CN109609841A - 一种压力容器用高强度淬火与回火合金钢板的生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发公开了一种50～100mm厚压力容器用高强度淬火与回火合金钢板的生产方法，其包含如下化学成分：C：0.03～0.06%、Si：0.57～0.62%、Mn：0.82～0.88%、P：0.052‑0.059%、S≤0.005%、Als：0.020～0.045%、Cr：0.95～0.99%、Mo：0.76～0.80%、Cu：0.70～0.75%、Nb：0.086～0.095%、Ni：0.75～0.80%、Zr：0.15～0.18%，V：0.086～0.094%，其它为Fe和残留元素；其生产方法包括为：优质铁水、KR铁水预处理、100/120吨顶底复吹转炉、LF炉精炼、真空脱气处理、铸坯堆冷24—60小时、推钢式加热炉、3800m轧机、ACC层流冷却、11辊热矫直机、堆冷、调质热处理、精整、外检、探伤、入库。与传统的生产工艺相比，确保了钢板性能达到标准要求；同时解决了连铸无法生产60mm以上钢板的问题，缩短了生产周期低生产能耗。

Description

一种压力容器用高强度淬火与回火合金钢板的生产方法
技术领域
本发明属于中厚板生产领域，具体涉及到一种50～100mm厚压力容器用高强度淬火与回火合金钢板的生产方法。
背景技术
压力容器用高强度淬火与回火合金钢板是经淬火与回火的高强度可焊接细晶粒钢板，主要用途是用在需要高抗拉，高屈服以及具有耐腐蚀性能要求的场所，如高压压力容器、船用高强压力容器、工程机械升降齿轮，海洋平台用的齿条及大型矿用设备上。它具有强度高、韧性好、低温韧性优良、加工性能和焊接性能好、耐腐蚀等特点。目前，国内耐腐蚀高强钢特厚钢板由于生产难度极大产量较低。
发明内容
针对上述问题，本发明人经过反复试验摸索，获得了一种生产50～100mm厚压力容器用高强度淬火与回火合金钢板的生产方法，从而完成了本发明。
在原有的耐腐蚀钢的成分基础上，适当调整耐腐蚀钢中C、Mn、Cr、Nb、Mo、Ni等合金元素的含量和比例，并严格控制钢中P、S等影响钢板塑韧性的有害元素含量，同时严格控制钢锭装炉温度、轧钢的加热制度，轧制过程严格保证降低终轧温度、轧制后采用ACC提高冷却速度和轧后钢板堆垛快速缓冷的方式，从而保证了该钢种50～100mm厚度钢板的各项性能指标达到标准要求。
在冶炼过程中，严格控制钢中P（磷）、S（硫）等有害元素，保证钢水的纯净度基本达到洁净钢水平；在后续轧制加热过程中，为保证轧制过程板型平整，适当增加加热温度，严格控制加热温度确保加热均匀，保证奥氏体晶粒均匀细小，轧制过程控制轧制速度确保充分返红并通过采用国内先进的TMCP轧制技术和钢板堆垛缓冷技术以及调质工艺，能够保证钢板性能需求。
为达到上述目的，本发明所述压力容器用高强度淬火与回火合金钢板的生产方法是：该合金钢包含如下质量百分比的化学成分(单位，wt%)：C：0.03～0.06%、Si：0.57～0.62%、Mn：0.82～0.88%、P：0.052-0.059%、S≤0.005%、Als：0.020～0.045%、Cr：0.95～0.99%、Mo：0.76～0.80%、Cu：0.70～0.75%、Nb：0.086～0.095%、Ni：0.75～0.80%、Zr：0.15～0.18%，V：0.086～0.094%，其它为Fe和残留元素；其生产方法包括为： KR铁水预处理工艺：到站铁水必须扒前渣与扒后渣，保证液面渣层厚度≤20mm，铁水经KR搅拌脱硫后保证铁水S≤0.005%，保证脱硫周期18-21min、脱硫温降≤20℃；转炉冶炼工艺：入炉铁水S≤0.005%、P≤0.080%，铁水温度≥1300℃，铁水装入量误差按±1t来控制，废钢严格采用优质边角料，造渣碱度R按3.8-4.5控制，出钢目标P：0.028-0.034%、C：0.11-0.13%、S≤0.010%，出钢过程中向钢包内硅铝钡钙、锰铁合金、硅铁合金和石灰、萤石，出钢前用挡渣塞挡前渣出钢，出钢结束前采用挡渣锥挡渣，保证渣层厚度≤20mm，转炉出钢过程中要求全程吹氩；吹氩处理工艺：氩站一次性加入铝线，在氩站要求强吹氩3min，流量200-230NL/min，钢液面裸眼直径控制在170～190mm，离氩站温度1585-1595℃；LF精炼工艺：精炼过程中全程吹氩，吹氩强度根据不同环节需要进行调节，加入精炼渣料，碱度按4.5-6.0控制，精炼脱氧剂以电石、铝粒、硅铁粉为主，加入量根据钢水中氧含量及造白渣情况适量加入，加热过程根据节奏富余和温度情况选择适当电流进行加热，加热时间按两次控制，一加热15min、二加热12min，二加热过程中要求根据造渣情况，补加脱氧剂，离站前加入硅钙线，加硅钙线前必须关闭氩气，上钢温度1610±5℃；VD精炼工艺：VD真空度必须达到67Pa以下，保压时间必须≥18min，破真空后软吹5min或不吹，软吹过程中钢水不得裸露，正常在线包抽真空时间：（抽真空前钢水温度—目标离站温度）/1.7min，覆盖剂，保证铺满钢液面，加覆盖剂前必须关闭氩气，上钢温度1555±4℃；连铸工艺：浇注温度按照1530-1538℃进行控制，拉速按照0.77m/min控制；加热工艺:加热温度及加热时间如下：预热段温度900-1000℃，加热段温度1205-1215℃，保温段温度1195-1200℃，加热速度18min/cm；控轧控冷：结合炼钢化学成分，为防止混晶和晶粒粗大，严格坚持“高温、低速、大压下”的轧制要求，开轧温度1080℃，一阶段终轧温度在970℃，待温厚度为成品厚度的1.8倍，为精轧阶段累计变形量及细化晶粒、位错强化奠定基础。二阶段开轧温度945℃，二阶段保证单道次压下率≥15%，累计压下率≥60%，确保变形渗透使奥氏体内部晶粒被压扁拉长，增大晶界有效面积并有效形成大量变形带，为奥氏体相变提供更多的形核点，达到细化奥氏体晶粒的目的，终轧温度760-770℃；由于轧后缓冷易使晶粒长大，并且组织中的Cr、Mo等合金固溶量有限，因此要控制适当的冷却速度；为了获得优良的综合力学性能，根据板厚的不同，轧后采用不同的层流冷却，通过调整冷却集管组数，确保冷却速度控制在5-20℃/S，返红温度在575-580℃之间，然后送往矫直机矫直；堆冷工艺:采用高温堆冷工艺可有效避免因快速冷却产生的残余应力，同时可大大降低钢板中氢的含量，充分实现热扩散效果，改善钢板探伤缺陷，钢板堆垛缓冷工艺如下；堆垛缓冷温度420℃，堆冷时间60小时。
上述方法中，所生产的钢板厚度为50～100mm厚度规格。
本发明的有益效果在于：与传统的生产工艺相比，确保了钢板性能达到标准要求；同时解决了连铸无法生产60mm以上钢板的问题，缩短了生产周期低生产能耗。
具体实施方式
本发明所述压力容器用高强度淬火与回火合金钢板的生产方法是：该合金钢包含如下质量百分比的化学成分(单位，wt%)：C：0.03～0.06%、Si：0.57～0.62%、Mn：0.82～0.88%、P：0.052-0.059%、S≤0.005%、Als：0.020～0.045%、Cr：0.95～0.99%、Mo：0.76～0.80%、Cu：0.70～0.75%、Nb：0.086～0.095%、Ni：0.75～0.80%、Zr：0.15～0.18%，V：0.086～0.094%，其它为Fe和残留元素；其生产方法包括为： KR铁水预处理工艺：到站铁水必须扒前渣与扒后渣，保证液面渣层厚度≤20mm，铁水经KR搅拌脱硫后保证铁水S≤0.005%，保证脱硫周期18-21min、脱硫温降≤20℃；转炉冶炼工艺：入炉铁水S≤0.005%、P≤0.080%，铁水温度≥1300℃，铁水装入量误差按±1t来控制，废钢严格采用优质边角料，造渣碱度R按3.8-4.5控制，出钢目标P：0.028-0.034%、C：0.11-0.13%、S≤0.010%，出钢过程中向钢包内硅铝钡钙、锰铁合金、硅铁合金和石灰、萤石，出钢前用挡渣塞挡前渣出钢，出钢结束前采用挡渣锥挡渣，保证渣层厚度≤20mm，转炉出钢过程中要求全程吹氩；吹氩处理工艺：氩站一次性加入铝线，在氩站要求强吹氩3min，流量200-230NL/min，钢液面裸眼直径控制在170～190mm，离氩站温度1585-1595℃；LF精炼工艺：精炼过程中全程吹氩，吹氩强度根据不同环节需要进行调节，加入精炼渣料，碱度按4.5-6.0控制，精炼脱氧剂以电石、铝粒、硅铁粉为主，加入量根据钢水中氧含量及造白渣情况适量加入，加热过程根据节奏富余和温度情况选择适当电流进行加热，加热时间按两次控制，一加热15min、二加热12min，二加热过程中要求根据造渣情况，补加脱氧剂，离站前加入硅钙线，加硅钙线前必须关闭氩气，上钢温度1610±5℃；VD精炼工艺：VD真空度必须达到67Pa以下，保压时间必须≥18min，破真空后软吹5min或不吹，软吹过程中钢水不得裸露，正常在线包抽真空时间：（抽真空前钢水温度—目标离站温度）/1.7min，覆盖剂，保证铺满钢液面，加覆盖剂前必须关闭氩气，上钢温度1555±4℃；连铸工艺：浇注温度按照1530-1538℃进行控制，拉速按照0.77m/min控制；加热工艺:加热温度及加热时间如下：预热段温度900-1000℃，加热段温度1205-1215℃，保温段温度1195-1200℃，加热速度18min/cm；控轧控冷：结合炼钢化学成分，为防止混晶和晶粒粗大，严格坚持“高温、低速、大压下”的轧制要求，开轧温度1080℃，一阶段终轧温度在970℃，待温厚度为成品厚度的1.8倍，为精轧阶段累计变形量及细化晶粒、位错强化奠定基础。二阶段开轧温度945℃，二阶段保证单道次压下率≥15%，累计压下率≥60%，确保变形渗透使奥氏体内部晶粒被压扁拉长，增大晶界有效面积并有效形成大量变形带，为奥氏体相变提供更多的形核点，达到细化奥氏体晶粒的目的，终轧温度760-770℃；由于轧后缓冷易使晶粒长大，并且组织中的Cr、Mo等合金固溶量有限，因此要控制适当的冷却速度；为了获得优良的综合力学性能，根据板厚的不同，轧后采用不同的层流冷却，通过调整冷却集管组数，确保冷却速度控制在5-20℃/S，返红温度在575-580℃之间，然后送往矫直机矫直；堆冷工艺:采用高温堆冷工艺可有效避免因快速冷却产生的残余应力，同时可大大降低钢板中氢的含量，充分实现热扩散效果，改善钢板探伤缺陷，钢板堆垛缓冷工艺如下；堆垛缓冷温度420℃，堆冷时间60小时。
上述方法中，所生产的钢板厚度为50～100mm厚度规格。
本发明采用转炉冶炼、连铸浇注、3800m宽厚板轧机轧制、调质处理的方法生产压力容器用高强度淬火与回火合金钢板。其工艺流程为：优质铁水、KR铁水预处理、100/120吨顶底复吹转炉、LF炉精炼、真空脱气处理、铸坯堆冷24—60小时、推钢式加热炉、3800m轧机、ACC层流冷却、11辊热矫直机、堆冷、调质热处理、精整、外检、探伤、入库。
实施方式如下：
成分设计：在传统高强钢的成分基础上，适当调整C、Mn、Mo、Cr合金元素的含量和比例，通过洁净钢冶炼，严格控制S含量，通过进行严格的TMCP轧制技术，及调质热处理技术。具体成分设计为：C：0.03～0.06%、Si：0.57～0.62%、Mn：0.82～0.88%、P：0.052-0.059%、S≤0.005%、Als：0.020～0.045%、Cr：0.95～0.99%、Mo：0.76～0.80%、Cu：0.70～0.75%、Nb：0.086～0.095%、Ni：0.75～0.80%、Zr：0.15～0.18%，V：0.086～0.094%，其它为Fe和残留元素；
KR铁水预处理工艺：到站铁水必须扒前渣与扒后渣，保证液面渣层厚度≤20mm，铁水经KR搅拌脱硫后保证铁水S≤0.005%，保证脱硫周期18-21min、脱硫温降≤20℃。
转炉冶炼工艺：入炉铁水S≤0.005%、P≤0.080%，铁水温度≥1300℃，铁水装入量误差按±1t来控制，废钢严格采用优质边角料，造渣碱度R按3.8-4.5控制，出钢目标P：0.028-0.034%、C：0.11-0.13%、S≤0.010%，出钢过程中向钢包内硅铝钡钙、锰铁合金、硅铁合金和石灰、萤石。出钢前用挡渣塞挡前渣出钢，出钢结束前采用挡渣锥挡渣，保证渣层厚度≤20mm，转炉出钢过程中要求全程吹氩。
吹氩处理工艺：氩站一次性加入铝线，在氩站要求强吹氩3min，流量200-230NL/min，钢液面裸眼直径控制在170～190mm，离氩站温度1585-1595℃。
LF精炼工艺：精炼过程中全程吹氩，吹氩强度根据不同环节需要进行调节。加入精炼渣料，碱度按4.5-6.0控制，精炼脱氧剂以电石、铝粒、硅铁粉为主，加入量根据钢水中氧含量及造白渣情况适量加入。加热过程根据节奏富余和温度情况选择适当电流进行加热，加热时间按两次控制，一加热15min、二加热12min，二加热过程中要求根据造渣情况，补加脱氧剂。离站前加入硅钙线，加硅钙线前必须关闭氩气，上钢温度1610±5℃。
VD精炼工艺：VD真空度必须达到67Pa以下，保压时间必须≥18min，破真空后软吹5min或不吹，软吹过程中钢水不得裸露。正常在线包抽真空时间：（抽真空前钢水温度—目标离站温度）/1.7min。覆盖剂，保证铺满钢液面，加覆盖剂前必须关闭氩气，上钢温度1555±4℃。
连铸工艺：浇注温度按照1530-1538℃进行控制，拉速按照0.77m/min控制
加热工艺:加热温度及加热时间如下：预热段温度900-1000℃，加热段温度1205-1215℃，保温段温度1195-1200℃，加热速度18min/cm；
控轧控冷
结合炼钢化学成分，为防止混晶和晶粒粗大，严格坚持“高温、低速、大压下”的轧制要求，开轧温度1080℃，一阶段终轧温度在970℃，待温厚度为成品厚度的1.8倍，为精轧阶段累计变形量及细化晶粒、位错强化奠定基础。二阶段开轧温度945℃，二阶段保证单道次压下率≥15%，累计压下率≥60%，确保变形渗透使奥氏体内部晶粒被压扁拉长，增大晶界有效面积并有效形成大量变形带，为奥氏体相变提供更多的形核点，达到细化奥氏体晶粒的目的，终轧温度760-770℃；
由于轧后缓冷易使晶粒长大，并且组织中的Cr、Mo等合金固溶量有限，因此要控制适当的冷却速度。为了获得优良的综合力学性能，根据板厚的不同，轧后采用不同的层流冷却，通过调整冷却集管组数，确保冷却速度控制在5-20℃/S，返红温度在575-580℃之间，然后送往矫直机矫直。
堆冷工艺:采用高温堆冷工艺可有效避免因快速冷却产生的残余应力，同时可大大降低钢板中氢的含量，充分实现热扩散效果，改善钢板探伤缺陷。钢板堆垛缓冷工艺如下；堆垛缓冷温度420℃，堆冷时间60小时；
结果分析
机械力学性能分析
机械性能具体见下表
本次试生产50～100mm厚压力容器用高强度淬火与回火合金钢板共计36批，经性能检测符合标准要求并性能稳定，冲击功平均值在150J以上。
外检：所研制的钢板外检，正品率100%，达到了预期效果。

Claims (1)

1.一种压力容器用高强度淬火与回火合金钢板的生产方法，其特征在于：该合金钢包含如下质量百分比的化学成分(单位，wt%)：C：0.03～0.06%、Si：0.57～0.62%、Mn：0.82～0.88%、P：0.052-0.059%、S≤0.005%、Als：0.020～0.045%、Cr：0.95～0.99%、Mo：0.76～0.80%、Cu：0.70～0.75%、Nb：0.086～0.095%、Ni：0.75～0.80%、Zr：0.15～0.18%，V：0.086～0.094%，其它为Fe和残留元素；其生产方法包括为： KR铁水预处理工艺：到站铁水必须扒前渣与扒后渣，保证液面渣层厚度≤20mm，铁水经KR搅拌脱硫后保证铁水S≤0.005%，保证脱硫周期18-21min、脱硫温降≤20℃；转炉冶炼工艺：入炉铁水S≤0.005%、P≤0.080%，铁水温度≥1300℃，铁水装入量误差按±1t来控制，废钢严格采用优质边角料，造渣碱度R按3.8-4.5控制，出钢目标P：0.028-0.034%、C：0.11-0.13%、S≤0.010%，出钢过程中向钢包内硅铝钡钙、锰铁合金、硅铁合金和石灰、萤石，出钢前用挡渣塞挡前渣出钢，出钢结束前采用挡渣锥挡渣，保证渣层厚度≤20mm，转炉出钢过程中要求全程吹氩；吹氩处理工艺：氩站一次性加入铝线，在氩站要求强吹氩3min，流量200-230NL/min，钢液面裸眼直径控制在170～190mm，离氩站温度1585-1595℃；LF精炼工艺：精炼过程中全程吹氩，吹氩强度根据不同环节需要进行调节，加入精炼渣料，碱度按4.5-6.0控制，精炼脱氧剂以电石、铝粒、硅铁粉为主，加入量根据钢水中氧含量及造白渣情况适量加入，加热过程根据节奏富余和温度情况选择适当电流进行加热，加热时间按两次控制，一加热15min、二加热12min，二加热过程中要求根据造渣情况，补加脱氧剂，离站前加入硅钙线，加硅钙线前必须关闭氩气，上钢温度1610±5℃；VD精炼工艺：VD真空度必须达到67Pa以下，保压时间必须≥18min，破真空后软吹5min或不吹，软吹过程中钢水不得裸露，正常在线包抽真空时间：（抽真空前钢水温度—目标离站温度）/1.7min，覆盖剂，保证铺满钢液面，加覆盖剂前必须关闭氩气，上钢温度1555±4℃；连铸工艺：浇注温度按照1530-1538℃进行控制，拉速按照0.77m/min控制；加热工艺:加热温度及加热时间如下：预热段温度900-1000℃，加热段温度1205-1215℃，保温段温度1195-1200℃，加热速度18min/cm；控轧控冷：结合炼钢化学成分，为防止混晶和晶粒粗大，严格坚持“高温、低速、大压下”的轧制要求，开轧温度1080℃，一阶段终轧温度在970℃，待温厚度为成品厚度的1.8倍，为精轧阶段累计变形量及细化晶粒、位错强化奠定基础，二阶段开轧温度945℃，二阶段保证单道次压下率≥15%，累计压下率≥60%，确保变形渗透使奥氏体内部晶粒被压扁拉长，增大晶界有效面积并有效形成大量变形带，为奥氏体相变提供更多的形核点，达到细化奥氏体晶粒的目的，终轧温度760-770℃；由于轧后缓冷易使晶粒长大，并且组织中的Cr、Mo等合金固溶量有限，因此要控制适当的冷却速度；为了获得优良的综合力学性能，根据板厚的不同，轧后采用不同的层流冷却，通过调整冷却集管组数，确保冷却速度控制在5-20℃/S，返红温度在575-580℃之间，然后送往矫直机矫直；堆冷工艺:采用高温堆冷工艺可有效避免因快速冷却产生的残余应力，同时可大大降低钢板中氢的含量，充分实现热扩散效果，改善钢板探伤缺陷，钢板堆垛缓冷工艺如下；堆垛缓冷温度420℃，堆冷时间60小时。
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