CN106957987A - 一种锅炉容器用q345r钢板及其正火热处理方法 - Google Patents

一种锅炉容器用q345r钢板及其正火热处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种锅炉容器用Q345R钢板及其正火热处理方法，钢板化学成分组成及质量百分含量为：C：0.17～0.20%，Si：0.25～0.55%，Mn：1.45～1.60%，P≤0.015%，S≤0.005%，Alt：0.025～0.050%，余量为Fe和不可避免的杂质。正火热处理方法包括加热保温和加速冷却工艺。钢板厚度为8‑250mm，力学性能在不同交货状态下的屈服强度≥380MPa，抗拉强度在500～600MPa，延伸率≥25%，‑40～20℃不同冲击温度下的夏比冲击功均≥100J。本发明通过适合的成分设计、正火热处理方法，保证了钢板具有良好的综合力学性能，满足了复杂的市场需求。

Description

一种锅炉容器用Q345R钢板及其正火热处理方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种锅炉容器用Q345R钢板及其正火热处理方法。
背景技术
目前Q245R、Q345R、Q370R、18MnMoNbR、13MnNiMoR、15CrMoR等系列压力容器用钢板，被广泛用于制造中高温工业锅炉和电站锅炉的锅炉容器、压力容器、精密部件制造等。特别是Q345R钢板，作为低温及高温压力容器用低合金结构钢，由于该类钢板具有高纯净度、高韧性、高内在质量、高技术要求的特点，被大量应用在各类锅炉容器的生产制造中。
近年来，各种用于制造锅炉设备的中高温压力容器用钢得到迅猛发展，市场对此类容器钢板的需求量与日俱增，宽厚板用户对宽厚钢板使用条件提出越来越严苛的要求，比如，对Q345R钢板提出板厚1/2处-30℃冲击韧性，同时规定钢板交货态、最小模焊态、最大模焊态三套性能均满足技术条件要求；对钢板交货态维氏硬度进行了不大于200HV的规定；并且部分钢板更要满足模拟封头热成型以及模拟筒体热成型的性能。这在以前都是没有要求过的或是要求没有这么严格，这些要求直接给此类钢板组织生产带来很大难度。
目前国内生产该种压力容器用钢板的综合力学性能不佳，使用效果不理想，不能满足日益增长的市场需求。常规的Q345R钢板热处理制度由简单的正火空冷完成，性能不合（尤其同批多套力学性能不能同时满足）现象较多。为了满足Q345R钢板更加复杂性能的要求，设计和研制更加有效及合理的正火热处理工艺显得尤为紧张和必要。
发明内容
本发明的目是提供一种锅炉容器用Q345R钢板；本发明还提供一种锅炉容器用Q345R钢板的正火热处理方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种锅炉容器用Q345R钢板，所述钢板主要化学成分组成及质量百分含量为：C：0.17～0.20%，Si：0.25～0.55%，Mn：1.45～1.60%，P≤0.015%，S≤0.005%，Alt：0.025～0.050%，余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明所述钢板化学成分组成还包括以下元素中的一种或几种：Nb：0.010～0.040%，V：0.020～0.050%，Cr：0.10～0.20%。
本发明所述钢板厚度为8-250mm。
本发明所述钢板的内部组织为铁素体+珠光体+贝氏体。
本发明所述钢板力学性能在不同交货状态下的屈服强度均≥380MPa，抗拉强度在500～600MPa，延伸率≥25%，-40～20℃不同冲击温度下的夏比冲击功均≥100J。
本发明还提供一种锅炉容器用Q345R钢板的正火热处理方法，所述方法包括加热保温和加速冷却工艺。
本发明所述加热保温工艺，在热处理炉内进行，保温温度为880～920℃，总加热时间≥2.5min/mm×H，H为钢板厚度，单位为mm。
本发明所述加速冷却工艺，当H≤25mm时，出炉空冷；当25mm＜H≤40mm时，出炉适度水冷，水冷返红温度≥680℃；当40mm＜H≤70mm时，NAC出水表面温度≥550℃，返红温度650～700℃；当70mm＜H≤120mm时，NAC出水表面温度≥500℃，返红温度620～680℃；当H＞120mm时，出水表面温度≥500℃，返红温度630～750℃；H为钢板厚度，单位为mm。
本发明所述加热保温工艺，在加热保温过程中，当H＞120mm时，钢板正火在车底炉或外机炉进行，总保温时间为1.8～2.2min/mm×H，H为钢板厚度，单位为mm。
本发明所述加速冷却工艺，在加速冷却过程中，当H＞120mm时，钢板出炉入水冷却时间≤5min，H为钢板厚度，单位为mm。
本发明依据国家标准GB713-2014中制定的Q345R钢板标准进行，优化了钢板中各元素组分及配比，保证了钢板不同状态下的各项力学性能高标准满足国家标准。并且本发明对钢板的正火热处理工艺进行了改进，优化了正火加热保温和加速冷却过程，使得经本发明热处理后钢板的力学性能得到了进一步的提高，而且还满足模拟焊后状态、模拟热成型状态的力学性能要求。
本发明突出特点在于：基于钢板不同的厚度以及不同状态性能的要求，在所设计的化学成分基础上，正火后采用不同的冷却工艺，保证珠光体形核率，抑制铁素体长大，进而细化组织提高钢板屈服强度、冲击韧性等性能，有效避免了由于加速冷却工艺不当，出现异常组织，残余应力增加，力学性能变差等问题。解决了现有技术所存在的不能满足不同状态的力学性能要求、产能较低、反复挽救等问题。
采用上述技术方案产生的有益效果在于：1、本发明化学成分以碳、锰为基础，降低合金使用量，节约成本。2、本发明针对不同板厚及性能要求，正火工艺灵活，有效保证钢板加热及冷速效果，使钢板表面与心部组织更加均匀，减少残余应力，降低开裂的危险性。3、本发明生产产品满足交货态、模拟焊后状态、模拟热成型状态的力学性能要求，各项力学性能有相当大的富裕量，可广泛用于各类锅炉的制造。4、本发明通过适合的成分设计、合理的加热保温和加速冷却的热处理工艺，得到内部组织为均匀细小的铁素体+珠光体+贝氏体，且钢板组织均匀、细小、非金属夹杂极微，保证了钢板具有良好的综合力学性能，满足了复杂的市场需求。5、本发明生产钢板力学性能在不同交货状态下的屈服强度≥380MPa，抗拉强度在500～600MPa，延伸率≥25%，-40～20℃不同冲击温度下的夏比冲击功均≥100J。
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。
实施例1
本实施例锅炉容器用Q345R钢板厚度为8mm，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.17%，Si：0.45%，Mn：1.45%，P：0.012%，S：0.005%，Alt：0.025%，余量为Fe和不可避免的杂质。
本实施例锅炉容器用Q345R钢板的正火热处理方法包括加热保温和加速冷却工艺，具体步骤如下：
（1）加热保温工艺：将钢板输送至已达设定炉温的热处理炉内，加热至保温温度后进行保温，保温温度为880℃，总加热时间为20min。
（2）加速冷却工艺：采用出炉空冷。
钢板内部组织为铁素体+珠光体+贝氏体，力学性能见表1。
实施例2
本实施例锅炉容器用Q345R钢板厚度为30mm，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.20%，Si：0.30%，Mn：1.50%，P：0.009%，S：0.003%，Alt：0.030%，Nb：0.015%，V：0.025%，余量为Fe和不可避免的杂质。
本实施例锅炉容器用Q345R钢板的正火热处理方法包括加热保温和加速冷却工艺，具体步骤如下：
（1）加热保温工艺：将钢板输送至已达设定炉温的热处理炉内，加热至保温温度后进行保温，保温温度为890℃，总加热时间为75min。
（2）加速冷却工艺：出炉适度水冷至返红温度680℃。
钢板内部组织为铁素体+珠光体+贝氏体，力学性能见表1。
实施例3
本实施例锅炉容器用Q345R钢板厚度为60mm，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.18%，Si：0.55%，Mn：1.60%，P：0.011%，S：0.004%，Alt：0.045%，Nb：0.035%，V：0.040%，Cr：0.12%，余量为Fe和不可避免的杂质。
本实施例锅炉容器用Q345R钢板的正火热处理方法包括加热保温和加速冷却工艺，具体步骤如下：
（1）加热保温工艺：将钢板输送至已达设定炉温的热处理炉内，加热至保温温度后进行保温，保温温度为900℃，总加热时间为160min。
（2）加速冷却工艺：出炉水冷，NAC出水表面温度570℃，钢板返红温度650℃。
钢板内部组织为铁素体+珠光体+贝氏体，力学性能见表1。
实施例4
本实施例锅炉容器用Q345R钢板厚度为100mm，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.18%，Si：0.35%，Mn：1.55%，P：0.010%，S：0.002%，Alt：0.038%，Nb：0.035%，余量为Fe和不可避免的杂质。
本实施例锅炉容器用Q345R钢板的正火热处理方法包括加热保温和加速冷却工艺，具体步骤如下：
（1）加热保温工艺：将钢板输送至已达设定炉温的热处理炉内，加热至保温温度后进行保温，保温温度为910℃，总加热时间为265min。
（2）加速冷却工艺：出炉水冷，NAC出水表面温度540℃，钢板返红温度620℃。
钢板内部组织为铁素体+珠光体+贝氏体，力学性能见表1。
实施例5
本实施例锅炉容器用Q345R钢板厚度为160mm，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.17%，Si：0.50%，Mn：1.52%，P：0.010%，S：0.004%，Alt：0.030%，Nb：0.030%，余量为Fe和不可避免的杂质。
本实施例锅炉容器用Q345R钢板的正火热处理方法包括加热保温和加速冷却工艺，具体步骤如下：
（1）加热保温工艺：将钢板输送至已达设定炉温的热处理炉内，加热至保温温度后进行保温，保温温度为920℃，总加热时间为400min。
（2）加速冷却工艺：出炉水冷，总保温时间为288min，出炉入水冷却时间4min，出水表面温度500℃，返红温度630℃。
钢板内部组织为铁素体+珠光体+贝氏体，力学性能见表1。
实施例6
本实施例锅炉容器用Q345R钢板厚度为250mm，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.18%，Si：0.47%，Mn：1.60%，P：0.012%，S：0.003%，Alt：0.030%，Nb：0.027%，余量为Fe和不可避免的杂质。
本实施例锅炉容器用Q345R钢板的正火热处理方法包括加热保温和加速冷却工艺，具体步骤如下：
（1）加热保温工艺：将钢板输送至已达设定炉温的热处理炉内，加热至保温温度后进行保温，保温温度为920℃，总加热时间为630min。
（2）加速冷却工艺：出炉水冷，总保温时间为550min，出炉入水冷却时间5min，出水表面温度550℃，返红温度750℃。
钢板内部组织为铁素体+珠光体+贝氏体，力学性能见表1。
实施例7
本实施例锅炉容器用Q345R钢板厚度为25mm，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.17%，Si：0.45%，Mn：1.45%，P：0.012%，S：0.005%，Alt：0.025%，余量为Fe和不可避免的杂质。
本实施例锅炉容器用Q345R钢板的正火热处理方法包括加热保温和加速冷却工艺，具体步骤如下：
（1）加热保温工艺：将钢板输送至已达设定炉温的热处理炉内，加热至保温温度后进行保温，保温温度为900℃，总加热时间为75min。
（2）加速冷却工艺：采用出炉空冷。
钢板内部组织为铁素体+珠光体+贝氏体，力学性能见表1。
实施例8
本实施例锅炉容器用Q345R钢板厚度为40mm，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.20%，Si：0.30%，Mn：1.50%，P：0.009%，S：0.003%，Alt：0.030%，Nb：0.015%，V：0.025%，余量为Fe和不可避免的杂质。
本实施例锅炉容器用Q345R钢板的正火热处理方法包括加热保温和加速冷却工艺，具体步骤如下：
（1）加热保温工艺：将钢板输送至已达设定炉温的热处理炉内，加热至保温温度后进行保温，保温温度为910℃，总加热时间为100min。
（2）加速冷却工艺：出炉适度水冷至返红温度690℃。
钢板内部组织为铁素体+珠光体+贝氏体，力学性能见表1。
实施例9
本实施例锅炉容器用Q345R钢板厚度为70mm，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.19%，Si：0.25%，Mn：1.50%，P：0.015%，S：0.002%，Alt：0.050%，Nb：0.010%，V：0.020%，Cr：0.10%，余量为Fe和不可避免的杂质。
本实施例锅炉容器用Q345R钢板的正火热处理方法包括加热保温和加速冷却工艺，具体步骤如下：
（1）加热保温工艺：将钢板输送至已达设定炉温的热处理炉内，加热至保温温度后进行保温，保温温度为905℃，总加热时间为210min。
（2）加速冷却工艺：出炉水冷，NAC出水表面温度550℃，钢板返红温度700℃。
钢板内部组织为铁素体+珠光体+贝氏体，力学性能见表1。
实施例10
本实施例锅炉容器用Q345R钢板厚度为120mm，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.20%，Si：0.35%，Mn：1.51%，P：0.012%，S：0.004%，Alt：0.035%，Nb：0.040%，V：0.050%，Cr：0.20%，余量为Fe和不可避免的杂质。
本实施例锅炉容器用Q345R钢板的正火热处理方法包括加热保温和加速冷却工艺，具体步骤如下：
（1）加热保温工艺：将钢板输送至已达设定炉温的热处理炉内，加热至保温温度后进行保温，保温温度为895℃，总加热时间为300min。
（2）加速冷却工艺：出炉水冷，NAC出水表面温度500℃，钢板返红温度680℃。
钢板内部组织为铁素体+珠光体+贝氏体，力学性能见表1。
实施例11
本实施例锅炉容器用Q345R钢板厚度为50mm，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.18%，Si：0.55%，Mn：1.60%，P：0.011%，S：0.004%，Alt：0.045%，Nb：0.035%，V：0.040%，Cr：0.12%，余量为Fe和不可避免的杂质。
本实施例锅炉容器用Q345R钢板的正火热处理方法包括加热保温和加速冷却工艺，具体步骤如下：
（1）加热保温工艺：将钢板输送至已达设定炉温的热处理炉内，加热至保温温度后进行保温，保温温度为900℃，总加热时间为160min。
（2）加速冷却工艺：出炉水冷，NAC出水表面温度560℃，钢板返红温度675℃。
钢板内部组织为铁素体+珠光体+贝氏体，力学性能见表1。
实施例12
本实施例锅炉容器用Q345R钢板厚度为90mm，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.18%，Si：0.35%，Mn：1.55%，P：0.010%，S：0.002%，Alt：0.038%，Nb：0.035%，余量为Fe和不可避免的杂质。
本实施例锅炉容器用Q345R钢板的正火热处理方法包括加热保温和加速冷却工艺，具体步骤如下：
（1）加热保温工艺：将钢板输送至已达设定炉温的热处理炉内，加热至保温温度后进行保温，保温温度为910℃，总加热时间为270min。
（2）加速冷却工艺：出炉水冷，NAC出水表面温度530℃，钢板返红温度650℃。
钢板内部组织为铁素体+珠光体+贝氏体，力学性能见表1。
实施例13
本实施例锅炉容器用Q345R钢板厚度为200mm，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.17%，Si：0.50%，Mn：1.52%，P：0.010%，S：0.004%，Alt：0.030%，Nb：0.030%，余量为Fe和不可避免的杂质。
本实施例锅炉容器用Q345R钢板的正火热处理方法包括加热保温和加速冷却工艺，具体步骤如下：
（1）加热保温工艺：将钢板输送至已达设定炉温的热处理炉内，加热至保温温度后进行保温，保温温度为910℃，总加热时间为500min。
（2）加速冷却工艺：出炉水冷，总保温时间为400min，出炉入水冷却时间4.5min，出水表面温度520℃，返红温度690℃。
钢板内部组织为铁素体+珠光体+贝氏体，力学性能见表1。
实施例1-13中所得锅炉容器用Q345R钢板的力学性能见表1。
表1实施例1-13钢板的力学性能
从表1 的力学性能测试结果可以看出，锅炉容器用Q345R钢板的各项力学性能较好，完全满足对应标准的各项要求，并且具有良好的强韧性配合，特别是同批钢板的交货态、模拟焊后状态、模拟热成型状态的各项力学性能比标准要求有相当大的富裕量。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种锅炉容器用Q345R钢板，其特征在于，所述钢板主要化学成分组成及质量百分含量为：C：0.17～0.20%，Si：0.25～0.55%，Mn：1.45～1.60%，P≤0.015%，S≤0.005%，Alt：0.025～0.050%，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种锅炉容器用Q345R钢板，其特征在于，所述钢板化学成分组成还包括以下元素中的一种或几种：Nb：0.010～0.040%，V：0.020～0.050%，Cr：0.10～0.20%。
3.根据权利要求1所述的一种锅炉容器用Q345R钢板，其特征在于，所述钢板厚度为8-250mm。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种锅炉容器用Q345R钢板，其特征在于，所述钢板的内部组织为铁素体+珠光体+贝氏体。
5.根据权利要求1-3任意一项所述的一种锅炉容器用Q345R钢板，其特征在于，所述钢板力学性能在不同交货状态下的屈服强度均≥380MPa，抗拉强度在500～600MPa，延伸率≥25%，-40～20℃不同冲击温度下的夏比冲击功均≥100J。
6.基于权利要求1-5任意一项所述的一种锅炉容器用Q345R钢板的正火热处理方法，其特征在于，所述方法包括加热保温和加速冷却工艺。
7.根据权利要求6所述的一种锅炉容器用Q345R钢板的正火热处理方法，其特征在于，所述加热保温工艺，在热处理炉内进行，保温温度为880～920℃，总加热时间≥2.5min/mm×H，H为钢板厚度，单位为mm。
8.根据权利要求6所述的一种锅炉容器用Q345R钢板的正火热处理方法，其特征在于，所述加速冷却工艺，当H≤25mm时，出炉空冷；当25mm＜H≤40mm时，出炉适度水冷，水冷返红温度≥680℃；当40mm＜H≤70mm时，NAC出水表面温度≥550℃，返红温度650～700℃；当70mm＜H≤120mm时，NAC出水表面温度≥500℃，返红温度620～680℃；当H＞120mm时，出水表面温度≥500℃，返红温度630～750℃；H为钢板厚度，单位为mm。
9.根据权利要求6-8任意一项所述的一种锅炉容器用Q345R钢板的正火热处理方法，其特征在于，所述加热保温工艺，在加热保温过程中，当H＞120mm时，钢板正火在车底炉或外机炉进行，总保温时间为1.8～2.2min/mm×H，H为钢板厚度，单位为mm。
10.根据权利要求6-8任意一项所述的一种锅炉容器用Q345R钢板的正火热处理方法，其特征在于，所述加速冷却工艺，在加速冷却过程中，当H＞120mm时，钢板出炉入水冷却时间≤5min，H为钢板厚度，单位为mm。
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