CN103898418A

CN103898418A - 大厚度Ni系低温容器用钢板及其生产方法

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Publication number: CN103898418A
Application number: CN201410082366.8A
Authority: CN
Inventors: 车金锋; 庞辉勇; 叶建军; 刘生; 韦明; 王九清; 吴涛; 刘印子; 张东方; 林明新; 罗应明
Original assignee: Wuyang Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Wuyang Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2014-03-07
Filing date: 2014-03-07
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2034-03-07
Also published as: CN103898418B

Abstract

本发明公开了一种大厚度Ni系低温容器用钢板及其生产方法，其由下述质量百分比的组分熔炼而成：C 0.07%～0.10%，Si 0.15%～0.30%，Mn 0.68%～0.80%，P≤0.008%，S≤0.003%，Ni 3.60%～3.70%，Cr 0.18%～0.25%，Mo 0.09%～0.12%，Nb 0.010%～0.020%，Ti 0.010%～0.020%，Alt 0.020%～0.050%，余量为Fe和微量不可避免的杂质；所述钢板的厚度为100mm～150mm。本钢板采用Ni-Cr-Mo-Nb-Ti系铁素体钢，生产出符合低温压力容器要求的100mm～150mm厚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。本钢板具有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＞80J；C含量低，因此具有良好的焊接性；钢板厚度可达到150mm，且组织均匀、细小、非金属夹杂极微。

Description

大厚度Ni系低温容器用钢板及其生产方法

技术领域

本发明属于钢铁冶炼工艺技术领域，尤其是一种大厚度Ni系低温容器用钢板及其生产方法。

背景技术

舞钢公司研发的08Ni3DR（SA203E）钢板，已于2008年通过了全国锅炉压力容器标准化技术委员会组织的评审，评审最大厚度为100mm，交货状态为正火（加速冷却）+回火或离线淬火+回火。

舞钢公司研发的08Ni3DR钢板的最大厚度仅为100mm，而厚度大于100mm～150mm的08Ni3DR（SA203E）钢板却有较大的市场需求，为设备配套供货之必需，例如，仅大连金重每年进口数千吨08Ni3DR（SA203E）钢板。

国内煤化工行业在今后几年中，仍将有迅猛的发展，这些项目的各种冷凝塔器都会用到大量的08Ni3DR（SA203E）钢板。为适应市场需求，需要对厚度为150mm的08Ni3DR（SA203E）钢板进行研制开发。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种厚度100mm～150mm的大厚度Ni系低温容器用钢板；本发明还提供了一种大厚度Ni系低温容器用钢板的生产方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：其由下述质量百分比的组分熔炼而成：C 0.07%～0.10%，Si 0.15%～0.30%，Mn 0.68%～0.80%，P≤0.008%，S≤0.003%，Ni 3.60%～3.70%，Cr 0.18%～0.25%，Mo 0.09%～0.12%，Nb 0.010%～0.020%，Ti 0.010%～0.020%，Alt 0.020%～0.050%，余量为Fe和微量不可避免的杂质；所述钢板的厚度为100mm～150mm。

本发明所述钢板厚度为150mm。

本发明中C含量在0.07%～0.10%；采用低碳设计，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0.15%～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0.68～0.80%；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≤0.003%；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3.60%～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A_C3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能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%～0.050%；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。Cr含量0.18%～0.25%；Cr既能固溶于铁素体和奥氏体中，又能与钢中的C形成多种碳化物；Cr固溶于奥氏体时，可提高钢的淬透性，当Cr与C形成复杂碳化物，并在钢中弥散析出时，可起到弥散强化作用，由于Cr 提高淬透性和固溶强化的作用，能提高钢在热处理状态下的强度和硬度，但是Cr在钢中起到强化作用的同时亦使塑性有所降低，并增加回火脆性。Mo含量0.09%～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。

本发明生产方法包括冶炼、模铸、加热、轧制、水冷及热堆垛、热处理工序，所述冶炼工序采用上述质量百分比组分的钢水。

本发明所述加热工序：钢锭最高加热温度1210℃，均热温度1180℃～1200℃，总加热时间20h～25h；

所述轧制工序：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℃，此阶段的道次压下率为8%～25%，累计压下率50%～55%；第二阶段为奥氏体非再结晶阶段，开轧温度800℃～850℃，终轧温度760℃～810℃，此阶段累计压下率50%～60%，轧制后得到半成品钢板；

所述热处理工序：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≤50℃；回火温度为630℃±10℃，总加热时间为4min/mm，空冷，得到产品。

本发明所述冶炼工序：将钢水先经电炉或转炉冶炼，再送入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；

所述模铸工序：保真空破坏后温度在1550℃～1560℃，然后进行浇铸，得到铸锭；

所述水冷及热堆垛工序：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550℃～650℃；钢板下线后堆垛温度250℃～450℃，堆垛缓冷时间72h～80h。

本发明优选冶炼工序，钢水先经电炉或转炉冶炼，送入LF钢包炉精炼，并喂Al线600m～800m；VD炉真空处理的真空前加入Ca-Si块100kg～150kg，真空度≤66Pa，真空保持时间20min～30min后破坏真空。

本发明优选模铸工序中，过热度为15℃～30℃。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明的钢板的化学成分设计采用Ni-Cr-Mo-Nb-Ti系铁素体钢，是通过合理成分设计及控轧控冷+热处理的生产工艺，生产出符合低温压力容器要求的100mm～150mm厚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。

本发明具有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＞80J；本发明C含量低，因此具有良好的焊接性；本发明钢板厚度可达到150mm，且组织均匀、细小、非金属夹杂极微。

本发明生产方法在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；且制造工序简单、可实现批量生产。采用本发明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；组织均匀、细小、非金属夹杂极微。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。

实施例1：本大厚度Ni系低温容器用钢板采用下述组分以及生产工艺。

本低温压力容器用钢板，厚度150mm，其是由以下质量百分比的组分熔炼而成：C 0.09%，Si 0.19%，Mn 0.70%，P 0.007%，S 0.002%，Ni 3.65%，Cr 0.20%，Mo 0.10%，Nb 0.012%，Ti 0.017%，Al_t 0.039%，余量为Fe和微量不可避免的杂质。本低温压力容器用钢板的生产方法的具体步骤为：

（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；钢水温度（大包温度）达到1600℃后，吊包至VD炉真空处理，真空前加入Ca-Si块100kg，真空度65Pa，保持20分钟后破坏真空；

（2）模铸：保真空破坏后温度在1560℃的冶炼后的钢水进行浇铸，采用模铸工艺，过热度为24℃得到铸锭；

（3）加热：钢锭放入均热炉内加热，加热温度最高1210℃，均热温度1180℃，加热时间20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，第一阶段为奥氏体再结晶阶段，轧制温度为980℃，此阶段道次压下率8%～25%，累计压下率为55％，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，轧制的开轧温度为843℃，终轧温度810℃，累计压下率为60%，轧制后得到钢板粗品（半成品钢板）；

（5）水冷及热堆垛：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630℃；钢板下线后堆垛温度300℃，堆垛缓冷时间73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300min（因板厚150mm，即2min/mm），水冷加速冷却，钢板返红温度25℃；回火温度为632℃，总加热时间为600min（因板厚150mm，即4min/mm），空冷，即可得到所述的低温压力容器用钢板。

本实施例所得低温压力容器用钢板的力学性能：屈服强度480MPa，抗拉强度：585MPa，延伸率：28%，-101℃横向冲击功板厚1/4处135J、130J、165J，板厚1/2处133J、87J、139J。

实施例2：本大厚度Ni系低温容器用钢板采用下述组分以及生产工艺。

本低温压力容器用钢板，厚度150mm，其是由以下质量百分比的组分熔炼而成：C 0.08%，Si 0.20%，Mn 0.71%，P 0.006%，S 0.002%，Ni 3.64%，Cr 0.18%,Mo 0.10%，Nb 0.013%，Ti 0.018%，Al_t 0.038%，余量为Fe和微量不可避免的杂质。本低温压力容器用钢板的生产方法的具体步骤为：

（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；钢水温度达到1630℃后，吊包至VD炉真空处理，真空前加入Ca-Si块125kg，真空度64Pa，保持20分钟破坏真空；

（2）模铸：保真空破坏后温度在1560℃的冶炼后的钢水进行浇铸，采用模铸工艺，过热度为25℃得到铸锭；

（3）加热：钢锭放入均热炉内加热，加热温度最高1208℃，均热温度1190℃，加热时间20.5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990℃，此阶段道次压下率为8%～25%，累计压下率为55%；第二阶段开轧温度为845℃，终轧温度800℃，累计压下率为60%；轧制后得到钢板粗品；

（5）水冷及热堆垛：轧后钢板快速冷却，返红温度为610℃；钢板下线后堆垛温度320℃，堆垛缓冷时间72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300min，水冷加速冷却，钢板返红温度26℃；回火温度为630℃，总加热时间为600min，空冷，即可得到所述的低温压力容器用钢板。

本实施例所得低温压力容器用钢板的力学性能：屈服强度485MPa，抗拉强度：570MPa，延伸率：27%，-101℃横向冲击功板厚1/4处162J、123J、186J，板厚1/2处176J、88J、124J。

实施例3：本大厚度Ni系低温容器用钢板采用下述组分以及生产工艺。

本低温压力容器用钢板，厚度120mm，其是由以下质量百分比的组分熔炼而成：C 0.07%，Si 0.25%，Mn 0.80%，P 0.008%，S 0.0025%，Ni 3.60%，Cr 0.22%，Mo 0.09%，Nb 0.016%，Ti 0.020%，Al_t 0.020%，余量为Fe和微量不可避免的杂质。

本低温压力容器用钢板的生产方法的具体步骤为：

（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800米，精炼过程保证精炼渣白，以保证脱氧效果；钢水温度达到1650℃后，吊包至VD炉真空处理，真空前加入Ca-Si块150kg，真空度60Pa，保持25分钟破坏真空；

（2）模铸：保真空破坏后温度在1555℃的冶炼后的钢水进行浇铸，采用模铸工艺，过热度为30℃得到铸锭；

（3）加热：钢锭放入均热炉内加热，加热温度最高1200℃，均热温度1180℃，加热时间20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950℃，此阶段道次压下率为8%～25%，累计压下率为54％；第二阶段开轧温度为850℃，终轧温度770℃，累计压下率为50%；轧制后得到钢板粗品；

（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450℃，堆垛缓冷时间80小时；

（6）热处理：对钢板进行正火+回火处理，正火温度为870℃，总加热时间为240min，水冷加速冷却，钢板返红温度20℃；回火温度为640℃，总加热时间为480min，空冷，即可得到所述的低温压力容器用钢板。

本实施例所得低温压力容器用钢板的力学性能：屈服强度430MPa，抗拉强度：545MPa，延伸率：29%，-101℃横向冲击功板厚1/4处156J、143J、158J，板厚1/2处136J、102J、140J。

实施例4：本大厚度Ni系低温容器用钢板采用下述组分以及生产工艺。

本低温压力容器用钢板，厚度140mm，其是由以下质量百分比的组分熔炼而成：C 0.10%，Si 0.15%，Mn 0.78%，P 0.005%，S 0.001%，Ni 3.67%，Cr 0.25%，Mo 0.12%，Nb 0.010%，Ti 0.013%，Al_t 0.050%，余量为Fe和微量不可避免的杂质。

本低温压力容器用钢板的生产方法的具体步骤为：

（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；钢水温度达到1650℃后，吊包至VD炉真空处理，真空前加入Ca-Si块120kg，真空度66Pa，保持30分钟破坏真空；

（2）模铸：保真空破坏后温度在1550℃的冶炼后的钢水进行浇铸，采用模铸工艺，过热度为15℃得到铸锭；

（3）加热：钢锭放入均热炉内加热，加热温度最高1205℃，均热温度1200℃，加热时间23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970℃，此阶段道次压下率为8%～25%，累计压下率为53％；第二阶段开轧温度为830℃，终轧温度780℃，累计压下率为59%；轧制后得到钢板粗品；

（5）水冷及热堆垛：轧后钢板快速冷却，返红温度为650℃；钢板下线后堆垛温度250℃，堆垛缓冷时间72小时；

（6）热处理：对钢板进行正火+回火处理，正火温度为850℃，总加热时间为280min，水冷加速冷却，钢板返红温度20℃；回火温度为620℃，总加热时间为560min，空冷，即可得到所述的低温压力容器用钢板。

本实施例所得低温压力容器用钢板的力学性能：屈服强度440MPa，抗拉强度：550MPa，延伸率：28%，-101℃横向冲击功板厚1/4处115J、124J、130J，板厚1/2处98J、108J、112J。

实施例5：本大厚度Ni系低温容器用钢板采用下述组分以及生产工艺。

本低温压力容器用钢板，厚度100mm，其是由以下质量百分比的组分熔炼而成：C 0.08%，Si 0.30%，Mn 0.68%，P 0.006%，S 0.003%，Ni 3.70%，Cr 0.18%，Mo 0.11%，Nb 0.020%，Ti 0.010%，Al_t 0.028%，余量为Fe和微量不可避免的杂质。

本低温压力容器用钢板的生产方法的具体步骤为：

（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750米，精炼过程保证精炼渣白，以保证脱氧效果；钢水温度达到1620℃后，吊包至VD炉真空处理，真空前加入Ca-Si块140kg，真空度62Pa，保持25分钟破坏真空；

（2）模铸：保真空破坏后温度在1560℃的冶炼后的钢水进行浇铸，采用模铸工艺，过热度为20℃得到铸锭；

（3）加热：钢锭放入均热炉内加热，加热温度最高1205℃，均热温度1180℃，加热时间25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1100℃，此阶段道次压下率为8%～25%，累计压下率为50％；第二阶段开轧温度为800℃，终轧温度760℃，累计压下率为55%；轧制后得到钢板粗品；

（5）水冷及热堆垛：轧后钢板快速冷却，返红温度为550℃；钢板下线后堆垛温度250℃，堆垛缓冷时间75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200min，水冷加速冷却，钢板返红温度50℃；回火温度为630℃，总加热时间为400min，空冷，即可得到所述的低温压力容器用钢板。

本实施例所得低温压力容器用钢板的力学性能：屈服强度480MPa，抗拉强度：580MPa，延伸率：28%，-101℃横向冲击功板厚1/4处158J、160J、173J，板厚1/2处124J、130J、132J。

Claims

1.一种大厚度Ni系低温容器用钢板，其特征在于，其由下述质量百分比的组分熔炼而成：C 0.07%～0.10%，Si 0.15%～0.30%，Mn 0.68%～0.80%，P≤0.008%，S≤0.003%，Ni 3.60%～3.70%，Cr 0.18%～0.25%，Mo 0.09%～0.12%，Nb 0.010%～0.020%，Ti 0.010%～0.020%，Alt 0.020%～0.050%，余量为Fe和微量不可避免的杂质；所述钢板的厚度为100mm～150mm。

2.根据权利要求1所述的大厚度Ni系低温容器用钢板，其特征在于：所述钢板厚度为150mm。

3.一种大厚度Ni系低温容器用钢板的生产方法，其特征在于：其包括冶炼、模铸、加热、轧制、水冷及热堆垛、热处理工序；所述冶炼工序采用下述质量百分比组分的钢水：C 0.07%～0.10%，Si 0.15%～0.30%，Mn 0.68%～0.80%，P≤0.008%，S≤0.003%，Ni 3.60%～3.70%，Cr 0.18%～0.25%，Mo 0.09%～0.12%，Nb 0.010%～0.020%，Ti 0.010%～0.020%，Al_t 0.020%～0.050%，余量为Fe和微量不可避免的杂质；所述钢板的厚度为100mm～150mm。

4.根据权利要求3所述的大厚度Ni系低温容器用钢板的生产方法，其特征在于：所述加热工序：钢锭最高加热温度1210℃，均热温度1180℃～1200℃，总加热时间20h～25h；

5.根据权利要求3或4所述的大厚度Ni系低温容器用钢板的生产方法，其特征在于：所述冶炼工序：将钢水先经电炉或转炉冶炼，再送入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；

6.根据权利要求5所述的大厚度Ni系低温容器用钢板的生产方法，其特征在于：所述冶炼工序，钢水先经电炉或转炉冶炼，送入LF钢包炉精炼，并喂Al线600m～800m；VD炉真空处理的真空前加入Ca-Si块100kg～150kg，真空度≤66Pa，真空保持时间20min～30min后破坏真空。

7.根据权利要求5所述的大厚度Ni系低温容器用钢板的生产方法，其特征在于：所述模铸工序中，过热度为15℃～30℃。