CN103667894A - 一种液化石油气储罐用低温钢筋及其生产工艺 - Google Patents

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陈颖
王慧敏
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Abstract

一种液化石油气储罐用低温钢筋及其生产工艺，属于石油储罐用钢技术领域。该钢筋化学成分按照重量百分比计为：C：≤0.25%，Si：0.15～0.40%，Mn：1.20～1.60，P≤0.010%，S≤0.010%，Ni：0.3～1.0%，Nb：0.01～0.05%，V：0～0.10%，其余为Fe和杂质元素。在工艺中控制的技术参数为：加热温度1100℃～1200℃，开轧温度900～950℃，控制轧制的温度在800～900℃，终轧温度700～800℃，上冷床温度450～700℃；钢筋在冷床上自然冷却后打捆、堆放。优点在于，钢筋在低温-105℃的性能优良。

Description

一种液化石油气储罐用低温钢筋及其生产工艺
技术领域
本发明属于石油储罐用钢技术领域，特别是涉及一种液化石油气储罐用低温钢筋及其生产工艺，按照此工艺生产的钢筋在低温-105℃的性能优良。
背景技术
液化石油气（LPG）作为重要能源被广泛使用，其储存的安全性至关重要。对于大型固定式储罐，采用单层罐+外层水泥罐作为保冷保护罐是比较经济的方法。建造水泥罐内层的热轧带肋钢筋不仅要求满足常规热轧钢筋的性能指标，还应具备良好的低温性能。
根据成分和组织，低温钢可分为低合金钢、6%Ni钢、9%Ni钢、Cr-Mn或Cr-Mn-Ni奥氏体不锈钢以及Cr-Ni奥氏体不锈钢。钢中加入Ni，其低温脆性的临界温度将随着Ni含量的增加而降低。通常认为：加入2%～2.5%的Ni钢临界温度是-60℃，3.5%的Ni钢的临界温度为-100℃，加入9%的Ni，钢的临界温度将到达-196℃。
已公开的专利：“一种高韧性-110℃低温钢及其制造方法”（专利号：200810046958.9），其中Ni含量范围（重量百分比）：3.2～3.8%，Ni含量高，工艺上采用轧制后正火+回火的热处理工艺，钢材的屈服强度低于500MPa，并且低温性能用冲击韧性指标衡量，没有针对低温钢筋的缺口敏感性（NSR）和最大力下总延伸（Agt）的指标要求，不适用于液化石油气储罐用低温钢筋的生产加工。
发明内容
本发明的目的是提供一种液化石油气储罐用低温钢筋及其生产工艺，减少合金元素Ni用量、通过成分和变形工艺控制生产液化石油气储罐用低温钢筋。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
本发明的液化石油气用低温钢筋的化学成分配比，按照重量百分比计为：C：≤0.25%，Si：0.15～0.40%，Mn：1.20～1.60，P≤0.010%，S≤0.010%，Ni：0.3～1.0%，Nb：0.01～0.05%，V：0～0.10%，其余为Fe和杂质元素。
其中：
C：本发明中碳含量范围同于一般热轧钢筋的C含量：≤0.25%。当采用焊接工艺时，根据需要可适当降低C含量。
Si：Si以固溶体形态存在于铁素体或奥氏体中，有较强的固溶强化作用，提高钢的强度。本发明优选Si含量控制范围Si：0.15～0.40%。
Mn：Mn是良好的脱氧剂和脱硫剂。钢中加入Mn能消除或减弱由于硫所引起的钢的热脆性，从而改善钢的热加工性能。锰和铁形成固溶体，提高钢中铁素体和奥氏体的硬度和强度；同时又是碳化物形成元素，进入渗碳体中取代一部分铁原子。锰在钢中起到细化珠光体的作用。锰稳定奥氏体组织的能力仅次于镍，也强烈增加钢的淬透性。本发明中Mn含量优选范围：1.2～1.6%。
P、S：P、S在钢中被认为是杂质元素，钢质洁净化将有效降低P、S含量，但是会增加炼钢成本，因此，本发明中P、S含量范围：P≤0.010%，S≤0.010%。
Ni：可提高钢的强度而不显著降低其韧性。可降低钢的脆性转变温度，即可提高钢的低温韧性，改善钢的加工性和可焊性。镍可以提高钢的抗腐蚀能力，不仅能耐酸，而且能抗碱和大气的腐蚀。本发明中Ni含量范围：0.3～1.0%。
Nb：Nb和碳、氮、氧都有极强的结合力，并与之形成相应的极为稳定的化合物，细化晶粒，降低钢的过热敏感性和回火脆性。本发明中Nb含量范围：Nb：0.01～0.05%。
V：钒是强碳化物形成元素，与碳的结合力极强，形成稳定的VC，可细化组织晶粒，提高强度和韧性。本发明中V含量范围：V：0～0.10%。
本发明低温钢筋的生产工艺在于充分利用低合金钢在奥氏体未再结晶区变形+临界奥氏体温区的形变诱导相变机制细化晶粒，达到提高钢筋强度和低温韧性的目的。在工艺中控制的技术参数为：加热温度1100℃～1200℃，开轧温度900℃～950℃，控制轧制的温度在800℃～900℃，终轧温度700℃～800℃，上冷床温度450℃～700℃。钢筋在冷床上自然冷却后打捆、堆放。
本发明的优点在于：采用上述工艺生产的低温钢筋能够满足-105℃的低温使用要求；本发明所述的低温钢筋的室温性能：屈服强度Rp0.2≥500MPa，抗拉强度Rm≥550MPa，均匀延伸率Agt≥5%；-105℃低温性能达到：非缺口钢筋的屈服强度Rp0.2≥1.15设计屈服强度（即575MPa），无缺口钢筋的均匀延伸率Agt≥3%，带缺口钢筋的均匀延伸率Agt≥1%，且钢筋的缺口敏感系数NSR≥1。
具体实施方式
实施例1
化学成分配比，按重量百分比计：C：0.22，Si：0.17，Mn：1.42，P：0.008，S：0.007，Ni：0.32，Nb：0.028，V：0.02，其他为Fe。
轧制规格φ12mm的螺纹钢筋，所用钢坯尺寸160×160方坯。该规格低温钢筋的生产工艺参数：钢坯加热温度1150℃，开轧温度900～920℃，控制轧制的温度830℃～850℃，上冷床温度500～560℃，钢筋在冷床上自然冷却后打捆、堆放。
实施例2
化学成分配比，按重量百分比计：C：0.22，Si0.17，Mn：1.42，P：0.008，S：0.007，Ni：0.32，Nb：0.028，V：0.02，其他为Fe。
轧制规格φ16mm的螺纹钢筋，所用钢坯尺寸160×160方坯。该规格低温钢筋的生产工艺参数：钢坯加热温度1150℃，开轧温度900～920℃，控制轧制的温度830℃～850℃，上冷床温度610～650℃，钢筋在冷床上自然冷却后打捆、堆放。
实施例3
化学成分配比，按重量百分比计：C：0.22，Si0.17，Mn：1.42，P：0.008，S：0.007，Ni：0.32，Nb：0.028，V：0.02，其他为Fe。
轧制规格φ14mm的螺纹钢筋，所用钢坯尺寸160×160方坯。该规格低温钢筋的生产工艺参数：钢坯加热温度1150℃，开轧温度900～920℃，控制轧制的温度800℃～830℃，上冷床温度530～570℃，钢筋在冷床上自然冷却后打捆、堆放。
实施例4
化学成分配比，按重量百分比计：C：0.20，Si0.23，Mn：1.36，P：0.010，S：0.007，Ni：0.32，Nb：0.028，V：0.02，其他为Fe。
轧制规格φ18mm的螺纹钢筋，所用钢坯尺寸160×160方坯。该规格低温钢筋的生产工艺参数：钢坯加热温度1150℃，开轧温度900～920℃，控制轧制的温度800℃～830℃，上冷床温度580～620℃，钢筋在冷床上自然冷却后打捆、堆放。
实施例5
化学成分配比，按重量百分比计：C：0.20，Si0.23，Mn：1.36，P：0.010，S：0.007，Ni：0.32，Nb：0.028，V：0.02，其他为Fe。
轧制规格φ20mm的螺纹钢筋，所用钢坯尺寸160×160方坯。该规格低温钢筋的生产工艺参数：钢坯加热温度1150℃，开轧温度900～920℃，控制轧制的温度800℃～850℃，上冷床温度576～630℃，钢筋在冷床上自然冷却后打捆、堆放。
实施例6
化学成分配比，按重量百分比计：C：0.05，Si0.30，Mn：1.46，P：0.010，S：0.006，Ni：0.97，Nb：0.027，V：0.03，其他为Fe。
轧制规格φ22mm的螺纹钢筋，所用钢坯尺寸160×160方坯。该规格低温钢筋的生产工艺参数：钢坯加热温度1150℃，开轧温度911～927℃，控制轧制的温度820℃～860℃，上冷床温度609～627℃，钢筋在冷床上自然冷却后打捆、堆放。
实施例7
化学成分配比，按重量百分比计：C：0.05，Si0.30，Mn：1.46，P：0.010，S：0.006，Ni：0.97，Nb：0.027，V：0.03，其他为Fe。
轧制规格φ25mm的螺纹钢筋，所用钢坯尺寸160×160方坯。该规格低温钢筋的生产工艺参数：钢坯加热温度1150℃，开轧温度913～932℃，控制轧制的温度800℃～829℃，上冷床温度585～638℃，钢筋在冷床上自然冷却后打捆、堆放。
实施例8
化学成分配比，按重量百分比计：C：0.15，Si0.36，Mn：1.48，P：0.009，S：0.005，Ni：0.98，Nb：0.032，V：0.04，其他为Fe。
轧制规格φ32mm的螺纹钢筋，所用钢坯尺寸160×160方坯。该规格低温钢筋的生产工艺参数：钢坯加热温度1150℃，开轧温度908～925℃，控制轧制的温度830℃～880℃，上冷床温度612～638℃，钢筋在冷床上自然冷却后打捆、堆放。
实施例9
化学成分配比，按重量百分比计：C：0.20，Si0.36，Mn：1.48，P：0.012，S：0.005，Ni：0.98，Nb：0.032，V：0.04，其他为Fe。
轧制规格φ32mm的螺纹钢筋，所用钢坯尺寸160×160方坯。该规格低温钢筋的生产工艺参数：钢坯加热温度1150℃，开轧温度908～925℃，控制轧制的温度810℃～830。C，上冷床温度480～560℃，钢筋在冷床上自然冷却后打捆、堆放。
发明钢与对比钢(专利号：200810046958.9)的元素对比如下：
元素 发明钢1 对比钢1 发明钢2 对比钢2
C 0.22 0.117 0.05 0.032
Si 0.17 0.34 0.30 0.13
Mn 1.42 0.77 1.46 0.32
P 0.008 0.008 0.010 0.009
S 0.007 0.006 0.006 0.005
Ni 0.32 3.75 0.97 3.22
Ti / 0.017 / 0.009
Al / 0.037 / 0.028
Nb 0.028 0.024 0.027 0.032
V 0.020 0.041 0.030 0.036
Cu / / / 0.16
Mo / / / 0.39
Zr / 0.005 / 0.021
Re / 0.0002 / 0.0022
本发明所述的低温钢筋的Ni含量显著低于对比钢。
上述实施例的低温钢筋性能如下表所示：
表1钢筋的室温性能
Figure BDA0000444483900000041
表2钢筋的低温性能
Figure BDA0000444483900000051
表1、表2中实施例所轧制的低温钢筋室温性能达到了屈服强度Rel≥500MPa，抗拉强度Rm≥550MPa，均匀延伸率Agt≥5%；-105℃低温性能达到：无缺口钢筋的屈服强度Rel≥1.15设计屈服强度（即575MPa），无缺口钢筋的均匀延伸率Agt≥3%，带缺口钢筋的均匀延伸率Agt≥1%，且钢筋的缺口敏感系数NSR≥1。本发明所述低温钢筋能够满足液化石油气储罐建造对钢筋的性能要求。

Claims (2)

1.一种液化石油气储罐用低温钢筋，其特征在于，该钢筋化学成分按照重量百分比计为：C：≤0.25%，Si：0.15～0.40%，Mn：1.20～1.60，P≤0.010%，S≤0.010%，Ni：0.3～1.0%，Nb：0.01～0.05%，V：0～0.10%，其余为Fe和杂质元素；钢筋屈服强度Rp0.2≥500MPa，抗拉强度Rm≥550MPa，均匀延伸率Agt≥5%；-105℃低温性能达到：非缺口钢筋的屈服强度Rp0.2≥1.15设计屈服强度，无缺口钢筋的均匀延伸率Agt≥3%，带缺口钢筋的均匀延伸率Agt≥1%，且钢筋的缺口敏感系数NSR≥1。
2.一种权利要求1所述的钢筋的生产工艺，其特征在于，在工艺中控制的技术参数为：加热温度1100℃～1200℃，开轧温度900℃～950℃，控制轧制的温度在800℃～900℃，终轧温度700℃～800℃，上冷床温度450℃～700℃；钢筋在冷床上自然冷却后打捆、堆放。
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