CN108754321A - 一种特厚正火高强度压力容器钢板及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种特厚正火高强度压力容器钢板及其生产方法，C：0.19‑0.22％，Si：0.25‑0.60％，Mn：1.45‑1.60％，P≤0.010％，S≤0.005％，Nb：0.030‑0.040％，Ni：0.20‑0.30％，Ti：0.020‑0.030％，V：0.010‑0.020％，Cr：0.20‑0.30％，Cu：0.015‑0.3％，Alt：0.020‑0.045％，其他为Fe及不可避免的杂质；所述钢板厚度180‑250mm；正火态厚度1/2处抗拉强度Rm≥600Mpa，模拟焊后热处理态钢板厚度1/2处抗拉强度Rm≥550Mpa。

Description

一种特厚正火高强度压力容器钢板及其生产方法
技术领域
本发明属于钢铁产品领域，具体涉及一种特厚正火高强度压力容器钢板及其生产方法。
背景技术
随着我国石油、石化等行业的快速发展，在国家沿海能源储备战略的指引下，市场对压力容器用钢的厚度和强度的需求不断的增大，这对压力容器用钢的生产单位提出了更高的要求，现有的生产工艺亟需得到改进。其中P355GH作为欧标中的压力容器牌号，因其具有生产成本低、高强度和良好的焊接性能，在锅炉及压力容器装备制造中得到了广泛应用，在国内外都具有非常广阔的市场需求。目前，国内100mm以上的P355GH钢板生产时为满足标准规定的》3:1压缩比的要求，主要通过浇铸大单重钢锭和电渣重熔钢锭为原料生产，钢锭的浇铸能耗高、污染严重、成材率低，此外钢锭的中心疏松和偏析缺陷严重，由于头尾的厚度有差异，导致成品钢板的头尾压缩比不同，力学性能的头尾同板差较大，由于凝固时间不同造成的头尾化学成分差异也会导致钢板性能的各向异性，电渣重熔锭虽然内部质量较好但生产成本过高。
“一种正火态交货的180～200mm厚EH36钢板及其制备方法”(申请号：CN201610374131.5)中化学成分为：C：0.11～0.18％，Si：0.15～0.50％，Mn：1.30～1.60％，P：≤0.0070％，S：≤0.0030％，Nb：0.010～0.050％，V：0.030～0.080％，Al：0.050～0.070％，Ni：0.10～0.40％，Cr：0.10～0.20％，并提到采用模铸钢锭方式生产180～200mm厚的正火态钢板，抗拉强度介于550～600MPa之间。上述发明成分中未加入Ti元素，不能使钢板正火后晶粒充分细化，从而无法保证钢板具有良好的塑性和韧性；此外本发明利用三层连铸坯真空电子束焊接复合坯，生产厚度200～250mm厚度区间钢板，抗拉强度达到600～650Mpa，提高性能，扩大产品的供货极限厚度，同时大大提高工业生产效率，提高产品性能合格率和成材率，降低成本的同时，合理的规避掉钢锭的中心疏松等缺陷。
“一种正火高强韧性150mm特厚板及其生产方法”(申请号：CN201510344275.1)化学成分为，C：0.14％～0.19％；Si：0.20％～0.50％；Mn：1.40％～1.70％；Ni：0.30％～0.40％；Cu：0.10％～0.30％；Nb：0.035％～0.050％；V：0.030％～0.050％；Ti：0.010％～0.020％；Alt：0.015％～0.050％；P：≤0.015％；S：≤0.0050％，并中提到采用断面400mm连铸坯方式生产最大厚度150mm厚的正火态钢板，抗拉强度介于550～600MPa之间。上述发明成分中未加入Cr元素，不能提高钢板轧态的强度和热强性，从而无法保证钢板正火和模拟焊后热处理后具有良好的力学性能。
发明内容
针对目前现有技术的缺陷，本发明的目的就是通过提供特厚正火高强度压力容器钢板及利用连铸坯三层真空电子束复合组坯轧制生产P355GH特厚正火高强度压力容器钢板的制造方法。
本发明目的是通过下面的技术方案实现的：
一种特厚正火高强度压力容器钢板，其特征在于质量百分比的组成如下：C：0.19-0.22％，Si：0.25-0.60％，Mn：1.45-1.60％，P≤0.010％，S≤0.005％，Nb：0.030-0.040％，Ni：0.20-0.30％，Ti：0.020-0.030％，V：0.010-0.020％，Cr：0.20-0.30％，Cu：0.015-0.3％，Alt：0.020-0.045％，其他为Fe及不可避免的杂质；所述钢板厚度180-250mm；正火态厚度1/2处抗拉强度Rm≥600Mpa，模拟焊后热处理态钢板厚度1/2处抗拉强度Rm≥550Mpa。
一种特厚正火高强度压力容器钢板的生产方法，包括冶炼—浇铸—真空电子束复合组坯—加热—轧制—热处理；其特征在于：
所述的真空电子束焊接复合组坯工艺为：将复合坯放入缓冷坑中上下均压盖高温连铸坯预热120±30min，当复合坯温度达到300±30℃时，对中后送入真空室，进行焊接；完成焊接后，复合坯送入缓冷坑进行焊后缓冷，复合连铸坯的厚度达到760～840mm；
所述的加热工艺为：复合坯上下表面加盖冷轧板；复合坯随室式炉升温到800±30℃，保温420±30min，用480±30min时间升温到1250±30℃，保温540±30min；
所述的轧制工艺为：本发明采用三阶段TMCP工艺，板坯开轧温度控制在≥1150℃，在轧制过程用高压水充分除磷；粗轧单道次压下率20～25％，辊速范围为1.0～1.3mm/s，中间坯厚度范围为300～375mm；二阶段粗轧单道次压下率15～20％，辊速范围为1.6～1.9mm/s，开轧温度910～930℃，二阶段终轧温度830～850℃，厚度范围为210～260mm；之后钢板进入ACC层流系统进行弱冷处理，开冷温度为810～830℃，水量1.5±0.1m3/min，辊速0.2±0.03m/s，终冷温度为700～720℃；三阶段精轧辊速范围为2.0～2.5mm/s，三阶段开轧温度685～695℃，三阶段终轧温度660～680℃；完成轧制后，钢板堆垛缓冷至少48h，成品钢板厚度达到200-250mm；
所述的热处理工艺为：冷却后钢板进行正火热处理，正火温度为910±10℃，在炉时间1.0-1.2min/mm。
所述的冶炼工艺为：原料铁水需经深脱硫处理预处理，处理后铁水利用顶底复吹转炉冶炼，转炉出钢完毕后，分别进行脱氧处理；LF处理；之后钢水进行RH或VD真空精炼处理。
所述的浇铸工艺为：真空处理后钢水经连铸机全程保护浇注，要求中间包低过热度10-25℃浇注，恒温恒速拉钢，同时采用电磁搅拌或轻压下技术，连铸坯下线后立即进保温罩或保温坑堆垛缓冷48小时以上。
本发明的有益效果是：(1)该发明的特厚正火高强度容器钢板经过100％全板面探伤检查可达到NB/T47013.3中I级合格水平，且上下两个复合界面处金相组织没有明显界面及分层，轧制后微观组织达到原子间结合。(2)利用同真空焊接复合坯工艺生产的P355GH特厚压力容器钢板，内部质量良好，避免了传统浇铸钢锭中的疏松等缺陷问题，钢板Z向拉伸断面收缩率达到≥35％水平，具有良好的结合强度和抗层状撕裂性能，满足用户焊接加工使用要求。(3)本发明的特厚P355GH正火高强度容器钢板，通过在真空电子束复合坯焊接过程前后加入焊前预热和焊后缓冷过程、三段式特厚钢板TMCP控轧控冷和热处理等工艺的优化，得到理想的珠光体+铁素体组织，其晶粒均匀细小，钢板具有良好的强韧性，大大提高其抗拉强度，正火态钢板厚度1/2处抗拉强度Rm≥600Mpa，10h模拟焊后热处理态钢板厚度1/2处抗拉强度Rm≥550Mpa，富余量均超过标准80Mpa以上，同时获得良好的版型和表面质量。(4)本发明利用真空电子束3层复合焊接技术，最大厚度250mm的特厚P355GH正火高强度容器用钢板，扩大产品的极限厚度同时，大大提高产品的强度，解决传统钢锭轧制特厚钢板，生产成本高，成材率低，同板头尾性能差，化学成分差较大等问题。
说明书附图
图1为本发明实施例1制备的钢板复合界面处金相图；
图2为本发明实施例2制备的钢板复合界面处金相图。
具体实施方式
下面结合具体实施例进行说明：
实施例1
本实施例的P355GH特厚正火高强度容器用钢是由以下质量百分比的组分制备而成：
C Si Mn P S Nb
0.19％ 0.30％ 1.49％ 0.008％ 0.001％ 0.032％
Ni Ti V Cr Cu Alt
0.22％ 0.021％ 0.013％ 0.22％ 0.019％ 0.042％
其他为Fe及不可避免的杂质。
本实施例的P355GH特厚压力容器用钢的生产制备方法如下：
1)冶炼工艺：原料铁水预处理后，经过120t顶底复吹转炉冶炼，转炉出钢后钢包吹氩15分钟并喂铝线脱氧处理，钢水送入LF精炼炉精炼，随后在VD炉中真空处理，保真空时间15分钟，处理结束后喂入钙铁线2m/t，喂线后软吹氩15分钟；
2)浇铸工艺：VD炉处理后钢水上300mm×2100mm断面板坯连铸机浇注，浇注过程中铸机电磁搅拌以及铸坯轻压下技术，中包过热度在20-25℃范围波动，拉速保持1.00m/min，连铸坯下线后堆垛缓冷48小时；
3)复合制坯：对3块同尺寸连铸坯的6个表面进行铣磨处理成厚度为280±10mm的连铸坯，之后在缓冷坑中上下加盖热连铸进行焊前预热至300±10℃后叠放在一起对长边和拐角进行点焊组合，组合后焊缝宽度为0.12-0.18mm，点焊后复合坯利用真空电子束焊接技术将结合面密封焊接成820±10mm厚度的待轧复合板坯，电子束焊接速度5mm/s，焊接完成后复合坯放入缓冷坑中进行焊后缓冷。
4)加热工艺：在复合坯上下表面加盖冷轧板后在室式炉中加热22小时，加热目标温度1240-1260℃，出炉后经过高压水除鳞。
5)轧制工艺：
采用粗、一次精轧、ACC冷却再二次精轧的分阶段控轧控冷，轧后钢板入缓冷坑缓冷至室温，具体轧制工艺如下表所示：
6)热处理工艺：缓冷后钢板正火处理，处理温度为910℃，在炉时间208min，钢板出炉后空冷至室温。
本实施例制备的P355GH特厚正火高强度容器用钢厚度200mm。
如图1所示：复合界面处金相组织没有明显界面及分层，轧制后微观组织达到原子间结合。
实施例2
本实施例的P355GH特厚正火高强度容器用钢是由以下质量百分比的组分制备而成
C Si Mn P S Nb
0.20％ 0.30％ 1.60％ 0.008％ 0.001％ 0.036％
Ni Ti V Cr Cu Alt
0.24％ 0.025％ 0.016％ 0.24％ 0.019％ 0.042％
其他为Fe及不可避免的杂质。
本实施例的P355GH特厚正火高强度容器用钢的生产制备方法同实施例1，区别在于3层连铸坯真空电子束焊接后原料坯厚度为830mm，复合坯在加热炉加热时间为23小时。
正火处理温度为912℃，在炉时间为230分钟。
如图2所示：复合界面处金相组织没有明显界面及分层，轧制后微观组织达到原子间结合。
实施例3
本实施例的P355GH特厚正火高强度容器用钢是由以下质量百分比的组分制备而成：
C Si Mn P S Nb
0.21％ 0.30％ 1.65％ 0.008％ 0.001％ 0.038％
Ni Ti V Cr Cu Alt
0.28％ 0.029％ 0.019％ 0.28％ 0.019％ 0.042％
其他为Fe及不可避免的杂质。
本实施例的P355GH特厚正火高强度容器用钢的生产制备方法同实施例1，区别在于3层连铸坯真空电子束焊接后原料坯厚度为840mm，复合坯在加热炉加热时间为24小时。
正火处理温度为909℃，在炉时间为260分钟。
对以上实施例1至3中制备的P355GH正火高强度容器用钢板进行力学性能测试，如表1、2、3所示。
表1 P355GH特厚压力容器钢板常规力学性能(横向)
表2 P355GH特厚压力容器钢板低温冲击性能KV2/J(0℃，横向)
如表3所示：钢板内部质量良好，钢板Z向拉伸断面收缩率达到≥35％水平，具有良好的结合强度和抗层状撕裂性能。
表3 Z向拉伸断面收缩率Z/％
钢板厚度 交货状态 单值1 单值2 单值3
实施例1 200mm 正火 55 57 60
实施例2 220mm 正火 49 51 46
实施例3 250mm 正火 59 57 56

Claims (4)

1.一种特厚正火高强度压力容器钢板，其特征在于质量百分比的组成如下：C：0.19-0.22％，Si：0.25-0.60％，Mn：1.45-1.60％，P≤0.010％，S≤0.005％，Nb：0.030-0.040％，Ni：0.20-0.30％，Ti：0.020-0.030％，V：0.010-0.020％，Cr：0.20-0.30％，Cu：0.015-0.3％，Alt：0.020-0.045％，其他为Fe及不可避免的杂质；所述钢板厚度180-250mm；正火态厚度1/2处抗拉强度Rm≥600MPa，模拟焊后热处理态钢板厚度1/2处抗拉强度Rm≥550MPa。
2.一种根据权利要求1所述的特厚正火高强度压力容器钢板生产方法，包括冶炼—浇铸—真空电子束复合组坯—加热—轧制—热处理；其特征在于：
所述的真空电子束焊接复合组坯工艺为：将复合坯放入缓冷坑中上下均压盖高温连铸坯预热120±30min，当复合坯温度达到300±30℃时，对中后送入真空室，进行焊接；完成焊接后，复合坯送入缓冷坑进行焊后缓冷，复合连铸坯的厚度达到760～840mm；
所述的加热工艺为：复合坯上下表面加盖冷轧板；复合坯随室式炉升温到800±30℃，保温420±30min，用480±30min时间升温到1250±30℃，保温540±30min；
所述的轧制工艺为：本发明采用三阶段TMCP工艺，板坯开轧温度控制在≥1150℃，在轧制过程用高压水充分除磷；粗轧单道次压下率20～25％，辊速范围为1.0～1.3mm/s，中间坯厚度范围为300～375mm；二阶段粗轧单道次压下率15～20％，辊速范围为1.6～1.9mm/s，开轧温度910～930℃，二阶段终轧温度830～850℃，厚度范围为210～260mm；之后钢板进入ACC层流系统进行弱冷处理，开冷温度为810～830℃，水量1.5±0.1m3/min，辊速0.2±0.03m/s，终冷温度为700～720℃；三阶段精轧辊速范围为2.0～2.5mm/s，三阶段开轧温度685～695℃，三阶段终轧温度660～680℃；完成轧制后，钢板堆垛缓冷至少48h；成品钢板厚度达到200-250mm；
所述的热处理工艺为：冷却后钢板进行正火热处理，正火温度为910±10℃，在炉时间1.0-1.2min/mm。
3.根据权利要求2所述的特厚正火高强度压力容器钢板生产方法，其特征在于：所述的冶炼工艺为：原料铁水需经深脱硫处理预处理，处理后铁水利用顶底复吹转炉冶炼，转炉出钢完毕后，分别进行脱氧处理；LF处理；之后钢水进行RH或VD真空精炼处理。
4.根据权利要求2所述的特厚正火高强度压力容器钢板生产方法，其特征在于：所述的浇铸工艺为：真空处理后钢水经连铸机全程保护浇注，要求中间包低过热度10-25℃浇注，恒温恒速拉钢，同时采用电磁搅拌或轻压下技术，连铸坯下线后立即进保温罩或保温坑堆垛缓冷48小时以上。
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