CN107177795A - 一种高韧性高塑性压力容器储罐用钢板及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高韧性高塑性压力容器储罐用钢板及其生产方法，所述钢板化学成分及质量百分含量为：C：0.07～0.10%，Si：0.20～0.40%，Mn：1.30～1.40%，Ni：0.55～0.65%，Cr：0.45～0.50%，Al：0.060～0.080%，Ti：0.005‑0.020%，Mo：0.35～0.45%，V：0.030～0.040%，Nb：0.020～0.030%，P≤0.012%，S≤0.003%，B：0.0010‑0.0020%，N≤0.010%，Cu≤0.20%，余量为Fe和不可避免的杂质；生产方法包括冶炼、连铸、加热、轧制和热处理工序。本发明方法的化学成分设计采用C、Mn、Cr、Mo固溶强化，能在较低碳当量条件下满足更高强度级别钢高塑性高韧性的要求，‑40℃冲击韧性优良，可广泛用于船用储罐工程，应用前景广阔。

Description

一种高韧性高塑性压力容器储罐用钢板及其生产方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种高韧性高塑性压力容器储罐用钢板及其生产方法。
背景技术
近年来，随着国民经济建设的迅猛发展，对于高强度抗硫化氢腐蚀用钢板的需求日益突出，市场对于高强度抗硫化氢腐蚀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强度抗硫化氢腐蚀用钢板的成熟经验，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
本发明所要解决的技术问题是提供一种高韧性高塑性压力容器储罐用钢板；本发明还提供了一种高韧性高塑性压力容器储罐用钢板的生产方法。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种高韧性高塑性压力容器储罐用钢板，所述钢板化学成分及质量百分含量为：C：0.07～0.10%，Si：0.20～0.40%，Mn：1.30～1.40%，Ni：0.55～0.65%，Cr：0.45～0.50%，Al：0.060～0.080%，Ti：0.005-0.020%，Mo：0.35～0.45%，V：0.030～0.040%，Nb：0.020～0.030%，P≤0.012%，S≤0.003%，B：0.0010-0.0020%，N≤0.010%，Cu≤0.20%，余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明所述钢板的厚度≤50mm。
本发明所述钢板屈服强度≥690MPa，抗拉强度790-940MPa，延伸率A50≥23%，-40℃横向冲击功平均≥80J，Z向性能为≥35%。
本发明所述方法包括冶炼、连铸、加热、轧制和热处理工序。
本发明所述加热工序，连铸坯在连续式加热炉中进行加热，最高加热温度1220～1240℃，保温温度1200～1220℃，总加热时间≥12min/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，轧制温度为1050～1100℃，单道次压下量为10～30%，累计压下率为30～50%。
本发明所述轧制工序，第二阶段为奥氏体未再结晶阶段，轧制温度为870～920℃，累计压下率为30～50%，终轧温度为800～850℃，轧制后得到半成品钢板，轧后ACC水冷，返红温度为650～700℃。
本发明所述热处理工序，采用淬火＋回火工艺；淬火温度为920～940℃，保温系数2.0～2.3min/mm，辊速3～7m/min，水冷加速冷却，回火温度为640～660℃，保温时间3.5～4.5min/mm。
本发明所述冶炼工序，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，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钢水铝线和5-6m/t钢水Si-Ca线，真空处理时真空度≤66Pa，真空保持时间≥15min，解决了钢水中非金属夹杂物含量较高的现象，保证了钢质的纯净度。
本发明所述连铸工序，浇铸温度为1530～1545℃，钢水过热度10～25℃，拉坯速度为0.80～1.10min/mm。
本发明各组分及含量的作用机理是：
C：碳对钢的屈服、抗拉强度、焊接性能产生显著影响。碳通过间隙固溶能显著提高钢板强度，但碳含量过高，又会影响钢的焊接性能及韧性，碳含量过低则降低钢的淬透性。
Si：在炼钢过程中作为还原剂和脱氧剂，同时Si也能起到固溶强化作用，但超过0.5%时，会造成钢的韧性下降，降低钢的焊接性能。
Mn：锰成本低廉，能增加钢的韧性、强度和硬度，提高钢的淬透性，改善钢的热加工性能；锰量过高，会减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。
Ni：镍能减小低温时的位错在基体金属中运动的总阻力，Ni还可以提高层错能，抑制在低温时大量位错的形成，促进低温时螺位错交滑移，使裂纹扩展消耗功增加，故韧性提高，从而降低钢材的韧脆转变温度。但镍是贵重金属，过高的镍将会增加成本。
P、S：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。
Al：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。铝还具有抗氧化性和抗腐蚀性能，过高则影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能。
Nb：铌的加入是为了促进钢轧制显微组织的晶粒细化，可同时提高强度和韧性，铌可在控轧过程中通过抑制奥氏体再结晶有效的细化显微组织，并通过析出强化基体。铌可降低钢的过热敏感性及回火脆性。焊接过程中，铌原子的偏聚及析出可以阻碍加热时奥氏体晶粒的粗化，并保证焊接后得到比较细小的热影响区组织，改善焊接性能。
V：钒能显著地改善普通低碳低合金钢的焊接性能，钒是钢的优良脱氧剂。钒在钢中主要以碳化物的形式存在，其主要作用是细化钢的组织和晶粒，钢中加入0.035%～0.040%钒可细化组织晶粒，提高强度和韧性。钒还能与碳形成碳化物，在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力。钒和碳、氨、氧有极强的亲和力，与之形成相应的稳定化合物。同时钒增加淬火钢的回火稳定性，并产生二次硬化效应。V的加入是为了促进钢轧制显微组织的晶粒细化，可同时提高强度和韧性，同时通过两次淬火更好地起到细化晶粒的作用，同时提高了回火稳定性，为得到更高的强度级别和稳定优良的冲击韧性提供保证。
Cr：在低合金钢范围内，对钢具有很大的强化作用，提高强度、硬度和耐磨性，降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性。
Mo：具有较强的碳化物形成能力，能够阻止奥氏体化的晶粒粗大，同时还会造成C曲线右移，减小了过冷度，极大地提高了淬透性。当钼与铌同时加入时，钼在控轧过程中可增大对奥氏体再结晶的抑制作用，进而促使奥氏体显微组织的细化，但是过多的钼会损害焊接时形成的热影响区的韧性，降低钢的焊接性。
高韧性高塑性压力容器储罐用钢板检测方法参考见表1。
表1 高韧性高塑性压力容器储罐用钢板检测方法
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：1、本发明方法的化学成分设计采用C、Mn、Cr、Mo固溶强化，通过调整优化钢板中其它元素的配比，能在较低碳当量条件下确保钢板力学性能良好，使钢板具有良好的组织、综合性能、抗硫化氢腐蚀性能和焊接性能，还能减低成本。2、本发明方法采用二阶段轧制工艺，解决了轧机轧制压力不足而造成的晶粒粗大不均、有优良的综合性能，能够更好的满足更高强度级别钢高塑性高韧性的要求，-40℃冲击韧性优良，可广泛用于船用储罐工程，应用前景广阔。
具体实施方式
本高韧性高塑性压力容器储罐用钢板的生产方法包括冶炼、连铸、加热、轧制和热处理工序，具体工艺步骤如下：
（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，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钢水铝线和5-6m/t钢水Si-Ca线，真空处理时真空度≤66Pa，真空保持时间≥15min。
（2）连铸工序：将冶炼后的钢水进行连铸，得到连铸坯；浇铸温度为1530～1545℃，钢水过热度10℃～25℃，拉坯速度为0.80～1.10min/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1220～1240℃，保温温度1200～1220℃，总加热时间为≥12min/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1050～1100℃，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870～920℃，累计压下率为30～50%，终轧温度为800～850℃，轧制后得到半成品钢板，轧后ACC水冷，返红温度为650～700℃。
（5）热处理工序：采用淬火＋回火工艺；淬火的冷却介质为水，淬火温度为920～940℃，保温系数2.0～2.3min/mm，辊速3～7m/min，水冷加速冷却，回火温度为640～660℃，保温时间3.5～4.5min/mm。
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
本高韧性高塑性压力容器储罐用钢板厚度为26mm，化学成分及质量百分含量为：C：0.08%，Si：0.24%，Mn：1.40%，Ni：0.60%，P：0.008%，S：0.002%，Al：0.070%，Nb：0.025%，V：0.040%，Cr：0.50%，Mo：0.36%，Ti：0.015%，V：0.039%，B：0.0011%，Cu：0.03%，N：0.0045%，余量为Fe和不可避免的杂质。
本高韧性高塑性压力容器储罐用钢板的生产方法包括冶炼、浇铸、加热、轧制和热处理工序，具体工艺步骤如下：
（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，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1.5kg/t钢水铝线和5m/t钢水Si-Ca线，真空处理时真空度66Pa，真空保持时间25min。
（2）连铸工序：将冶炼后的钢水进行连铸，得到连铸坯；浇铸温度为1535℃，钢水过热度10℃，拉坯速度1.05m/min。
（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1240℃，保温温度1210℃，总加热时间为12min/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℃，单道次压下率10%，累计压下率40%；第二阶段为奥氏体未再结晶阶段，开轧温度为910℃，终轧温度为850℃，累计压下率为45%；采用水冷，返红温度658℃。
（5）热处理工序：采用淬火＋回火工艺，淬火的冷却介质为水，淬火温度为930℃，保温系数2.1min/mm，辊速4m/min，水冷加速冷却，回火温度为640℃，保温时间4.0min/mm。
本实施例所得高韧性高塑性压力容器储罐用钢板的力学性能和抗硫化氢腐蚀性能：屈服强度780MPa，抗拉强度820 MPa，延伸率（A50）23%，-40℃横向冲击功平均150J，Z向性能为57%。
实施例2
本高韧性高塑性压力容器储罐用钢板厚度为40mm，化学成分及质量百分含量为：C：0.10%，Si：0.25%，Mn：1.35%，Ni：0.58%，P：0.008%，S：0.002%，Al：0.074%，Nb：0.025%，V：0.038%，Cr：0.48%，Mo：0.38%，Ti：0.010%，V：0.038%，B：0.0010%，Cu：0.03%，N：0.0043%，余量为Fe和不可避免的杂质。
本高韧性高塑性压力容器储罐用钢板的生产方法包括冶炼、浇铸、加热、轧制和热处理工序，具体工艺步骤如下：
（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，大包温度1585℃时吊包VD炉真空处理，精炼过程中向钢液中喂入1.8kg/t钢水铝线和5.5m/t钢水Si-Ca线，真空处理时真空度66Pa，真空保持时间23min。
（2）连铸工序：将冶炼后的钢水进行连铸，得到连铸坯；浇铸温度为1540℃，钢水过热度15℃，拉坯速度0.95m/min。
（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1240℃，保温温度1215℃，总加热时间为12.5min/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℃，单道次压下率12%，累计压下率45%；第二阶段为奥氏体未再结晶阶段，开轧温度为915℃，终轧温度为840℃，累计压下率为43%；采用水冷，返红温度700℃。
（5）热处理工序：采用淬火＋回火工艺，淬火的冷却介质为水，淬火温度为930℃，保温系数2.2min/mm，辊速4.5m/min，水冷加速冷却，回火温度为640℃，保温时间4.0min/mm。
本实施例所得高韧性高塑性压力容器储罐用钢板的力学性能和抗硫化氢腐蚀性能：屈服强度790 MPa，抗拉强度835 MPa，延伸率（A50）23.5%，-40℃横向冲击功平均160J，Z向性能为63%。
实施例3
本高韧性高塑性压力容器储罐用钢板厚度为48mm，化学成分及质量百分含量为：C：0.10%，Si：0.35%，Mn：1.38%，Ni：0.60%，P：0.010%，S：0.002%，Al：0.065%，Nb：0.022%，V：0.038%，Cr：0.48%，Mo：0.38%，Ti：0.002%，V：0.035%，B：0.0015%，Cu：0.02%，N：0.0050%，余量为Fe和不可避免的杂质。
本高韧性高塑性压力容器储罐用钢板的生产方法包括冶炼、浇铸、加热、轧制和热处理工序，具体工艺步骤如下：
（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，大包温度1585℃时吊包VD炉真空处理，精炼过程中向钢液中喂入1.8kg/t钢水铝线和6m/t钢水Si-Ca线，真空处理时真空度65Pa，真空保持时间20min。
（2）连铸工序：将冶炼后的钢水进行连铸，得到连铸坯；浇铸温度为1535℃，钢水过热度20℃，拉坯速度0.80m/min。
（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℃，保温温度1200℃，总加热时间为13min/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1100℃，单道次压下率20%，累计压下率30%；第二阶段为奥氏体未再结晶阶段，轧制温度为920℃，终轧温度为815℃，累计压下率为30%；采用水冷，返红温度660℃。
（5）热处理工序：采用淬火＋回火工艺，淬火的冷却介质为水，淬火温度为920℃，保温系数2.0min/mm，辊速3m/min，水冷加速冷却，回火温度为660℃，保温时间3.5min/mm。
本实施例所得高韧性高塑性压力容器储罐用钢板的力学性能和抗硫化氢腐蚀性能：屈服强度780MPa，抗拉强度860MPa，延伸率（A50）24.0%，-40℃横向冲击功平均180J，Z向性能为65%。
实施例4
本高韧性高塑性压力容器储罐用钢板厚度为50mm，化学成分及质量百分含量为：C：0.10%，Si：0.35%，Mn：1.38%，Ni：0.60%，P：0.010%，S：0.002%，Al：0.065%，Nb：0.022%，V：0.038%，Cr：0.43%，Mo：0.36%，Ti：0.002%，V：0.035%，B：0.0015%，Cu：0.02%，N：0.0050%，余量为Fe和不可避免的杂质。
本高韧性高塑性压力容器储罐用钢板的生产方法包括冶炼、浇铸、加热、轧制和热处理工序，具体工艺步骤如下：
（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，大包温度1585℃时吊包VD炉真空处理，精炼过程中向钢液中喂入1.7kg/t钢水铝线和6m/t钢水Si-Ca线，真空处理时真空度65Pa，真空保持时间23min。
（2）连铸工序：将冶炼后的钢水进行连铸，得到连铸坯；浇铸温度为1530℃，钢水过热度25℃，拉坯速度1.1m/min。
（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1235℃，保温温度1215℃，总加热时间为12min/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1100℃，单道次压下率15%，累计压下率35%；第二阶段为奥氏体未再结晶阶段，轧制温度为918℃，终轧温度为800℃，累计压下率为30%；采用水冷，返红温度650℃。
（5）热处理工序：采用淬火＋回火工艺，淬火的冷却介质为水，淬火温度为920℃，保温系数2.3min/mm，辊速7m/min，水冷加速冷却，回火温度为650℃，保温时间4.5min/mm。
本实施例所得高韧性高塑性压力容器储罐用钢板的力学性能和抗硫化氢腐蚀性能：屈服强度785MPa，抗拉强度845MPa，延伸率（A50）24.0%，-40℃横向冲击功平均160J，Z向性能为60%。
试验结果表明：采用本发明的方法所生产的钢板具有纯净度较高、成分均匀、内部致密的特点，钢的冶金水平较高，性能完全满足船用储罐用抗硫化氢钢板高塑性高韧性的使用要求。
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)

1.一种高韧性高塑性压力容器储罐用钢板，其特征在于，所述钢板化学成分及质量百分含量为：C：0.07～0.10%，Si：0.20～0.40%，Mn：1.30～1.40%，Ni：0.55～0.65%，Cr：0.45～0.50%，Al：0.060～0.080%，Ti：0.005-0.020%，Mo：0.35～0.45%，V：0.030～0.040%，Nb：0.020～0.030%，P≤0.012%，S≤0.003%，B：0.0010-0.0020%，N≤0.010%，Cu≤0.20%，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种高韧性高塑性压力容器储罐用钢板，其特征在于，所述钢板的厚度≤50mm。
3.根据权利要求1或2所述的一种高韧性高塑性压力容器储罐用钢板，其特征在于，所述钢板屈服强度≥690MPa，抗拉强度790-940MPa，延伸率A50≥23%，-40℃横向冲击功平均≥80J，Z向性能为≥35%。
4.基于权利要求1-3任意一项所述的一种高韧性高塑性压力容器储罐用钢板的生产方法，其特征在于，所述方法包括冶炼、连铸、加热、轧制和热处理工序。
5.根据权利要求4所述的一种高韧性高塑性压力容器储罐用钢板的生产方法，其特征在于，所述加热工序，连铸坯在连续式加热炉中进行加热，最高加热温度1220～1240℃，保温温度1200～1220℃，总加热时间≥12min/mm。
6.根据权利要求4所述的一种高韧性高塑性压力容器储罐用钢板的生产方法，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，轧制温度为1050～1100℃，单道次压下量为10～30%，累计压下率为30～50%。
7.根据权利要求4-6任意一项所述的一种高韧性高塑性压力容器储罐用钢板的生产方法，其特征在于，所述轧制工序，第二阶段为奥氏体未再结晶阶段，轧制温度为870～920℃，累计压下率为30～50%，终轧温度为800～850℃，轧后ACC水冷，返红温度为650～700℃。
8.根据权利要求4-6任意一项所述的一种高韧性高塑性压力容器储罐用钢板的生产方法，其特征在于，所述热处理工序，采用淬火＋回火工艺；淬火温度为920～940℃，保温系数2.0～2.3min/mm，辊速3～7m/min，水冷加速冷却，回火温度为640～660℃，保温时间3.5～4.5min/mm。
9.根据权利要求4-6任意一项所述的一种高韧性高塑性压力容器储罐用钢板的生产方法，其特征在于，所述冶炼工序，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，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钢水铝线和5-6m/t钢水Si-Ca线，真空处理时真空度≤66Pa，真空保持时间≥15min。
10.根据权利要求4-6任意一项所述的一种高韧性高塑性压力容器储罐用钢板的生产方法，其特征在于，所述连铸工序，浇铸温度为1530～1545℃，钢水过热度10～25℃，拉坯速度为0.80～1.10min/mm。
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