CN105861946B - 石化管线用SA387Gr11Cl1钢板及其生产方法 - Google Patents

石化管线用SA387Gr11Cl1钢板及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种石化管线用SA387Gr11Cl1钢板及其生产方法，其由以下重量百分含量的成分组成：C 0.08～0.11%，Si 0.50～0.65%，Mn 0.40～0.50%，P≤0.010%，S≤0.008%，Cr 1.10～1.30%，Mo 0.45～0.55%，Ni 0.10～0.14%，Cu≤0.20%，Al 0.025～0.045%，Sb≤0.003%，Sn≤0.010%，As≤0.010%，余量为Fe和不可避免的杂质。本钢板对ASTM A387中的SA387Gr11Cl1钢板的成分配比进行了优化改进，严格控制P、S等杂质元素含量；在具有良好的拉伸性能的同时还兼有优良的低温冲击韧性，具有优良的高温抗蠕变性能以及优异的耐腐蚀性能；具有较高的耐压强度、低温韧性和优良的焊接性能；适用于石化设备高温、高压的恶劣工况条件。

Description

石化管线用SA387Gr11Cl1钢板及其生产方法
技术领域
本发明涉及一种管线用钢，尤其是一种石化管线用SA387Gr11Cl1钢板及其生产方法。
背景技术
石化项目中的各类压力容器均在长时间的高温、高压的复杂恶劣工况下服役，作为与之相配套的部分管线用钢同样需要在严苛的条件下使用，势必造成以往使用的普通管线用钢无法满足现有使用要求。Cr-Mo系列容器用钢板作为常用的制造石化项目关键设备的材料，具有优良的高温性能、低温冲击性能以及优异的耐腐蚀性能，适用于石化设备高温、高压的恶劣工况条件。管线用Cr-Mo系列钢板在使用过程中，除要求普通管线钢所具有较高的耐压强度、低温韧性和优良的焊接性能外，还需要满足具有优良的高温抗蠕变性能以及良好的耐腐蚀性能。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种性能优良的石化管线用SA387Gr11Cl1钢板；本发明还提供了一种石化管线用SA387Gr11Cl1钢板的生产方法。
为解决上述技术问题，本发明由以下重量百分含量的成分组成：C 0.08～0.11%，Si 0.50～0.65%，Mn 0.40～0.50%，P≤0.010%，S≤0.008%，Cr 1.10～1.30%，Mo 0.45～0.55%，Ni 0.10～0.14%，Cu≤0.20%，Al 0.025～0.045%，Sb≤0.003%，Sn≤0.010%，As≤0.010%，余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明所述钢板厚度为10mm～25mm。
本发明中：C含量为0.08～0.11%；C主要与其他元素形成碳化物，起组织强化和析出强化的作用，对钢具有很大的强化作用，提高强度。Mn的含量在 0.40～0.50%；主要对钢具提高强度改善钢的低温韧性作用。Ni的含量在0.10～0.14%；主要作用是提高钢的强度，而不降低其塑性，改善钢的低温韧性。Cr含量1.10～1.30%；主要作用是提高钢的耐热性，提高钢的耐腐蚀性。Mo 0.45～0.55%；主要作用是强化铁素体，提高钢的强度，同时能够提高回火稳定性。杂质元素P、S、Sb、Sn、As等含量上限做出类严苛的规定，在工艺设备能力下尽可能降低，以达到钢质纯净、力学性能良好的目的。
本发明方法包括冶炼、浇铸、加热、轧制、轧后冷却和热处理工序，所述冶炼工序出钢钢水成分的重量百分含量如上所述；所述热处理工序采用正火＋回火处理。
本发明方法所述加热工序：最高加热温度1260℃～1280℃，均热温度1240℃～1260℃。
本发明方法所述轧制工序：采用两阶段轧制工艺；第一阶段开轧温度为1050℃～1100℃，此阶段单道次压下量为15%～25%，累计压下率为35％～50％；第二阶段轧制温度≤890℃，晾钢厚度为2倍～3倍钢板厚度，累计压下率为30％～55％，单道次压下率≥10%不少于3道次。
本发明方法所述轧后冷却工序：钢板轧后空冷，然后下线堆垛冷却，堆垛缓冷的钢板表面开始温度≥450℃，堆垛总时间≥48h。
本发明方法所述热处理工序：正火温度930±10℃、保温时间PLC+10min～PLC+30min，正火后空冷；回火温度760±10℃、保温时间3.5～4min/mm。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明对ASTM A387中的SA387Gr11Cl1钢板的成分配比进行了优化改进，严格控制P、S等杂质元素含量；在具有良好的拉伸性能的同时还兼有优良的低温冲击韧性，具有优良的高温性能以及优异的耐腐蚀性能；具有较高的耐压强度、低温韧性和优良的焊接性能，具有优良的高温抗蠕变性能以及良好的耐腐蚀性能；适用于石化设备高温、高压的恶劣工况条件。
本发明方法采用正火＋回火工艺，所得钢板满足ASME SA578/SA578M探伤标准中B级的要求，钢板力学性能优秀，质量稳定；强度较高，屈服强度在335MPa以上，抗拉强度在455MPa～565MPa；0℃冲击功大于100焦耳；钢板具有纯净度较高、成分均匀、内部致密的特点，力学性能优于标准要求，完全适用于在恶劣工况下服役的石化管线的制造。
具体实施方式
本石化管线用SA387Gr11Cl1钢板采用下述步骤的生产方法生产而成：
（1）冶炼工序：A、初炼：优先选择优质料在电炉进行冶炼，初炼炉出钢条件：P＜0.010%；
B、精炼：将钢水装入LF炉精炼，调整各元素成分；精炼总时间≥60min，白渣保持时间≥30min，确保造渣良好；
C、真空处理：将精炼后的钢水转入真空脱气炉（VD炉）进行真空处理；真空度66Pa以下保持时间≥20min，软吹5min后吊包；出钢钢水成分的重量百分含量为：C 0.08～0.11%，Si 0.50～0.65%，Mn 0.40～0.50%，P≤0.010%，S≤0.008%，Cr 1.10～1.30%，Mo0.45～0.55%，Ni 0.10～0.14%，Cu≤0.20%，Al 0.025～0.045%，Sb≤0.003%，Sn≤0.010%，As≤0.010%，余量为Fe和不可避免的杂质。
（2）连铸工序：将冶炼后的钢水进行连铸作业，得到连铸坯；利用火焰清理，清理掉钢坯表面存在的裂纹、皮下气泡等缺陷。
（3）加热工序：采用均热炉加热；最高加热温度1260℃～1280℃，均热温度1240℃～1260℃，加热过程中不允许某段烧咀全关。
（4）轧制工序：采用再结晶区+未再结晶区两阶段轧制工艺进行轧制；第一阶段开轧温度为1050℃～1100℃，此阶段单道次压下量为15%～25%，累计压下率为35％～50％，抢温轧制尽量增大压下量；第二阶段轧制温度≤890℃，晾钢厚度为2倍～3倍钢板厚度，累计压下率为30％～55％，第II阶段单道次压下率≥10%不少于3道次，轧制后得到半成品钢板。
（5）轧后冷却工序：将轧制后的钢板在冷床上自然冷却，然后下线堆垛冷却，堆垛缓冷的钢板表面开始温度≥450℃；将热处理后的钢板逐张按照ASME SA578/SA578M进行超声波探伤检验，合格级别为B级。
（6）热处理工序：采用正火＋回火处理；
A、正火处理：对探伤合格的钢板进行正火，正火温度930±10℃、保温时间PLC+10min～PLC+30min，正火后空冷；
B、回火处理：对正火处理后的钢板进行回火，回火温度760±10℃、保温时间3.5～4min/mm，回火后即可得到所述的石化管线用SA387Gr11Cl1钢板。
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：本石化管线用SA387Gr11Cl1钢板的具体生产工艺如下所述。
本钢板厚度为14.27mm，由以下重量百分比的成分组成：C 0.10%，Si 0.57%，Mn0.50%，P 0.006%，S 0.003%，Cr 1.14%，Mo 0.49%，Ni 0.13%，Cu 0.02%，Al 0.037%，Sb0.001%，Sn 0.002%，As 0.003%，余量为Fe和不可避免的杂质。
本钢板生产方法的工艺步骤如下所述：（1）冶炼工序：钢水经电炉冶炼、LF炉精炼并调整成分之后，转入真空脱气炉（VD炉）进行真空处理，真空度66Pa以下保持20分钟破坏真空，软吹5分钟后吊包。
（2）浇铸工序：将冶炼后的钢水进行浇铸，采用连铸生产，得到连铸坯。
（3）加热工序：均热炉最高加热温度1280℃，均热温度1260℃。
（4）轧制工序：第一阶段，开轧温度为1080℃，终轧温度960℃，单道次压下量为15%～20%，累计压下率为45%，轧制至钢板厚度为45mm；第二阶段，开轧温度870℃，终轧温度845℃，轧制至目标厚度，单道次压下率大于10%的为3道次，晾钢厚度为3倍钢板厚度，累计压下率为40%。
（5）轧后冷却工序：半成品钢板空冷；及时下线堆垛冷却，钢板表面温度476℃，堆垛总时间48小时。
（6）热处理工序：正火温度935℃、保温时间PLC+20min，正火后空冷；回火温度760℃、保温时间4min/mm，回火后即可得到所述SA387Gr11Cl1钢板。经检测，本钢板的力学性能：屈服强度356MPa，抗拉强度488MPa，延伸率35%，0℃冲击功平均262焦。
实施例2：本石化管线用SA387Gr11Cl1钢板的具体生产工艺如下所述。
本钢板厚度为15.88mm，由以下重量百分比的成分组成：C 0.09%，Si 0.52%，Mn0.45%，P 0.006%，S 0.002%，Cr 1.12%，Mo 0.45%，Ni 0.11%，Cu 0.01%，Al 0.033%，Sb0.001%，Sn 0.001%，As 0.004%，余量为Fe和不可避免的杂质。
本钢板生产方法的工艺步骤如下所述：（1）冶炼工序：钢水经电炉冶炼、LF炉精炼并调整成分，之后转入VD炉进行真空处理，真空度66Pa以下保持25分钟破坏真空，软吹5分钟后吊包。
（2）浇铸工序：将冶炼后的钢水进行连铸，得到连铸坯。
（3）加热工序：均热炉的最高加热温度1280℃，均热温度1250℃。
（4）轧制工序：第一阶段，开轧温度为1050℃，终轧温度940℃，单道次压下量为20%～25%，累计压下率为45%，轧制至钢板厚度为50mm；第二阶段，开轧温度880℃，终轧温度840℃，轧制至目标厚度，单道次压下率≥10%的为4道次，晾钢厚度为3倍钢板厚度，累计压下率为40%。
（5）轧后冷却工序：半成品钢板空冷；及时下线堆垛冷却，钢板表面温度480℃，堆垛总时间48小时。
（6）热处理工序：正火温度930℃、保温时间PLC+20min，正火后空冷；回火温度750℃、保温时间4min/mm，回火后即可得到所述SA387Gr11Cl1钢板。经检测，本钢板的力学性能：屈服强度370MPa，抗拉强度496MPa，延伸率32%，0℃冲击功平均286焦。
实施例3：本石化管线用SA387Gr11Cl1钢板的具体生产工艺如下所述。
本钢板厚度为19.05mm，本钢板是由以下重量百分比的成分组成：C 0.09%，Si0.62%，Mn 0.46%，P 0.005%，S 0.002%，Cr 1.15%，Mo 0.48%，Ni 0.10%，Cu 0.03%，Al0.045%，Sb 0.001%，Sn 0.001%，As 0.003%，余量为Fe和不可避免的杂质。
本钢板生产方法的工艺步骤如下所述：（1）冶炼工序：钢水经电炉冶炼、LF炉精炼并调整成分，之后转入VD炉进行真空处理，真空度66Pa以下保持25分钟破坏真空，软吹5分钟后吊包。
（2）浇铸工序：将冶炼后的钢水进行模铸，得到钢锭。
（3）加热工序：均热炉的最高加热温度1280℃，均热温度1240℃。
（4）轧制工序：第一阶段，开轧温度为1100℃，单道次压下量为15%～20%，累计压下率为40%；第二阶段，开轧温度850℃，终轧温度820℃，轧制至目标厚度，单道次压下率不小于10%的为3道次，晾钢厚度为3倍钢板厚度，累计压下率为30%。
（5）轧后冷却工序：半成品钢板空冷；及时下线堆垛冷却，钢板表面温度480℃，堆垛总时间50小时。
（6）热处理工序：正火温度940℃、保温时间PLC+20min，正火后空冷；回火温度760℃、保温时间3.5min/mm，回火后即可得到所述SA387Gr11Cl1钢板。经检测，本钢板的力学性能：屈服强度346MPa，抗拉强度472MPa，延伸率35%，0℃冲击功平均300焦。
多批次试验例：按照本实施例3的成分配比以及制备工艺进行批次生产，所得各批次钢板的的拉伸性能和冲击性能见表1。
表1：本SA387Gr11Cl1钢板的力学性能
实施例4：本石化管线用SA387Gr11Cl1钢板的具体生产工艺如下所述。
本钢板厚度为14.27mm，由以下重量百分比的成分组成：C 0.08%，Si 0.50%，Mn0.40%，P 0.007%，S 0.008%，Cr 1.23%，Mo 0.55%，Ni 0.12%，Cu 0.20%，Al 0.025%，Sb0.002%，Sn 0.010%，As 0.007%，余量为Fe和不可避免的杂质。
本钢板生产方法的工艺步骤如下所述：（1）冶炼工序：钢水经电炉冶炼、LF炉精炼并调整成分，之后转入VD炉进行真空处理，真空度65Pa以下保持30分钟破坏真空，软吹5分钟后吊包。
（2）浇铸工序：将冶炼后的钢水进行连铸，得到连铸坯。
（3）加热工序：均热炉的最高加热温度1270℃，均热温度1255℃。
（4）轧制工序：第一阶段，开轧温度为1070℃，单道次压下量为16%～22%，累计压下率为50%；第二阶段，开轧温度890℃，轧制至目标厚度，单道次压下率≥10%的为5道次，晾钢厚度为2倍钢板厚度，累计压下率为55%。
（5）轧后冷却工序：半成品钢板空冷；及时下线堆垛冷却，钢板表面温度470℃，堆垛总时间55小时。
（6）热处理工序：正火温度920℃、保温时间PLC+25min，正火后空冷；回火温度755℃、保温时间3.8min/mm，回火后即可得到所述SA387Gr11Cl1钢板。经检测，本钢板的力学性能：屈服强度362MPa，抗拉强度488MPa，延伸率35%，0℃冲击功平均262焦。
实施例5：本石化管线用SA387Gr11Cl1钢板的具体生产工艺如下所述。
本钢板厚度为19.05mm，本钢板是由以下重量百分比的成分组成：C 0.11%，Si0.55%，Mn 0.43%，P 0.010%，S 0.005%，Cr 1.30%，Mo 0.51%，Ni 0.14%，Cu 0.11%，Al0.042%，Sb 0.003%，Sn 0.005%，As 0.010%，余量为Fe和不可避免的杂质。
本钢板生产方法的工艺步骤如下所述：（1）冶炼工序：钢水经电炉冶炼、LF炉精炼并调整成分，之后转入VD炉进行真空处理，真空度65Pa以下保持25分钟破坏真空，软吹5分钟后吊包。
（2）浇铸工序：将冶炼后的钢水进行模铸，得到钢锭。
（3）加热工序：均热炉的最高加热温度1260℃，均热温度1245℃。
（4）轧制工序：第一阶段，开轧温度为1075℃，单道次压下量为15%～20%，累计压下率为35%；第二阶段，开轧温度860℃，轧制至目标厚度，单道次压下率≥10%的为3道次，晾钢厚度为3倍钢板厚度，累计压下率为42%。
（5）轧后冷却工序：半成品钢板空冷；及时下线堆垛冷却，钢板表面温度450℃，堆垛总时间52小时。
（6）热处理工序：正火温度925℃、保温时间PLC+30min，正火后空冷；回火温度770℃、保温时间3.6min/mm，回火后即可得到所述SA387Gr11Cl1钢板。经检测，本钢板的力学性能：屈服强度356MPa，抗拉强度472MPa，延伸率35%，0℃冲击功平均300焦。
实施例6：本石化管线用SA387Gr11Cl1钢板的具体生产工艺如下所述。
本钢板厚度为15.88mm，本钢板是由以下重量百分比的成分组成：C 0.10%，Si0.65%，Mn 0.42%，P 0.006%，S 0.004%，Cr 1.10%，Mo 0.50%，Ni 0.12%，Cu 0.08%，Al0.029%，Sb 0.002%，Sn 0.003%，As 0.008%，余量为Fe和不可避免的杂质。
本钢板生产方法的工艺步骤如下所述：（1）冶炼工序：钢水经电炉冶炼、LF炉精炼并调整成分，之后转入VD炉进行真空处理，真空度65Pa以下保持20分钟破坏真空，软吹5分钟后吊包。
（2）浇铸工序：将冶炼后的钢水进行模铸，得到钢锭。
（3）加热工序：均热炉的最高加热温度1270℃，均热温度1250℃。
（4）轧制工序：第一阶段，开轧温度为1060℃，单道次压下量为15%～21%，累计压下率为42%；第二阶段，开轧温度870℃，轧制至目标厚度，单道次压下率≥10%的为4道次，晾钢厚度为2.5倍钢板厚度，累计压下率为47%。
（5）轧后冷却工序：半成品钢板空冷；及时下线堆垛冷却，钢板表面温度460℃，堆垛总时间50小时。
（6）热处理工序：正火温度930℃、保温时间PLC+10min，正火后空冷；回火温度765℃、保温时间3.7min/mm，回火后即可得到所述SA387Gr11Cl1钢板。经检测，本钢板的力学性能：屈服强度372MPa，抗拉强度496MPa，延伸率32%，0℃冲击功平均286焦。

Claims (3)

1.一种石化管线用SA387Gr11Cl1钢板的生产方法，其包括冶炼、浇铸、加热、轧制、轧后冷却和热处理工序，其特征在于：所述冶炼工序出钢钢水成分的重量百分含量为：C 0.09～0.10%，Si 0.57～0.65%，Mn 0.40～0.50%，P≤0.010%，S≤0.008%，Cr 1.10～1.15%，Mo0.45～0.55%，Ni 0.10～0.14%，Cu≤0.20%，Al 0.025～0.045%，Sb≤0.003%，Sn≤0.010%，As≤0.010%，余量为Fe和不可避免的杂质；所述热处理工序采用正火＋回火处理；所述加热工序：最高加热温度1260℃～1280℃，均热温度1240℃～1260℃；所述轧制工序：采用两阶段轧制工艺；第一阶段开轧温度为1050℃～1100℃，此阶段单道次压下率为15%～25%，累计压下率为35％～50％；第二阶段轧制温度≤890℃，晾钢厚度为2倍～3倍钢板厚度，累计压下率为30％～55％，单道次压下率≥10%不少于3道次。
2.根据权利要求1所述的石化管线用SA387Gr11Cl1钢板的生产方法，其特征在于，所述轧后冷却工序：钢板轧后空冷，然后下线堆垛冷却，堆垛缓冷的钢板表面开始温度≥450℃，堆垛总时间≥48h。
3.根据权利要求1或2所述的石化管线用SA387Gr11Cl1钢板的生产方法，其特征在于，所述热处理工序：正火温度930±10℃、保温时间PLC+10min～PLC+30min，正火后空冷；回火温度760±10℃、保温时间3.5～4min/mm。
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