CN106011626A - 一种临氢中厚钢板的生产方法 - Google Patents

Abstract

一种临氢中厚钢板的生产方法，钢的质量百分组成为：C=0.1~0.18，Si=0.3~0.4，Mn=1.2~1.6，P≤0.01，S≤0.003，Nb=0.01~0.04，Ti=0.01~0.02，Alt=0.025~0.05，N≤0.008，B≤0.0005，H≤0.0002，Sn≤0.01，P+Sn≤0.015，Ca/S=0.5~1.0，余量为Fe和不可避免的杂质元素，且碳当量CE≤0.45。工艺步骤包括：（1）冶炼，（2）精炼，（3）连铸，（4）加热轧制，（5）冷却，（6）正火及缓冷。本发明方法生产的临氢钢中厚板钢质纯净，能满足TOFD探伤标准ASTM E2373/2373M‑2014要求的内部低缺陷，并能大规模稳定生产，其TOFD探伤合格率达到99%。

Description

一种临氢中 厚钢板的生产方法

技术领域

本发明属于低合金钢生产技术领域，特别是涉及一种满足TOFD探伤标准ASTM E2373/2373M-2014要求的内部低缺陷临氢钢中厚板的生产方法。

背景技术

超声衍射时差检测技术（TOFD）是依靠超声波与缺陷端部的相互作用发生的衍射波在传播时的时间差来检测缺陷并对其进行定量的技术方法。与传统的超声波探伤和X射线检测相比，TOFD技术具有检出能力强、精度高、成像直观等优点，尤其是更能精确地测量缺陷的自身高度，特别适合于大型承压设备和临氢设备的检测。随着大量百万吨乙烯、千万吨炼油、百万千瓦核电站、煤液化工程、煤化工工程等大型工程建设项目的兴起，对临氢钢的需求日益扩大。临氢钢在含氢介质环境中使用，氢的扩散和在钢中缺陷部分的聚集容易引发氢诱导开裂，因此临氢钢要求具有较低的内部缺陷，尤其是沿厚度方向上的缺陷。为此，目前许多大型石化企业和锅炉压力容器制造单位及特种设备检验检测机构广泛开展了TOFD检测技术的研究与应用工作。

目前，世界上对TOFD探伤的应用多集中在焊缝内部缺陷的检测上，如日本专利JP2013092468A公布了“Flaw detection method and flaw detection device for weld zone using TOFD method”，韩国专利KR101478465B1公布了“Mechanized ultrasonic testing method for curved pipe welding zone”，中国专利CN102507734A公布了“一种焊缝的超声波时差衍射检测方法”，而对材料本身内部缺陷检测的应用极少。虽然世界上已经发明了一些临氢钢板，如美国专利WO2015120189A1公布了“Production of hic-resistant pressure vessel grade plates using a low-carbon composition”，中国专利CN102605297B公布了“具有良好低温冲击韧性的临氢设备用厚钢板及其制造方法”等，但均未对材料本身的内部缺陷进行探伤和评定。也有一些文献对TOFD技术的原理、检测方法、设备、应用情况等进行了介绍，但至今未见为满足TOFD探伤要求的相关钢板制造技术的公开报道。

众所周知，减少中厚板钢中裂纹、夹杂物、气孔、偏析、疏松等内部缺陷，必将增加生产过程工艺控制的难度。尝试和成功应用对钢板内部缺陷检测更为灵敏的TOFD技术对临氢钢进行探伤，使临氢钢的内部质量得以提升，同时发明一种满足TOFD探伤要求的内部低缺陷临氢钢板的生产方法，具有重要的技术价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种临氢钢中厚板的生产方法，满足TOFD探伤标准ASTM E2373/2373M-2014对内部低缺陷的要求，使临氢钢中厚板的TOFD探伤合格率达到99%。

本发明的技术方案是：

一种临氢中厚钢板的生产方法，钢的质量百分组成为：C=0.1~0.18，Si=0.3~0.4，Mn=1.2~1.6，P≤0.01，S≤0.003，Nb=0.01~0.04，Ti=0.01~0.02，Alt=0.025~0.05，N≤0.008，B≤0.0005，H≤0.0002，Sn≤0.01，P+Sn≤0.015，Ca/S=0.5~1.0，余量为Fe和不可避免的杂质元素，且碳当量CE≤0.45。

生产工艺步骤包括：

（1）冶炼：转炉出钢温度≤1635℃，控制终点C≥0.08，P≤0.008。

（2）精炼：LF炉+VD炉；LF炉结束时喂入Ca线，Ca处理后软吹氩时间≥8min；VD炉真空保持时间≥15min，破真空后软吹氩时间≥15min，炉后定氢≤2ppm；控制S≤0.003，Alt≥0.035。

（3）连铸：采用电磁搅拌加动态轻压下技术改善中心偏析，电磁搅拌在第3段或第4段，电流400~480A，频率5~6Hz，动态轻压下区间8~10段，压下量为2.5~5mm；控制过热度≤18℃，拉速0.7~0.9m/min，中包液面深度≥1m，结晶器液面波动在±5mm内，辊缝误差在±0.5mm内。

（4）加热轧制：采用高温大变形控制轧制，加热炉出炉温度≥1200℃，均热时间≥40min，展宽比≤1.2，粗轧过程中有任一道次压下率≥20%。

（5）冷却：采用ACC水冷，返红温度650~710℃，冷却速度≤5℃/s；然后进行堆冷，入垛表面温度≥300℃，拆垛表面温度≤50℃。

（6）正火及缓冷：正火温度875~900℃，正火时间以min计为(1.8~2.0)×板厚；正火后随炉冷却或堆冷至室温。

本发明生产的钢板钢质纯净，通过Ca处理改变夹杂物形态，通过电磁搅拌和动态轻压下使铸坯低倍中心偏析不大于C类1.0级，并通过高温加热和高温大变形以改善微观偏析，以及通过缓冷有效降低钢板内部的应力集中和氢的逸出。本发明的有益效果：(1)钢板内部缺陷少；(2)按照TOFD探伤标准ASTM E2373/2373M-2014，本发明方法生产的临氢钢板的TOFD探伤合格率达到99%；(3)过程控制稳定，能大规模批量生产；(4)对制造高品质中厚板具有借鉴意义。

附图说明

图1和图2分别为本发明实施例1钢板的典型TOFD探伤图像和波谱图。

图3为本发明实施例1铸坯的宏观低倍图。

图4为本发明实施例1钢板厚度中心处的光学显微金相照片。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步的描述。

实施例1：47mm厚Q370R临氢钢板的生产方法

钢的质量百分组成为：C=0.17，Si=0.34，Mn=1.53，P=0.007，S=0.002，Nb=0.036，Ti=0.012，Alt=0.036，N=0.0041，B=0.0002，H=0.00018，Sn=0.006，Ca=0.0015，余量为Fe和不可避免的杂质元素，碳当量CE=0.44。

钢的生产工艺步骤与关键参数为：

（1）冶炼：出钢温度1610℃，终点C=0.09，P=0.006。

（2）精炼：LF炉喂入纯Ca线250m，Ca处理后软吹氩时间10min；VD炉真空保持时间18min，破真空后软吹氩时间20min，炉后定氢1.5ppm，S含量为0.0023，Alt含量为0.042。

（3）连铸：采用连浇炉次，浇注过程中未换渣，结晶器液面波动和中包液面深度正常；电磁搅拌设置在第3段1号和7号辊，电流460A，频率6Hz，动态轻压下区间8、9段，压下量3mm；中包钢水温度1521℃~1523℃，拉速0.8m/min；铸坯断面260×2270mm，铸坯低倍中心偏析C类0.5级。

（4）加热轧制：铸坯冷装入加热炉，出炉温度1215℃，均热时间50min，展宽比1.18，展宽后粗轧压下率为17.2%、20.0%、25.5%，精轧终轧温度790~805℃。

（5）冷却：ACC水冷入水温度780~790℃，返红温度670~690℃，水冷过程辊速1.0m/s，冷却速度约为4.5℃/s；热矫后堆冷72h，室温时拆垛。

（6）正火及缓冷：正火温度890±5℃，正火时间90min；正火后堆冷至室温。

实施例2：26mm厚Q345R临氢钢板的生产方法

钢的质量百分组成为：C=0.17，Si=0.32，Mn=1.46，P=0.009，S=0.0021，Nb=0.016，Ti=0.013，Alt=0.042，N=0.005，B=0.0004，H=0.00015，Sn=0.001，Ca=0.0012，余量为Fe和不可避免的杂质元素，碳当量CE=0.43。

钢的生产工艺步骤与关键参数为：

（1）冶炼：出钢温度1618℃，终点C=0.11，P=0.007。

（2）精炼：LF炉喂入纯Ca线250m，Ca处理后软吹氩时间8min；VD炉真空保持时间16min，破真空后软吹氩时间15min，炉后定氢1.5ppm，S含量为0.0026，Alt含量为0.050。

（3）连铸：采用连浇炉次，浇注过程中未换渣，结晶器液面波动和中包液面深度正常；电磁搅拌设置在第3段1号和7号辊，电流460A，频率6Hz，动态轻压下区间8、9段，压下量3mm；中包钢水温度1517℃~1521℃，拉速0.8m/min；铸坯断面260×2270mm，铸坯低倍中心偏析C类1.0级。

（4）加热轧制：铸坯冷装入加热炉，出炉温度1202℃，均热时间42min，展宽比1.10，展宽后粗轧压下率为19.7%、23.8%、27.3%，精轧终轧温度805~835℃。

（5）冷却：ACC水冷入水温度785~805℃，返红温度685~710℃，水冷过程辊速0.8m/s，冷却速度约为3.5℃/s；热矫后堆冷36h，室温时拆垛。

（6）正火及缓冷：正火温度880±5℃，正火时间50min；正火后堆冷至室温。

对实施例1的钢板进行TOFD探伤检测，探伤典型图像和波谱分别如图1和图2所示，厚度中心处约1/3厚度区域有轻微连续缺陷，根据TOFD探伤标准ASTM E2373/2373M -2014的评定图像和波谱，判定合格；对实施例1的铸坯进行宏观低倍观察，如图3所示，铸坯低倍中心偏析C类0.5级，偏析区域与TOFD探伤缺陷区域相一致；对实施例1的钢板进行微观组织观察，厚度中心处的光学显微金相照片如图4所示，金相组织未见明显偏析带组织。

实施例2的检测结果同样符合本发明效果的要求。

Claims (1)

1.一种临氢中厚钢板的生产方法，其特征在于：钢的化学成分以重量百分数计为C=0.1~0.18，Si=0.3~0.4，Mn=1.2~1.6，P≤0.01，S≤0.003，Nb=0.01~0.04，Ti=0.01~0.02，Alt=0.025~0.05，N≤0.008，B≤0.0005，H≤0.0002，Sn≤0.01，P+Sn≤0.015，Ca/S=0.5~1.0，余量为Fe和不可避免的杂质元素，且碳当量CE≤0.45%；工艺步骤包括：

（1）冶炼：转炉出钢温度≤1635℃，控制终点C≥0.08，P≤0.008；

（2）精炼：LF炉+VD炉；LF炉结束时喂入Ca线，Ca处理后软吹氩时间≥8min；VD炉真空保持时间≥15min，破真空后软吹氩时间≥15min，炉后定氢≤2ppm；控制S≤0.003，Alt≥0.035；

（3）连铸： 采用电磁搅拌+动态轻压下技术改善中心偏析，电磁搅拌在第3段或第4段，电流400~480A， 频率5~6Hz，动态轻压下区间8~10段， 压下量为2.5~4mm；控制过热度≤18℃，拉速0.7~0.9m/min，中包液面深度≥1m，结晶器液面波动在±5mm内，辊缝误差在±0.5mm内；

（4）加热轧制：采用高温大变形控制轧制，加热炉出炉温度≥1200℃，均热时间≥40min，展宽比≤1.2，粗轧过程中有任一道次压下率≥20%；

（5）冷却：采用ACC水冷，返红温度650~710℃，冷却速度≤5℃/s；然后进行堆冷，入垛表面温度≥300℃，拆垛表面温度≤50℃；

（6）正火及缓冷：正火温度875~900℃，正火时间以min计为(1.8~2.0)×板厚；正火后随炉冷却或堆冷至室温。