CN111074154A - 一种大厚度高强耐热钢板及其生产方法 - Google Patents

一种大厚度高强耐热钢板及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种大厚度高强耐热钢板及其生产方法，属于冶金技术领域。钢板的化学成分及质量百分含量为：C：0.16～0.19%，Si：≤0.55%，Mn：1.55～1.65%，P≤0.020%，S≤0.008%，Alt：0.020～0.052%，Nb：0.03～0.04%，Mo：0.08～0.10%，V：0.035～0.060%，余量为Fe和不可避免的杂质。其生产方法包括钢坯加热、控制轧制和热处理工序；所述热处理工序采用正火工艺，正火温度为910～920℃。本发明钢板为珠光体和铁素体的复合组织，晶粒度为8.0～10.0级，钢板热强性及冲击韧性良好，且工序简单、生产成本低。

Description

一种大厚度高强耐热钢板及其生产方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种大厚度高强耐热钢板及其生产方法。
背景技术
随着国民经济快速发展，对设备使用环境和安全性提出了越来越高要求。但是随着钢板使用温度的升高，其抵抗塑性变形不断降低。随着石油、化工、电站、锅炉等行业的迅速发展，其反应器、换热器、分离器、球罐等部件，对厚度规格及耐热性的要求越来越高。高温设备用钢板要保证400℃～500℃的高温性能，钢板屈服强度随着温度的升高而不断降低，因此厚度越大，钢板适用温度越高强度越难以保证。传统高温用钢板添加较多的Cr、V元素，因此对温度较敏感，在生产过程中容易开裂，成产工序复杂，生产难度较大，钢板生产易出现批量不合，对经济效益影响较大。因此开发大厚度低成本的耐热钢代替进口钢板具有重要的意义。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种大厚度高强耐热钢板及其生产方法。本发明采用如下技术方案：
一种大厚度高强耐热钢板，其化学成分及质量百分含量为：所述钢板的化学成分及质量百分含量为：C：0.16～0.19%，Si：≤0.55%，Mn：1. 55～1.65%，P≤0.020%，S≤0.008%，Alt：0.020～0.052%，Nb：0.03～0.04%，Mo：0.08～0.10%，V：0.035～0.060%，余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明所述钢板厚度为40～120mm；钢板为珠光体和铁素体的复合组织，其中珠光体占比为20～30%；钢板晶粒度为8.0～10.0级。
本发明所述钢板屈服强度ReH≥460MPa，抗拉强度Rm：540～710Mpa，延伸率≥20%，-20℃横向冲击功≥70J；高温拉伸温度为500℃时，Rp0.2≥290MPa。
本发明还提供上述大厚度高强耐热钢板的生产方法，包括钢坯加热、控制轧制和热处理工序。
本发明所述加热工序，钢坯最高加热温度1280℃，均热温度1240～1260℃，加热时间≥10min/cm。
本发明所述控制轧制工序，采用两阶段轧制工艺，Ⅰ阶段开轧温度为1100～1150℃；Ⅱ阶段开轧温度为840～860℃，终轧温度为800～830℃,最大道次压下量≥40cm，返红温度550～600℃。
本发明所述热处理工序采用正火工艺，正火温度为910～920℃，保温系数2.2～2.5min/mm，钢板出炉后入水冷3～5min。
本发明成分及工艺设计思路如下：
1、本发明添加合金元素Nb、Mo、V，发挥其复合强化作用，通过添加合金元素Mo增加钢板淬透性，同时V作为强碳化合物形成元素，能够形成弥散分布的MC、M2C、（Nb,V）C碳化物提高高温强度，细化晶粒。
2、通过强化轧制前加热和控制轧制工艺，增大轧制的道次压下量，增加了奥氏体形变量，增加形核点，并通过控制返红温度获得细化的基体组织。
3、正火后加速冷却以调整珠光体形态，调整基体组织构成，提高钢板综合性能。
本发明的有益效果体现在：本发明仅添加了微量的V、Mo合金元素，降低了合金成本，通过控制轧制及热处理工艺，细化铁素体晶粒，得到晶粒度细小的珠光体耐热钢，合金含量少、生产成本低、工序简单、易于实现。所得钢板热强性及冲击韧性良好，适用于40～120mm钢板的生产。
附图说明
图1为本发明实施例1钢板的金相组织图片（200×）。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例1
本实施例大厚度高强耐热钢板的生产方法，包括钢坯加热、控制轧制和热处理工序。各工序控制参数如下：
加热工序：钢坯最高加热温度1280℃，均热温度1250℃，加热时间10.5min/cm；
控制轧制工序：采用两阶段轧制工艺，Ⅰ阶段开轧温度为1000℃；Ⅱ阶段开轧温度为840℃，终轧温度为830℃,最大道次压下量为40cm，返红温度600℃；
热处理工序：采用正火工艺，正火温度为910℃，保温系数2.2min/mm，钢板出炉后入水冷3min。
本实施例大厚度高强耐热钢板的厚度为40mm，其金相组织如图1所示，由图中可知，本实施例钢板组织为珠光体加铁素体，其中珠光体占比30%，内部组织均匀、细化且晶粒度达到10级。
本实施例大厚度高强耐热钢板的化学成分及质量百分含量见表1，其力学性能见表2。
实施例2
本实施例大厚度高强耐热钢板的生产方法，包括钢坯加热、控制轧制和热处理工序。各工序控制参数如下：
加热工序：钢坯最高加热温度1280℃，均热温度1243℃，加热时间10min/cm；
控制轧制工序：采用两阶段轧制工艺，Ⅰ阶段开轧温度为1010℃；Ⅱ阶段开轧温度为840℃，终轧温度为830℃,最大道次压下量为40cm，返红温度595℃；
热处理工序：采用正火工艺，正火温度为920℃，保温系数2.5min/mm，钢板出炉后入水冷4min。
本实施例大厚度高强耐热钢板的厚度为40mm，钢板组织为珠光体加铁素体，其中珠光体占比28%，内部组织均匀、细化且晶粒度达到10级。
本实施例大厚度高强耐热钢板的化学成分及质量百分含量见表1，其力学性能见表2。
实施例3
本实施例大厚度高强耐热钢板的生产方法，包括钢坯加热、控制轧制和热处理工序。各工序控制参数如下：
加热工序：钢坯最高加热温度1280℃，均热温度1240℃，加热时间10.2min/cm；
控制轧制工序：采用两阶段轧制工艺，Ⅰ阶段开轧温度为1150℃；Ⅱ阶段开轧温度为860℃，终轧温度为800℃,最大道次压下量为45cm，返红温度570℃；
热处理工序：采用正火工艺，正火温度为910℃，保温系数2.2min/mm，钢板出炉后入水冷4min。
本实施例大厚度高强耐热钢板的厚度为70mm，钢板组织为珠光体加铁素体，其中珠光体占比25%，内部组织均匀、细化且晶粒度达到9.5级。
本实施例大厚度高强耐热钢板的化学成分及质量百分含量见表1，其力学性能见表2。
实施例4
本实施例大厚度高强耐热钢板的生产方法，包括钢坯加热、控制轧制和热处理工序。各工序控制参数如下：
加热工序：钢坯最高加热温度1280℃，均热温度1248℃，加热时间10.8min/cm；
控制轧制工序：采用两阶段轧制工艺，Ⅰ阶段开轧温度为1130℃；Ⅱ阶段开轧温度为860℃，终轧温度为810℃,最大道次压下量为45cm，返红温度560℃；
热处理工序：采用正火工艺，正火温度为910℃，保温系数2.2min/mm，钢板出炉后入水冷5min。
本实施例大厚度高强耐热钢板的厚度为100mm，钢板组织为珠光体加铁素体，其中珠光体占比20%，内部组织均匀、细化且晶粒度达到8级。
本实施例大厚度高强耐热钢板的化学成分及质量百分含量见表1，其力学性能见表2。
实施例5
本实施例大厚度高强耐热钢板的生产方法，包括钢坯加热、控制轧制和热处理工序。各工序控制参数如下：
加热工序：钢坯最高加热温度1280℃，均热温度1255℃，加热时间10.3min/cm；
控制轧制工序：采用两阶段轧制工艺，Ⅰ阶段开轧温度为1150℃；Ⅱ阶段开轧温度为860℃，终轧温度为800℃,最大道次压下量为45cm，返红温度550℃；
热处理工序：采用正火工艺，正火温度为910℃，保温系数2.5min/mm，钢板出炉后入水冷5min。
本实施例大厚度高强耐热钢板的厚度为120mm，钢板组织为珠光体加铁素体，其中珠光体占比25%，内部组织均匀、细化且晶粒度达到8级。
本实施例大厚度高强耐热钢板的化学成分及质量百分含量见表1，其力学性能见表2。
实施例6
本实施例大厚度高强耐热钢板的生产方法，包括钢坯加热、控制轧制和热处理工序。各工序控制参数如下：
加热工序：钢坯最高加热温度1280℃，均热温度1260℃，加热时间10.4min/cm；
控制轧制工序：采用两阶段轧制工艺，Ⅰ阶段开轧温度为1125℃；Ⅱ阶段开轧温度为845℃，终轧温度为828℃, 最大道次压下量为50cm，返红温度560℃；
热处理工序：采用正火工艺，正火温度为918℃，保温系数2.3min/mm，钢板出炉后入水冷3.5min。
本实施例大厚度高强耐热钢板的厚度为88mm，钢板组织为珠光体加铁素体，其中珠光体占比23%，内部组织均匀、细化且晶粒度达到9.0级。
本实施例大厚度高强耐热钢板的化学成分及质量百分含量见表1，其力学性能见表2。
实施例7
本实施例大厚度高强耐热钢板的生产方法，包括钢坯加热、控制轧制和热处理工序。各工序控制参数如下：
加热工序：钢坯最高加热温度1280℃，均热温度1259℃，加热时间10.5min/cm；
控制轧制工序：采用两阶段轧制工艺，Ⅰ阶段开轧温度为1100℃；Ⅱ阶段开轧温度为857℃，终轧温度为825℃,最大道次压下量为44cm，返红温度595℃；
热处理工序：采用正火工艺，正火温度为912℃，保温系数2.4min/mm，钢板出炉后入水冷5min。
本实施例大厚度高强耐热钢板的厚度为45mm，钢板组织为珠光体加铁素体，其中珠光体占比20%，内部组织均匀、细化且晶粒度达到9.5级。
本实施例大厚度高强耐热钢板的化学成分及质量百分含量见表1，其力学性能见表2。
实施例8
本实施例大厚度高强耐热钢板的生产方法，包括钢坯加热、控制轧制和热处理工序。各工序控制参数如下：
加热工序：钢坯最高加热温度1280℃，均热温度1253℃，加热时间10min/cm；
控制轧制工序：采用两阶段轧制工艺，Ⅰ阶段开轧温度为1110℃；Ⅱ阶段开轧温度为850℃，终轧温度为820℃,最大道次压下量为50cm，返红温度557℃；
热处理工序：采用正火工艺，正火温度为910℃，保温系数2.4min/mm，钢板出炉后入水冷4.5min。
本实施例大厚度高强耐热钢板的厚度为110mm，钢板组织为珠光体加铁素体，其中珠光体占比27%，内部组织均匀、细化且晶粒度达到8.0级。
本实施例大厚度高强耐热钢板的化学成分及质量百分含量见表1，其力学性能见表2。
实施例9
本实施例大厚度高强耐热钢板的生产方法，包括钢坯加热、控制轧制和热处理工序。各工序控制参数如下：
加热工序：钢坯最高加热温度1280℃，均热温度1240℃，加热时间11min/cm；
控制轧制工序：采用两阶段轧制工艺，Ⅰ阶段开轧温度为1120℃；Ⅱ阶段开轧温度为855℃，终轧温度为805℃,最大道次压下量为40cm，返红温度580℃；
热处理工序：采用正火工艺，正火温度为916℃，保温系数2.5min/mm，钢板出炉后入水冷200s。
本实施例大厚度高强耐热钢板的厚度为50mm，钢板组织为珠光体加铁素体，其中珠光体占比20%，内部组织均匀、细化且晶粒度达到9.0级。
本实施例大厚度高强耐热钢板的化学成分及质量百分含量见表1，其力学性能见表2。
实施例10
本实施例大厚度高强耐热钢板的生产方法，包括钢坯加热、控制轧制和热处理工序。各工序控制参数如下：
加热工序：钢坯最高加热温度1280℃，均热温度1250℃，加热时间10.6min/cm；
控制轧制工序：采用两阶段轧制工艺，Ⅰ阶段开轧温度为1105℃；Ⅱ阶段开轧温度为841℃，终轧温度为815℃,最大道次压下量为47cm，返红温度560℃；
热处理工序：采用正火工艺，正火温度为915℃，保温系数2.3min/mm，钢板出炉后入水冷3min。
本实施例大厚度高强耐热钢板的厚度为103mm，钢板组织为珠光体加铁素体，其中珠光体占比25%，内部组织均匀、细化且晶粒度达到9.0级。
本实施例大厚度高强耐热钢板的化学成分及质量百分含量见表1，其力学性能见表2。
表1. 各实施例钢板的化学成分及质量百分含量（wt%）
Figure DEST_PATH_IMAGE001
表1中，余量为Fe和不可避免的杂质。
表2. 各实施例钢板的力学性能
Figure 299435DEST_PATH_IMAGE002
。

Claims (8)

1.一种大厚度高强耐热钢板，其特征在于，所述钢板的化学成分及质量百分含量为：C：0.16～0.19%，Si：≤0.55%，Mn：1. 55～1.65%，P≤0.020%，S≤0.008%，Alt：0.020～0.052%，Nb：0.03～0.04%，Mo：0.08～0.10%，V：0.035～0.060%，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种大厚度高强耐热钢板，其特征在于，所述钢板厚度为40～120mm。
3.根据权利要求2所述的一种大厚度高强耐热钢板，其特征在于，所述钢板为珠光体和铁素体的复合组织，其中珠光体占比为20～30%；钢板晶粒度为8.0～10.0级。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种大厚度高强耐热钢板，其特征在于，所述钢板屈服强度ReH≥460MPa，抗拉强度Rm：540～710Mpa，延伸率≥20%，-20℃横向冲击功≥70J；高温拉伸温度为500℃时，Rp0.2≥290MPa。
5.基于权利要求1-4任一项所述的一种大厚度高强耐热钢板的生产方法，其特征在于，所述生产方法包括钢坯加热、控制轧制和热处理工序；所述热处理工序采用正火工艺，正火温度为910～920℃。
6.根据权利要求5所述的一种大厚度高强耐热钢板的生产方法，其特征在于，所述加热工序，钢坯最高加热温度1280℃，均热温度1240～1260℃，加热时间≥10min/cm。
7.根据权利要求6所述的一种大厚度高强耐热钢板的生产方法，其特征在于，所述控制轧制工序，采用两阶段轧制工艺，Ⅰ阶段开轧温度为1100～1150℃；Ⅱ阶段开轧温度为840～860℃，终轧温度为800～830℃,最大道次压下量≥40cm，返红温度550～600℃。
8.根据权利要求5-7任一项所述的一种大厚度高强耐热钢板的生产方法，其特征在于，所述热处理工序，保温系数2.2～2.5min/mm，钢板出炉后入水冷3～5min。
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