CN108998728A - 一种铸坯生产中等厚度08Ni3DR低温容器钢轧制的方法 - Google Patents

一种铸坯生产中等厚度08Ni3DR低温容器钢轧制的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铸坯生产中等厚度08Ni3DR低温容器钢轧制的方法，包括(1)铸坯成分确定；(2)加热；(3)轧制控冷；(4)采用淬火加回火热处理。本发明通过低碳加少量的铬、镍、钼合金化成份，且碳当量Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15≤0.48，配合合理的轧制、控制冷却工艺生产厚度达到70‑80mm厚度的08Ni3DR低温容器钢，生产工序流程短，成本低；本发明成功解决了70mm‑80mm中等厚度08Ni3DR低温容器钢低压缩比、‑101℃，1/4厚度和1/2厚度处横向冲击功值差异大以及焊接性不稳定的问题，能够生产高强度、高韧性中等厚度08Ni3DR低温容器钢。

Description

一种铸坯生产中等厚度08Ni3DR低温容器钢轧制的方法
技术领域
本发明属于轧钢工艺和金属材料热处理工艺技术领域，具体涉及一种铸坯生产中等厚度08Ni3DR低温容器钢的方法。
背景技术
随着中国国民经济的发展，已成为世界第一大石油、天然气进口国家，根据国家绿色、环保、清洁能源的要求，石油化工、煤化工行业得到迅速发展。70mm-80mm中等厚度低温08Ni3DR钢板成为气体吸收塔、大型冷凝器、甲醇洗涤塔等石化低温容器设备制造的重要金属材料，市场需求大，先期进口迪林根及新日铁产品，国内采用铸坯生产70mm-80mm中等厚度低温08Ni3DR钢板具有高韧性生产制造方法目前尚未见报道，已公布的专利文献内容中产品在实际工程应用更是微乎其微。08Ni3DR钢板具有-100℃良好冲击韧性，为石化压力容器制造标志型高端产品，高韧性特定低温容器用钢研制开发对低温容器钢市场开发具有指标性引领意义。
国内很多钢厂均在研究中等厚度的08Ni3DR低温容器钢的生产工艺，但对于采用铸坯生产70mm-80mm中等厚度08Ni3DR钢板具有高韧性生产制造方法尚未报道，已公布的专利文献内容中产品在实际工程应用更是微乎其微。本文介绍了一种铸坯生产中等厚度08Ni3DR低温容器钢生产方法，且应用到国内某大型石油化工球罐，使用性能得到行业内的认可。
公开号为：CN201310190291.0-一种低温容器用08Ni3DR钢厚板的制造方法。通过合理的成分设计，经过在线淬火+离线调质，得到合理的性能，但该专利从公布实验室冶炼产品，且厚度仅为16mm厚度，-100℃冲击功仅为231J。冲击功为纵向还是横向，1/4厚度和1/2厚度也未具体公布。
公开号为：CN201410082366.8-大厚度Ni系列低温容器用钢板及其生产方法，采用合理的成分设计，通过在线正火+回火工艺，得到合理的性能，但采用的坯料是模铸，成材率低，生产成本高，且公布的厚度为100mm-150mm，低温冲击值中1/2厚度冲击功值有散差，最低值为87J。单值富余量较低。
公开文章名为150mm后08Ni3DR钢板的开发和热处理工艺研究，采用合理的成分设计，通过二次淬火+回火热处理，1/4厚度处横向冲击性能均在250J左右，但1/2厚度横向冲击功值出现散差，最低单值178J。但整个过程采用模铸，成材率低，成本高，且生产周期长。
考虑到70mm-80mm厚度08Ni3DR低温容器钢板不仅要求较高的强度和韧性性能，尤其是厚板心部冲击性能的提高非常重要，还要求有良好的焊接性能，所有的要求均要易于生产且成本较低。因此，急需要针对采用铸坯生产中等厚度08Ni3DR低温容器钢板的化学成分和轧制生产工艺进行了研究，设计了一种铸坯生产中等厚度08Ni3DR低温容器钢生产方法。
发明内容
发明目的：针对现有技术存在的，本发明提供一种铸坯生产中等厚度08Ni3DR低温容器钢轧制的方法，该方法通过低碳加少量的铬、镍、钼合金化成份设计，结合采用再结晶温度点以上结束轧制的轧制方法、调质热处理工艺生产厚度达到70mm-80mm中等厚度的08Ni3DR低温容器钢，且力学性能达到国标GB 3531-2014标准要求,其实际水平达到：屈服强度≥400MPa，抗拉强度≥540MPa，延伸率≥30％，-101℃，1/4厚度处和1/2厚度处横向Akv冲击功值均为≥390J。该方法成功解决了70mm-80mm中等厚度08Ni3DR低温容器钢终轧温度≥1000℃的轧制难度、-101℃，1/4厚度和1/2厚度处横向冲击功值差异大以及焊接性不稳定的技术难点。
技术方案：为了实现上述目的，如本发明所述一种铸坯生产中等厚度08Ni3DR低温容器钢轧制的方法，包括如下步骤：
(1)铸坯成分确定：铸坯按重量百分比计成分为C：0.04-0.06，Si：0.1-0.3，Mn：0.5-0.7，P≤0.008，S≤0.002，Cr：0.10-0.20，Ni:3.3-3.5，Mo:0.03-0.08，Alt:0.020-0.045，Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15≤0.48，余量为Fe和杂质；
(2)加热工艺：加热温度1220-1240℃，铸坯均热温度1190-1210℃，均热时间90-120min，在炉时间300-400min，出钢温度1180-1200℃；
(3)轧制工艺：出钢后采用一阶段轧制，粗轧开轧温度为1130～1150℃，轧制结束温度1010～1050℃；
(4)热处理工艺：控轧后采用淬火加回火热处理，淬火温度850-870℃，升温速率1.3±0.1min/mm，在炉时间为140-170min；回火温度630-650℃，升温速率1.9±0.1min/mm，在炉时间为240-290min。
作为优选，步骤(1)所述铸坯按重量百分比计成分为：C：0.06，Si：0.21，Mn：0.63，P0.005，S 0.001，Cr：0.15，Ni:3.48，Mo:0.076，Alt:0.033，Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15＝0.44，余量为Fe和杂质。
作为优选，步骤(1)所述铸坯按重量百分比计成分为：C：0.04，Si：0.21，Mn：0.63，P：0.005，S：0.001，Cr：0.15，Ni:3.48，Mo:0.076，Alt:0.033，Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15＝0.42，余量为Fe和杂质。
作为另一种优选，步骤(1)所述铸坯按重量百分比计成分为：C：0.052，Si：0.21，Mn：0.64，P：0.005，S：0.001，Cr：0.15，Ni:3.45，Mo:0.076，Alt:0.033，Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15＝0.43，余量为Fe和杂质。
由于70mm-80mm厚度钢板因轧制结束温度比较高，需要采用高温大压下，钢板轧后为了确保整板性能均匀，需要900-950℃进行预矫，保证原始板形，然后进入超快冷装置进行控制冷却至600℃-630℃。在坚持低成本生产要求的基础上，确保淬火能淬透，在成分设计中采用提高淬透性的Cr、Mo元素，以便提高心部冷却速度，从而可以获得更多的淬火硬相组织，解决减少生产需高等级设备的要求。
作为优选，步骤(1)所述铸坯选用320mm厚度坯料。
由于70mm-80mm厚度钢板采用一阶段终轧温度≥1000℃，便于实现高温大压下模式进行轧制，为解决高温段晶粒长大造成强韧性损失，本发明采用320mm厚度坯料增加压缩比至4.0倍以上，坯料均热温度控制在1200℃左右，考虑合金溶解需要时间，在炉时间适当延长，确保坯料钢温整体均匀，避免出现“红黑”相间的钢温。
作为优选，步骤(3)所述粗轧轧制采用高温大压下轧制，且每道次形变量≥12％，轧后以抛钢速度≥5.0m/s快速将钢板送到在线预矫直机进行预矫，进行预矫的温度为900-950℃。
其中，步骤(3)所述所述预矫后采用控冷，返红温度为600-630℃，最终得到的成品厚度是70mm-80mm。
由于成品厚度为70mm-80mm，在轧制过程中为避免出现心部偏析，影响强度和冲击韧性值，利用5000mm轧机固有特点，采用高温大压下轧制方法，且每道次形变量≥12％，轧后以抛钢速度≥5.0m/s，快速将钢板送到在线预矫直机进行预矫，然后进入超快冷进行高冷速冷却至600-630℃，确保表面到心部高温细小组织得到保留。
进一步地，步骤(4)所述热处理结束后，淬火得到的是板条贝氏体+少量铁素体组织，回火得到的金相组织均为回火贝氏体组织，且晶粒尺寸控制在10μm-12μm，晶粒度控制在11级。
采用本发明方法钢板调质热处理后力学性能达到以下水平：屈服强度≥400MPa，抗拉强度≥540MPa，延伸率≥30％，-101℃，1/4厚度处和1/2厚度处横向Akv冲击功值均为≥390J。显微组织为回火贝氏体组织，晶粒尺寸控制在10μm-12μm，晶粒度控制在11级。
本发明通过低碳加少量的铬、镍、钼合金化成份设计，且碳当量Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15≤0.48，配合合理的轧制、控制冷却工艺生产厚度达到70-80mm厚度的08Ni3DR低温容器钢，生产工序流程短，成本低；本发明发明方法成功解决了70mm-80mm中等厚度08Ni3DR低温容器钢低压缩比、-101℃，1/4厚度和1/2厚度处横向冲击功值差异大以及焊接性不稳定的问题，能够生产高强度、高韧性中等厚度08Ni3DR低温容器钢。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)本发明通过低碳加少量的铬、镍、钼合金化成份设计，且碳当量Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15≤0.48，结合采用Ⅱ阶段终轧温度≥1000℃的轧制方法、调质热处理工艺生产厚度达到70mm-80mm中等厚度的08Ni3DR低温容器钢，生产工序流程短，成本低；
(2)本发明采用合理的再结晶温度点以上轧制工艺生产厚度达到70mm-80mm中等厚度的08Ni3DR低温容器钢，通过最优的调质热处理工艺，各力学性能指标均达到国标GB3531-2014标准要求，其实际的生产水平达到：屈服强度≥400MPa，抗拉强度≥540MPa，延伸率≥30％，-101℃，1/4厚度处和1/2厚度处横向Akv冲击功值均为≥390J；
(3)本发明成功解决了70mm-80mm中等厚度08Ni3DR低温容器钢终轧温度≥1000℃的高温轧制难度、-101℃，1/4厚度和1/2厚度处横向冲击功值差异大以及焊接性不稳定的技术难点。
(4)本发明方法成功解决了在四辊可逆的5000mm轧机生产线能够生产高强度、高韧性大厚度08Ni3DR低温容器钢。
(5)本发明工艺流程简便易于实施，制造成本低，生产出的08Ni3DR钢板各项力学性能较高。
附图说明
图1为70mm厚度淬火温度：859℃，升温速率：1.34min/mm，加热时间：153min，淬火后的金相组织照片；
图2为70mm厚度回火加热温度：641℃，升温速率：1.95min/mm，加热时间为：243min，回火后的金相组织照片；
图3为80mm厚度回火加热温度：641℃，升温速率：1.86min/mm，加热时间为：280min，回火后的金相组织照片。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
(1)铸坯成分确定：铸坯按重量百分比计成分为：C：0.04，Si：0.21，Mn：0.63，P：0.005，S：0.001，Cr：0.15，Ni:3.48，Mo:0.076，Alt:0.033，Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15＝0.42，余量为Fe和杂质。坯料厚度320mm。
(2)加热工艺：铸坯采用320mm厚度，加热温度：1232℃，铸坯均热温度：1206℃，均热时间93min，在炉时间：347min，出钢温度：1183℃；
(3)轧制工艺：出钢后采用一阶段轧制，粗轧开轧温度为1150℃，轧制结束温度1033℃，每道次压下量达到13％。为确保冷却均匀性，轧后以抛钢速度5.0m/s快速将钢板送到在线预矫直机进行预矫，轧后910℃进行预矫，然后采用控冷，返红温度为629℃，最终得到的成品厚度是70mm；
(4)热处理工艺：控轧后采用淬火加回火热处理，淬火温度859℃，升温速率1.34min/mm，在炉时间为153min；回火温度641℃，升温速率1.95min/mm，在炉时间为243min，热处理结束后，淬火得到的是板条贝氏体+少量铁素体组织，回火得到的金相组织均为回火贝氏体组织，且晶粒尺寸控制在10μm-12μm，晶粒度控制在11级。70mm厚度淬火金相组织见图1，70mm厚度回火金相组织见图2。
实施例2
(1)铸坯成分确定：铸坯按重量百分比计成分为：C：0.052，Si：0.21，Mn：0.64，P：0.005，S：0.001，Cr：0.15，Ni:3.45，Mo:0.076，Alt:0.033，Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15＝0.43，余量为Fe和杂质。坯料厚度320mm。
(2)加热工艺：铸坯采用320mm厚度，加热温度：1230℃，铸坯均热温度：1205℃，均热时间109min，在炉时间：380min，出钢温度：1193℃；
(3)轧制工艺：出钢后采用一阶段轧制，粗轧开轧温度为1139℃，轧制结束温度1031℃，每道次压下量达到12％。为确保冷却均匀性，轧后以抛钢速度6.0m/s快速将钢板送到在线预矫直机进行预矫，轧后921℃进行预矫，然后采用控冷，返红温度为625℃，最终得到的成品厚度是70mm；
(4)热处理工艺：控轧后采用淬火加回火热处理，淬火温度858℃，升温速率1.33min/mm，在炉时间为165min；回火温度643℃，升温速率1.89min/mm，在炉时间为283min。
实施例3
(1)铸坯成分确定：铸坯按重量百分比计成分为：C：0.06，Si：0.21，Mn：0.63，P：0.005，S：0.001，Cr：0.15，Ni:3.48，Mo:0.076，Alt:0.033，Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15＝0.42，余量为Fe和杂质。坯料厚度320mm。
(2)加热工艺：铸坯采用320mm厚度，加热温度：1228℃，铸坯均热温度：1209℃，均热时间120min，在炉时间：375min，出钢温度：1196℃；
(3)轧制工艺：出钢后采用一阶段轧制，粗轧开轧温度为1147℃，轧制结束温度1027℃，每道次压下量达到15％。为确保冷却均匀性，轧后以抛钢速度5.0m/s快速将钢板送到在线预矫直机进行预矫，轧后930℃进行预矫，然后采用控冷，返红温度为623℃，最终得到的成品厚度是80mm；
(4)热处理工艺：控轧后采用淬火加回火热处理，淬火温度856℃，升温速率1.31min/mm，在炉时间为168min；回火温度641℃，升温速率1.86min/mm，在炉时间为280min，热处理结束后，淬火得到的是板条贝氏体+少量铁素体组织，回火得到的金相组织均为回火贝氏体组织，且晶粒尺寸控制在10μm-12μm，晶粒度控制在11级，80mm厚度回火金相组织见图3。
实施例4
(1)铸坯成分确定：铸坯按重量百分比计成分为：C：0.04，Si：0.1，Mn：0.5，P：0.008，S：0.002，Cr：0.1，Ni:3.3，Mo:0.03，Alt:0.02，Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15＝0.48，余量为Fe和杂质。坯料厚度320mm。
(2)加热工艺：铸坯采用320mm厚度，加热温度：1220℃，铸坯均热温度：1190℃，均热时间120min，在炉时间：400min，出钢温度：1200℃；
(3)轧制工艺：出钢后采用一阶段轧制，粗轧开轧温度为1130℃，轧制结束温度1013℃，每道次压下量达到12％。为确保冷却均匀性，轧后以抛钢速度5.0m/s快速将钢板送到在线预矫直机进行预矫，轧后900℃进行预矫，然后采用控冷，返红温度为600℃，最终得到的成品厚度是70mm；
(4)热处理工艺：控轧后采用淬火加回火热处理，淬火温度850℃，升温速率1.2min/mm，在炉时间为170min；回火温度630℃，升温速率1.8min/mm，在炉时间为290min。
实施例5
(1)铸坯成分确定：铸坯按重量百分比计成分为：C：0.06，Si：0.3，Mn：0.7，P：0.008，S：0.002，Cr：0.2，Ni:3.5，Mo:0.08，Alt:0.045，Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15＝0.48，余量为Fe和杂质。坯料厚度320mm。
(2)加热工艺：铸坯采用320mm厚度，加热温度：1240℃，铸坯均热温度：1210℃，均热时间90min，在炉时间300min，出钢温度：1200℃；
(3)轧制工艺：出钢后采用一阶段轧制，粗轧开轧温度为1150℃，轧制结束温度1050℃，每道次压下量达到12％。为确保冷却均匀性，轧后以抛钢速度5.0m/s快速将钢板送到在线预矫直机进行预矫，轧后950℃进行预矫，然后采用控冷，返红温度为630℃，最终得到的成品厚度是80mm；
(4)热处理工艺：控轧后采用淬火加回火热处理，淬火温度870℃，升温速率1.4min/mm，在炉时间为140min；回火温度650℃，升温速率2.0min/mm，在炉时间为240min。
试验例
对本发明实施例1-3制备的中等厚度08Ni3DR低温容器钢经测试，其各项性能如表1-2所示。
表1
表2
由表1和表2可知，通过低碳加少量的铬、镍、钼合金化成份设计，且碳当量Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15≤0.48，结合采用一阶段终轧温度≥1000℃的轧制方法、调质热处理工艺生产厚度达到70mm-80mm中等厚度的08Ni3DR低温容器钢，通过合理的调质热处理工艺，各力学性能指标均达到国标GB 3531-2014标准要求，其实际的生产水平达到：屈服强度≥400MPa，抗拉强度≥540MPa，延伸率≥30％，-101℃，1/4厚度处和1/2厚度处横向Akv冲击功值均为≥390J；本专利所获得的这些强度、塑性及横向冲击韧性指标均达到国标要求同时也满足了国内某大型石油储罐企业所要求的力学性能设计标准。由于低温韧性要求高，厚度大，在实际工业生产过程中，为避免在生产过程中不能满足高温大压下轧制要求，易造成原始晶粒尺寸粗大，甚至出现混晶现象，从而严重影响强度和低温冲击韧性相匹配的力学性能，故对轧制工艺及设备和淬火机冷却能力及精度要求较高。通过低碳加淬透性较高的合金元素成分设计，利用320mm厚度坯料确保压缩比≥4.0倍以上，且一阶段终轧温度≥1000℃高温大压下轧制模式结合快速冷却到600-630℃，从而弥补了满足常规轧制生产线因装备能力有限不能够生产高强度、高韧性、高焊接稳定性的08Ni3DR低温容器钢心部内部缺陷，充分发挥轧制设备能力。

Claims (9)

1.一种铸坯生产中等厚度08Ni3DR低温容器钢轧制的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)铸坯成分确定：铸坯按重量百分比计成分为C：0.04-0.06，Si：0.1-0.3，Mn：0.5-0.7，P≤0.008，S≤0.002，Cr：0.10-0.20，Ni:3.3-3.5，Mo:0.03-0.08，Alt:0.020-0.045，Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15≤0.48，余量为Fe和杂质；
(2)加热工艺：加热温度1220-1240℃，铸坯均热温度：1190-1210℃，均热时间90-120min，在炉时间：300-400min，出钢温度：1180-1200℃；
(3)轧制工艺：出钢后采用一阶段轧制，粗轧开轧温度为1130～1150℃，轧制结束温度1010～1050℃；
(4)热处理工艺：控轧后采用淬火加回火热处理，淬火温度850-870℃，升温速率1.3±0.1min/mm，在炉时间为140-170min；回火温度630-650℃，升温速率1.9±0.1min/mm，在炉时间为240-290min。
2.根据权利要求1所述的铸坯生产中等厚度08Ni3DR低温容器钢轧制的方法，其特征在于，步骤(1)所述铸坯按重量百分比计成分为：C：0.06，Si：0.21，Mn：0.63，P 0.005，S0.001，Cr：0.15，Ni:3.48，Mo:0.076，Alt:0.033，Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15＝0.44，余量为Fe和杂质。
3.根据权利要求1所述的铸坯生产中等厚度08Ni3DR低温容器钢轧制的方法，其特征在于，步骤(1)所述铸坯按重量百分比计成分为：C：0.04，Si：0.21，Mn：0.63，P：0.005，S：0.001，Cr：0.15，Ni:3.48，Mo:0.076，Alt:0.033，Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15＝0.42，余量为Fe和杂质。
4.根据权利要求1所述的铸坯生产中等厚度08Ni3DR低温容器钢轧制的方法，其特征在于，步骤(1)所述铸坯按重量百分比计成分为：C：0.052，Si：0.21，Mn：0.64，P：0.005，S：0.001，Cr：0.15，Ni:3.45，Mo:0.076，Alt:0.033，Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15＝0.43，余量为Fe和杂质。
5.根据权利要求1所述的铸坯生产中等厚度08Ni3DR低温容器钢轧制的方法，其特征在于，步骤(2)所述铸坯选用320mm厚度坯料。
6.根据权利要求1所述的铸坯生产中等厚度08Ni3DR低温容器钢轧制的方法，其特征在于，步骤(3)所述粗轧轧制每道次形变量≥12％。
7.根据权利要求1所述的铸坯生产中等厚度08Ni3DR低温容器钢轧制的方法，其特征在于，步骤(3)所述控轧后以抛钢速度≥5.0m/s快速将钢板送到在线预矫直机进行预矫，进行预矫的温度为900-950℃。
8.根据权利要求7所述的铸坯生产中等厚度08Ni3DR低温容器钢轧制的方法，其特征在于，所述预矫后采用控冷，返红温度为600-630℃，最终得到的成品厚度是70mm-80mm。
9.根据权利要求1所述的铸坯生产中等厚度08Ni3DR低温容器钢轧制的方法，其特征在于，步骤(4)所述热处理结束后，淬火得到的是板条贝氏体+少量铁素体组织，回火得到的金相组织均为回火贝氏体组织，且晶粒尺寸控制在10μm-12μm，晶粒度控制在11级。
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