CN104451386A - 一种低屈强比石油储备罐体用610Mpa高强度钢板及其制造方法 - Google Patents

一种低屈强比石油储备罐体用610Mpa高强度钢板及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于低合金钢生产工艺领域,具体涉及一种低屈强比石油储备罐体用610Mpa高强度钢板及其制造方法。该低屈强比石油储备罐体用610Mpa高强度钢板,其质量百分比的组成如下:C:0.07~0.13%,Si:0.15~0.35%,Mn:1.45~1.60%,P﹤0.015%,S﹤0.005%,Nb﹤0.030%,V:0.03~0.05%,Ti:0.010~0.020%,Mo:0.08~0.18%,Ni:0.15~0.35%,N﹤0.008%,余量为Fe及不可避免的杂质。本方法能够克服传统的生产制造方法难于降低屈强比的局限性,简化生产工艺、缩短生产流程、减少能源消耗,适合批量工业生产,在满足强度、韧性和焊接性能指标要求的同时,保证了低屈强比。

Description

一种低屈强比石油储备罐体用610Mpa高强度钢板及其制造方法
技术领域
本发明属于低合金钢生产工艺领域,具体涉及一种低屈强比石油储备罐体用610Mpa高强度钢板及其制造方法。
背景技术
随着我国石油、化工行业的迅速发展,石油储备油罐的需求越来越多,石油储备油罐的制造向高强度、大型化方向发展,油罐的容积不断增大,对钢板的使用安全提出了更高的要求,要求钢材不但有高的强度、良好的韧性和焊接性能,还要求满足低屈强比要求。目前低屈强比钢板多应用于高层建筑用钢、高等级管线用钢等,而低屈强比油罐钢的生产也在逐步得到重视。目前国内石油储备罐体用610Mpa高强度钢板主要采用离线调质生产,配备了在线淬火设备生产厂也采用“在线淬火+离线回火”的工艺进行生产石油储备罐体用610Mpa高强度钢板,常规工艺生产的30mm以上规格的钢板屈强比在0.90以上,薄规格的钢板屈强比在0.92以上,甚至更高,难于满足用户对于石油储备油罐钢低屈强比的要求。
发明内容
为了解决上述的技术问题,本发明提供了一种低屈强比石油储备罐体用610Mpa高强度钢板及其制造方法,本方法能够克服传统的生产制造方法难于降低屈强比的局限性,简化生产工艺、缩短生产流程、减少能源消耗,适合批量工业生产,在满足强度、韧性和焊接性能要求的同时,保证了低屈强比。
本发明是通过下述的技术方案来实现的:
一种低屈强比石油储备罐体用610Mpa高强度钢板,其质量百分比的组成如下:C:0.07~0.13%,Si:0.15~0.35%,Mn:1.45~1.60%,P﹤0.015%,S﹤0.005%,Nb﹤0.030%,V:0.03~0.05%,Ti:0.010~0.020%,Mo:0.08~0.18%,Ni:0.15~0.35%,N﹤0.008%,余量为Fe及不可避免的杂质。
上述的低屈强比石油储备罐体用610Mpa高强度钢的制造方法,工艺路线如下:KR铁水预处理—转炉冶炼—LF、RH精炼—连铸—缓冷—连铸坯料加热—轧制—三阶段冷却—矫直—精整—回火。
上述的低屈强比石油储备罐体用610Mpa高强度钢的制造方法,包括如下步骤:
(1)转炉冶炼:包括选配化学成分,C:0.07~0.13%,Si:0.15~0.35%,Mn:1.45~1.60%,P﹤0.015%,S﹤0.005%,Nb﹤0.030%,V:0.03~0.05%,Ti:0.010~0.020%,Mo:0.08~0.18%,Ni:0.15~0.35%,N﹤0.008%,余量为Fe及不可避免的杂质;
(2)LF、RH精炼:为了控制气体含量及控制合金元素,采用LF+RH精炼,保证软吹时间、RH精炼真空度和真空处理时间;
(3)连铸:严格全程保护浇注,中液面稳定;
(4)轧制成型:采用控制轧制模式,对连铸坯料加热,加热温度1180℃-1250℃,加热温度8-10分钟/厘米,进行两阶段控制轧制;
(5)预矫直:采用5辊预矫直机进行高温矫直,降低钢板头尾翘曲和保证进入水冷系统钢板平直;
(6)三阶段冷却:第一阶段空冷,轧制后钢板进入水冷系统前进行空冷,冷速0.5-1.5℃/S,第一阶段空冷后钢板为830℃-840℃;第二阶段高冷速水冷,采用高水压5bar、大水量进行快速冷却,冷却速度20-40℃/S;第三阶段低冷速水冷,采用低水压1.5bar进行低冷速冷却,冷却速度10-20℃/S,最终钢板冷却到25℃-100℃。
采用双道次轧制和设置辊道速度控制空冷时间,保证一定比例的多边形铁素体析出;通过第二阶段、第三阶段的快速冷却,得到一定的贝氏体组织。通过三阶段冷却得到相应的贝氏体和铁素体复相组织,并保证钢板水冷后钢板平直。
(7)矫直:采用9辊矫直机进行矫直,降低钢板内部和表面残余应力。
(8)回火:选择660-685℃回火,回火系数2.5-3.0,得到回火贝氏体和铁素体双相组织,保证强度和韧性同时,降低屈强比。
采用660-685℃回火,回火后得到25%-35%的多边形铁素体组织,保证材料具有良好的塑形和韧性,65%-75%的回火贝氏体组织,可有效的提高抗拉强度,改善加工硬化,降低屈强比,得到屈强比≤0.90的610Mpa石油储备罐体用钢。
上述的低屈强比石油储备罐体用610Mpa高强度钢的制造方法中,所述步骤(4)中连铸钢坯经过粗轧机第一阶段轧制后,中间坯料厚度为55-105mm,最终成品钢板厚度为14mm-40mm。
上述的低屈强比石油储备罐体用610Mpa高强度钢的制造方法中,所述步骤(4)中粗轧开轧温度1120℃-1180℃,粗轧终轧温度1050℃-1100℃。
上述的低屈强比石油储备罐体用610Mpa高强度钢的制造方法中,其特征在于,所述步骤(4)精轧开轧在980℃-1030℃,精轧终轧温度850℃-900℃。
上述的低屈强比石油储备罐体用610Mpa高强度钢的制造方法中,所述(4)中,精轧阶段最后三道次小压下量轧制策略,采用双道次轧制,减少头尾翘曲,保证轧制后钢板板形良好,顺利进入预矫直机。
上述的低屈强比石油储备罐体用610Mpa高强度钢的制造方法中,所述步骤(1)、步骤(2)中,炼钢过程通过转炉、LF和RH控制P、S含量,要求P控制在120PPm以下,S控制在30PPm。
连铸过程需要控制拉速和温度,避免出现严重的成分偏析。防止出现内部裂纹、缩孔等内部缺陷。可采用常规工艺进行,除明确规定的工艺条件外,本发明未特别说明的工艺部分均按本领域现有技术。
对上述连铸坯料是在奥氏体再结晶区、未再结晶区及形变诱导相变区控制轧制,通过高温区的奥氏体再结晶控制轧制,充分细化奥氏体晶粒;中间坯厚度为钢板目标厚度的2.5-3倍;精轧终轧温度控制在850℃-900℃,精轧阶段采用小压下量轧制策略,保证轧制后的板形平直。通过双道次轧制策略,控制辊道速度,精确控制第一阶段空冷时间,保证多边形铁素体的析出。第二阶段高冷速水冷,大水压、大水量进行高速冷却,冷却到贝氏体转变温度;第三阶段低冷速水冷,保证最终冷却温度和板形。利用采用三阶段冷却,得到相应的复相组织,保证钢板水冷后钢板平直。
对于三阶段冷却钢板选择660-685℃回火,得到回火贝氏体和铁素体双相组织,保证强度和韧性同时,降低屈强比,得到低屈强比的双相石油储备罐体用钢。
本发明与已有技术相比较,具有下列显著的优点和效果:
(1)主要通过合理设计轧制、冷却及回火工艺实现钢板性能,对化学成分要求不严,可在较少合金含量的情况下实现钢板高强度、高韧性和低屈强比。
(2)精轧阶段采用小压下量多道次轧制策略,合理分配压下量和控制轧制力,得到轧制后的良好板形。
(3)采用轧后三阶段控制冷却技术控制水冷后钢板的组织和各相比例。采用双道次轧制和设置辊道速度控制空冷时间,保证一定比例的多边形铁素体析出;通过第二阶段、第三阶段的快速冷却,得到一定的贝氏体组织。通过三阶段冷却得到相应的贝氏体和铁素体复相组织,并保证钢板水冷后钢板平直。
(4)回火后得到25%-35%的多边形铁素体组织,保证材料具有良好的塑形和韧性,65%-75%的回火贝氏体组织,可有效的提高抗拉强度,改善加工硬化,降低屈强比,得到屈强比≤0.90的610Mpa石油储备罐体用钢。
(5)该制备方法采用“三阶段冷却+回火工艺”,节省了同类钢板下线再加热后淬火+回火的工序,生产周期短、成本低,提高了生产效率,节约了能源。
(6)低屈强比石油储备罐体用610Mpa高强度钢板成分利用少量的Nb、V、Ti进行复合微合金化, Nb、Mo提高钢板的淬透性。
总之,本发明通过合理的成分设计,利用少量的Nb、V、Ti进行复合微合金化,利用Nb、Mo提高钢板的淬透性。将钢坯加热至1100℃~1250℃,分奥氏体再结晶区和未再结晶区两阶段轧制成钢板,终轧温度为860℃~900℃,精轧采用小压下量多道次轧制,保证终轧温度和板形。通过控制终轧温度、开冷温度,并对轧制后钢板进行三阶段控制冷却,轧制后钢板进行第一阶段空冷,保证部分多变形铁素体析出,利用轧制后钢板的余热,利用水冷系统进行第二阶段、第三阶段水冷,进行变冷速三阶段冷却控制。得到TMCP后组织为贝氏体和一定比例的铁素体,然后对钢板进行回火处理,贝氏体组织分解,组织中仍保留一部分铁素体组织,实现了复相组织,保证强度和韧性同时,降低屈强比。此发明工艺降低了屈强比,克服了常规调质处理方式生产周期长、成本高的缺点,可以生产性能稳定的10mm~40mm 610Mpa低屈强比石油储备罐体用高强度钢板。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作更进一步的说明,以便本领域的技术人员更了解本发明,但并不因此限制本发明。
实施例1
生产钢板所需主要成分按重量百分比为:C:0.08%,Si:0.25%,Mn:1.54%,P:0.010%,S:0.005%,Nb:0.017%,V:0.037%,Ti:0.012%,:Ni:0.17%,Mo:0.10%,其余为Fe及不可避免的杂质。上述配制好的原料在210吨转炉上冶炼,连铸成250mmх2200mm х3060mm连铸坯,连铸坯加热到1200℃;采用成型、展宽、延伸三阶段轧制,粗轧机轧制8道次,开轧温度为1148℃,完成成型、展宽和第一阶段延伸轧制;中间坯料为60mm,精轧机开轧温度960℃,采用6道次轧制,最终轧制成制后20mmх25530mm х29600mm钢板终轧温度870℃。在钢板轧后三阶段冷却,第一阶段设置精轧机辊道速度4m/s,空冷时间为22s,第二阶段开冷温度为850℃,冷却速,30-40℃/s,冷却后钢板表面温度为434℃,第三阶段冷却速率15-20℃/s,终冷温度为124℃,控制铁素体和贝氏体比例。回火温度采用665℃,保温时间54Min。
产品实际测量厚度20.24mm,力学检测结果为:屈服强度 Rel:572Mpa,抗拉强度 Rm:660Mpa,屈强比(Rel/ Rm):0.867,延伸率δ:19.5%,冲击功CVN1:237J,冲击功CVN2:234J,冲击功CVN3:241J,冷弯:合格。化学成分、力学性能满足国家标准和客户低屈强比要求。
实施例2
生产钢板所需主要成分按重量百分比为:C:0.08%,Si:0.25%,Mn:1.53%,P:0.010%,S:0.003%,Nb:0.021%,V:0.042%,Ti:0.012%,:Ni:0.19%,Mo:0.11%,其余为Fe及不可避免的杂质。上述配制好的原料在210吨转炉上冶炼,连铸成250mmх1820mm х2970mm连铸坯,连铸坯加热到1200℃;采用成型、展宽、延伸三阶段轧制,粗轧机轧制8道次,开轧温度为1157℃,完成成型、展宽和第一阶段延伸轧制;中间坯料为95mm,精轧机开轧温度950℃,采用6道次轧制,最终轧制成制后33mmх2830mm х12900mm钢板终轧温度867℃。在钢板轧后三阶段冷却,第一阶段设置精轧机辊道速度3.5m/s,空冷时间为25s,第二阶段开冷温度为850℃,冷却速:25-35℃/s,冷却后钢板表面温度为421℃,第三阶段冷却速率12-18℃/s,终冷温度为98℃,控制铁素体和贝氏体比例。回火温度采用660℃,保温时间82Min。
产品实际测量厚度33.12mm,力学检测结果为:屈服强度 Rel:612Mpa,抗拉强度 Rm:700Mpa,屈强比(Rel/ Rm):0.874,延伸率δ:19.5%,冲击功 CVN1:193J,CVN2:201J,CVN3:182J,冷弯:合格。化学成分、力学性能满足国家标准和客户低屈强比要求。

Claims (8)

1.一种低屈强比石油储备罐体用610Mpa高强度钢板,其特征在于,其质量百分比的组成如下:C:0.07~0.13%,Si:0.15~0.35%,Mn:1.45~1.60%,P﹤0.015%,S﹤0.005%,Nb﹤0.030%,V:0.03~0.05%,Ti:0.010~0.020%,Mo:0.08~0.18%,Ni:0.15~0.35%,N﹤0.008%,余量为Fe及不可避免的杂质。
2.权利要求1所述的低屈强比石油储备罐体用610Mpa高强度钢的制造方法,其特征在于,工艺路线如下:KR铁水预处理—转炉冶炼—LF、RH精炼—连铸—缓冷—连铸坯料加热—轧制—三阶段冷却—矫直—精整—回火。
3.权利要求1所述的低屈强比石油储备罐体用610Mpa高强度钢的制造方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)转炉冶炼:包括选配化学成分,C:0.07~0.13%,Si:0.15~0.35%,Mn:1.45~1.60%,P﹤0.015%,S﹤0.005%,Nb﹤0.030%,V:0.03~0.05%,Ti:0.010~0.020%,Mo:0.08~0.18%,Ni:0.15~0.35%,N﹤0.008%,余量为Fe及不可避免的杂质;
(2)LF、RH精炼:为了控制气体含量及控制合金元素,采用LF+RH精炼,保证软吹时间、RH精炼真空度和真空处理时间;
(3)连铸:严格全程保护浇注,中液面稳定;
(4)轧制成型:采用控制轧制模式,对连铸坯料加热,加热温度1180℃-1250℃,加热温度8-10分钟/厘米,进行两阶段控制轧制;
(5)预矫直:采用5辊预矫直机进行高温矫直,降低钢板头尾翘曲和保证进入水冷系统钢板平直;
(6)三阶段冷却:第一阶段空冷,轧制后钢板进入水冷系统前进行空冷,冷速1-2℃/S,第一阶段空冷后钢板为830℃-840℃;第二阶段高冷速水冷,采用高水压5bar进行高速冷却,冷却速度20-40℃/S;第三阶段低冷速水冷,采用低水压1.5bar进行低冷速冷却,冷却速度10-20℃/S,最终钢板冷却到25℃-100℃;
(7)矫直:采用9辊矫直机进行矫直,降低钢板内部和表面残余应力;
(8)回火:选择660-685℃回火,回火系数2.5-3.0。
4.根据权利要求3所述的低屈强比石油储备罐体用610Mpa高强度钢的制造方法,其特征在于,所述步骤(4)中连铸钢坯经过粗轧机第一阶段轧制后,中间坯料厚度为55-105mm,最终成品钢板厚度为14mm-40mm。
5.根据权利要求3所述的低屈强比石油储备罐体用610Mpa高强度钢的制造方法,其特征在于,所述步骤(4)中粗轧开轧温度1120℃-1180℃,粗轧终轧温度1050℃-1100℃。
6.根据权利要求3所述的低屈强比石油储备罐体用610Mpa高强度钢的制造方法,其特征在于,所述步骤(4)精轧开轧在980℃-1030℃,精轧终轧温度850℃-900℃。
7.据权利要求3所述的低屈强比石油储备罐体用610Mpa高强度钢的制造方法,其特征在于,所述(4)中,精轧阶段最后三道次小压下量轧制策略,采用双道次轧制,减少头尾翘曲,保证轧制后钢板板形良好,顺利进入预矫直机。
8.据权利要求3所述的低屈强比石油储备罐体用610Mpa高强度钢的制造方法,其特征在于,所述步骤(1)、步骤(2)中,炼钢过程通过转炉、LF和RH控制P、S含量,要求P控制在120PPm以下,S控制在30PPm。
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