CN110172646A

CN110172646A - 一种船用储罐p690ql1钢板及制造方法

Info

Publication number: CN110172646A
Application number: CN201910547032.6A
Authority: CN
Inventors: 姜在伟; 刘心阳; 方磊; 张仪杰; 奚艳红
Original assignee: Nanjing Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Nanjing Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2019-06-24
Filing date: 2019-06-24
Publication date: 2019-08-27

Abstract

本发明公开了一种LPG船用储罐P690QL1钢板及制造方法，涉及储罐钢板生产制造领域，其化学成分及质量百分比如下：C:0.14%～0.18%，Si:0.20%～0.50%，Mn:0.80%～1.10%，P≤0.010%，S≤0.003%，Cr:0.10%～0.30%，Mo:0.20%～0.30%，Ni:0.60%～1.5%，Nb:0.015%～0.050%，V：0.045%～0.060%，B:0.0008%～0.0025%，Ti：0.008‑0.030%，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明还提供了所述的一种LPG船用储罐P690QL1钢板制造方法，所获得钢板的屈服强度大于690Mpa，抗拉强度770‑940pa，断后延伸率大于14%，‑40℃低温冲击韧性≥80J，NDT：试验温度‑40℃时两个落锤试样不开裂，同时在‑60℃、‑70℃冲击拥有良好的性能。

Description

一种船用储罐P690QL1钢板及制造方法

技术领域

本发明涉及超船用储罐钢板生产制造领域，具体涉及LPG船用储罐P690QL1钢板。

背景技术

随着压力容器的大型化,对高强度压力容器钢板的需求日益突显，目前国内主要采用强度级别为610Mpa级别的钢板建造系列LPG船用储罐。随着市场对储罐容积更大化的需求，对材料的强度提出了更高的要求。高强度钢板的应用可减轻储罐产品的总质量，实现容积更大化。一条5500m³的全压式LPG船由两台储罐组成，单台储罐公称容积2750m³，总长33000mm。

首次开发制造大型LPG船用储罐，其材质设计采用欧标规范EN10028-6中的P690QL1牌号，对产品的低Ceq、低Pcm、强度、屈强比、冲击韧性、探伤等级、焊接性能、钢板平直度、低温NDT落锤等均有苛刻的要求。目前类似性能要求的订单主要依赖进口，基本没有钢厂可按照此技术要求供货。

发明内容

本发明的目的就在于提供一种LPG船用储罐P690QL1钢板，其思路是采用中高碳和合金化的成分设计，并通过碳、锰、铬、镍、钼和铜等合金元素以及铌、钛、钒等微合金元素的相互配合作用，并辅控制轧制和离线热处理的方法，提供一种LPG船用储罐P690QL1钢板的生产制造方法。

本发明具体采用如下技术方案：

一种LPG船用储罐P690QL1钢板，其特征在于，钢板化学成分及质量百分比如下：C：0.14％～0.18％，Si：0.20％～0.50％，Mn：0.80％～1.10％，P≤0.010％，S≤0.003％，Cr：0.10％～0.30％，Mo：0.20％～0.30％，Ni：0.60％～1.5％，Nb：0.015％～0.050％，V：0.045％～0.060％，B:0.0008％～0.0025％，Ti：0.008-0.030％，其余为Fe和不可避免的杂质。

所述钢板的屈服强度大于690Mpa，抗拉强度770-940pa，断后延伸率大于14％，-40℃低温冲击韧性≥80J，NDT：试验温度-40℃时两个落锤试样不开裂。

钢板组织为回火索氏体，通过调质热处理实现，本发明组织晶粒细小，均匀，具有良好的力学性能。

所述LPG船用储罐P690QL1钢板的制造方法，其特征在于包括以下流程：铁水脱硫预处理-转炉冶炼-LF+RH精炼-连铸-坯料缓冷-铸坯加热-除磷-轧制-空冷-探伤-抛丸-淬火-回火-矫直-切割-取样-喷印标识-检验-入库；其中，

钢水经真空脱气处理后进行连铸，铸坯或钢坯于1180-1220℃加热在奥氏体再结晶区和未再结晶区分别进行轧制；精轧开轧温度介于850～930℃，精轧阶段总压下率≥70％，道次压下率≥15％，在未再结晶区增大压下量，使奥氏体晶粒拉长，增加奥氏体的晶界面积以及减小变形奥氏体晶粒的宽度；轧后控冷或空冷至室温后进行离线热处理，其中淬火温度为：900-940℃，回火温度为620-700℃。

钢板成分解析：

碳：是钢中最有效的强化元素之一。固溶于基体的C能起到显著的固溶强化作用，但是会造成塑韧性能的明显下降。C能提高钢的淬透性，有利于形成高强度的显微组织，起到组织强化的作用。另外重要的是C与钢中强碳化物形成元素如Nb、V、Ti、Mo相结合，在回火过程中起到抗回火性和析出强化的重要作用。C含量过低起不到上述有利的作用，过高则严重损害塑韧性能，特别是可焊接性变差。综合考虑，本发明的碳元素含量为0.14-0.18％。

硅：是钢中常用的脱氧剂，因此需要一定的最低含量，而且具有很强的固溶强化能力，在一定的范围并不会造成塑韧性的恶化。另外Si还能够提高钢的抗回火软化能力，并能一定程度上抑制析出碳化物的粗化。但Si含量过高时，会降低材料的塑韧性和焊接性。综合考虑硅元素各方面的影响，本发明硅元素的含量为0.20-0.50％。

锰：是钢中最常见合金元素，是常用的脱氧剂和脱硫剂。Mn能显著提高钢的淬透性，在一定含量时并能够改善组织的韧性，但含量高时将损害塑韧性和焊接性能。一定量Mn的存在能避免S造成的热脆，改善硫化物夹杂的性能，但Mn含量高容易产生轴线偏析及带状组织。综合考虑锰对钢的组织和性能的各种影响，本材料中锰的含量为0.80-1.10％。

硫和磷：硫元素在钢中易与锰元素等结合形成硫化夹杂物，尤其对钢的横向塑性和韧性不利，因此硫的含量应尽可能地低。磷也是钢中的有害元素，严重损害钢板的塑性和韧性。对于本发明而言，硫和磷均是不可避免的杂质元素，应该越低越好，考虑到钢厂实际的炼钢水平，本发明要求P≤0.010％、S≤0.003％。

铬：能提高钢的淬透性，同时能提高耐腐蚀性和抗氢致裂纹能力，而且能提高钢的耐磨损性能。但Cr含量过高会导致淬火回火钢的韧性变差，并且有损钢的焊接性能。在本发明中，铬元素的含量应控制为0.10-0.30％。

钼：能显著增加材料的淬透性，尤其和Nb、B共同使用时效果更佳。另外重要的是Mo在钢材回火期间能形成细小的碳化物Mo2C，产生析出强化的效果。但是Mo含量过多会损害材料的韧性及焊接性，并导致成本的增加。本发明中，钼元素含量为0.20-0.30％。

镍：镍元素是稳定奥氏体的元素，在调质钢中加镍元素，可以大幅提高钢的韧性尤其是低温韧性。在本发明中，为了保证得到极高的强度和硬度，在合金设计时添加了较高的碳元素，从而会使得钢板的韧塑性非常差。为了保证钢板既具有高的强度和硬度，而且还具有一定的韧塑性，同时还考虑到镍元素属于贵重合金元素，所以本发明中镍的含量为0.60-1.50％。

铌：铌元素在钢中可以阻止再结晶和阻碍再结晶晶粒长大，提高强度。同时，铌元素在钢中可强烈地形成铌的碳化物和氮化物，从而影响钢的性能，且铌元素能细化晶粒和降低钢的过热敏感性及回火脆性。在本发明中，铌元素的含量控制为0.015-0.050％。

钒：V时强碳化物形成元素，这些纳米级的V(C、N)弥散分布在钢的基体中可以起到析出强化的作用，提高钢板的强度。此外，在加热过程中还可以钉扎晶界，阻止奥氏体晶粒长大，起到细化晶粒的作用。但是，V含量过高时，析出粒子的尺寸变大，反而对韧性不利，因此将V的含量控制在0.045～0.060％。

硼：淬透性元素，对提高钢板淬透性尤其是厚规格钢板的淬透性有着重要作用。钢中添加少量的硼元素即可起到较大的增加钢板的淬透性，且硼元素资源富有，价格便宜，添加少量的硼可以显著的节省锰、镍、铬、钼等贵重的合金元素添加。但过多的硼元素会增加晶界的偏聚，从而降低钢铁材料的韧塑性。在本发明中，硼元素的含量为：0.0008-0.0025％。

钛：钛能脱氧，细化晶粒；强化铁素体；形成碳化物，缩小γ区；使奥氏体等温转变图右移；降低过热敏感性；溶于固溶体时提高淬透性，形成碳化物时降低淬透性；形成碳化物时延迟回火温度，可在较高温度下回火；改善焊接性能。本发明钛含量控制在0.008-0.030％。

本发明制造方法中，转炉吹炼和真空处理的目的是确保钢液的基本成分要求，去除钢中的氧、氢等有害气体，并加入锰、钛等必要的合金元素，进行合金元素的调整。

优选地，所述连铸的铸坯厚度为220-260mm。

优选地，在连铸过程中采用电磁搅拌措施。铸坯下线后，必须进入保温坑或加盖保温罩堆冷不低于48小时进行扩氢处理。

本发明的有益效果：

1.本发明获得的钢板具有较高的强度，满足屈服强度大于690Mpa、抗拉强度770-940pa。

2.本发明获得的钢板具有良好的延伸率，满足断后延伸率大于14％。

3.本发明得到的耐磨钢板的低温冲击韧性，满足-40℃低温冲击韧性≥80J。

4.NDT：试验温度-40℃时两个落锤试样不开裂。

5.钢板在-60℃、-70℃冲击拥有良好的性能。

6.本发明采用热轧和离线热处理的方式生产，生产工艺简单。

具体实施方式

按本发明钢种的化学成分要求，并结合所述的制造工艺，以制造厚度90mm超高强钢Q960E钢板。具体的成分如下：

表1本发明各实施例的化学成分(wt％)

所冶炼的钢坯按所述的方法，采用控轧控冷和离线热处理相结合的方法进行厚度90mm超高强厚板Q960E生产。

实施例1

将按表1配比冶炼完成的钢水经真空脱气处理后进行连铸，连铸坯厚度220mm，将钢坯加热至1180℃的炉温，保温202min后出炉进行奥氏体再结晶区轧制和未再结晶区轧制，精轧开轧温度850～950℃，其中再结晶区终轧温度为1030℃，未再结晶区终轧温度为830℃，钢板的最终轧制厚度为27mm，道次压下率≥15％，轧后空冷至室温，然后进行淬火和回火处理，淬火温度为930℃，回火温度为660℃。

实施例2

将按表1配比冶炼完成的钢水经真空脱气处理后进行连铸，连铸坯厚度220mm，将钢坯加热至1200℃的炉温，保温220min后出炉进行奥氏体再结晶区轧制和未再结晶区轧制，精轧开轧温度850～950℃，其中再结晶区终轧温度为1035℃，未再结晶区终轧温度为850℃，钢板的最终轧制厚度为30mm，道次压下率≥15％，轧后空冷至室温，然后进行淬火和回火处理，淬火温度为930℃，回火温度为670℃。

实施例3

将按表1配比冶炼完成的钢水经真空脱气处理后进行连铸，连铸坯厚度260mm，将钢坯加热至1220℃的炉温，保温270min后出炉进行奥氏体再结晶区轧制和未再结晶区轧制，精轧开轧温度850～950℃，其中再结晶区终轧温度为1040℃，未再结晶区终轧温度为845℃，钢板的最终轧制厚度为54mm，道次压下率≥15％，轧后空冷至室温，然后进行淬火和回火处理，淬火温度为930℃，回火温度为660℃。

对实施例中的钢板的力学性能进行测试，其中强度按照GB/T228-2002金属材料室温拉伸试验方法进行，低温冲击韧性按GB/T 229-2007金属夏比V型缺口冲击试验方法测定，硬度按照GB/T231.1-2009方法测定，得到的结果见表2所示。

表2本发明钢板的力学性能

由表2可以看出，本发明的船用储罐P690QL1钢板的性能指标屈服强度大于690Mpa,抗拉强度770-940Mpa，延伸率大于14％，-40℃冲击功大于80J，试验温度-40℃时两个落锤试样不开裂。可见本发明涉及的高强钢具有超高的强度和良好延伸性，同时也具有较好的低温冲击韧性。

表3本发明钢板的低温冲击性能

规格(mm)	-60℃冲击	-70℃冲击
			27	96	95
30	114	99
			54	101	89

由表3可以看出，本发船用储罐P690QL1钢板-60℃、-70℃低温冲击性能良好，具备较好低温使用性能。

本发明采用中碳的成分设计、低Ceq、低Pcm，保证钢板良好的焊接性能和力学性能，采用调质热处理工艺，钢板具有良好的平直度。

尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims

1.一种LPG船用储罐P690QL1钢板，其特征在于，钢板化学成分及质量百分比如下：C：0.14%～0.18%，Si：0.20%～0.50%，Mn：0.80%～1.10%，P≤0.010%，S≤0.003%，Cr：0.10%～0.30%，Mo：0.20%～0.30%，Ni：0.60%～1.5%，Nb：0.015%～0.050%，V：0.045%～0.060%，B:0.0008%～0.0025%，Ti：0.008-0.030%，其余为Fe和不可避免的杂质。

2.如权利要求1所述的LPG船用储罐P690QL1钢板，其特征在于，钢板的屈服强度大于690Mpa，抗拉强度770-940pa，断后延伸率大于14%，-40℃低温冲击韧性≥80J，NDT：试验温度-40℃时两个落锤试样不开裂。

3.如权利要求1所述的LPG船用储罐P690QL1钢板，其特征在于，钢板组织为回火索氏体。

4.如权利要求1所述LPG船用储罐P690QL1钢板的制造方法，其特征在于包括以下流程：铁水脱硫预处理-转炉冶炼-LF+RH精炼-连铸-坯料缓冷-铸坯加热-除磷-轧制-空冷-探伤-抛丸-淬火-回火-矫直-切割-取样-喷印标识-检验-入库；其中，钢水经真空脱气处理后进行连铸，铸坯或钢坯于1180-1220℃加热后在奥氏体再结晶区和未再结晶区分别进行轧制；精轧开轧温度850～950℃，精轧阶段总压下率≥70%，道次压下率≥15%，在未再结晶区增大压下量，使奥氏体晶粒拉长，增加奥氏体的晶界面积以及减小变形奥氏体晶粒的宽度；轧后控冷或空冷至室温后进行离线热处理，其中淬火温度为：900-940℃，回火温度为620-700℃。

5.如权利要求1所述LPG船用储罐P690QL1钢板的制造方法，其特征在于连铸的铸坯厚度为220-260mm。

6.如权利要求1所述LPG船用储罐P690QL1钢板的制造方法，其特征在于在连铸过程中采用电磁搅拌，铸坯下线后，进入保温坑或加盖保温罩堆冷不低于48小时进行扩氢处理。