CN107881432A - 低成本超低温压力容器用钢板及其生产方法 - Google Patents

低成本超低温压力容器用钢板及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低成本超低温压力容器用钢板及其生产方法，其包括连铸、加热和轧制工序；所述钢板成分的重量百分含量为：C 0.25%～0.35%，Si 0.20%～0.40%，Mn 23.50%～25.50%，Cr 3.0%～4.0%，Al 0.020%～0.040%，Nb 0.020%～0.040%，P≤0.008%，S≤0.003%，余量为Fe和不可避免的杂质。本方法的化学成分设计采用C、Mn、Cr固溶强化；加入少量的Nb以细化晶粒，其碳氮化物起到弥散强化作用和析出强化的作用；同时Mn还是扩大奥氏体相区的元素，同时与碳不形成碳化物，从而保证了钢板的全奥氏体组织。本方法所得钢板具有致密度高，强度级别较高，延伸率高，屈强比低和低温冲击韧性优良等特点，能够满足低成本超低温压力容器用钢的要求，具有良好综合性能和焊接性能，并且成本较低。

Description

低成本超低温压力容器用钢板及其生产方法
技术领域
本发明涉及一种高强度钢板及其生产方法，尤其是一种低成本超低温压力容器用钢板及其生产方法。
背景技术
目前压力容器用低温钢板和超低温钢板多以镍钢为主，正火或正火+回火或调质状态交货，如3.5Ni、5Ni或9Ni钢，镍为钢中主要合金元素，采用正火或正火+回火或调质状态交货。镍钢在生产制造的过程中需要大量宝贵的镍资源进行合金化，同时热处理过程中需要消耗大量的热能，故其生产周期长，能耗高，资源消耗压力大，相应的生产成本居高不下，环境污染严重。因此急需开发一种新型的超低温环境用钢板材料，连铸生产且该钢板应该具有良好的低温冲击韧性，减少镍含量用量，避免苛刻地热处理工艺，从而有效降低生产成本。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种高性能的低成本超低温压力容器用钢板；本发明还提供了一种低成本超低温压力容器用钢板的生产方法。
为解决上述技术问题，本发明成分的重量百分含量为：C 0.25%～0.35%，Si 0.20%～0.40%，Mn 23.50%～25.50%，Cr 3.0%～4.0%，Al 0.020%～0.040%，Nb 0.020%～0.0400%，P≤0.008%，S≤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30毫米。
本发明各组分及含量的作用机理是：
C：碳是钢中最主要的元素，C溶解在γ铁素体中形成一种间隙固溶体，呈面心立方结构、稳定奥氏体组织，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强度。
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：锰是本发明材料中是最重要的合金元素，作为一种有效扩大奥氏体的元素，锰将奥氏体的临界转变温度降至室温以下，使钢在室温下保持奥氏体组织；同时成本低廉，能增加钢的韧性、强度和硬度，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。
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。
Cr：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。
本发明方法包括连铸、加热和轧制工序；所述钢板成分的重量百分含量如上所述。
本发明方法所述轧制工序：采用二阶段轧制工艺；第一阶段的开轧温度为1050℃～1100℃，单道次压下量为10%～30%，累计压下率为30%～50%；第二阶段的开轧温度≤900℃，累计压下率为30%～50%；轧后空冷。所述轧制工序中，第一阶段终轧温度为920℃～950℃；第二阶段的开轧温度为870℃～900℃，终轧温度为830℃～880℃。所述轧制工序中，第二阶段的单道次压下率为10%～30%。
本发明所述连铸工序：钢水过热度10℃～25℃，拉坯速度为0.85min/mm～1.00min/mm；浇铸过程配合动态轻压下技术，连铸坯堆垛缓冷72小时及以上。
本发明所述加热工序：最高加热温度1130℃～1150℃，保温温度1110℃～1130℃，总加热时间为≥12min/mm钢坯厚度。
本发明及其方法的设计构思为：锰元素和镍元素在某些方面具有相识的特性，如两者都易溶于铁素体和奥氏体中，扩大奥氏体区，两者均使临界温度A3点降低，（α+γ)区下移。本发明通过锰元素与其他合金共同作用，使钢板在室温下体现奥氏体组织特性，以面心立方晶格为主，避免或减轻钢板低温转脆现象，故本发明钢种能够在极低温度范围内使用。由于奥氏体钢在加热过程中不存在相变现象，故不能通过热处理工艺较大幅度的改变钢板的力学性能，因此需要设计合理的成分，采用连铸工艺，依靠轧制过程中合理的工艺保证钢板的成材率和性能，同时避免苛刻的热处理过程对能源的消耗。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明采用C、Mn、Cr固溶强化；加入少量的Nb以细化晶粒，其碳氮化物起到弥散强化作用同时增强钢板的回火稳定性；本发明力学性能良好，-196℃冲击韧性优良，延伸率高，具有良好的组织、综合性能和焊接性能。因中国锰资源丰富，价格低廉，本发明采用锰元素替代镍元素并合理设计成分及配比，从而有效的降低了原料成本。
本发明方法的化学成分设计采用C、Mn、Cr固溶强化；加入少量的Nb以细化晶粒，其碳氮化物起到弥散强化作用和析出强化的作用；同时Mn还是扩大奥氏体相区的元素，同时与碳不形成碳化物，从而保证了钢板的全奥氏体组织。本发明方法所得钢板具有致密度高，强度级别较高，延伸率高（A50≥40%），屈强比低和低温冲击韧性优良（-196℃AKV≥100J），纯净度较高、成分均匀、内部致密等特点，能够满足低成本超低温压力容器用钢的要求，具有良好综合性能和焊接性能，并且成本较低，可广泛用于低温压力容器，应用前景广阔。
本发明方法所得钢板具有以下优点：（1）具有钢质更纯净，P≤0.008%，S≤0.003%；（2）钢板强度适中，屈强比低；（4）-196℃低温韧性良好；（5）延伸率高；（6）钢板最大厚度可达到30mm；（7）钢板生产成本低。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本低成本超低温压力容器用钢板的生产方法包括炼钢、连铸、加热和轧制工序，各工序工艺如下所述：
（1）炼钢工序：钢水先经初炼炉冶炼，采用增加渣量和多次流渣，以利于脱P，出钢温度1610℃～1650℃；扒渣处理后进行LF炉精炼，完成Mn、Cr、Nb合金化，采用铌铁和铬铁进行Nb和Cr合金化，分若干次进行金属锰合金化，大包温度≤1550℃时吊包VD炉真空处理；VD炉真空处理过程中向钢液中喂入铝线和Si-Ca线，真空处理时真空度≤66Pa，真空保持时间≥15min，解决了钢水钢中非金属夹杂物含量较高的现象，保证钢水的纯净度。
（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（钢坯）；钢水过热度10℃～25℃，拉坯速度为0.85min/mm～1.00min/mm，连铸过程采用低过热度浇铸和专用保护渣，浇铸过程配合动态轻压下技术，连铸坯堆垛缓冷72小时及以上。
（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1130℃～1150℃，保温温度1110℃～1130℃，总加热时间为≥12min/mm钢坯厚度，钢坯厚度为200mm～330mm。
（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，开轧温度为1050℃～1100℃，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，开轧温度≤900℃、最好为870℃～900℃，终轧温度为830℃～880℃；单道次压下率为10%～30%，累计压下率为30%～50%；轧制后得到半成品钢板，轧后ACC空冷至室温即得钢板成品。
实施例1－8：本低成本超低温压力容器用钢板的生产方法采用下述具体工艺。
（1）钢板成分：各实施例所得钢板的成分见表1。
表1：钢板成分（wt%）
表1中，余量为Fe和不可避免的杂质。
（2）工艺过程：各实施例炼钢、连铸和加热工序的工艺参数见表2；轧制工序的工艺参数见表3。
表2：炼钢、连铸和加热工序的工艺参数
表3：轧制工序的工艺参数
（3）产品性能：各实施例所得超低温压力容器用钢板的性能指标见表4。
表4：产品性能

Claims (8)

1.一种低成本超低温压力容器用钢板，其特征在于，其成分的重量百分含量为：C0.25%～0.35%，Si 0.20%～0.40%，Mn 23.50%～25.50%，Cr 3.0%～4.0%，Al 0.020%～0.040%，Nb 0.020%～0.0400%，P≤0.008%，S≤0.003%，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的低成本超低温压力容器用钢板，其特征在于：所述钢板的最大厚度为30毫米。
3.一种低成本超低温压力容器用钢板的生产方法，其特征在于：其包括连铸、加热和轧制工序；所述钢板成分的重量百分含量为：C 0.25%～0.35%，Si 0.20%～0.40%，Mn 23.50%～25.50%，Cr 3.0%～4.0%，Al 0.020%～0.040%，Nb 0.020%～0.0400%，P≤0.008%，S≤0.003%，余量为Fe和不可避免的杂质。
4.根据权利要求3所述的低成本超低温压力容器用钢板的生产方法，其特征在于，所述轧制工序：采用二阶段轧制工艺；第一阶段的开轧温度为1050℃～1100℃，单道次压下量为10%～30%，累计压下率为30%～50%；第二阶段的开轧温度≤900℃，累计压下率为30%～50%；轧后空冷。
5.根据权利要求4所述的低成本超低温压力容器用钢板的生产方法，其特征在于：所述轧制工序中，第一阶段终轧温度为920℃～950℃；第二阶段的开轧温度为870℃～900℃，终轧温度为830℃～880℃。
6.根据权利要求4所述的低成本超低温压力容器用钢板的生产方法，其特征在于：所述轧制工序中，第二阶段的单道次压下率为10%～30%。
7.根据权利要求3所述的低成本超低温压力容器用钢板的生产方法，其特征在于，所述连铸工序：钢水过热度10℃～25℃，拉坯速度为0.85min/mm～1.00min/mm；浇铸过程配合动态轻压下技术，连铸坯堆垛缓冷72小时及以上。
8.根据权利要求3－7任意一项所述的低成本超低温压力容器用钢板的生产方法，其特征在于，所述加热工序：最高加热温度1130℃～1150℃，保温温度1110℃～1130℃，总加热时间为≥12min/mm钢坯厚度。
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