CN105908084A - 一种调质型高强度低温容器用钢板及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种调质型高强度低温容器用钢板及其生产方法，钢板由下述质量百分比的组分熔炼而成：C0.05～0.09%，Si0.20%～0.50%，Mn1.50%～1.60%，P≤0.010%，S≤0.005%，Alt 0.020%～0.050%，Ni0.30%～0.60%，Mo0.15%～0.30%，Nb0.015%～0.025%，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明通过合理的成分设计及控轧控冷和调质热处理的生产工艺，得到均匀的回火索氏体+铁素体组织，保证了钢板具有良好综合力学性能和焊接性能，生产成本低，市场竞争力强，满足日益增长的市场需求。

Description

一种调质型高强度低温容器用钢板及其生产方法

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，尤其是涉及一种调质型高强度低温容器用钢板及其生产方法。

背景技术

目前Q345R、16MnDR、12MnNiVR、15MnNiDR、15MnNiNbDR、09MnNiDR、SA203E（08Ni3DR、3.5Ni）、SA516Gr70等低温压力容器用钢板，广泛用于制造低温压力容器。特别是07MnNiMoDR钢作为一种替代国外进口材料的液化石油气（LPG）低温储罐用钢，由于该类低碳贝氏体型钢板具有工艺简单、节省能源、强韧性好、易于成型以及优良的焊接性能等优点，可大大降低LPG低温储罐的制造成本，在市场中的需求越来越大，被广泛用于制造液化石油气低温储罐容器。

随着工业技术的发展，国家批准的大型能源项目陆续竣工，各种液化石油气的生产、储存、输送、海洋工程、寒冷地区的开发以及低温储罐的大型化，储罐容器建设也进入建造日程，对低温用容器钢板的需求量与日俱增，同时对钢板的强度也提出更高的要求：对钢板的板厚1/2处冲击韧性，较高温度、较长时间模拟焊后拉伸和冲击韧性以及较低温无塑性转变温度NDT等性能。目前国内生产此类高强度、高要求的调质型的低温容器用钢板性能不佳，使用效果不理想，并且生产的成本较高，不能满足日益增长的市场需求。

发明内容

本发明提供一种调质型高强度低温容器用钢板及其生产方法,通过合理的成分设计及控轧控冷和调质热处理的生产工艺，得到均匀的回火索氏体+铁素体组织，保证了钢板具有良好综合力学性能和焊接性能，生产成本低，市场竞争力强，满足日益增长的市场需求。

本发明所采取的技术方案是：

一种调质型高强度低温容器用钢板，由下述质量百分比的组分熔炼而成：C 0.05～0.09%，Si 0.20%～0.50%，Mn 1.50%～1.60%，P ≤ 0.010%，S ≤ 0.005%，Alt 0.020%～0.050%，Ni 0.30%～0.60%，Mo 0.15%～0.30%，Nb 0.015%～0.025%，余量为Fe和不可避免的杂质，裂纹敏感性指数Pcm ≤0.20%，碳当量Ceq ≤0.45%。

钢板厚度≤50mm。

本发明还提供了调质型高强度低温容器用钢板的生产方法，包括冶炼、连铸、加热、轧制和调质热处理工序；所述调质热处理工序包括淬火和回火。

连铸工序中，连铸浇钢过热度在15℃～25℃，拉速在0.8m/min～1.0m/min制得连铸坯。

连铸工序中，钢坯下线堆垛缓冷14～22小时。

加热工序中，钢板最高加热温度≤1250℃，均热温度1210℃～1230℃，均热段时间≥60min，总加热时间≥12min/cm×H,H为连铸坯厚度，单位为cm。

轧制工序中，钢板采用II阶段轧制方式，第I阶段保证高温大压下量轧制，1000℃以上有2～3道次的压下率在20%以上，I阶段终轧950℃以上；

待温晾钢厚度为2.5倍以上的成品厚度，第II阶段开轧温度≤880℃，终轧温度≥780℃，钢板轧后喷水冷却，钢板返红温度550℃～700℃。

轧制工序中，轧后堆垛缓冷≥36小时。

调质热处理工序中，

（1）对于板厚≤20mm的钢板，淬火工艺：加热温度900℃±10℃，总加热时间1.8min/mm×h+30min，辊速20～30m/min；回火工艺：加热温度670℃±10℃，总加热时间5min/mm×h,h为板厚，单位为mm；

（2）对于20mm＜板厚≤40mm的钢板，淬火工艺：加热温度880℃±10℃，总加热时间2.0min/mm×h +30min，辊速8～20m/min；回火工艺：加热温度620℃±10℃，总加热时间3min/mm×h,h为板厚，单位为mm；

（3）对于40mm＜板厚≤50mm的钢板，淬火工艺：加热温度880℃±10℃，总加热时间2.0min/mm×h +30min，辊速3～5m/min；回火工艺：加热温度600℃±10℃，总加热时间1.7min/mm×h,h为板厚，单位为mm。

本发明具有以下优点：

（1）化学成分以碳、锰为基础，采用Ni-Nb-Mo微合金元素的配比，贵金属含量较少，成本低，效益高，市场竞争力强；

（2）适当降低C含量，保证良好的焊接性；

（3）合理的化学成分设计以及优化的工艺，保证了钢板具有良好的组织、综合性能和焊接性能，特别是钢板最薄弱部位的板厚1/2处-50℃横向V型冲击功达200J以上，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；

（4）同时满足交货态和较高温度较长时间的模拟焊后态的性能要求，所得钢板的力学性能在不同交货状态下的屈服强度≥530MPa，抗拉强度在630MPa~670MPa，延伸率≥20%。

（5）本发明得到以均匀细小的回火索氏体+铁素体为主的组织，具有良好的综合力学性能。钢板最大厚度可达到50mm，且钢板组织均匀、细小、非金属夹杂极微，提高了钢板的冲击韧性。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

本发明的钢板通过合理的成分设计及控轧控冷和调质热处理的生产工艺，得到均匀的回火索氏体+铁素体组织，保证了钢板在正火态及模拟焊后态具有良好综合力学性能和焊接性能，生产成本低，市场竞争力强，满足日益增长的市场需求。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步地说明；

实施例1

本实施例的调质型高强度低温容器用钢板厚度为10mm，其是由以下质量百分比的组分熔炼而成：

C：0.05%，Si：0.20%，Mn：1.50%，P：0.010%，S：0.005%，Alt：0.020%，Ni：0.30%，Mo：0.15%，Nb：0.016%，余量为Fe和微量不可避免的杂质。裂纹敏感性指数Pcm：0.158%，碳当量Ceq：0.378%。

本实施例的调质型高强度低温容器用钢板的生产方法，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200m，精炼过程保证精炼渣白，以保证脱氧效果；精炼完毕后吊包VD炉真空处理，真空度65Pa，保持20分钟；

（2）连铸：冶炼后的钢水进行连铸浇铸，过热度为25℃，拉坯速率为1.0m/min，得到连铸坯；钢坯下线堆垛缓冷14小时；

（3）加热：连铸坯放入连续炉内加热，钢坯加热温度最高1250℃，均热温度1220℃，均热段时间为60min，总加热时间为240min；

（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1050℃，此阶段前2～3道次的压下率在47%以上，累计压下率为75％，终轧温度为950℃；

第二阶段轧制温度为848℃，终轧温度为790℃，得到钢板粗品；待温晾钢厚度为2.5倍以上的成品厚度；

（5）水冷及热堆垛：轧后钢板快速ACC冷却返红温度为550℃；钢板下线后堆垛温度300℃，堆垛缓冷时间36小时；

（6）调质热处理：对钢板进行淬火+回火处理，淬火加热温度为900℃，总加热时间为48min，辊速30m/min；回火加热温度为670℃，总加热时间为50min。

所得调质型高强度低温容器用钢板的力学性能见表1。

实施例 2

本实施例的调质型高强度低温容器用钢板，厚度26mm，其是由以下质量百分比的组分熔炼而成：

C：0.06%，Si：0.24%，Mn：1.60%，P：0.008%，S：0.003%，Alt：0.034%，Ni：0.33%，Mo：0.16%，Nb：0.025%，余量为Fe和微量不可避免的杂质。裂纹敏感性指数Pcm ：0.163%，碳当量Ceq：0.397%。

本实施例的调质型高强度低温容器用钢板的生产方法，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260m，精炼过程保证精炼渣白，以保证脱氧效果；精炼完毕后吊包VD炉真空处理，真空度65Pa，保持25分钟；

（2）连铸：冶炼后的钢水进行连铸浇铸，过热度为22℃，拉坯速率为0.9m/min，得到连铸坯；钢坯下线堆垛缓冷16小时；

（3）加热：连铸坯放入连续炉内加热，钢坯加热温度最高1242℃，均热温度1225℃，均热段时间为70min，总加热时间为260min；

（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1090℃，此阶段前2～3道次的压下率在42%以上，累计压下率为67.5％，终轧温度为960℃；

第二阶段轧制温度为850℃，终轧温度为800℃，得到钢板粗品；待温晾钢厚度为2.5倍以上的成品厚度；

（5）水冷及热堆垛：轧后钢板快速ACC冷却返红温度为580℃；钢板下线后堆垛温度300℃，堆垛缓冷时间36小时；

（6）调质热处理：对钢板进行淬火+回火处理，淬火加热温度为880℃，总加热时间为82min，辊速19m/min；回火加热温度为620℃，总加热时间为78min。

所得调质型高强度低温容器用钢板的力学性能见表1。

实施例 3

本实施例的调质型高强度低温容器用钢板，厚度34mm，其是由以下质量百分比的组分熔炼而成：

C：0.08%，Si：0.45%，Mn：1.51%，P：0.007%，S：0.004%，Alt：0.050%，Ni：0.45%，Mo：0.24%，Nb：0.025%，余量为Fe和微量不可避免的杂质。裂纹敏感性指数Pcm：0.187%，碳当量Ceq：0.428%。

本实施例的调质型高强度低温容器用钢板的生产方法，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300m，精炼过程保证精炼渣白，以保证脱氧效果；精炼完毕后吊包VD炉真空处理，真空度65Pa，保持30分钟；

（2）连铸：冶炼后的钢水进行连铸浇铸，过热度为20℃，拉坯速率为0.8m/min，得到连铸坯；钢坯下线堆垛缓冷18小时；

（3）加热：连铸坯放入连续炉内加热，钢坯加热温度最高1240℃，均热温度1230℃，均热段时间为80min，总加热时间为300min；

（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1010℃，此阶段前2～3道次的压下率在36%以上，累计压下率为66％，终轧温度为955℃；

第二阶段轧制温度为867℃，终轧温度为813℃，得到钢板粗品；待温晾钢厚度为2.5倍以上的成品厚度；

（5）水冷及热堆垛：轧后钢板快速ACC冷却返红温度为670℃；钢板下线后堆垛温度300℃，堆垛缓冷时间40小时；

（6）调质热处理：对钢板进行淬火+回火处理，淬火加热温度为890℃，总加热时间为98min，辊速9m/min；回火加热温度为610℃，总加热时间为102min。

所得调质型高强度低温容器用钢板的力学性能见表1。

实施例 4

本实施例的调质型高强度低温容器用钢板，厚度43mm，其是由以下质量百分比的组分熔炼而成：

C：0.09%，Si：0.38%，Mn：1.50%，P：0.010%，S：0.005%，Alt：0.020%，Ni：0.31%，Mo：0.17%，Nb：0.016%，余量为Fe和微量不可避免的杂质。裂纹敏感性指数Pcm：0.194%，碳当量Ceq：0.427%。

本实施例的调质型高强度低温容器用钢板的生产方法，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220m，精炼过程保证精炼渣白，以保证脱氧效果；精炼完毕后吊包VD炉真空处理，真空度65Pa，保持30分钟；

（2）连铸：冶炼后的钢水进行连铸浇铸，过热度为15℃，拉坯速率为0.8m/min，得到连铸坯；钢坯下线堆垛缓冷20小时；

（3）加热：连铸坯放入连续炉内加热，钢坯加热温度最高1200℃，均热温度1210℃，均热段时间为60min，总加热时间为300min；

（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1070℃，此阶段前2～3道次的压下率在34%以上，累计压下率为58％，终轧温度为958℃；

第二阶段轧制温度为880℃，终轧温度为812℃，得到钢板粗品；待温晾钢厚度为2.5倍以上的成品厚度；

（5）水冷及热堆垛：轧后钢板快速ACC冷却返红温度为640℃；钢板下线后堆垛温度300℃，堆垛缓冷时间38小时；

（6）调质热处理：对钢板进行淬火+回火处理，淬火加热温度为870℃，总加热时间为116min，辊速3m/min；回火加热温度为610℃，总加热时间为73min。

所得调质型高强度低温容器用钢板的力学性能见表1。

实施例 5

本实施例的调质型高强度低温容器用钢板的厚度为50mm，其是由以下质量百分比的组分熔炼而成：

C：0.07%，Si：0.50%，Mn：1.58%，P：0.009%，S：0.004%，Alt：0.044%，Ni：0.50%，Mo：0.28%，Nb：0.022%，余量为Fe和微量不可避免的杂质。裂纹敏感性指数Pcm：0.184%，碳当量Ceq：0.441%。

本实施例的调质型高强度低温容器用钢板的生产方法，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260m，精炼过程保证精炼渣白，以保证脱氧效果；精炼完毕后吊包VD炉真空处理，真空度65Pa，保持35分钟；

（2）连铸：冶炼后的钢水进行连铸浇铸，过热度为17℃，拉坯速率为0.9m/min，得到连铸坯；钢坯下线堆垛缓冷22小时；

（3）加热：连铸坯放入连续炉内加热，钢坯加热温度最高1246℃，均热温度1220℃，均热段时间为80min，总加热时间为380min；

（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1070℃，此阶段前2～3道次的压下率在30%以上，累计压下率为59％，终轧温度为962℃；

第二阶段轧制温度为840℃，终轧温度为780℃，得到钢板粗品；待温晾钢厚度为2.5倍以上的成品厚度；

（5）水冷及热堆垛：轧后钢板快速ACC冷却返红温度为700℃；钢板下线后堆垛温度300℃，堆垛缓冷时间40小时；

（6）调质热处理：对钢板进行淬火+回火处理，淬火加热温度为880℃，总加热时间为130min，辊速5m/min；回火加热温度为600℃，总加热时间为85min。

实施例1-5中所得调质型高强度低温容器用钢板的力学性能见表1。

表1 各实施例钢板的力学性能（钢板厚度1/2处）

从表1 的力学性能测试结果可以看出，调质型的高强度低温容器用钢板各项力学性能较好，具有良好的强韧性配合和良好的低温冲击韧性，特别是钢板最薄弱部位的板厚1/2处-50℃横向V型冲击功达200J以上，低温韧性有相当大的富裕量，钢板经过较高温度、较长时间的模拟焊后，板厚1/2处的各项力学性能优异，所得钢板的力学性能在不同状态下屈服强度≥530MPa，抗拉强度在630 MPa ~670MPa，延伸率≥20%。

Claims (9)

1.一种调质型高强度低温容器用钢板，其特征在于：由下述质量百分比的组分熔炼而成：C 0.05～0.09%，Si 0.20%～0.50%，Mn 1.50%～1.60%，P ≤ 0.010%，S ≤ 0.005%，Alt 0.020%～0.050%，Ni 0.30%～0.60%，Mo 0.15%～0.30%，Nb 0.015%～0.025%，余量为Fe和不可避免的杂质，裂纹敏感性指数Pcm ≤0.20%，碳当量Ceq ≤0.45%。

2.根据权利要求１所述的一种调质型高强度低温容器用钢板，其特征在于：所述钢板厚度≤50mm。

3.根据权利要求１所述的一种调质型高强度低温容器用钢板的生产方法,其特征在于其包括冶炼、连铸、加热、轧制和调质热处理工序；所述调质热处理工序包括淬火和回火。

4.根据权利要求3所述的一种调质型高强度低温容器用钢板的生产方法，其特征在于：所述连铸工序中，连铸浇钢过热度在15℃～25℃，拉速在0.8m/min～1.0m/min制得连铸坯。

5.根据权利要求4所述的一种调质型高强度低温容器用钢板的生产方法，其特征在于：所述连铸工序中，钢坯下线堆垛缓冷14～22小时。

6.根据权利要求3所述的调质型高强度低温容器用钢板的生产方法，其特征在于：所述加热工序中，钢板最高加热温度≤1250℃，均热温度1210℃～1230℃，均热段时间≥60min，总加热时间≥12min/cm×H,H为连铸坯厚度，单位为cm。

7.根据权利要求3所述的调质型高强度低温容器用钢板的生产方法，其特征在于：所述轧制工序中，钢板采用II阶段轧制方式，第I阶段保证高温大压下量轧制，1000℃以上有2～3道次的压下率在20%以上，I阶段终轧950℃以上；

待温晾钢厚度为2.5倍以上的成品厚度，第II阶段开轧温度≤880℃，终轧温度≥780℃，钢板轧后喷水冷却，钢板返红温度550℃～700℃。

8.根据权利要求7所述的调质型高强度低温容器用钢板的生产方法，其特征在于：所述轧制工序中，轧后堆垛缓冷≥36小时。

9.根据权利要求3所述的调质型高强度低温容器用钢板的生产方法，其特征在于：所述调质热处理工序中：

（1）对于板厚≤20mm的钢板，淬火工艺：加热温度900℃±10℃，总加热时间1.8min/mm×h+30min，辊速20～30m/min；回火工艺：加热温度670℃±10℃，总加热时间5min/mm×h,h为板厚，单位为mm；

（2）对于20mm＜板厚≤40mm的钢板，淬火工艺：加热温度880℃±10℃，总加热时间2.0min/mm×h +30min，辊速8～20m/min；回火工艺：加热温度620℃±10℃，总加热时间3min/mm×h,h为板厚，单位为mm；

（3）对于40mm＜板厚≤50mm的钢板，淬火工艺：加热温度880℃±10℃，总加热时间2.0min/mm×h +30min，辊速3～5m/min；回火工艺：加热温度600℃±10℃，总加热时间1.7min/mm×h,h为板厚，单位为mm。