CN109355579B - 一种高温压力容器用特厚钢板12Cr2Mo1VR及其生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种高温压力容器用特厚钢板12Cr2Mo1VR,涉及钢板生产技术领域,包含如下质量百分比的化学成分:C:0.11‑0.118%、Si:0.05‑0.10%、Mn:0.52‑0.58、P≤0.006%、S≤0.001%、Cr:2.3‑2.38%、Mo:1.06‑1.1%、V:0.30‑0.35%、Nb:0.040‑0.050%、Ni:0.21‑0.25%、Cu:0.16‑0.18%、B:0.0008‑0.0018%,余量为Fe和残留元素。通过对钢板中的化学成分以及对钢板的制备工艺进行优化,最终制备的厚度为300mm的12Cr2Mo1VR钢板力学性能优异。
Description
技术领域
本发明涉及钢板生产技术领域,尤其是涉及一种高温压力容器用特厚钢板12Cr2Mo1VR及其生产工艺。
背景技术
随着炼油化工加氢装置大型化和加氢技术的不断进步,加氢装置工作温度和工作压力不断提高,为最大限度促进设备轻量化,降低制造、运输、吊装难度,因此亟需开发出具有更高强度,更好适应于高温高压临氢环境下长期使用的Cr-Mo-V新型材料,目前12Cr2Mo1VR高温压力容器用钢板可以做到220-250mm厚度,还是不能满足加氢装置对钢板厚度的需要。
中国专利文献(公开号CN108754321A)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。 该化学配方不适用于300mm厚度的钢板。
中国专利文献(公开号CN108149134A)公开一种高温压力容器用220- 250mm厚12Cr2Mo1VR钢板,包含如下质量百分比的化学成分(单位,wt%):C:0 .12~0 .14、Si:0 .05~0 .10、Mn:0 .45~0 .55、P≤0 .008、S≤0 .002、 Als:0 .020~0 .040、Cr:2 .4~2.5、Mo:0 .95~1 .05、V:0 .25~0 .35、Nb:0 .020~0 .030、Ni:0 .15~0 .25,其它为Fe和残留元素。通过KR铁水预处 理、转炉冶炼、吹氩处理、LF精炼、VD精炼、模铸、钢锭清理、加热、控轧、堆冷、热处理工艺一系列步骤来完成。该发明制作成的钢板,使用在高温压力容器上时容易保证探伤和性能,满足高温压力下对容器的使用要求,但是随着调质钢板厚度的增加,如何保证内部质量、淬透性、表面质量是关键,因此该专利不适用于300mm厚度的12Cr2Mo1VR 钢板。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的是针对现有技术的不足,提供一种高温压力容器用特厚钢板12Cr2Mo1VR及其生产工艺,通过对钢板中的化学成分以及对钢板的制备工艺进行优化,最终制备的厚度为300mm的12Cr2Mo1VR钢板力学性能优异。
为达到上述目的,本发明采用以下技术方案:
一种高温压力容器用特厚钢板12Cr2Mo1VR,包含如下质量百分比的化学成分:C:0.11-0.118%、Si:0.05-0.10%、Mn:0.52-0.58、P≤0.006%、S≤0.001%、Cr:2.3-2.38%、Mo:1.06-1.1%、V:0.30-0.35%、Nb:0.040-0.050%、Ni:0.21-0.25%、Cu:0.16-0.18%、B:0.0008-0.0018%,余量为Fe和残留元素。
进一步的,所述高温压力容器用特厚钢板12Cr2Mo1VR的生产工艺,包括以下步骤:
(1)转炉冶炼:入炉铁水S≤0.008%、P≤0.060%,铁水温度≥1280℃,出钢铁水P≤0.004%;
(2)吹氩处理:铁水到氩站开启氩气后加入1kg/t铝线,铝线加入后强吹氩3min后离站,离站温度≥1570℃;
(3)LF精炼:精炼时碱度为4.0-6.0,一加热3min后,先加入0.5Kg/t电石,再加入0.2-0.4Kg/t铝粒,此后每隔2min向钢包中添加2-4次铝粒,单次加入量为0.1-0.2Kg/t;二加热加入0.1-0.3Kg/t的电石,每隔2min向钢包中添加0.1-0.3kg/t铝粒;三加热加入0.2-0.4kg/t铝粒;
(4)VD精炼:VD炉真空度≤67Pa,保压时间≥25min,破空后软吹3-5min,之后加入1.5-2.0m/t钙线进行钙处理,离站前按照0.5-0.7kg/t量加入覆盖剂,离站温度为1545-1575℃;
(5)模铸:浇注温度为1540-1548℃;
(6)钢锭清理:清理温度≥240℃;
(7)钢锭加热:钢锭装炉温度为200-380℃,在450-550℃焖钢4h,一阶段升温速度为70℃/h,当温度升至850℃时保温10h,二阶段升温速度为80-90℃/h,炉温至1000℃时不限升温速度,之后在1285-1300℃保温18h,翻钢后重新升至1285-1300℃保温3h出钢;
(8)加热轧制;
(9)堆冷:堆冷温度为450-600℃,堆冷时间≥96小时;
(10)热处理:在外部机械化炉进行两次淬火+两次回火处理,出炉后空冷。
进一步的,所述步骤(5)采用52吨水冷钢锭模,锭厚1200mm。
进一步的,所述步骤(8)中轧制开轧温度1050-1100℃,道次压下量为55-60mm。
进一步的,所述步骤(10)中第一次淬火加热温度为930-950℃,保温系数2.4-2.6min/mm,入淬火池时钢板温度≥870℃,入水冷却120min至常温,水温25-35℃;第一次回火温度730-740℃,回火保温系数5-6min/mm,空冷;第二次淬火钢板冷速为1-1.5℃/S,加热温度910-930℃,保温系数2.0-2.4min/mm,入水时钢板温度≥860℃,水温10-20℃,入水冷却240min至常温;第二次回火温度720-730℃,保温系数4.0-5.0min/mm。
本发明的有益效果是:
1、本发明公开一种300mm厚度的高温压力容器用特厚钢板12Cr2Mo1VR,在化学成分上适当降低碳含量、提高锰含量确保其强韧性匹配,钒是强碳化物形成元素,提高钒含量有利于提高高温强度和组织稳定性;Cr与Mo结合,能使淬火钢中的残余奥氏体增加,而有助于获得需要弥散的碳化物相。硼可以显著增加12Cr2Mo1VR淬透性,将奥氏体过冷过程中珠光体的转变推迟。
2、本发明还对300mm厚度的高温压力容器用特厚钢板12Cr2Mo1VR的生产工艺进行优化,其中模铸选用52吨水冷钢锭模,锭厚1200mm,此锭模具有强制顺序冷却特点,能够实现自下而上顺序凝固过程,补缩效果好,组织致密,可以明显消除在铸锭中心的缩孔和疏松,减轻偏析。
3、VD精炼破破空后根据Als含量加入1.5~2.0m/t钙线进行钙处理,确保钢水中W(Ca)/W(Al)=0.09~0.14,钢水钙质处理能够脱氧、脱硫、去夹杂,改变夹杂物的形态,利于提高钢水纯净度、提高钢材性能。
4、钢锭脱模后采用缓冷的方式,有效减轻了原始钢锭内部应力。
5、在钢锭加热过程中,采用焖钢-升温-保温-升温-保温的加热方式,适当降低加热温度,不仅消除了钢水凝固过程产生的残余应力,而且避免钢锭内部原始奥氏体晶粒过分长大,为钢锭在轧制过程中晶粒的细化奠定坚实基础。在轧制过程中,通过采用高温低速大压下工艺能够保证12Cr2Mo1VR钢板内部疏松完全啮合、原始铸态组织充分破碎。
6、热处理环节通过在外部机械化炉进行两次淬火+两次回火处理,第一次淬火促进成分和组织均匀化,第一次回火采用提高回火温度延长回火时间确保碳化物充分析出,促进组织充分均匀化并有效减轻成分偏析;第二次淬火通过合理控制淬火加热温度和时间防止晶粒粗化,后续通过降低冷却液温度将特厚淬火钢板冷速控制在1-1.5℃/S以获得90%以上的贝氏体组织,第二次回火通过合理控制回火温度、回火时间将钢板强韧性调整至合适范围,确保12Cr2Mo1VR特厚钢板各项性能满足要求。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1
一种高温压力容器用特厚钢板12Cr2Mo1VR,包含如下质量百分比的化学成分:C:0.115%、Si:0.06%、Mn:0.55%、P 0.005%、S 0.001%、Cr:2.32%、Mo:1.08%、V:0.33%、Nb:0.045%、Ni:0.23%、Cu:0.169%、B:0.0012%,余量为Fe和残留元素。
一种高温压力容器用特厚钢板12Cr2Mo1VR的生产工艺,包括以下步骤:
(1)转炉冶炼:入炉铁水S含量为0.008%、P含量为0.05%,铁水温度为1290℃,出钢铁水P含量为0.004%;
(2)吹氩处理:铁水到氩站开启氩气后加入1kg/t铝线,铝线垂直喂入钢包,铝线加入后强吹氩3min后离站,离站温度为1570℃;
(3)LF精炼:精炼时碱度为4.0,一加热3min后,先加入0.5Kg/t电石,再加入0.2Kg/t铝粒,此后每隔2min向钢包中添加4次铝粒,单次加入量0.1Kg/t;二加热加入0.1Kg/t的电石,每隔2min用铁锨向钢包中添加0.1kg/t铝粒,以确保整个二加热过程维持白渣;三加热加入0.4kg/t铝粒,确保白渣保持时间为35min;
(4)VD精炼:VD炉真空度为67Pa,保压时间为25min,破空后软吹3min,之后加入1.5m/t钙线进行钙处理,离站前按照0.5kg/t的量加入覆盖剂,离站温度为1545℃;
(5)模铸:采用52吨水冷钢锭模,锭厚1200mm,浇注温度为1548℃;
(6)钢锭清理:清理温度为240℃;
(7)钢锭加热:钢锭装炉温度200℃,450℃焖钢4h,一阶段升温速度为70℃/h,当温度升至850℃时保温10h,二阶段升温速度为80℃/h,炉温至1000℃时不限升温速度,之后在1285℃保温18h,翻钢后重新升至1285℃保温3h出钢;
(8)加热轧制:轧制开轧温度1050℃,道次压下量控制在55mm;
(9)堆冷:堆冷温度为450℃,堆冷时间为96小时;
(10)热处理:在外部机械化炉进行两次淬火+两次回火处理,第一次淬火加热温度为930℃,保温系数2.4min/mm,入淬火池时钢板温度为870℃,入水冷却120min至常温,水温25℃;第一次回火温度为730℃,回火保温系数为5min/mm,空冷;第二次淬火钢板冷速为1℃/S,加热温度910℃,保温系数为2.0min/mm,入水时钢板温度为860℃,水温为10℃,入水冷却240min至常温;第二次回火温度为720℃,保温系数为4.0min/mm,出炉后空冷。
实施例2
一种高温压力容器用特厚钢板12Cr2Mo1VR,包含如下质量百分比的化学成分:C:0.116%、Si:0.06%、Mn:0.57%、P为0.004%、S为0.001%、Cr:2.35%、Mo:1.07%、V:0.302%、Nb:0.047%、Ni:0.24%、Cu:0.171%、B:0.001%,余量为Fe和残留元素。
一种高温压力容器用特厚钢板12Cr2Mo1VR的生产工艺,包括以下步骤:
(1)转炉冶炼:入炉铁水S为0.008%、P为0.060%,铁水温度为1280℃,出钢铁水P为0.004%;
(2)吹氩处理:铁水到氩站开启氩气后加入1kg/t铝线,铝线垂直喂入钢包,铝线加入后强吹氩3min后离站,离站温度为1580℃;
(3)LF精炼:精炼时碱度为4.5,一加热3min后,先加入0.5Kg/t电石,再加入0.3Kg/t铝粒,此后每隔2min向钢包中添加3次铝粒,单次加入量0.15Kg/t;二加热加入0.15Kg/t的电石,每隔2min用铁锨向钢包中添加0.2kg/t铝粒,以确保整个二加热过程维持白渣;三加热加入0.3kg/t铝粒确保白渣保持时间为32分钟;
(4)VD精炼:VD炉真空度为67Pa,保压时间为28min,破空后软吹4min,之后加入1.6m/t钙线进行钙处理,离站前按照0.55kg/t量加入覆盖剂,离站温度为1550℃;
(5)模铸:采用52吨水冷钢锭模,锭厚1200mm,浇注温度为1545℃;
(6)钢锭清理:清理温度为260℃;
(7)钢锭加热:钢锭装炉温度250℃,480℃焖钢4h,一阶段升温速度为70℃/h,当温度升至850℃时保温10h,二阶段升温速度为85℃/h,炉温至1000℃时不限升温速度,之后在1290℃保温18h,翻钢后重新升至1290℃保温3h出钢;
(8)加热轧制:轧制开轧温度为1050℃,道次压下量控制在56mm;
(9)堆冷:堆冷温度为500℃,堆冷时间为100小时;
(10)热处理:在外部机械化炉进行两次淬火+两次回火处理,第一次淬火加热温度为935℃,保温系数为2.5min/mm,入淬火池时钢板温度为880℃,入水冷却120min至常温,水温为28℃;第一次回火温度为735℃,回火保温系数为5.5min/mm,空冷;第二次淬火钢板冷速为1.2℃/S,加热温度为915℃,保温系数为2.2min/mm,入水时钢板温度为870℃,水温为15℃,入水冷却240min至常温;第二次回火温度为725℃,保温系数为4.5min/mm,出炉后空冷。
实施例3
一种高温压力容器用特厚钢板12Cr2Mo1VR,包含如下质量百分比的化学成分:C:0.113%、Si:0.07%、Mn:0.53%、P为0.005%、S为0.001%、Cr:2.33%、Mo:1.07%、V:0.31%、Nb:0.042%、Ni:0.22%、Cu:0.168%、B:0.0012%,余量为Fe和残留元素。
一种高温压力容器用特厚钢板12Cr2Mo1VR的生产工艺,包括以下步骤:
(1)转炉冶炼:入炉铁水S为0.007%、P为0.060%,铁水温度为1280℃,出钢铁水P为0.003%;
(2)吹氩处理:铁水到氩站开启氩气后加入1kg/t铝线,铝线垂直喂入钢包,铝线加入后强吹氩3min后离站,离站温度为1580℃;
(3)LF精炼:精炼时碱度为5.0,一加热3min后,先加入0.5Kg/t电石,再加入0.35Kg/t铝粒,此后每隔2min向钢包中添加3次铝粒,单次加入量为0.18Kg/t;二加热加入0.2Kg/t的电石,每隔2min用铁锨向钢包中添加0.25kg/t铝粒,以确保整个二加热过程维持白渣;三加热加入0.25kg/t铝粒确保白渣保持时间为30分钟;
(4)VD精炼:VD炉真空度为66Pa,保压时间为30min,破空后软吹5min,之后加入1.8m/t钙线进行钙处理,离站前按照0.6kg/t量加入覆盖剂,离站温度为1560℃;
(5)模铸:采用52吨水冷钢锭模,锭厚1200mm,浇注温度为1542℃;
(6)钢锭清理:清理温度为280℃;
(7)钢锭加热:钢锭装炉温度为300℃,500℃焖钢4h,一阶段升温速度为70℃/h,当温度升至850℃时保温10h,二阶段升温速度为85℃/h,炉温至1000℃时不限升温速度,之后在1295℃保温18h,翻钢后重新升至1295℃保温3h出钢;
(8)加热轧制:轧制开轧温度为1100℃,道次压下量控制在58mm;
(9)堆冷:堆冷温度为550℃,堆冷时间为100小时;
(10)热处理:在外部机械化炉进行两次淬火+两次回火处理,第一次淬火加热温度为940℃,保温系数为2.5min/mm,入淬火池时钢板温度为890℃,入水冷却120min至常温,水温为30℃;第一次回火温度为735℃,回火保温系数为5.5min/mm,空冷;第二次淬火钢板冷速为1.4℃/S,加热温度为920℃,保温系数为2.3min/mm,入水时钢板温度为880℃,水温为15℃,入水冷却240min至常温;第二次回火温度为725℃,保温系数为4.5min/mm,出炉后空冷。
实施例4
一种高温压力容器用特厚钢板12Cr2Mo1VR,包含如下质量百分比的化学成分:C:0.117%、Si:0.05%、Mn:0.52%、P为0.005%、S为0.001%、Cr:2.3%、Mo:1.06%、V:0.30%、Nb:0.049%、Ni:0.25%、Cu:0.17%、B:0.0011%,余量为Fe和残留元素。
一种高温压力容器用特厚钢板12Cr2Mo1VR的生产工艺,包括以下步骤:
(1)转炉冶炼:入炉铁水S为0.007%、P为0.05%,铁水温度为1290℃,出钢铁水P为0.004%;
(2)吹氩处理:铁水到氩站开启氩气后加入1kg/t铝线,铝线垂直喂入钢包,铝线加入后强吹氩3min后离站,离站温度为1590℃;
(3)LF精炼:精炼时碱度为6.0,一加热3min后,先加入0.5Kg/t电石,再加入0.4Kg/t铝粒,此后每隔2min向钢包中添加2次铝粒,单次加入量0.2Kg/t;二加热加入0.3Kg/t的电石,每隔2min用铁锨向钢包中添加0.3kg/t铝粒,以确保整个二加热过程维持白渣;三加热加入0.2kg/t铝粒确保白渣保持时间为30分钟;
(4)VD精炼:VD炉真空度为66Pa,保压时间为30min,破空后软吹5min,之后加入2.0m/t钙线进行钙处理,离站前按照0.7kg/t量加入覆盖剂,离站温度为1575℃;
(5)模铸:采用52吨水冷钢锭模,锭厚1200mm,浇注温度为1540℃;
(6)钢锭清理:清理温度为280℃;
(7)钢锭加热:钢锭装炉温度为380℃,550℃焖钢4h,一阶段升温速度为70℃/h,当温度升至850℃时保温10h,二阶段升温速度为90℃/h,炉温至1000℃时不限升温速度,之后在1300℃保温18h,翻钢后重新升至1300℃保温3h出钢;
(8)加热轧制:轧制开轧温度为1100℃,道次压下量控制在60mm;
(9)堆冷:堆冷温度为600℃,堆冷时间为110小时;
(10)热处理:在外部机械化炉进行两次淬火+两次回火处理,第一次淬火加热温度为950℃,保温系数为2.6min/mm,入淬火池时钢板温度为900℃,入水冷却120min至常温,水温为35℃;第一次回火温度为740℃,回火保温系数为6min/mm,空冷;第二次淬火钢板冷速为1.5℃/S,加热温度为930℃,保温系数2.4min/mm,入水时钢板温度为890℃,水温为20℃,入水冷却240min至常温;第二次回火温度为730℃,保温系数为5.0min/mm,出炉后空冷。
实施例5
一种高温压力容器用特厚钢板12Cr2Mo1VR,包含如下质量百分比的化学成分:C:0.11%、Si:0.1%、Mn:0.58%、P为0.005%、S为0.0008%、Cr:2.38%、Mo:1.1%、V:0.34%、Nb:0.050%、Ni:0.21%、Cu:0.18%、B:0.0018%,余量为Fe和残留元素。
其生产工艺与实施例4相同。
实施例6
一种高温压力容器用特厚钢板12Cr2Mo1VR,包含如下质量百分比的化学成分:C:0.118%、Si:0.08%、Mn:0.54%、P为0.004%、S为0.001%、Cr:2.36%、Mo:1.06%、V:0.30%、Nb:0.041%、Ni:0.24%、Cu:0.165%、B:0.0008%,余量为Fe和残留元素。
其生产工艺与实施例4相同。
性能检测
300mm12Cr2Mo1VR高温压力容器用特厚钢板机械力学性能国家标准见表1, 本发明实施例1-6制备的钢板机械力学性能按GB713-2014标准进行检测,检测结果见表2。
表1 300mm12Cr2Mo1VR高温压力容器用特厚钢板国家标准
表2 实施例1-6性能检测数据
检测本发明实施例1-6制备的高温压力容器用特厚钢板12Cr2Mo1VR的屈服强度为551-580MPa,抗拉强度为675-700MPa,伸长率为23-26%,冲击功为274-303J,机械性能优异,能够达到国家标准。
经表面质量及探伤:所研制的钢板表面质量正品率100%,按JB/T 47030进行探伤,合三级率为100%,达到了预期效果。
最后说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换,只要不脱离本发明技术方案的精神和范围,均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (2)
1.一种高温压力容器用300mm特厚钢板12Cr2Mo1VR的生产工艺,其特征在于:包括以下步骤:
(1)转炉冶炼:入炉铁水S≤0.008%、P≤0.060%,铁水温度≥1280℃,出钢铁水P≤0.004%;
(2)吹氩处理:铁水到氩站开启氩气后加入1kg/t铝线,铝线加入后强吹氩3min后离站,离站温度≥1570℃;
(3)LF精炼:精炼时碱度为4.0-6.0,一加热3min后,先加入0.5Kg/t电石,再加入0.2-0.4kg/t 铝粒,此后每隔2min向钢包中添加2-4次铝粒,单次加入量为0.1-0.2kg/t ;二加热加入0.1-0.3kg/t 的电石,每隔2min向钢包中添加0.1-0.3kg/t铝粒;三加热加入0.2-0.4kg/t铝粒;
(4)VD精炼:VD炉真空度≤67Pa,保压时间≥25min,破空后软吹3-5min,之后加入1.5-2.0m/t钙线进行钙处理,离站前按照0.5-0.7kg/t量加入覆盖剂,离站温度为1545-1575℃;
(5)模铸:浇注温度为1540-1548℃;
(6)钢锭清理:清理温度≥240℃;
(7)钢锭加热:钢锭装炉温度为200-380℃,在450-550℃焖钢4h,一阶段升温速度为70℃/h,当温度升至850℃时保温10h,二阶段升温速度为80-90℃/h,炉温至1000℃时不限升温速度,之后在1285-1300℃保温18h,翻钢后重新升至1285-1300℃保温3h出钢;
(8)加热轧制;
(9)堆冷:堆冷温度为450-600℃,堆冷时间≥96小时;
(10)热处理:在外部机械化炉进行两次淬火+两次回火处理,出炉后空冷;
所述高温压力容器用特厚钢板12Cr2Mo1VR包含如下质量百分比的化学成分:C:0.11-0.118%、Si:0.05-0.10%、Mn:0.52-0.58、P≤0.006%、S≤0.001%、Cr:2.3-2.38%、Mo:1.06-1.1%、V:0.30-0.35%、Nb:0.040-0.050%、Ni:0.21-0.25%、Cu:0.16-0.18%、B:0.0008-0.0018%,余量为Fe和残留元素;
所述步骤(5)采用52吨水冷钢锭模,锭厚1200mm;
所述步骤(10)中第一次淬火加热温度为930-950℃,保温系数2.4-2.6min/mm,入淬火池时钢板温度≥870℃,入水冷却120min至常温,水温25-35℃;第一次回火温度730-740℃,回火保温系数5-6min/mm,空冷;第二次淬火钢板冷速为1-1.5℃ /s ,加热温度910-930℃,保温系数2.0-2.4min/mm,入水时钢板温度≥860℃,水温10-20℃,入水冷却240min至常温;第二次回火温度720-730℃,保温系数4.0-5.0min/mm。
2.根据权利要求1所述的一种高温压力容器用300mm特厚钢板12Cr2Mo1VR的生产工艺,其特征在于:所述步骤(8)中轧制开轧温度1050-1100℃,道次压下量为55-60mm。
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