良好且比较均匀。

实施例5

连铸坯加热过程中，连铸坯的出炉温度为1215℃，加热时间为250分钟。连铸坯的化学成分的质量百分含量包括：C0.16％、Si0.56％、Mn0.58％、P0.008％、S0.004％、Cr1.28％、Mo0.6％、V0.035％、Ca0.0015％、Als0.03％，余量为Fe和不可避免的杂质。

然后进行轧制工序，轧制工序结束后得到厚度为40mm的钢板。再将该钢板进行冷却和热处理。正火的时间为20分钟，正火出炉后采用自然空冷方式冷却；然后回火，回火的时间也为20分钟。详细的轧制、冷却及热处理的工艺参数见表1。

连铸坯加热、轧制、冷却和热处理工序对钢板的材料的化学成分的含量影响不大，因此，生产的得到的实施例5的厚规格钢板的材料的化学成分的质量百分含量包括：C0.16％、Si0.56％、Mn0.58％、P0.008％、S0.004％、Cr1.28％、Mo0.6％、V0.035％、Ca0.0015％、Als0.03％，余量为Fe和不可避免的杂质。生产得到的实施例5的钢板的力学性能见表2。

如图5所示，为本发明的实施例5的钢板的金相组织图。从图5可以看出，实施例5的钢板的金相组织为铁素体和珠光体，晶粒的大小均匀，没有带状组织，钢板的机械性能良好且比较均匀。

表1本发明的各实施例的轧制、冷却及热处理的工艺参数

表2本发明的各实施例的力学性能测试结果

本发明的方法采用低成本成分设计，贵重金属Mo的含量较低，在冶炼生产时添加钢质纯净的优质废钢，并在板坯连铸时使用轻压下和电磁搅拌以得到钢质纯净、偏析轻的优质板坯。第一阶段轧制采用特殊控轧工艺，使奥氏体晶粒得到充分细化；控制好出炉温度、第二阶段开轧温度、开轧厚度、终轧温度、终冷温度、正火温度和回火温度等参数，可以生产出性能优良的钢板。本发明通过优化轧制工艺来改善钢板性能，对轧后冷却要求较低，正火后采用自然空冷，不需要另加冷却设备，且钢板正火后不经冷却，钢板的板形好。采用该方法生产500MPa级临氢设备用钢板具有工艺路线简单，成本低廉等优点。钢板屈服强度在337～351MPa之间，抗拉强度在537～546MPa之间，延伸率≥28％，钢板的强度适中，塑性良好。20℃的冲击功在178J以上，冲击韧性良好。钢板抗层状撕裂性能良好，钢板Z向拉伸的断面收缩率都在57％以上。

本发明以1年生产5000吨钢板，每吨钢板盈利800元计算，可增加经济效益400万元。

Claims

1.一种500MPa级临氢设备用厚钢板的生产方法，其特征在于，包括：连铸坯生产、连铸坯加热、轧制、冷却和热处理，所述连铸坯的出炉温度为1180-1215℃，加热时间为250～296分钟；所述轧制包括第一阶段轧制和第二阶段轧制，所述第一阶段轧制包括第一次轧制、手动待温和第二次轧制，所述第一阶段轧制开轧时板坯的厚度为所述连铸坯的厚度，所述第一阶段轧制的开轧温度为1175～1210℃，所述第一次轧制将所述板坯的厚度轧制为170～210mm，所述手动待温的温度为1031～1132℃，所述第二次轧制将所述板坯的厚度轧制到所述第二阶段轧制的板坯的开轧厚度，所述第一阶段轧制的终轧温度≥980℃，所述第一阶段轧制的轧制道次数为5～10；所述第二阶段轧制开轧时板坯的厚度为1.5-2.5倍所述生产得到的500MPa级临氢设备用厚钢板的厚度，所述第二阶段轧制的开轧温度为870～920℃，所述第二阶段轧制的终轧温度为820～880℃，所述第二阶段轧制的轧制道次数为3～5；所述冷却为层流冷却，冷却速度为5～15℃/s，终冷温度为620～680℃；所述热处理采用正火和回火工艺，所述正火的温度为900～950℃，并在900～950℃保温20分钟，所述正火后采用自然空冷方式冷却；所述回火的温度为620～640℃，并在620～640℃保温20分钟；生产得到的500MPa级临氢设备用厚钢板的材料的质量百分含量包括：C0.13～0.16％、Si0.5～0.8％、Mn0.5～0.6％、P≤0.012％、S≤0.005％、Cr1.2～1.5％、Mo0.5～0.6、V0.02～0.04％、Ca0.0015～0.003％、Als0.015～0.03％，其余为铁和杂质。

2.如权利要求1所述的500MPa级临氢设备用厚钢板的生产方法，其特征在于，所述连铸坯生产包括：铁水预处理、铁水冶炼、LF炉精炼、RH炉真空脱气处理和连铸。

3.如权利要求1所述的500MPa级临氢设备用厚钢板的生产方法，其特征在于：生产得到的500MPa级临氢设备用厚钢板的材料的质量百分含量包括：C0.15％、Si0.55％、Mn0.53％、P0.009％、S0.003％、Cr1.271％、Mo0.526％、V0.025％、Ca0.0026％、Als0.024％；或者，C0.15％、Si0.56％、Mn0.55％、P0.009％、S0.003％、Cr1.273％、Mo0.528％、V0.025％、Ca0.0026％、Als0.025％；或者，C0.13％、Si0.8％、Mn0.5％、P0.009％、S0.005％、Cr1.5％、Mo0.53％、V0.02％、Ca0.003％、Als0.022％；或者，C0.14％、Si0.5％、Mn0.6％、P0.012％、S0.002％、Cr1.2％、Mo0.5％、V0.04％、Ca0.0022％、Als0.015％；或者，C0.16％、Si0.56％、Mn0.58％、P0.008％、S0.004％、Cr1.28％、Mo0.6％、V0.035％、Ca0.0015％、Als0.03％。