CN104611629A - 一种正火抗酸压力容器钢板及其制造方法 - Google Patents

一种正火抗酸压力容器钢板及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于钢铁材料及其制造技术领域，公开了一种正火抗酸压力容器钢板及其制造方法，该钢板的组份及质量百分比为：C 0.10-0.20%、Mn 0.6-1.10%、Si 0.10-0.40%、P≤0.010%、S≤0.002%、Nb≤0.04%、V≤0.06%、Ti≤0.04%、0.01-0.06%Al、N≤0.0060%、H≤0.00020%，添加Nb、V、Ti中任意两种或以上，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明配方及制造方法设计合理，钢板晶粒细小，无带状组织，强度满足要求，厚度方向性能优异，低温韧性较好，抗酸性能优异。

Description

一种正火抗酸压力容器钢板及其制造方法
技术领域
本发明属于钢铁材料制造领域，涉及一种正火抗酸压力容器钢板，具体地说是一种正火抗酸压力容器钢板及其制造方法。
背景技术
随着全球经济的快速发展，压力容器大型化、高参数化的趋势日益明显，使用条件和环境越来越苛刻，对钢板的厚度要求越来越厚，相应地对压力容器用钢板的技术要求也不断提高。中国的压力容器设备制造行业在技术和装备上也日趋成熟。近年来，在石油化工行业出现H2S引发的事故有很多，因此有具有一定抗氢致开裂(HIC)和抗硫化物应力腐蚀开裂(SSC)的压力容器钢需求量大幅增加。如何有效提高抗酸容器钢抗酸性能是本领域技术人员一直需要解决的技术问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种一种正火抗酸压力容器钢板及其制造方法，能够制备横向屈服强度≥220MPa，高塑性，优异低温韧性，优异抗HIC、SSC性能的压力容器钢板。
本发明解决以上技术问题的技术方案是：
一种正火抗酸压力容器钢板，该钢板的成分及质量百分比为：C：0.10-0.20％、Mn：0.6-1.10％、Si：0.10-0.40％、0.004％≤P≤0.010％、0.0005％≤S≤0.002％、0.01％≤Nb≤0.04％、0.02％≤V≤0.06％、0.01％≤Ti≤0.04％、Al：0.01-0.06％、N≤0.0060％、H≤0.00020％，其中Nb、V、Ti三种成分中必须保证有任意两种或以上，余量为Fe和不可避免的杂质；
该钢板中第一相为铁素体，第二相为珠光体，在表面至1/4厚度处第二相体积百分数为3.5-7.0％，1/4厚度至中心第二相体积百分数为8.0-12.0％，且无带状组织。
正火抗酸压力容器钢板的制造方法，包含以下步骤：
a)铁水预处理：
采用Mg粉或Mg粉+CaO将铁水中硫含量降到0.002％以下，铁水预处理后的温度≥1250℃；
b)顶底复吹转炉冶炼；
终点成分控制要求：P≤0.006％，N≤0.0025％；终点温度控制在1600-1640℃；钢包温度控制在1570-1590℃；出钢过程全部大气量搅拌，气量为400-600L/min，出完钢后小气量搅拌，气量为10-50L/min；
c)LF炉精炼：
电极埋弧及微正压操作，防止增氮和增碳；使用大功率供电，功率为8000W-12000W，通电时间控制在8min，LF处理后喂纯Ca线；
d)RH真空脱气处理：
RH高真空度≤5.0mbar，保持时间≥20min；真空结束后对钢水进行钙处理，钙处理后对钢水进行静搅拌处理，软吹时间≥18min；
e)连铸：
稳定控制拉速，结晶器液面波动控制在±3mm以内，中包过热度控制在20℃以内；
f)板坯经热机械控制轧制控制冷却过程制备钢板：
粗轧终了温度为1000-1100℃，精轧开始温度为830-860℃，终轧温度为770-830℃，粗轧厚度方向压下率为大于50％，精轧厚度方向压下率大于65％，热轧后以5-15℃/s冷至600-700℃，得到钢板；钢板轧后堆冷，堆冷时间不小于48小时；
g)钢板经正火处理制备抗酸压力容器钢板：
热轧板经850-950℃保温气雾冷却制备抗酸容器钢板。
本发明进一步限定的技术方案是：
前述的正火抗酸压力容器钢板，其中该钢板在表面至1/4厚度处铁素体平均晶粒直径为4.0-6.5μm，珠光体团平均直径为4.0-5.5μm，1/4厚度至中心处铁素体平均晶粒直径为7.0-9.5μm，珠光体团平均直径为5.0-6.5μm。
前述的正火抗酸压力容器钢板，其中该钢板厚度大于40mm。
前述的正火抗酸压力容器钢板，其中该钢板的横向抗拉强度≥415MPa，横向屈服强度≥220MPa，横向延伸率≥25％，厚度方向断面收缩率≥50％，-20℃夏比冲击功≥150J；抗氢致开裂(HIC)试验裂纹长度率CLR≦15％，裂纹厚度率CTR≦5％，裂纹敏感率CSR≦2％；抗硫化物应力腐蚀开裂(SSC)试验，加载0.9AYS(AYS实际屈服强度)，样本的拉应力区通过10倍放大后无裂纹和无表面裂缝。
前述的正火抗酸压力容器钢板的制造方法，通过热机械控制轧制控制冷却工艺和正火工艺的控制，得到合理的两相比及细小铁素体和弥散分布的珠光体，具体为钢板中第一相为铁素体，第二相为珠光体，在表面至1/4厚度处第二相体积百分数为3.5-7.0％，1/4厚度至中心第二相体积百分数为8.0-12.0％，且无带状组织，提高了钢板的抗酸性能、厚度方向性能及低温韧性。
在解决以上技术问题时，申请人研究发现，通过对夹杂物进行变性处理及降低S、P含量及微观组织控制能有效提高抗酸容器钢抗酸性能。
本发明钢成分中Al及Nb、V、Ti含量的控制起到的作用是：本发明钢板含C、Si、Mn元素，添加Al及Nb、V、Ti中任意两种或以上可细晶强化及析出强化，且成本低廉；并通过结合LF、RH、连铸工艺控制钢水纯净度，采用二阶段控制轧制、ACC控冷及正火热处理的工艺可以得到铁素体加珠光体组织，成功生产出正火抗酸压力容器钢板，钢板具有良好的强韧性及抗酸性能。
本发明钢成分中P和S含量的控制起到的作用是：钢在凝固过程中会产生P的富集，形成偏析带，造成性能下降，因此本发明钢控制P的质量分数低于0.010％；S与Mn生成的MnS夹杂极易形成HIC和SSC，因本发明钢S的质量分数低于0.002％；过高的C、Mn量会形成脆硬的马氏体/贝氏体板条和珠光体带，板条界成为H的捕获点，易形成HIC和SSC裂纹，本发明钢C、Mn、Si含量较低，通过Nb、V、Ti、Al的细晶强化及固溶强化，提高强韧性，同时提高了钢的抗HIC和SSC性能。
本发明热机械控制轧制控制冷却工艺和正火工艺的控制起到的作用是：厚规格钢板在轧制过程中钢板厚度方向变形量差异较大，冷却过程中沿板厚度的冷却速度差异较大，从而导致沿厚度截面的铁素体晶粒直径、体积分数变化较大，在中心区域容易形成带状组织；由于钢板表面变形高于心部，且冷速高于心部，铁素体晶粒直径由表面到中心逐渐增加，珠光体体积分数由表面向心部逐渐增加；本发明通过热机械控制轧制控制冷却工艺和正火工艺的控制，得到合理的两相比及细小铁素体和弥散分布的珠光体，无带状组织出现，提高了抗酸性能、厚度方向性能及低温韧性，从而达到通过微观组织控制有效提高抗酸容器钢抗酸性能的目的。
总之，本发明通过成分优化、铸坯质量控制、TMCP工艺优化、正火工艺优化，可明显细化铁素体晶粒，避免带状组织的形成。
附图说明
图1为本发明实施例1钢板的微观组织。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步详细介绍，但本发明的保护范围并不局限于此。各实施例正火抗酸压力容器钢板的成分及百分比见表1。各实施例正火抗酸压力容器钢板两相比及铁素体晶粒直径及珠光体团直径如表2所示。各实施例正火抗酸压力容器钢板的性能如表3所示。
表1 钢板的化学成分(质量分数，％)
表2 两相比及铁素体晶粒直径及珠光体团直径
表3 抗酸压力容器钢板的性能
由表1、表2和表3可见，本发明钢种钢质纯净，有良好的强度、塑性及低温韧性、抗HIC性能和抗SSC性能，可用于制造低温环境下使用的石化行业压力容器设备。
实施例1
目标产物中各元素的质量分数如表1中实施例1所示。实施例1中正火抗酸压力容器钢板的制备方法，包含以下步骤：
a)经铁水预处理、顶底复吹转炉冶炼、LF炉精炼、RH真空脱气处理、连铸各组份及质量百分比的板坯；
b)板坯经热机械控制轧制控制冷却过程制备热轧钢板：
粗轧终了温度为1000-1100℃，精轧开始温度为830-860℃，终轧温度为770-830℃，粗轧厚度方向压下率为大于50％，精轧厚度方向压下率大于65％。热轧后以5-15℃/s冷至600-700℃，得到钢板。钢板轧后堆冷，堆冷时间不小于48小时；
c)热轧板经850-950℃保温气雾冷却制备抗酸容器钢板。
两相比及铁素体晶粒直径及珠光体团直径如表2实施例1所示。性能如表3实施例1所示。实施例1钢板的微观组织如图1所示，实施例1的组织为铁素体加珠光体组织。
实施例2
目标产物中各元素的质量分数如表1中实施例2所示。实施例2中正火抗酸压力容器钢板的制备方法，包含以下步骤：
a)经铁水预处理、顶底复吹转炉冶炼、LF炉精炼、RH真空脱气处理、连铸各组份及质量百分比的板坯；
b)板坯经热机械控制轧制控制冷却过程制备热轧钢板：
粗轧终了温度为1000-1100℃，精轧开始温度为830-860℃，终轧温度为770-830℃，粗轧厚度方向压下率为大于50％，精轧厚度方向压下率大于65％。热轧后以5-15℃/s冷至600-700℃，得到钢板。钢板轧后堆冷，堆冷时间不小于48小时；
c)热轧板经850-950℃保温气雾冷却制备抗酸容器钢板。
两相比及铁素体晶粒直径及珠光体团直径如表2实施例2所示。性能如表3实施例2所示。
实施例3
目标产物中各元素的质量分数如表1中实施例3所示。实施例3中正火抗酸压力容器钢板的制备方法，包含以下步骤：
a)经铁水预处理、顶底复吹转炉冶炼、LF炉精炼、RH真空脱气处理、连铸各组份及质量百分比的板坯；
b)板坯经热机械控制轧制控制冷却过程制备热轧钢板：
粗轧终了温度为1000-1100℃，精轧开始温度为830-860℃，终轧温度为770-830℃，粗轧厚度方向压下率为大于50％，精轧厚度方向压下率大于65％。热轧后以5-15℃/s冷至600-700℃，得到钢板。钢板轧后堆冷，堆冷时间不小于48小时；
c)热轧板经850-950℃保温气雾冷却制备抗酸容器钢板。
两相比及铁素体晶粒直径及珠光体团直径如表2实施例3所示。性能如表3实施例3所示。
实施例4
目标产物中各元素的质量分数如表1中实施例4所示。实施例4中正火抗酸压力容器钢板的制备方法，包含以下步骤：
a)经铁水预处理、顶底复吹转炉冶炼、LF炉精炼、RH真空脱气处理、连铸各组份及质量百分比的板坯；
b)板坯经热机械控制轧制控制冷却过程制备热轧钢板：
粗轧终了温度为1000-1100℃，精轧开始温度为830-860℃，终轧温度为770-830℃，粗轧厚度方向压下率为大于50％，精轧厚度方向压下率大于65％。热轧后以5-15℃/s冷至600-700℃，得到钢板。钢板轧后堆冷，堆冷时间不小于48小时；
c)热轧板经850-950℃保温气雾冷却制备抗酸容器钢板。
两相比及铁素体晶粒直径及珠光体团直径如表2实施例4所示。性能如表3实施例4所示。
实施例5
目标产物中各元素的质量分数如表1中实施例5所示。实施例5中正火抗酸压力容器钢板的制备方法，包含以下步骤：
a)经铁水预处理、顶底复吹转炉冶炼、LF炉精炼、RH真空脱气处理、连铸各组份及质量百分比的板坯；
b)板坯经热机械控制轧制控制冷却过程制备热轧钢板：
粗轧终了温度为1000-1100℃，精轧开始温度为830-860℃，终轧温度为770-830℃，粗轧厚度方向压下率为大于50％，精轧厚度方向压下率大于65％。热轧后以5-15℃/s冷至600-700℃，得到钢板。钢板轧后堆冷，堆冷时间不小于48小时；
c)热轧板经850-950℃保温气雾冷却制备抗酸容器钢板。
两相比及铁素体晶粒直径及珠光体团直径如表2实施例5所示。性能如表3实施例5所示。
实施例6
目标产物中各元素的质量分数如表1中实施例6所示。实施例6中正火抗酸压力容器钢板的制备方法，包含以下步骤：
a)经铁水预处理、顶底复吹转炉冶炼、LF炉精炼、RH真空脱气处理、连铸各组份及质量百分比的板坯；
b)板坯经热机械控制轧制控制冷却过程制备热轧钢板：
粗轧终了温度为1000-1100℃，精轧开始温度为830-860℃，终轧温度为770-830℃，粗轧厚度方向压下率为大于50％，精轧厚度方向压下率大于65％。热轧后以5-15℃/s冷至600-700℃，得到钢板。钢板轧后堆冷，堆冷时间不小于48小时；
c)热轧板经850-950℃保温气雾冷却制备抗酸容器钢板。
两相比及铁素体晶粒直径及珠光体团直径如表2实施例6所示。性能如表3实施例6所示。
实施例7
目标产物中各元素的质量分数如表1中实施例7所示。实施例7中正火抗酸压力容器钢板的制备方法，包含以下步骤：
a)经铁水预处理、顶底复吹转炉冶炼、LF炉精炼、RH真空脱气处理、连铸各组份及质量百分比的板坯；
b)板坯经热机械控制轧制控制冷却过程制备热轧钢板：
粗轧终了温度为1000-1100℃，精轧开始温度为830-860℃，终轧温度为770-830℃，粗轧厚度方向压下率为大于50％，精轧厚度方向压下率大于65％。热轧后以5-15℃/s冷至600-700℃，得到钢板。钢板轧后堆冷，堆冷时间不小于48小时；
c)热轧板经850-950℃保温气雾冷却制备抗酸容器钢板。
两相比及铁素体晶粒直径及珠光体团直径如表2实施例7所示。性能如表3实施例7所示。
实施例8
目标产物中各元素的质量分数如表1中实施例8所示。实施例8中正火抗酸压力容器钢板的制备方法，包含以下步骤：
a)经铁水预处理、顶底复吹转炉冶炼、LF炉精炼、RH真空脱气处理、连铸各组份及质量百分比的板坯；
b)板坯经热机械控制轧制控制冷却过程制备热轧钢板：
粗轧终了温度为1000-1100℃，精轧开始温度为830-860℃，终轧温度为770-830℃，粗轧厚度方向压下率为大于50％，精轧厚度方向压下率大于65％。热轧后以5-15℃/s冷至600-700℃，得到钢板。钢板轧后堆冷，堆冷时间不小于48小时；
c)热轧板经850-950℃保温气雾冷却制备抗酸容器钢板。
两相比及铁素体晶粒直径及珠光体团直径如表2实施例8所示。性能如表3实施例8所示。
实施例9
目标产物中各元素的质量分数如表1中实施例9所示。实施例9中正火抗酸压力容器钢板的制备方法，包含以下步骤：
a)经铁水预处理、顶底复吹转炉冶炼、LF炉精炼、RH真空脱气处理、连铸各组份及质量百分比的板坯。
b)板坯经热机械控制轧制控制冷却过程制备热轧钢板：
粗轧终了温度为1000-1100℃，精轧开始温度为830-860℃，终轧温度为770-830℃，粗轧厚度方向压下率为大于50％，精轧厚度方向压下率大于65％。热轧后以5-15℃/s冷至600-700℃，得到钢板。钢板轧后堆冷，堆冷时间不小于48小时；
c)热轧板经850-950℃保温气雾冷却制备抗酸容器钢板。
两相比及铁素体晶粒直径及珠光体团直径如表2实施例9所示。性能如表3实施例9所示。
实施例10
目标产物中各元素的质量分数如表1中实施例10所示。实施例10中正火抗酸压力容器钢板的制备方法，包含以下步骤：
a)经铁水预处理、顶底复吹转炉冶炼、LF炉精炼、RH真空脱气处理、连铸各组份及质量百分比的板坯；
b)板坯经热机械控制轧制控制冷却过程制备热轧钢板：
粗轧终了温度为1000-1100℃，精轧开始温度为830-860℃，终轧温度为770-830℃，粗轧厚度方向压下率为大于50％，精轧厚度方向压下率大于65％。热轧后以5-15℃/s冷至600-700℃，得到钢板。钢板轧后堆冷，堆冷时间不小于48小时；
c)热轧板经850-950℃保温气雾冷却制备抗酸容器钢板。
两相比及铁素体晶粒直径及珠光体团直径如表2实施例10所示。性能如表3实施例10所示。
由实施例可知：本发明合金元素含量低，制备成本低廉；铁素体晶粒及珠光体团细小均匀，无带状组织；具有优异的强度、塑性、低温韧性和抗HIC、SSC性能。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种正火抗酸压力容器钢板，其特征在于：该钢板的成分及质量百分比为：C：0.10-0.20%、Mn：0.6-1.10%、Si：0.10-0.40%、0.004%≤P≤0.010%、0.0005%≤S≤0.002%、0.01%≤Nb≤0.04%、0.02%≤V≤0.06%、0.01%≤Ti0.04%、Al：0.01-0.06%、N≤0.0060%、H≤0.00020%，其中Nb、V、Ti三种成分中必须保证有任意两种或以上，余量为Fe和不可避免的杂质；
该钢板中第一相为铁素体，第二相为珠光体，在表面至1/4厚度处第二相体积百分数为3.5-7.0%，1/4厚度至中心第二相体积百分数为8.0-12.0%，且无带状组织。
2.如权利要求1所述的正火抗酸压力容器钢板，其特征在于：该钢板在表面至1/4厚度处铁素体平均晶粒直径为4.0-6.5μm，珠光体团平均直径为4.0-5.5μm，1/4厚度至中心处铁素体平均晶粒直径为7.0-9.5μm，珠光体团平均直径为5.0-6.5μm。
3.如权利要求1所述的正火抗酸压力容器钢板，其特征在于：该钢板厚度大于40mm。
4.如权利要求1或2或3所述的正火抗酸压力容器钢板，其特征在于：该钢板的横向抗拉强度≥415MPa，横向屈服强度≥220 MPa，横向延伸率≥25％，厚度方向断面收缩率≥50%， -20℃夏比冲击功≥150J；抗氢致开裂试验裂纹长度率CLR≦15%，裂纹厚度率CTR≦5%，裂纹敏感率CSR≦2%；抗硫化物应力腐蚀开裂试验，加载0.9AYS样本的拉应力区通过10倍放大后无裂纹和无表面裂缝。
5.如权利要求1-3中任一权利要求所述的正火抗酸压力容器钢板的制造方法，其特征在于：包含以下步骤：
a) 铁水预处理：
采用Mg粉或Mg粉+CaO将铁水中硫含量降到0.002%以下，铁水预处理后的温度≥1250℃；
b) 顶底复吹转炉冶炼；
终点成分控制要求：P≤0.006%，N≤0.0025%；终点温度控制在1600-1640℃；钢包温度控制在1570-1590℃；出钢过程全部大气量搅拌，气量为400-600 L/min，出完钢后小气量搅拌，气量为10-50 L/min；
c)  LF炉精炼：
电极埋弧及微正压操作，防止增氮和增碳；使用大功率供电，功率为8000W-12000W，通电时间控制在8min，LF处理后喂纯Ca线；
d)  RH真空脱气处理：
RH高真空度≤5.0mbar，保持时间≥20min；真空结束后对钢水进行钙处理，钙处理后对钢水进行静搅拌处理，软吹时间≥18min；
e) 连铸：
稳定控制拉速，结晶器液面波动控制在±3mm以内，中包过热度控制在20℃以内；
f) 板坯经热机械控制轧制控制冷却工艺制备钢板：
粗轧终了温度为1000-1100℃，精轧开始温度为830-860℃，终轧温度为770-830℃，粗轧厚度方向压下率为大于50%，精轧厚度方向压下率大于65%，热轧后以5-15℃/s冷至600-700℃，得到钢板；钢板轧后堆冷，堆冷时间不小于48小时；
g) 钢板经正火处理制备抗酸压力容器钢板：
热轧板经850-950℃保温气雾冷却制备抗酸容器钢板。
6.如权利要求5所述的正火抗酸压力容器钢板的制造方法，其特征在于：通过热机械控制轧制控制冷却工艺和正火工艺的控制，得到合理的两相比及细小铁素体和弥散分布的珠光体，具体为钢板中第一相为铁素体，第二相为珠光体，在表面至1/4厚度处第二相体积百分数为3.5-7.0%，1/4厚度至中心第二相体积百分数为8.0-12.0%，且无带状组织，提高了钢板的抗酸性能、厚度方向性能及低温韧性。
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