CN105710152A - 一种特厚规格临氢设备用钢板的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种特厚规格临氢设备用钢板的生产方法，采用连铸坯表面处理、电子束复合焊接、加热轧制及热处理工艺，以连铸坯为原料，通过电子束真空复合焊接，获得厚度600～900mm的连铸复合坯，将连铸复合坯经加热、开坯、缓冷和两阶段控制轧制以及正火+加速冷却+回火的热处理，生产出厚度100～300mm的特厚规格临氢设备用钢板。本发明具有生产周期短，成材率高，生产成本低，表面及内部质量稳定，成品钢板不同厚度位置，特别是钢板中心各项性能优异的特点。
Description
技术领域
本发明属于钢铁冶金技术领域，特别涉及一种特厚规格(厚度≥100mm)临氢设备用钢板的生产方法。
背景技术
石油、化工、煤炭液化等行业主要生产设施有容器和管道，此类容器内主要为含氢的气态或液态介质，这些介质在高温高压下完成合成或裂解等化学反应，这类容器通常称为临氢设备。而临氢设备的制造材料均选用Cr-Mo钢，在制造临氢设备的厚钢板中，使用数量最多的就是100mm以上钢板。目前，国内市场上100mm以上厚度规格的钢板生产厂家寥寥无几，市场供应量很少，如果采购国外钢板，则不仅价格昂贵且进货周期较长，无法保证设备的正常制造。
目前，最常用的临氢设备用Cr-Mo钢主要是2.25Cr-1Mo，即12Cr2Mo1R钢。通过专利检索，目前相类似的专利共有6个。其申请号分别201310060113.6、201110095308.5、201010598263.9、201010289116.3、201110190491.7和201310083418.9。这些专利中，对于临氢设备用钢的生产都是采用大型钢锭来生产厚度100mm以上的成品钢板。而钢锭相比于连铸坯，存在诸多问题。例如，钢锭生产占用的场地较大，生产周期较长，成材率较低；有些钢锭需要进行开坯，增加了加热炉的使用次数，造成成本升高；特别是特大钢锭内部的夹杂、疏松和中心偏析较为严重，很难通过轧制变形予以消除。
因此，针对国内现有的特厚规格临氢设备用钢的生产工艺，亟需开发生产周期短、成材率较高、生产成本低、内部和表面质量良好的100mm以上厚度规格临氢设备用钢的生产方法。
发明内容
本发明的目的旨在克服现有技术中以钢锭或钢坯为原料生产特厚规格临氢设备用钢的缺陷，从而提供一种以连铸坯为原料，通过真空复合轧制来生产100～300mm特厚临氢设备用钢板的方法。
为此，本发明所采取的解决方案是：
一种特厚规格临氢设备用钢板的生产方法，其特征在于，以连铸坯为原料，采用电子束真空焊接，获得厚度600～900mm的连铸复合坯，并以此连铸复合坯生产厚度100～300mm的特厚规格临氢设备用钢板，工艺包括：连铸坯表面处理、电子束复合焊接、加热轧制及热处理工艺，其具体生产方法为：
1、连铸坯表面处理：将连铸坯待复合面及四个侧面进行清理，去除表面氧化铁皮，表面粗糙度达到6.3μm以上，表面清理完成后马上用丙酮进行擦拭，去除清理面留下的油污；清理后迅即进行真空焊接。
2、电子束复合焊接：焊接在真空室中进行，首先用电子束对待焊表面进行预热，当预热温度达到100～150℃后再正式进行复合焊接，焊接电压50～250kV，焊接电流20～180mA，焊接速度50～300mm/min。
3、加热轧制：将焊接后的复合连铸坯放入室式炉内加热至1200～1250℃，保温15h；出炉后进行二次开坯，开坯后坯料的厚度为成品钢板厚度的1.5～2倍；将开坯后的坯料在冷床上缓冷至400～700℃后，≤300mm送至步进式加热炉,＞300mm送至室式炉,加热至1200～1250℃，保温6h；然后采用两阶段控轧工艺：第一阶段为奥氏体再结晶阶段，温度区间在1150～980℃，前两道次的压下率大于18％，其余道次压下量为10～30％，累计压下率≥68％；第二阶段为奥氏体未再结晶阶段，开轧温度≤900℃，累计压下率≥50％；轧后钢板经过在线层流冷却装置进行在线冷却，泛红温度为500～600℃；其后钢板下线进行堆垛缓冷，以防止钢板内应力来不及释放而形成内裂纹。
4、热处理：采用正火+加速冷却+回火的热处理工艺，正火温度910～950℃，保温时间为2～2.5min/mm；当成品钢板的厚度小于150mm时，采用淬火机组进行分段冷却，其中高压段冷却水压为6.5～8.5bar，水量为3500～4000m3/h；低压段冷却水压为4.5～5.5bar，水量为3000～3500m3/h；当成品钢板厚度在150～300mm时，采用淬火槽进行快速冷却，钢板倾斜式进入淬火槽内2～3min，随后出水空冷至室温；回火温度700～740℃，保温时间为4～4.5min/mm。
本发明的有益效果为：
本发明采用连铸坯复合生产100～300mm特厚规格临氢设备用钢板，具有生产周期短，成材率高(与连铸坯相当)，生产成本低，表面及内部质量稳定，成品钢板不同厚度位置，特别是钢板中心各项性能优异的特点。
具体实施方式
本发明采用真空复合连铸坯，5500mm宽厚板轧机轧制的方法生产100～300mm特厚临氢设备用12Cr2Mo1R钢板，其化学成分为：C：0.12％，Si：0.13％，Mn：0.51％，Cr：2.18％，Mo：1.02％，P：0.0062％，S：0.0023％，As：0.0028％，Sn：0.0005％，Sb：0.0004％。其具体工艺流程为：连铸坯表面处理工序、电子束复合焊接工序、加热轧制工序、热处理工序。
实施例1：
成品钢板厚度100mm。
1.连铸坯表面处理工序：两块待复合连铸坯断面厚度均为300mm，待复合面及四个侧面进行清理后其表面粗糙度达到6.3μm，然后用丙酮擦拭加工面，防止再次氧化。
2.电子束复合焊接工序：焊接在真空室中进行，用电子束对待焊表面进行预热，当预热温度达到120℃时再正式进行复合焊接，焊接电压65kV，焊接电流50mA，焊接速度80mm/min，焊接后复合连铸坯厚度为460mm。
3.加热轧制工序：复合连铸坯入室式炉加热，加热至1230℃保温10小时后出炉进行开坯，坯料厚度为200mm，随后在冷床缓冷至450℃后送入步进式加热炉加热，加热温度1230℃，保温6小时。然后采用两阶段控轧，第一阶段前两道次压下量分别为18％和20％，累计压下率为70％，第二阶段开轧温度890℃，累计压下率为52％；轧后钢板进行在线层流冷却，泛红温度为545℃；随后下线进行堆垛缓冷。
4.热处理工序：采用正火+加速冷却+回火的热处理工艺，正火温度910℃，保温时间为2min/mm，采用淬火机组进行分段冷却，其中高压段冷却水压为6.5bar，水量为3520m3/h，低压段冷却水压为4.5bar，水量为3051m3/h；回火温度710℃，保温时间为4min/mm。
实施例2：
成品钢板厚度200mm。
1.连铸坯的表面处理工序：两块待复合连铸坯断面厚度为300mm，待复合面及四个侧面进行清理后其表面粗糙度达到6.3μm，然后用丙酮擦拭加工面，防止再次氧化。
2.电子束复合焊接工序：焊接在真空室中进行，用电子束对待焊表面进行预热，当预热温度达到120℃时再正式进行复合焊接，焊接电压145KV，焊接电流100mA，焊接速度120mm/min。焊接后复合连铸坯厚度为600mm。
3.加热轧制工序：复合连铸坯在入室式炉加热，加热至1250℃保温10小时后出炉进行开坯，坯料厚度为300mm，随后在冷床缓冷至560℃后送入步进式加热炉加热，加热温度1250℃，保温6小时。然后采用两阶段控轧，第一阶段前两道次压下量分别为21％和19％，累计压下率为74％，第二阶段开轧温度870℃，累计压下率为51％；轧后钢板进行在线层流冷却，泛红温度为568℃；随后下线进行堆垛缓冷。
4.热处理工序：采用正火+加速冷却+回火的热处理工艺，正火温度930℃，保温时间为2min/mm，采用淬火槽进行快速冷却，钢板倾斜式进入淬火槽内2分钟，出水温度为730℃，随后空冷至室温；回火温度720℃，保温时间为4min/mm。
实施例3：
成品钢板厚度为300mm。
1.连铸坯的表面处理工序：三块待复合连铸坯断面厚度为300mm，待复合面及四个侧面进行清理后其表面粗糙度达到3.2μm，然后用丙酮擦拭加工面，防止再次氧化。
2.电子束复合焊接工序：焊接在真空室中进行，用电子束对待焊表面进行预热，当预热温度达到120℃时再正式进行复合焊接，焊接电压230KV，焊接电流175mA，焊接速度270mm/min。焊接后复合连铸坯厚度为900mm。
3.加热轧制工序：复合连铸坯在入室式炉加热，加热至1250℃保温10小时后出炉进行开坯，坯料厚度为450mm，随后在冷床缓冷至610℃后送入室式炉加热，加热温度1250℃，保温6小时。然后采用两阶段控轧，第一阶段前两道次压下量分别为20％和18％，累计压下率为70％，第二阶段开轧温度850℃，累计压下率为50％；轧后钢板进行在线层流冷却，泛红温度为585℃；随后下线进行堆垛缓冷。
4.热处理工序：采用正火+加速冷却+回火的热处理工艺，正火温度950℃，保温时间为2.5min/mm，采用淬火槽进行快速冷却，钢板倾斜式进入淬火槽内3分钟，出水温度为710℃，随后空冷至室温；回火温度740℃，保温时间为4.5min/mm。
分别对实施例1～3的钢板进行力学性能检测，其钢板厚度1/2处常规力学性能结果见表1，钢板Z向力学性能检验结果见表2，钢板厚度1/4处高温拉伸检验结果见表3。
表1实施例钢板厚度1/2处常规力学性能检验结果
表2实施例钢板Z向力学性能检验结果
表3实施例钢板厚度1/4处高温拉伸检验结果
Claims (1)
1.一种特厚规格临氢设备用钢板的生产方法，其特征在于，以连铸坯为原料，采用电子束真空焊接，获得厚度600～900mm的连铸复合坯，并以此连铸复合坯生产厚度100～300mm的特厚规格临氢设备用钢板，工艺包括：连铸坯表面处理、电子束复合焊接、加热轧制及热处理工艺，其具体生产方法为：
(1)连铸坯的表面处理：将连铸坯待复合面及四个侧面进行清理，去除表面氧化铁皮，表面粗糙度达到6.3μm以上，表面清理完成后马上用丙酮进行擦拭，去除清理面留下的油污；清理后迅即进行真空焊接；
(2)电子束复合焊接：焊接在真空室中进行，首先用电子束对待焊表面进行预热，当预热温度达到100～150℃后再正式进行复合焊接，焊接电压50～250kV，焊接电流20～180mA，焊接速度50～300mm/min；
(3)加热轧制：将焊接后的复合连铸坯放入室式炉内加热至1200～1250℃，保温15h；出炉后进行二次开坯，开坯后坯料的厚度为成品钢板厚度的1.5～2倍；将开坯后的坯料在冷床上缓冷至400～700℃后，≤300mm送至步进式加热炉,＞300mm送至室式炉,加热至1200～1250℃，保温6h；然后采用两阶段控轧工艺：第一阶段为奥氏体再结晶阶段，温度区间在1150～980℃，前两道次的压下率大于18％，其余道次压下量为10～30％，累计压下率≥68％；第二阶段为奥氏体未再结晶阶段，开轧温度≤900℃，累计压下率≥50％；轧后钢板经过在线层流冷却装置进行在线冷却，泛红温度为500～600℃；其后钢板下线进行堆垛缓冷；
(4)热处理：采用正火+加速冷却+回火的热处理工艺，正火温度910～950℃，保温时间为2～2.5min/mm；当成品钢板的厚度小于150mm时，采用淬火机组进行分段冷却，其中高压段冷却水压为6.5～8.5bar，水量为3500～4000m3/h；低压段冷却水压为4.5～5.5bar，水量为3000～3500m3/h；当成品钢板厚度在150～300mm时，采用淬火槽进行快速冷却，钢板倾斜式进入淬火槽内2～3min，随后出水空冷至室温；回火温度700～740℃，保温时间为4～4.5min/mm。
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