CN106591703A - 屈服强度345MPa级压力容器用钢板及生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种屈服强度345MPa级压力容器用钢板及生产方法，所述钢板化学成分及重量百分含量为：C：0.15～0.18%，Si：0.15～0.35%，Mn：1.40～1.50%，P≤0.008%,S≤0.002%，Al：0.020～0.040%，Nb：0.020～0.035%，O≤0.003%，余量为Fe和不可避免的杂质。生产方法包括加热、轧制和热处理工序。高韧性高塑性屈服强度345MPa级压力容器用钢板采用洁净钢的工艺思路，该钢板具有纯净度高，‑10℃低温冲击韧性和塑性主要指延伸率优良，抗层状撕裂性能优良等特点，能够满足压力容器用钢向高塑性高韧性发展的要求，可广泛用于压力容器行业。

Description

屈服强度345MPa级压力容器用钢板及生产方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体涉及屈服强度345MPa级压力容器用钢板及生产方法。
背景技术
近年来，随着国民经济建设的迅猛发展，对于高韧性高塑性屈服强度345MPa级压力容器用钢板的需求日益突出，市场对于高韧性高塑性屈服强度345MPa级压力容器用钢板的需求越来越大。长期以来由于缺乏必要的生产设备和技术支撑，同时由于国内没有生产高韧性高塑性屈服强度345MPa级压力容器用钢板的成熟经验，致使不能满足国内市场的需求，严重制约了我国国民经济建设的发展。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供屈服强度345MPa级压力容器用钢板及生产方法。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下：一种屈服强度345MPa级压力容器用钢板，所述钢板化学成分及重量百分含量为：C：0.15～0.18%，Si：0.15～0.35%，Mn：1.40～1.50%，P≤0.008%,S≤0.002%，Al：0.020～0.040%，Nb：0.020～0.035%，O≤0.003%，余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明所述钢板的最大厚度为60mm。
碳：碳是稳定奥氏体的元素，随着碳含量增加容易出现碳化物偏析，造成偏析区的硬度与周围组织出现差异。
硅：含量偏高时焊缝及热影响区的硬度无法控制，同时Si元素易偏析于晶粒边界，助长晶间裂纹的形成。
锰：其偏析容易在焊缝及热影响区产生马氏体和贝氏体等高强度、低韧性的显微金相组织，表现出极高硬度，增加焊后组织开裂倾向。
磷、硫：在一般情况下，磷和硫都是钢中有害元素，增加钢的脆性。磷使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏；硫降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹；因此应尽量减少磷和硫在钢中的含量。
铝：铝是钢中常用的脱氧剂。钢中加入少量的铝，可细化晶粒，提高冲击韧性。
钙：可使夹杂物球化，MnS夹杂变成CaS或含CaS的复合夹杂，使Al2O3类夹杂成为铝酸钙型氧化物夹杂，这类夹杂物为球形，呈弥散分布，在钢的轧制温度下基本不变形，轧制后仍为球形。
铌：铌能够延缓奥氏体的再结晶，在铁素体转变过程中增加铁素体的成核速度和成核点，从而细化铁素体晶粒。在90年代初钢中S含量较高时（0.008-0.01%），Nb因为增加高温下γ相的变形抗力，可能在轧制过程中促进MnS夹杂物的变形；在现代耐酸钢中S含量较低（≤0.002%），铌的加入能够保证低C、低Mn成分下的强度，因为降低了碳当量，同时和热机械轧制工艺有效结合，极大地改善了带状组织；又因为能够形成稳定碳化物，改变了碳化物的形貌。
本发明另一目的在于提供上述一种屈服强度345MPa级压力容器用钢板的生产方法，所述生产方法包括加热、轧制和热处理工序；所述屈服强度345MPa级压力容器用钢板成分的重量百分含量为：C：0.15%～0.18%，Si：0.15%～0.35%，Mn：1.40%～1.50%，P≤0.008%，S≤0.002%，Al：0.020%～0.040%，Nb：0.020%～0.035%，O≤0.003%，余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明所述加热工序：连铸坯最高加热温度1210～1230℃，总加热时间为≥10min/mm。
本发明所述轧制工序：采用二阶段轧制工艺；第一阶段为奥氏体再结晶阶段，开轧温度为1050～1150℃，终轧温度为920～950℃，累计压下率为30～50％；第二阶段为奥氏体未再结晶阶段，开轧温度为≤950℃，终轧温度为≥780℃，累计压下率为30～50％，轧制后得到半成品钢板，轧后空冷。
本发明所述热处理工序：采用正火+回火工艺；正火温度为900～910℃，总加热时间1.6～1.8min/mm，总加热时间不足40min按40min保温，出炉空冷；回火温度为600～610℃，保温3.0～3.5min/mm，总加热时间不足40min按40min保温，出炉空冷。
本发明所述生产方法包括冶炼工序，钢水先经初炼炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，采用增加渣量和多次流渣，以利于脱P，白渣气氛保持时间≥15分钟；大包温度≥1580℃时吊包VD炉真空处理，精炼过程中向钢液中喂入1.5-1.8kg/t钢水的铝线和5-6m/t钢水的Ca线，再加入1.5-2.0kg/t钢水电石脱氧剂，真空处理时真空度≤66Pa，真空保持时间≥20min。
本发明所述生产方法包括连铸工序：钢水过热度10～20℃，拉坯速度为0.80～1.00min/mm。
本发明所述生产方法包括冶炼及连铸工序，冶炼后的钢水进行浇铸得到连铸坯。
本发明所述轧制工序：第一阶段的单道次压下率均为10～30%；第二阶段的单道次压下率均为10～30%。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明钢板具有以下优点：（1）钢质更纯净，P≤0.008%，S≤0.002%；（2）抗层状撕裂性能良好，全厚度方向Z≥45%；（4）高塑性高韧性：-10℃横向冲击功平均≥200J，低温韧性良好，延伸率≥30%；（5）钢板最大厚度可达到60mm。
本发明采用洁净钢的工艺思路，仅C、Mn同时加入少量的Nb以细化晶粒，其碳氮化物起到弥散强化作用。本发明方法采用提高钢水纯净度、降低硫含量、进行Ca处理、优化连铸坯的加热和轧制条件等措施，能够更好的满足更高要求的耐腐蚀用钢的要求。该钢板具有纯净度高，-10℃低温冲击韧性和延伸率优良，抗层状撕裂性能优良等特点，能够满足压力容器用钢向高塑性高韧性发展的要求，具有良好综合性能和焊接性能，并且成本较低。可广泛用于压力容器行业，应用前景广阔。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
本高韧性高塑性屈服强度345MPa级压力容器用钢板的生产方法采用下述工艺：
（1）冶炼工序：钢水先经初炼炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，采用增加渣量和多次流渣，以利于脱P，精炼过程中先喂入1.5-1.8kg/t钢水的铝线和5-6m/t钢水的Si-Ca线，使钢中溶解氧降到一定水平后再加入1.5-2.0kg/t钢水电石脱氧剂，这样不易生成硅的氧化物夹杂从而降低硅酸盐夹杂的生成机率。精炼过程中渣量在1600kg左右，渣料少量多批加入，白渣气氛保持时间不小于15分钟，适当提高渣中Al2O3的含量20～35%，有效降低渣中(FeO)含量10～15%，显著降低氧化物夹杂。精炼结束留渣量控制在1000kg左右，真空前造顶渣以便在真空状态下更好地吸附钢液中的夹杂物。强化LF炉吹氩搅拌强度，前15分钟大氩气，后10分钟调小氩气，有效降低钢水中S和夹杂物含量。大包温度≥1580℃时吊包VD炉真空处理，精炼过程中向钢液中喂入铝线和Ca线，真空处理时真空度≤66Pa，真空保持时间≥20min，解决了钢水钢中非金属夹杂物含量较高的现象，保证了钢质的纯净度。
（2）连铸工序：将冶炼后的钢水进行连铸，连铸时进行电磁搅拌或轻压下，加强凝固末端强冷，得到连铸坯；钢水过热度10～20℃，拉坯速度为0.80～1.00min/mm。
（3）加热工序：连铸坯在连续式加热炉中进行加热，最高加热温度1210～1230℃，总加热时间为≥10min/mm。
（4）轧制工序：采用二阶段轧制工艺；第一阶段为奥氏体再结晶阶段，轧制温度为1050～1150℃，终轧温度为920～950℃，单道次压下量为10～30%，累计压下率为30～50％；第二阶段为奥氏体未再结晶阶段，轧制温度为≤950℃，终轧温度为≥780℃，单道次压下量为10～30%，累计压下率为30～50％，轧制后得到半成品钢板，轧后空冷。
（5）热处理工序：采用正火+回火工艺，正火温度为900～910℃，总加热时间1.6～1.8min/mm，总加热时间不足40min按40min保温，出炉空冷；回火温度为600～610℃，保温3.0～3.5min/mm，总加热时间不足40min按40min保温，出炉空冷。
实施例1
本高韧性高塑性屈服强度345MPa级压力容器用钢板采用下述成分配比以及生产工艺。
成分配比（wt）：C：0.15%，Si：0.23%，Mn：1.43%，P：0.007%，S：0.001%，Al：0.030%，Nb：0.023%，O：0.002%，余量为Fe和不可避免的杂质。厚度60mm。
生产工艺：（1）冶炼工序：钢水先经初炼炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，采用增加渣量和多次流渣，渣量1600kg，渣料少量多批加入，白渣气氛保持时间25分钟，渣中Al2O3的含量25%，渣中(FeO)含量10%，精炼结束留渣量1000kg，LF炉吹氩搅拌强度，前15分钟氩气流量大，后10分钟调氩气流量适当减少，大包温度1590℃时吊包VD炉真空处理，精炼过程中向钢液中喂入铝线1.6kg/t钢水和Si-Ca线5.5m/t钢水，再加入1.5kg/t钢水电石脱氧剂，真空处理时真空度66Pa，真空保持时间25min。
（2）连铸工序：过热度13℃，拉坯速度0.90m/min，连铸得到连铸坯。
（3）加热工序：连铸坯在连续式加热炉中进行加热，最高加热温度1220℃，总加热时间为10min/mm。
（4）轧制工序：第一阶段的轧开轧温度为1050℃，道次压下率10%，终轧温度为920℃，累计压下率40%；第二阶段的开轧温度为910℃，终轧温度为850℃，累计压下率为45%，单道次压下率为12%，轧后空冷。
（5）热处理：采用正火+回火工艺，正火温度为910℃，总加热时间1.8min/mm，出炉空冷，回火温度600℃，保温3.0min/mm，出炉空冷。
本实施例所得钢板的力学性能和抗硫化氢腐蚀性能如下：屈服强度364MPa，抗拉强度528MPa，-10℃横向冲击功平均230J，Z向性能为68%，延伸率为34%。
实施例2
本高韧性高塑性屈服强度345MPa级压力容器用钢板采用下述成分配比以及生产工艺。
成分配比（wt）：C：0.15%，Si：0.28%，Mn：1.48%，P：0.007%，S：0.001%，Al：0.028%，Nb：0.025%，O：0.002%，余量为Fe和不可避免的杂质。厚度40mm。
生产工艺：（1）冶炼工序：钢水先经初炼炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，采用增加渣量和多次流渣，渣量1600kg，渣料少量多批加入，白渣气氛保持时间25分钟，渣中Al2O3的含量25%，渣中(FeO)含量10%，精炼结束留渣量1000kg，LF炉吹氩搅拌强度，前15分钟氩气流量大，后10分钟调氩气流量适当减少，大包温度1590℃时吊包VD炉真空处理，精炼过程中向钢液中喂入铝线1.6kg/t钢水和Si-Ca线5.5m/t钢水，再加入1.5kg/t钢水电石脱氧剂，真空处理时真空度66Pa，真空保持时间25min。
（2）连铸工序：过热度13℃，拉坯速度0.90m/min，连铸得到连铸坯。
（3）加热工序：连铸坯在连续式加热炉中进行加热，最高加热温度1220℃，总加热时间为10min/mm。
（4）轧制工序：第一阶段的轧开轧温度为1050℃，道次压下率10%，终轧温度为920℃，累计压下率40%；第二阶段的开轧温度为915℃，终轧温度为880℃，累计压下率为45%，单道次压下率为12%，轧后空冷。
（5）热处理：采用正火+回火工艺，正火温度为910℃，总加热时间1.8min/mm，出炉空冷，回火温度610℃，保温3.0min/mm，出炉空冷。
本实施例所得钢板的力学性能和抗硫化氢腐蚀性能如下：屈服强度356MPa，抗拉强度517MPa，-10℃横向冲击功平均215J，Z向性能为65%，延伸率为34%。
实施例3
本高韧性高塑性屈服强度345MPa级压力容器用钢板采用下述成分配比以及生产工艺。
成分配比（wt）：C：0.16%，Si：0.30%，Mn：1.46%，P：0.007%，S：0.001%，Al：0.025%，Nb：0.023%，O：0.002%，余量为Fe和不可避免的杂质。厚度25mm。
生产工艺：（1）冶炼工序：钢水先经初炼炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，采用增加渣量和多次流渣，渣量1600kg，渣料少量多批加入，白渣气氛保持时间25分钟，渣中Al2O3的含量25%，渣中(FeO)含量10%，精炼结束留渣量1000kg，LF炉吹氩搅拌强度，前15分钟氩气流量大，后10分钟调氩气流量适当减少，大包温度1590℃时吊包VD炉真空处理，精炼过程中向钢液中喂入铝线1.6kg/t钢水和Si-Ca线5.5m/t钢水，再加入1.5kg/t钢水电石脱氧剂，真空处理时真空度66Pa，真空保持时间25min。
（2）连铸工序：过热度13℃，拉坯速度0.90m/min，连铸得到连铸坯。
（3）加热工序：连铸坯在连续式加热炉中进行加热，最高加热温度1220℃，总加热时间为10min/mm。
（4）轧制工序：第一阶段的轧开轧温度为1050℃，道次压下率10%，终轧温度为920℃，累计压下率40%；第二阶段的开轧温度为915℃，终轧温度为900℃，累计压下率为45%，单道次压下率为12%，轧后空冷。
（5）热处理：采用正火+回火工艺，正火温度为910℃，总加热时间1.8min/mm，出炉空冷，回火温度600℃，保温3.0min/mm，出炉空冷。
本实施例所得钢板的力学性能和抗硫化氢腐蚀性能如下：屈服强度378MPa，抗拉强度534MPa，-10℃横向冲击功平均230J，Z向性能为65%，延伸率为35%。
实施例4
本高韧性高塑性屈服强度345MPa级压力容器用钢板采用下述成分配比以及生产工艺。
成分配比（wt）：C：0.15%，Si：0.28%，Mn：1.45%，P：0.007%，S：0.001%，Al：0.030%，Nb：0.025%，O：0.002%，余量为Fe和不可避免的杂质。厚度25mm。
生产工艺：（1）冶炼工序：钢水先经初炼炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，采用增加渣量和多次流渣，渣量1600kg，渣料少量多批加入，白渣气氛保持时间25分钟，渣中Al2O3的含量25%，渣中(FeO)含量10%，精炼结束留渣量1000kg，LF炉吹氩搅拌强度，前15分钟氩气流量大，后10分钟调氩气流量适当减少，大包温度1590℃时吊包VD炉真空处理，精炼过程中向钢液中喂入铝线1.6kg/t钢水和Si-Ca线5.5m/t钢水，再加入1.5kg/t钢水电石脱氧剂，真空处理时真空度66Pa，真空保持时间25min。
（2）连铸工序：过热度13℃，拉坯速度0.90m/min，连铸得到连铸坯。
（3）加热工序：连铸坯在连续式加热炉中进行加热，最高加热温度1220℃，总加热时间为10min/mm。
（4）轧制工序：第一阶段的轧开轧温度为1050℃，道次压下率10%，终轧温度为920℃，累计压下率40%；第二阶段的开轧温度为915℃，终轧温度为900℃，累计压下率为45%，单道次压下率为12%，轧后空冷。
（5）热处理：采用正火+回火工艺，正火温度为910℃，总加热时间1.8min/mm，出炉空冷，回火温度600℃，保温3.0min/mm，出炉空冷。
本实施例所得钢板的力学性能和抗硫化氢腐蚀性能如下：屈服强度368MPa，抗拉强度530MPa，-10℃横向冲击功平均225J，Z向性能为65%，延伸率为34.5%。
实施例5
本高韧性高塑性屈服强度345MPa级压力容器用钢板采用下述成分配比以及生产工艺。
成分配比（wt）：C：0.17%，Si：0.15%，Mn：1.40%，P：0.008%，S：0.002%，Al：0.040%，Nb：0.035%，O：0.002%，余量为Fe和不可避免的杂质。厚度30mm。
生产工艺：（1）冶炼工序：钢水先经初炼炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，采用增加渣量和多次流渣，渣量1600kg，渣料少量多批加入，白渣气氛保持时间20分钟，渣中Al2O3的含量20%，渣中(FeO)含量12%，精炼结束留渣量1000kg，LF炉吹氩搅拌强度，前15分钟氩气流量大，后10分钟调氩气流量适当减少，大包温度1590℃时吊包VD炉真空处理，精炼过程中向钢液中喂入铝线1.8kg/t钢水和Si-Ca线5m/t钢水，再加入2.0kg/t钢水电石脱氧剂，真空处理时真空度63Pa，真空保持时间20min。
（2）连铸工序：过热度20℃，拉坯速度0.80m/min，连铸得到连铸坯。
（3）加热工序：连铸坯在连续式加热炉中进行加热，最高加热温度1230℃，总加热时间为11min/mm。
（4）轧制工序：第一阶段的轧开轧温度为1100℃，道次压下率15%，终轧温度为950℃，累计压下率30%；第二阶段的开轧温度为935℃，终轧温度为780℃，累计压下率为50%，单道次压下率为30%，轧后空冷。
（5）热处理：采用正火+回火工艺，正火温度为900℃，总加热时间1.6min/mm，出炉空冷，回火温度605℃，保温3.5min/mm，出炉空冷。
本实施例所得钢板的力学性能和抗硫化氢腐蚀性能如下：屈服强度370MPa，抗拉强度537MPa，-10℃横向冲击功平均227J，Z向性能为63%，延伸率为32.5%。
实施例6
本高韧性高塑性屈服强度345MPa级压力容器用钢板采用下述成分配比以及生产工艺。
成分配比（wt）：C：0.18%，Si：0.35%，Mn：1.50%，P：0.006%，S：0.0015%，Al：0.020%，Nb：0.020%，O：0.003%，余量为Fe和不可避免的杂质。厚度50mm。
生产工艺：（1）冶炼工序：钢水先经初炼炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，采用增加渣量和多次流渣，渣量1600kg，渣料少量多批加入，白渣气氛保持时间15分钟，渣中Al2O3的含量35%，渣中(FeO)含量15%，精炼结束留渣量1000kg，LF炉吹氩搅拌强度，前15分钟氩气流量大，后10分钟调氩气流量适当减少，大包温度1580℃时吊包VD炉真空处理，精炼过程中向钢液中喂入铝线1.5kg/t钢水和Si-Ca线6m/t钢水，再加入1.7kg/t钢水电石脱氧剂，真空处理时真空度65Pa，真空保持时间30min。
（2）连铸工序：过热度10℃，拉坯速度1.00m/min，连铸得到连铸坯。
（3）加热工序：连铸坯在连续式加热炉中进行加热，最高加热温度1210℃，总加热时间为12min/mm。
（4）轧制工序：第一阶段的轧开轧温度为1150℃，道次压下率30%，终轧温度为945℃，累计压下率50%；第二阶段的开轧温度为950℃，终轧温度为880℃，累计压下率为30%，单道次压下率为10%，轧后空冷。
（5）热处理：采用正火+回火工艺，正火温度为905℃，总加热时间1.7min/mm，出炉空冷，回火温度608℃，保温3.2min/mm，出炉空冷。
本实施例所得钢板的力学性能和抗硫化氢腐蚀性能如下：屈服强度376MPa，抗拉强度535MPa，-10℃横向冲击功平均232J，Z向性能为60%，延伸率为33%。

Claims (10)

1.一种屈服强度345MPa级压力容器用钢板，其特征在于，所述钢板化学成分及重量百分含量为：C：0.15～0.18%，Si：0.15～0.35%，Mn：1.40～1.50%，P≤0.008%,S≤0.002%，Al：0.020～0.040%，Nb：0.020～0.035%，O≤0.003%，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的屈服强度345MPa级压力容器用钢板，其特征在于，所述钢板的最大厚度为60mm。
3.屈服强度345MPa级压力容器用钢板的生产方法，其特征在于，所述生产方法包括加热、轧制和热处理工序；所述屈服强度345MPa级压力容器用钢板成分的重量百分含量为：C：0.15%～0.18%，Si：0.15%～0.35%，Mn：1.40%～1.50%，P≤0.008%，S≤0.002%，Al：0.020%～0.040%，Nb：0.020%～0.035%，O≤0.003%，余量为Fe和不可避免的杂质。
4.根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于，所述加热工序：连铸坯最高加热温度1210～1230℃，总加热时间为≥10min/mm。
5.根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于，所述轧制工序：采用二阶段轧制工艺；第一阶段为奥氏体再结晶阶段，开轧温度为1050～1150℃，终轧温度为920～950℃，累计压下率为30～50％；第二阶段为奥氏体未再结晶阶段，开轧温度为≤950℃，终轧温度为≥780℃，累计压下率为30～50％，轧制后得到半成品钢板，轧后空冷。
6.根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于，所述热处理工序：采用正火+回火工艺；正火温度为900～910℃，总加热时间1.6～1.8min/mm，总加热时间不足40min按40min保温，出炉空冷；回火温度为600～610℃，保温3.0～3.5min/mm，总加热时间不足40min按40min保温，出炉空冷。
7.根据权利要求3-6任意一项所述的生产方法，其特征在于，所述生产方法包括冶炼工序，钢水先经初炼炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，采用增加渣量和多次流渣，以利于脱P，白渣气氛保持时间≥15分钟；大包温度≥1580℃时吊包VD炉真空处理，精炼过程中向钢液中喂入1.5-1.8kg/t钢水的铝线和5-6m/t钢水的Ca线，再加入1.5-2.0kg/t钢水电石脱氧剂，真空处理时真空度≤66Pa，真空保持时间≥20min。
8.根据权利要求3-6任意一项所述的生产方法，其特征在于，所述生产方法包括连铸工序：钢水过热度10～20℃，拉坯速度为0.80～1.00min/mm。
9.根据权利要求3-6所述的生产方法，其特征在于，所述生产方法包括冶炼及连铸工序，冶炼后的钢水进行浇铸得到连铸坯。
10.根据权利要求3-6任意一项所述的生产方法，其特征在于，所述轧制工序：第一阶段的单道次压下率均为10～30%；第二阶段的单道次压下率均为10～30%。
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