CN107475620B

CN107475620B - 低温压力容器用调质型A537Cl2钢板及其生产方法

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Publication number: CN107475620B
Application number: CN201710619945.5A
Authority: CN
Inventors: 邓建军; 王晓书; 高雅; 张朋; 徐腾飞
Original assignee: Wuyang Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Wuyang Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2017-07-26
Filing date: 2017-07-26
Publication date: 2019-11-08
Anticipated expiration: 2037-07-26
Also published as: CN107475620A

Abstract

一种低温压力容器用调质型A537Cl2钢板及其生产方法，属于钢铁生产技术领域。所述钢板的成分重量百分比组成：C：0.13～0.20%，Si：0.20～0.40%，Mn：1.00～1.60%，Nb：0.01～0.02%，Cr≤0.25%，Ni≤0.50%，V：0.02～0.03%，P≤0.010%，S≤0.005%，Alt：0.02～0.05%，余量为Fe和不可避免的杂质。所述生产方法包括冶炼、控轧控冷、调质热处理工序。本发明优化了钢板中各成分组成及配比，钢板具有良好的力学性能和焊接性能，内在组织致密，非金属夹杂物和有害元素含量低，最大厚度可达到250mm，可用于制备不同厚度的低温压力容器。

Description

低温压力容器用调质型A537Cl2钢板及其生产方法

技术领域

本发明属于钢铁生产技术领域，具体涉及一种低温压力容器用调质型A537Cl2钢板及其生产方法。

背景技术

近年来，随着液化气体生产和使用的迅猛发展，特别是石油和液化设备的广泛应用，市场上对于厚规格低温压力容器用钢的需求也越来越大，特别是大厚度调质型A537Cl2钢板的用量尤其见多。

调质型A537Cl2钢为美国标准ASTM A537/A537M中的钢种，厚度规格不限，主要用于制作低温压力容器。低温压力容器在轻量化和大型化设计的基础上，要求制作材料具有较高的强度和较低的低温韧性。目前国内与之类似的钢种是18MnMoNbR，但二者交货状态不同，且在冲击温度上，A537Cl2（-45℃）比18MnMoNbR（0℃）低得多。因此，开发低温压力容器用A537Cl2钢板及其生产方法对于低温压力容器用钢的发展具有重要的意义。

发明内容

本发明的目是提供一种低温压力容器用调质型A537Cl2钢板，本发明还提供一种低温压力容器用调质型A537Cl2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：一种低温压力容器用调质型A537Cl2钢板，所述钢板化学成分组成及质量百分含量为：C：0.13～0.20%，Si：0.20～0.40%，Mn：1.00～1.60%，Nb：0.01～0.02%，Cr≤0.25%，Ni≤0.50%，V：0.02～0.03%，P≤0.010%，S≤0.005%，Alt：0.02～0.05%，余量为Fe和不可避免的杂质。

本发明所述钢板厚度≤250mm。

本发明所述钢板为贝氏体和铁素体的复合组织。

本发明所述钢板屈服强度≥415MPa，抗拉强度550～620MPa，延伸率≥22%，-45℃横向夏比冲击功≥100J，HV10≤245。

本发明还提供了一种低温压力容器用调质型A537Cl2钢板的生产方法，所述生产方法包括冶炼、控轧控冷、调质热处理工序。

本发明方法所述冶炼工序包括：

1）转炉无渣出钢：将化学成分组成及质量百分含量为C：0.13～0.20%，Si：0.20～0.40%，Mn：1.00～1.60%，Nb：0.01～0.02%，Cr≤0.25%，Ni≤0.50%，V：0.02～0.03%，P≤0.010%，S≤0.005%，Alt：0.02～0.05%的钢水经转炉冶炼，出钢温度1630～1650℃，出钢控制钢水中P≤0.010%；

2）LF精炼：总精炼时间60～80min，白渣保持时间35～40min，控制钢水中非金属夹杂物A、B、C、D四类含量均≤2.0级；

3）VD真空精炼：真空精炼前加入Ca-Si块1～1.5kg/吨钢，真空保持时间20～30min，控制钢水中H≤1ppm、O≤15ppm、N≤60ppm。

本发明方法所述控轧控冷的工艺包括：

1）板坯在加热炉内最高温度1240℃，均热段温度1200～1230℃，均热段保温时间4～5h；

2）采用两阶段轧制，I阶段开轧温度1150～1050℃，累计压下率60～70%；晾钢厚度≥H+50mm，II阶段开轧温度≤900℃，轧后终冷返红温度550～650℃，所述H为最终钢板厚度。

本发明方法所述调质热处理工序采用淬火＋回火处理工艺。

本发明方法所述淬火工艺为淬火温度为860～880℃，总保温时间系数2.0～3.0min/mm，钢板入NAC返红温度≤100℃。

本发明方法所述回火工艺为回火温度550～600℃，总保温时间系数4.0～4.5min/mm，出炉空冷。

本发明的设计思路：

本发明为了保证钢板的强度、低温韧性的要求，成分设计上，在C、Si、Mn基础上，添加Nb、Cr、Ni、V等多种微合金元素复合设计，并控制非金属夹杂物和有害元素H、O、N的含量，结合后续合理的控轧控冷、调质热处理工艺，钢板具有良好的综合力学性能。控制轧制是在轧制过程中通过对金属加热制度、变形制度和温度制度的合理控制，使热塑性变形与固态相变结合，合理的道次压下量得以渗透到整个大厚度钢板梯度，以获得细小的晶粒组织，使钢材具有优异的综合力学性能的轧制工艺。调质热处理可以细化晶粒、均匀组织，消除内部缺陷及内应力，从而使得钢产品在正火后得到优良的强度和韧度组合。

其中，各化学成分及含量在本发明中的作用是：

C：≤0.20%，碳对钢的屈服强度、抗拉强度、焊性能产生显著影响，但含碳量过高又会影响钢的焊接性能及韧性，因此对于厚度小于265mm的钢板，将碳含量控制范围设定为C≤0.20%。

Si：0.20～0.40%，硅在炼钢过程中作为还原剂和脱氧剂，同时也起到固溶强化作用，硅过量时会使钢板的韧性下降，导致焊缝熔合区脆性。

Mn：1.00～1.60%，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，容易在大钢锭中心产生偏析，且使钢的共析点碳含量降低，从而增加组织中珠光体的含量，对韧性不利。

Nb：0.01～0.02%，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，并析出强化基体。加热时固溶Nb阻止奥氏体晶粒长大，冷却时高温析出Nb的C、N化物；同时铌可降低钢的过热敏感性及回火脆性。

Cr：≤0.25%，铬是碳化物形成的主要元素，增加奥氏体的稳定性，降低临界冷却速度，提高淬透性、回火稳定性和冲击韧性，但加入量较多会降低焊接性，所以其含量控制在Cr≤0.25%。

Ni：≤0.50%，镍能减小低温时的位错在基体金属中运动的总阻力，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，故将其控制在Ni≤0.50%。

V：0.02～0.03%，钢中加钒可细化组织晶粒，提高强度和韧性。经过II型控轧后，V的C、N化物析出，可提高钢板强度。

P、S：P≤0.010%，S≤0.005%，磷和硫都是钢中有害元素，增加钢的冷脆和热脆，降低钢板的塑性、韧性、耐腐蚀性、冷弯性，增加裂纹形成的机率。因此，应尽量减少P和S在钢中的含量。

Al：0.02～0.05%，钢中加入适量的铝，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，但铝加入量过高，则影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能。

采用上述技术方案产生的有益效果在于：1、本发明在美国标准ASTM A537/A537M的基础上，优化了钢板中各成分组成及配比，在低碳当量条件下确保钢板具有良好的综合力学性能和焊接性能，降低了生产成本，增强市场竞争力。2、实现冶炼及成品的高纯净度，钢板内在组织致密，非金属夹杂物和有害元素含量低，四类非金属夹杂物A、B、C、D依据标准GB/T 10561-2005检测含量均≤2.0级，H≤1ppm、O≤15ppm、N≤60ppm。3、进行超声波法探伤检查，所生产钢板满足EN10160-1999的S2E2级要求。4、本发明所得钢板屈服强度≥415MPa，抗拉强度550～620MPa，延伸率≥22%，-45℃横向夏比冲击功≥100J，HV10≤245，钢板各项力学性能高标准满足标准要求。5、钢板最大厚度可达到250mm，可用于制备不同厚度的低温压力容器。

附图说明

图1 为本发明实施例1钢板的显微组织图；

图2 为本发明实施例2钢板的显微组织图；

图3 为本发明实施例3钢板的显微组织图；

图4 为本发明实施例4钢板的显微组织图；

图5 为本发明实施例5钢板的显微组织图。

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1－10：本低温压力容器用调质型A537Cl2钢板及其生产方法采用下述具体工艺。

1.各实施例采用表1所述化学成分的钢水进行生产，余量为Fe和不可避免杂质。

2.表1.各实施例钢水的化学成分（wt%）

2.本低温压力容器用调质型A537Cl2钢板经冶炼、控轧控冷、调质热处理工序制备而成，所述各工序的工艺如下：

1）冶炼工序：

将钢水先经转炉冶炼，出钢温度1630～1650℃，出钢控制钢水中P≤0.010%；之后送入LF炉精炼，总精炼时间60～80min，白渣保持时间35～40min，控制钢水中非金属夹杂物A、B、C、D四类含量均≤2.0级；VD真空精炼过程中真空精炼前加入Ca-Si块1～1.5kg/吨钢，真空保持时间20～30min，控制钢水中H≤1ppm、O≤15ppm、N≤60ppm。

2）控轧控冷工序：

板坯在加热炉内最高温度1240℃，均热段温度1200～1230℃，均热段保温时间4～5h；采用两阶段轧制，I阶段开轧温度1150～1050℃，累计压下率60～70%；晾钢厚度≥H+50mm，II阶段开轧温度≤900℃，轧后终冷返红温度550～650℃，所述H为最终钢板厚度。

3）调质热处理工序：

采用淬火＋回火处理工艺。淬火工艺中淬火温度为860～880℃，总保温时间系数2.0～3.0min/mm，钢板入NAC返红温度≤100℃；回火工艺中回火温度550～600℃，总保温时间系数4.0～4.5min/mm，出炉空冷。

各工序的具体工艺参数见表2。

表2. 各实施例的工艺参数

3. 各实施例所得钢板厚度及力学性能如表3所示，非金属夹杂物含量等级和气体含量如表4所示。

表3. 各实施例中钢板的厚度及性能

表4. 非金属夹杂物含量等级和气体含量

Claims

1.一种低温压力容器用调质型A537Cl2钢板，其特征在于，所述钢板化学成分组成及质量百分含量为：C：0.13～0.20%，Si：0.20～0.40%，Mn：1.00～1.41%，Nb：0.01～0.02%，Cr≤0.25%，Ni≤0.50%，V：0.02～0.03%，P≤0.010%，S≤0.005%，Alt：0.02～0.05%，余量为Fe和不可避免的杂质；所述钢板厚度55～250mm；所述调质型A537Cl2钢板由下述方法生产：包括冶炼、控轧控冷、调质热处理工序；所述控轧控冷的工艺包括：1）板坯在加热炉内最高温度1240℃，均热段温度1200～1230℃，均热段保温时间4～5h；2）采用两阶段轧制，I阶段开轧温度1150～1050℃，累计压下率60～70%；晾钢厚度≥H+50mm，II阶段开轧温度≤900℃，轧后终冷返红温度550～650℃；所述H为最终钢板厚度；所述调质热处理工序采用淬火＋回火处理工艺，所述淬火工艺淬火温度为860～880℃，总保温时间系数2.0～3.0min/mm，钢板入NAC返红温度≤100℃。

2.根据权利要求1所述的低温压力容器用调质型A537Cl2钢板，其特征在于，所述钢板为贝氏体和铁素体的复合组织。

3.根据权利要求1或2所述的低温压力容器用调质型A537Cl2钢板，其特征在于，所述钢板屈服强度≥415MPa，抗拉强度550～620MPa，延伸率≥22%，-45℃横向夏比冲击功≥100J，HV10≤245。

4.如权利要求1-3任意一项所述的一种低温压力容器用调质型A537Cl2钢板的生产方法，其特征在于，所述生产方法包括冶炼、控轧控冷、调质热处理工序；

所述控轧控冷的工艺包括：1）板坯在加热炉内最高温度1240℃，均热段温度1200～1230℃，均热段保温时间4～5h；

2）采用两阶段轧制，I阶段开轧温度1150～1050℃，累计压下率60～70%；晾钢厚度≥H+50mm，II阶段开轧温度≤900℃，轧后终冷返红温度550～650℃，所述H为最终钢板厚度；

所述调质热处理工序采用淬火＋回火处理工艺，所述淬火工艺淬火温度为860～880℃，总保温时间系数2.0～3.0min/mm，钢板入NAC返红温度≤100℃。

5.根据权利要求4所述的低温压力容器用调质型A537Cl2钢板的生产方法，其特征在于，所述冶炼工序包括：

1）转炉无渣出钢：将化学成分组成及质量百分含量为C：0.13～0.20%，Si：0.20～0.40%，Mn：1.00～1.41%，Nb：0.01～0.02%，Cr≤0.25%，Ni≤0.50%，V：0.02～0.03%，P≤0.010%，S≤0.005%，Alt：0.02～0.05%的钢水经转炉冶炼，出钢温度1630～1650℃，出钢控制钢水中P≤0.010%；

6.根据权利要求4所述的温压力容器用调质型A537Cl2钢板的生产方法，其特征在于，所述回火工艺为回火温度550～600℃，总保温时间系数4.0～4.5min/mm，出炉空冷。