CN111004978A

CN111004978A - 一种低合金耐高温压力容器钢板及其生产方法

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Publication number: CN111004978A
Application number: CN202010001208.0A
Authority: CN
Inventors: 欧阳鑫; 胡昕明; 王储; 孙殿东; 胡海洋; 王勇; 张健; 颜秉宇; 王爽; 邢梦楠
Original assignee: Angang Steel Co Ltd
Current assignee: Angang Steel Co Ltd
Priority date: 2020-01-02
Filing date: 2020-01-02
Publication date: 2020-04-14
Anticipated expiration: 2040-01-02
Also published as: CN111004978B

Abstract

本发明公开一种低合金耐高温压力容器钢板及其生产方法，C：0.16‑0.19％、Si：0.25‑0.35％、Mn：1.20‑1.50％、P≤0.015％、S≤0.005％、Cr：0.25‑0.35％、Mo：0.08～0.13％、Al：0.020‑0.035％、Ti：0.010‑0.020％、V：0.025‑0.035％、Nb：0.015‑0.025％、Cu：0.20～0.30％，其余含量为Fe和不可避免的杂质。

Description

一种低合金耐高温压力容器钢板及其生产方法

技术领域

本发明属于金属材料加工技术领域，特别涉及到一种低合金耐高温压力容器钢板及其生产方法。

背景技术

目前国内外耐高温长时服役的压力容器用钢，通常的制造方法均为钢种冶炼时通过添加较高含量的钼、镍等元素，通过其固溶和析出强化的作用和提高碳当量来保证钢种的高温性能，使钢板能够在高温下长期服役，然而添加钼和镍会大大提高生产成本，提高碳当量会对钢板的焊接性和冲击韧性造成不利的影响。本专利在钢种的化学成分和生产工艺方面均进行了改进，重新设计合金成分，通过以较低的C、Mo含量和适当的Nb、V、Cr含量进行微合金化，通过优化钢坯加热和控轧控冷工艺使得大量纳米级微合金碳化物析出相在轧制过程中不易析出，而在高温服役过程析出从而起到良好沉淀强化作用。另外适当降低钢中C含量，保证钢板后续具有良好的冲击韧性和焊接性能。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种低合金耐高温压力容器钢板的生产方法，完全能够满足长期在高温环境下服役的耐高温压力容器用钢的要求。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种低合金耐高温压力容器钢板，其特征在于按重量百分比包含如下组分： C：0.16-0.19％、Si：0.25-0.35％、Mn：1.20-1.50％、P≤0.015％、S≤0.005％、Cr： 0.25-0.35％、Mo：0.08～0.13％、Al：0.020-0.035％、Ti：0.010-0.020％、V： 0.025-0.035％、Nb：0.015-0.025％、Cu：0.20～0.30％，其余含量为Fe和不可避免的杂质。

生产的钢板厚度为20-90mm。

钢板500℃高温下的屈服强度(Rp0.2)达到245MPa以上的水平，抗拉强度 Rm达到480～620MPa。

采用上述成分设计理由如下：

(1)C：C为钢种主要组成元素，钢的强度主要取决于钢中C元素的含量，过高的C元素含量会导致钢的韧性、塑性和焊接性能较差；低的C元素含量会导致钢的强度较低。为了保证钢板在使用过程中具有良好的低温冲击韧性、强度和焊接性能的匹配，因此本发明要求钢中C含量宜控制在0.16-0.19％范围内。

(2)Si：Si是钢中常见的固溶强化合金元素，对钢的强韧性、淬透性乃至保证钢进行脱氧都是必须的，但含量较高也会导致钢的韧性下降，因此本专利的 Si含量控制在0.25～0.35％。

(3)Mn：Mn元素在钢种能够通过固溶强化的方式强化铁素体，C-Mn强化也是低碳钢的提高强度的主要方式，但是Mn含量过高，增加生产成本的同时， Mn元素易和S元素结合生成MnS，降低材料抗氢致裂纹开裂能力，因此要求钢中Mn含量控制在1.20-1.50％。

(4)P：磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏，并且P对辐照脆化也特别敏感。因此要求钢中的P含量越低越好，本发明要求不大于0.015％。

(5)S：硫在通常情况下是有害元素。S通常易与钢中的合金元素形成脆性硫化物，使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，同时S也有加速辐照脆化的倾向。因此本发明要求钢中S含量应限制在0.005％以下。

(6)Al：钢中加入少量Al元素能有效细化奥氏体晶粒，从而细化了铁素体晶粒和组织，提高钢的冲击韧性，但是Al缺点是影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能。因此本发明要求钢中Al含量为0.020-0.035％

(7)V：V属于微合金元素，钢中V微合金化能够形成细小的第二相粒子，起到钉扎晶界和析出强化的作用，能够有效地细化晶粒，大大提高钢的强度、韧性、延展性及抗热疲劳性等综合机械性能，因此钢中加入V的范围为 0.025-0.035％。

(8)Nb：Nb作为强碳化物形成元素在钢种形成弥散度大，高温稳定性良好的NbC相，起沉淀强化作用，通过TMCP可有效细化晶粒，改善因析出强化造成的韧性降低，从而使钢板获得高强度、高韧性的综合性能。另外在Nb-Mo复合添加的钢中，Mo还能在NbC基体界面上偏聚，阻止了NbC颗粒的粗化，从而大大提高了钢的高温强度，因此Nb含量控制在0.015-0.025％。

(9)Cr：Cr在钢中能显著改善钢的抗氧化作用，增加抗腐蚀能力。同时缩小奥氏体相区，提高钢的淬透性能。提高钢的组织稳定性，强化α固溶体，改变碳化物析出形状和类型，作为有效的固溶强化元素，提高晶界区域的强度，从而提高钢的高温强度，因此本发明要求钢中Cr含量控制为0.25-0.35％。

(10)Cu：Cu在钢中的突出作用是改善普碳低合金钢的抗腐蚀性能，还能提高钢的强度和屈强比，而对焊接性能却没有不利的影响，但含量较高时，在热变形加工时导致铜脆现象。因此本发明要求钢中Cu含量控制为0.20-0.30％。

(11)Ti：Ti在钢中除具有与Nb相同的作用外，还可以改善热影响区的韧性和冷弯性能，另外，Nb、Ti复合添加形成的混合型MC析出相具有更高的稳定性，高温下不易聚集长大，其尺寸更加细小，弥散程度更高，对提高钢的高温强度非常有利。因此本发明要求钢中Ti含量控制为0.010-0.020％。

(12)Mo：Mo是提高钢的高温强度的最有效的元素，它主要依靠固溶强化及晶界强化来提高钢的高温强度；其次Mo增加了过冷奥氏体的稳定性，使奥氏体向铁素体转变曲线右移，相变后得到更加细小的铁素体组织，同时增加钢中贝氏体体积分数，另外钼在钢种析出形成碳化物也提高钢的高温强度，但Mo元素的成本较高，因此本发明要求钢中Mo含量控制为0.08-0.13％。

一种低合金耐高温压力容器钢板的生产方法，包括冶炼、轧制和热处理，其特征在于：所述冶炼工艺为：选用P<0.015％、S<0.010％铁水，且要进行铁水深脱硫处理，脱硫渣扒净；LF炉造白渣精炼钢液，上机前保证钢包静吹氩时间≥3min，中间包目标过热度按小于25℃控制；全程保护浇注，并使用电磁搅拌或轻压下技术，确保钢中[S]≤0.005％，同时保证各类非金属夹杂等级均小于0.5 级；

所述轧制工艺为：加热温度控制在1230～1250℃，板坯出炉温度1200～ 1220℃；采用TMCP工艺板坯开轧温度控制在≥1080℃，在轧制过程用20～25Mpa 高压水除磷；粗轧中间坯厚度(2.5～3.0)×h，h为目标厚度；精轧开轧温度940～ 960℃，终轧温度860～880℃；二阶段变形率为60～65％，ACC层流冷却，开冷温度820～840℃，终冷温度380～420℃；

所述热处理工艺：正火温度890～900℃，净保温1.5±0.5min/mm。

钢板可采用厚度200-300mm连铸坯生产。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明通过降低的C、Mo含量、不再添加Ni元素和Nb、V、Cr等元素微合金化，同样使钢板具有良好的强韧性匹配和耐高温性能，大幅降低生产成本；

(2)通过控轧控冷工艺，以微合金第二相在轧制时不易析出而在高温环境下服役时大量析出，从而起到高温强化的特点，使成品钢板500℃高温下的屈服强度(Rp0.2)达到245MPa以上的水平，抗拉强度Rm达到480～620MPa，常温屈服强度达到345MPa以上的水平、抗拉强度达到560～700Mpa。另外适当降低钢中C含量，保证钢板后续具有良好的冲击韧性和焊接性能。钢板横向0℃冲击韧性>300J，综合性能良好；

(3)本发明通过选用低P、低S铁水，且要进行铁水深脱硫处理，脱硫渣扒净，转炉冶炼、炉外精炼和连铸工艺进行生产，所以保证了钢水的洁净度较高，使钢中夹杂物达到：A类≤0.5级、B类≤0.5级、C类≤0.5级、D类≤0.5级。

具体实施方式

下面结合具体实施例进行说明：

各实施例化学成分如表1所示。

表1各实施例钢的化学成分(wt％)

元素	C	Si	Mn	P	S	Nb	Cr	Al	V	Ti	Cu	Mo
													例1	0.16	0.25	1.20	0.014	0.004	0.015	0.25	0.026	0.025	0.011	0.21	0.08
例2	0.16	0.28	1.30	0.013	0.003	0.017	0.30	0.028	0.028	0.013	0.23	0.11
													例3	0.17	0.28	1.43	0.013	0.004	0.020	0.32	0.027	0.031	0.018	0.23	0.12
例4	0.19	0.30	1.50	0.014	0.004	0.025	0.35	0.027	0.035	0.020	0.23	0.13

实施例1

本实施例的生产方法，钢水经转炉冶炼、炉外精炼，浇铸成连铸坯(断面 300mm)，轧制成品钢板规格为20mm。其成分见表1中例1，轧制工艺、力学性能结果分别见表2、3所示。

表2轧制及热处理工艺

表3力学性能结果

20mm规格钢板热轧态及正火热处理状态钢板具有良好韧性和强度匹配，并且完全满足NB/T 47013探伤标准Ⅰ级要求。

钢中非金属夹杂物：A类0级、B类0.5级、C类0级、D类0级。

实施例2

本实施例的生产方法，钢水经转炉冶炼、炉外精炼，浇铸成连铸坯(断面 300mm)，轧制成品钢板规格为48mm，。其成分见表1中例2，轧制工艺、力学性能结果分别见表4、5所示。

表4轧制及热处理工艺

钢坯加热温度/℃	开轧温度/℃	二次开轧温度/℃	终轧温度/℃	开冷温度/℃	终冷温度/℃
						1245	1085	945	868	829	395

表5力学性能结果

58mm规格钢板热轧态及正火热处理状态钢板具有良好韧性和强度匹配，并且完全满足你NB/T 47013探伤标准Ⅰ级要求。

钢中非金属夹杂物：A类0级、B类0级、C类0级、D类0级。

实施例3

本实施例的生产方法，钢水经转炉冶炼、炉外精炼，浇铸成连铸坯(断面 300mm)，轧制成品钢板规格为72mm。其成分见表1中例3，轧制工艺、力学性能结果分别见表6、7所示。

表6轧制及热处理工艺

钢坯加热温度/℃	开轧温度/℃	二次开轧温度/℃	终轧温度/℃	开冷温度/℃	终冷温度/℃
						1245	1105	955	878	829	415

表7力学性能结果

72mm规格钢板热轧态及不同热处理状态钢板具有良好韧性和强度匹配，并且完全满足NB/T 47013探伤标准Ⅰ级要求。

钢中非金属夹杂物：A类0级、B类0.5级、C类0级、D类0.5级。

实施例4

本实施例的生产方法，钢水经转炉冶炼、炉外精炼，浇铸成连铸坯(断面 300mm)，轧制成品钢板规格为90mm。其成分见表1中例4，轧制工艺、力学性能结果分别见表8、9所示。

表8轧制及热处理工艺

钢坯加热温度/℃	开轧温度/℃	二次开轧温度/℃	终轧温度/℃	开冷温度/℃	终冷温度/℃
						1248	1095	951	862	823	388

表9力学性能结果

90mm规格钢板热轧态及不同热处理状态钢板具有良好韧性和强度匹配，并且完全满足NB/T 47013探伤标准Ⅰ级要求。

钢中非金属夹杂物：A类0.5级、B类0级、C类0级、D类0.5级。

Claims

1.一种低合金耐高温压力容器钢板，其特征在于按重量百分比包含如下组分：C：0.16-0.19％、Si：0.25-0.35％、Mn：1.20-1.50％、P≤0.015％、S≤0.005％、Cr：0.25-0.35％、Mo：0.08～0.13％、Al：0.020-0.035％、Ti：0.010-0.020％、V：0.025-0.035％、Nb：0.015-0.025％、Cu：0.20～0.30％，其余含量为Fe和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的低合金耐高温压力容器钢板，其特征在于：钢板厚度为20-90mm。

3.根据权利要求1所述的低合金耐高温压力容器钢板，其特征在于：钢板500℃高温下的屈服强度Rp0.2达到245MPa以上的水平，抗拉强度Rm达到480～620MPa。

4.一种根据权利要求1-3任意一项所述低合金耐高温压力容器钢板的生产方法，包括冶炼、轧制和热处理，其特征在于：

所述冶炼工艺为：选用P<0.015％、S<0.010％铁水，且要进行铁水深脱硫处理，脱硫渣扒净；LF炉造白渣精炼钢液，上机前保证钢包静吹氩时间≥3min，中间包目标过热度按小于25℃控制；全程保护浇注，并使用电磁搅拌或轻压下技术，确保钢中[S]≤0.005％，同时保证各类非金属夹杂等级均小于0.5级；

所述轧制工艺为：加热温度控制在1230～1250℃，板坯出炉温度1200～1220℃；采用TMCP工艺板坯开轧温度控制在≥1080℃，在轧制过程用20～25Mpa高压水除磷；粗轧中间坯厚度(2.5～3.0)×h，h为目标厚度；精轧开轧温度940～960℃，终轧温度860～880℃；二阶段变形率为60～65％，ACC层流冷却，开冷温度820～840℃，终冷温度380～420℃；

所述热处理工艺：正火温度890～900℃，净保温1.5±0.5min/mm。

5.根据权利要求4所述低合金耐高温压力容器钢板的生产方法，其特征在于：钢板采用厚度200-300mm连铸坯生产。